Задания № 1, 2 · ЕГЭ

Электронные конфигурации атомов

Алгоритм записи электронных формул атомов и определения внешних электронов
5 мин чтенияСложность: Обновлено 29 сентября 2026

Электронная конфигурация показывает, как электроны распределены по энергетическим уровням и подуровням атома. Чтобы составить её, нужно знать число электронов, порядок заполнения подуровней, вместимость каждого подуровня и правила размещения электронов.

Что записывает электронная формула

В нейтральном атоме число электронов равно порядковому номеру элемента \(Z\). Электронную формулу записывают по уровням и подуровням: сначала номер энергетического уровня \(n\), затем букву подуровня \(s\), \(p\), \(d\) или \(f\), а верхний индекс показывает число электронов на этом подуровне. Например, \(1s^2\) означает: на первом уровне находится два электрона на \(s\)-подуровне.

D
Электронная конфигурация

Электронная конфигурация — распределение электронов атома по энергетическим уровням, подуровням и орбиталям.

Энергетический уровень обозначают главным квантовым числом \(n=1,2,3...\). Внутри уровня находятся подуровни. Уровень с номером \(n\) может содержать подуровни от \(s\) до соответствующего значения: первый — только \(s\), второй — \(s\) и \(p\), третий — \(s\), \(p\) и \(d\), четвёртый — \(s\), \(p\), \(d\) и \(f\).

ПодуровеньЧисло орбиталейМаксимум электронов
s12
p36
d510
f714
\[N_{\max}=2(2l+1)\]

Для школьных задач достаточно помнить: \(s^2\), \(p^6\), \(d^{10}\), \(f^{14}\). Понятие электронная конфигурация рассматривается подробнее на отдельной странице.

Порядок заполнения подуровней

Электроны занимают сначала подуровни с меньшей энергией. Этот порядок называют принципом наименьшей энергии. Перед решением полезно повторить принцип наименьшей энергии. В школьной записи подуровни заполняются так:

\[1s\rightarrow 2s\rightarrow 2p\rightarrow 3s\rightarrow 3p\rightarrow 4s\rightarrow 3d\rightarrow 4p\rightarrow 5s\rightarrow 4d\rightarrow 5p\rightarrow 6s\rightarrow 4f\rightarrow 5d\rightarrow 6p\rightarrow 7s\rightarrow 5f\rightarrow 6d\rightarrow 7p\]
T
Правило заполнения

При составлении электронной формулы электроны последовательно размещают на подуровнях в порядке возрастания их энергии, не превышая вместимость каждого подуровня.

Важная особенность: после \(3p\) заполняется \(4s\), а затем \(3d\). Поэтому для элементов четвёртого периода запись начинается с \(...3p^6 4s^2\), а не с \(...3p^6 3d^2\).

  1. Определите порядковый номер элемента \(Z\).
  2. Примите \(Z\) за число электронов нейтрального атома.
  3. Заполняйте подуровни в установленном порядке.
  4. Остановитесь, когда сумма верхних индексов станет равна \(Z\).
  5. Проверьте, что вместимость каждого подуровня не превышена.

Электроны по энергетическим уровням

Чтобы получить распределение по уровням, сложите показатели степеней у подуровней с одинаковым первым числом. Например, для формулы \(1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1\): на первом уровне \(2\) электрона, на втором \(2+6=8\), на третьем \(2+1=3\). Получается схема \(2,8,3\).

\[N_n=\sum \text{электронов на подуровнях уровня }n\]

Максимальное число электронов на уровне теоретически определяется формулой \(2n^2\), но в конкретном атоме уровень может быть заполнен не полностью. Например, третий уровень способен вместить до 18 электронов, однако у алюминия на нём находится только 3 электрона.

Микро-проверка

Сколько электронов содержит атом фосфора и какова его электронная формула?

Внешние и валентные электроны

Внешний энергетический уровень — уровень с наибольшим номером \(n\), содержащий электроны. Электроны на нём называют внешними. Для элементов главных подгрупп именно внешние электроны обычно совпадают с валентными электронами, участвующими в химической связи.

D
Внешние электроны

Внешние электроны — электроны, расположенные на энергетическом уровне с наибольшим номером в электронной формуле атома.

Чтобы определить число внешних электронов, найдите наибольший номер уровня и сложите показатели всех его подуровней. Например, у серы \(1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4\) внешний уровень — третий, а внешних электронов \(2+4=6\).

Для элементов главных подгрупп число электронов на внешнем уровне связано с номером группы: у элементов групп 1 и 2 это обычно 1 и 2 электрона, у элементов групп 13–18 — соответственно 3–8 электронов. У гелия внешний уровень завершён двумя электронами. У переходных элементов ситуация сложнее: при образовании связей могут участвовать электроны не только самого внешнего уровня, но и незавершённого \(d\)-подуровня предыдущего уровня.

Быстрый приём

В сокращённой формуле достаточно посмотреть на часть после символа благородного газа. В ней видны подуровни внешнего уровня и, при необходимости, незаполненный d-подуровень.

Разобранный пример: фосфор

№
Задание

Составьте электронную формулу атома фосфора и определите число электронов на внешнем уровне.

1
Порядковый номер фосфора \(Z=15\), значит, в нейтральном атоме 15 электронов.
\(\displaystyle N_e=Z=15\)
2
Заполняем первый подуровень, вмещающий два электрона.
\(\displaystyle 1s^2\quad N=2\)
3
На втором уровне заполняем \(2s\) и \(2p\). Всего добавляется восемь электронов.
\(\displaystyle 1s^2 2s^2 2p^6\quad N=2+2+6=10\)
4
Оставшиеся пять электронов размещаем на третьем уровне: сначала \(3s\), затем \(3p\).
\(\displaystyle 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3\quad N=15\)
5
Наибольший номер уровня равен 3. Складываем электроны на \(3s\) и \(3p\).
\(\displaystyle N_{\text{внеш}}=2+3=5\)

Ответ: электронная формула фосфора — \(1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3\); распределение по уровням — \(2,8,5\); внешних электронов — 5. Составление полной записи и её сокращённого варианта также разобрано на странице составление электронной конфигурации.

Сокращённые формулы и особые случаи

Сокращённую конфигурацию начинают с символа ближайшего предыдущего благородного газа в квадратных скобках. Например, для фосфора: \([Ne]3s^2 3p^3\), потому что конфигурация неона равна \(1s^2 2s^2 2p^6\).

У некоторых атомов переходных элементов наблюдаются исключения из ожидаемого порядка. Например, хром записывают как \([Ar]3d^5 4s^1\), а не \([Ar]3d^4 4s^2\). В школьных заданиях такие случаи обычно должны быть известны отдельно или указаны в условии.

!
Частые ошибки

1. Принимают номер группы за число всех электронов атома: число электронов нейтрального атома равно порядковому номеру. 2. Записывают \(3d\) раньше \(4s\): в обычном порядке заполнения сначала идёт \(4s\). 3. Считают внешними только электроны последнего записанного подуровня, забывая остальные подуровни того же уровня. 4. Превышают вместимость: \(s\) — максимум 2, \(p\) — 6, \(d\) — 10, \(f\) — 14. 5. Путают атом с ионом: у иона число электронов изменяется.

Выучить

Для нейтрального атома \(N_e=Z\). Порядок начала заполнения: \(1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p\). Внешние электроны находятся на уровне с наибольшим номером.

Проверка усвоения

Q
Быстрый тест по теме

Quick-test

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · составление формулы
Какова электронная формула атома магния, \(Z=12\)?
Главное за минуту

Главное

  • Число электронов нейтрального атома равно его порядковому номеру \(Z\).
  • Подуровни вмещают: \(s^2\), \(p^6\), \(d^{10}\), \(f^{14}\).
  • Заполнение начинают в порядке возрастания энергии: \(1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d...\).
  • Внешние электроны находятся на уровне с наибольшим номером; нужно сложить показатели всех его подуровней.
  • Перед решением задач проверьте сумму электронов, порядок заполнения и допустимую вместимость подуровней.