Составление электронной конфигурации
Электронная конфигурация показывает, как электроны распределены по энергетическим уровням и подуровням атома. Чтобы составить её, определяют число электронов, заполняют подуровни в порядке увеличения энергии и проверяют запись по правилам Паули, Хунда и принципу наименьшей энергии.
Что показывает электронная конфигурация
В нейтральном атоме число электронов равно порядковому нөміріне элемента \(Z\). Электроны располагаются на энергетических уровнях, обозначаемых главным квантовым числом \(n=1,2,3...\). Внутри деңгейі находятся подуровни: \(s\), \(p\), \(d\) и \(f\). Например, жазба \(2p^4\) означает: на втором энергетическом уровне, на \(p\)-подуровне, находятся төрт электрона.
Электронная конфигурация — это запись распределения электронов атома по энергетическим уровням и подуровням в виде последовательности обозначений типа \(1s^2 2s^2 2p^6\).
| Подуровень | Число орбиталей | Максимум электронов |
|---|---|---|
| s | 1 | 2 |
| p | 3 | 6 |
| d | 5 | 10 |
| f | 7 | 14 |
Верхний индекс показывает число электронов на подуровне. Если верхний индекс не указан, обычно подразумевается один электрон. Вместимость подуровней связана с числом орбиталей и подробно рассматривается на странице вместимость подуровня.
Здесь \(l\) — орбитальное квантовое число: для \(s\) оно равно \(0\), для \(p\) — \(1\), для \(d\) — \(2\), для \(f\) — \(3\). Поэтому максимум для \(s\) равен \(2\), для \(p\) — \(6\), для \(d\) — \(10\), для \(f\) — \(14\).
Реті заполнения подуровней
В основном состоянии электроны сначала занимают подуровни с меньшей энергией. Этот порядок устанавливает принцип наименьшей энергии. Для первых 36 электронов достаточно запомнить последовательность:
Для элементов с большим порядковым номером продолжают: \(5s \rightarrow 4d \rightarrow 5p \rightarrow 6s \rightarrow 4f \rightarrow 5d \rightarrow 6p \rightarrow 7s \rightarrow 5f \rightarrow 6d \rightarrow 7p\).
- Запишите подуровень \(1s\) и заполните его двумя электронами.
- Перейдите к следующему подуровню согласно порядку энергии.
- Поставьте на подуровне столько электронов, сколько возможно, но не больше его вместимости.
- Вычитайте использованные электроны из общего числа и продолжайте до нуля.
После \(3p\) заполняется \(4s\), а затем \(3d\). Поэтому жазба \(3d\) появляется позже \(4s\), хотя нөмір деңгейі у неё меньше.
Для наглядной проверки используют правило диагоналей: подуровни читают по диагональным стрелкам, начиная с \(1s\). Однако на экзамене надёжнее знать саму последовательность и контролировать вместимость каждого подуровня.
Какой подуровень заполняется непосредственно перед \(3d\)?
Алгоритм составления конфигурации
Для нейтрального атома сначала найдите его порядковый номер в периодической системе. Он равен числу электронов. Затем распределяйте электроны по подуровням в установленной последовательности. После записи сложите верхние индексы: сумма должна совпасть с \(Z\).
- Определить число электронов: \(N_e=Z\) для нейтрального атома.
- Записывать подуровни в порядке увеличения энергии.
- Не превышать вместимость: \(s^2\), \(p^6\), \(d^{10}\), \(f^{14}\).
- На последнем занятом подуровне оставить только остаток электронов.
- Тексеру сумму верхних индексов и соответствие последнего подуровня периоду элемента.
Для катиона с зарядом \(+q\) число электронов равно \(Z-q\), а для аниона с зарядом \(-q\) — \(Z+q\).
У нейтрального атома сумма зарядов ядра и электронов равна нулю. При составлении конфигурации иона сначала считают электроны, а уже затем заполняют подуровни. Для катионов переходных металлов при удалении электронов обычно сначала освобождается подуровень \(ns\), а затем \((n-1)d\).
Разобранный пример: конфигурация фосфора
Составим электронную конфигурацию атома фосфора \(P\). Порядковый нөмір фосфора \(Z=15\), значит, у нейтрального атома 15 электронов.
Показать Шешім по шагам Пример
Сумма электронов равна \(2+2+6+2+3=15\), что совпадает с порядковым номером фосфора. Последний подуровень — \(3p\), поэтому фосфор относится к \(p\)-элементам третьего периода.
При размещении трёх электронов на орбиталях \(3p\) действует правило Хунда: сначала электроны занимают разные орбитали с параллельными спинами, а не образуют пары на одной орбитали. На каждой орбитали может находиться не более двух электронов с противоположными спинами согласно принципу Паули.
Полную конфигурацию можно сокращать с помощью символа ближайшего предыдущего благородного газа. Для фосфора предыдущий благородный газ — неон: \(P: [Ne]3s^2 3p^3\). Такая форма короче, но при необходимости полной жазбалар нужно раскрыть обозначение \([Ne]\).
Как читать и проверять готовую жазба
По конфигурации можно определить период, блок и число электронов на внешнем уровне. Наибольшее число перед буквой подуровня указывает внешний энергетический уровень для элементов главных подгрупп. Например, в \(3s^2 3p^3\) максимальное \(n\) равно 3, значит, элемент находится в третьем периоде, а на внешнем уровне пять электронов.
Последний заполняемый подуровень определяет блок элемента: \(s\)-, \(p\)-, \(d\)- или \(f\)-блок. Для элементов главных подгрупп число электронов на внешнем уровне часто помогает определить номер группы, но для переходных элементов такой простой подсчёт применять нельзя.
1. Путают порядок \(4s\) и \(3d\): правильно \(4s\) заполняется раньше \(3d\). 2. Записывают для \(p\) больше алты, для \(d\) больше он или для \(f\) больше он төрт электронов. 3. Считают число электронов иона равным \(Z\), не учитывая заряд. 4. Проверяют только последнюю часть записи и не складывают все верхние индексы. 5. Переносят правило заполнения нейтрального атома на удаление электронов переходного металла без учёта того, что сначала удаляются электроны внешнего \(ns\)-подуровня.
Если нужно восстановить элемент по конфигурации, сложите верхние индексы. Полученное число — порядковый номер нейтрального атома. Например, \(1s^2 2s^2 2p^6 3s^1\) даёт \(2+2+6+1=11\), то есть натрий.
Итоговая проверка
Проверь себя
Главное
- Для нейтрального атома число электронов равно порядковому нөміріне \(Z\); для иона число электронов учитывает заряд.
- Подуровни заполняют в порядке \(1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p...\).
- Вместимость подуровней равна \(s^2\), \(p^6\), \(d^{10}\), \(f^{14}\).
- После жазбалар нужно сложить верхние индексы и сравнить сумму с числом электронов.
- Правила Паули и Хунда уточняют размещение электронов на отдельных орбиталях.
- Сокращённая запись с символом благородного газа удобна, но полную конфигурацию нужно уметь восстановить.