Строение электронных оболочек атома

Существует взаимосвязь между положением элемента в периодической системе и строением его атома. Электроны в атоме располагаются по энергетическим уровням, а их количество равно номеру периода в таблице. Можно сказать, что электронная оболочка атомов первого периода имеет только один энергетический уровень, второго – два энергетических уровня, третьего – три, и так далее.

На уровнях электроны в атоме дополнительно располагаются по подуровням. Количество таких подуровней совпадает с количеством уровней и также соответствует номеру периода элемента.

Емкость энергетического уровня

Оно определяется по формуле:

N = 2*n^2,

где n – это количество уровней.

Первый энергетический уровень N(1) = 2*1^2 = 2, то есть говорят, что такой уровень заполнен, когда на нем располагаются два электрона.

Второй энергетический уровень N(2) = 2*2^2 = 8.

Третий энергетический уровень N(3) = 2*3^2 = 18.

Аналогично можно рассчитать емкость и последующих энергетических уровней.

Атомы всех элементов главных подгрупп имеют равное число валентных электронов. Количество электронов на внешнем энергетическом уровне для элементов главных подгрупп определяется номером группы:

Nвал. e = Nгруппы

Для элементов побочных групп не существует прямой взаимосвязи между номером группы и числом внешних электронов. Обычно на внешнем энергетическом уровне у таких элементов располагается от одного до трех электронов.

Атомные орбитали

Энергетический подуровень состоит из орбиталей с одинаковой энергией. Атомные орбитали имеют различную форму и располагаются в пространстве по-разному.

S-орбиталь имеет форму сферы. Каждую орбиталь принято графически изображать в виде прямоугольника, который называется квантовой ячейкой. В прямоугольной системе координат сфера имеет только одно расположение, поэтому ей будет соответствовать одна квантовая ячейка.

P-орбиталь имеет форму гантели, а в декартовой системе координат имеет три варианта расположения. P-подуровень состоит из трех орбиталей.

d-орбиталь имеет еще более сложную форму и пять различных вариантов расположения в системе координат. На d-подуровне находятся пять d-орбиталей.

Порядок заполнения электронных уровней

Расположение электронов по слоям и орбиталям изображают в виде электронных конфигураций. При этом электроны размещаются на орбиталях согласно принципу минимальной энергии, который звучит так:

Наиболее устойчивое состояние электрона в атоме соответствует минимально возможному значению его энергии.

В каждой квантовой ячейке может располагаться только два электрона. На S-подуровне может находиться не более двух электронов, на p-подуровне – не больше шести, на d-подуровне – до десяти электронов.

Есть два правила:

• на внешнем энергетическом уровне любого атома не может быть больше 8 электронов;
• на предвнешнем энергетическом уровне любого атома не может быть больше 18 электронов.

Полностью заполненные внешние электронные оболочки атомов называют завершенными.