Електронна конфігурація хімічних елементів - це відстеження місця розташування електронів в його атомах. Електрони можуть перебувати в оболонках, подоболочкі і на орбіталях. Від розподілу електронів залежить валентність елемента, його хімічна активність і здатність вступати у взаємодію з іншими речовинами.
Правила оформлення запису
За традицією, що склалася квантове число атомів записується певної латинською літерою. Стан нульового квантового числа записується літерою s, після йдуть літери p, d, f, g, b і так далі, згідно з порядком букв в латинському алфавіті.
Як записується електронна конфігурація
Розташування атомів зазвичай записується для тих частинок хімічних елементів, які знаходяться в основному стані. Якщо атом збуджений, запис буде називатися збудженої конфігурацією. Визначення електронної конфігурації, застосовної в тому чи іншому випадку, залежить від трьох правил, які справедливі для атомів всіх хімічних елементів.
принцип заповнення
Електронна конфігурація атома повинна відповідати принципу заповнення, згідно з яким електрони атомів заповнюють орбіталі по зростаючій - від нижчого енергетичного рівня до вищого. Нижчі орбіталі будь-якого атома завжди заповнюються в першу чергу. Потім електрони заповнюють існуючі орбіталі другого енергетичного рівня, потім орбіталь s, а лише в кінці - орбіталь p-підрівні.
На листі електронна конфігурація хімічних елементів передається формулою, в якій поряд з найменуванням елемента вказують комбінацію чисел і літер, що відповідає положенню електронів. Верхній показник позначає кількість електронів на даних орбиталях.
Наприклад, атом водню має єдиним електроном. Згідно з принципом заповнення, цей електрон знаходиться на s-орбіталі. Таким чином, електронна конфігурація водню дорівнюватиме 1s1.
Принцип заборони Паулі
Друге правило заповнення орбіталей є окремим випадком більш узагальненого закону, який відкрив швейцарський фізик Ф. Паулі. Згідно з цим правилом, в будь-якому хімічному елементі немає пари електронів, що мають однаковий набір квантових чисел. Тому на будь-який орбіталі одночасно можу перебувати не більше двох електронів, і то лише тільки в разі, якщо вони мають неоднакові спини.
Принцип заборони Паулі може бути розглянуто на конкретному прикладі. Електронна конфігурація атома берилію може бути записана, як 1s22s2. При попаданні в атом кванта енергії атом переходить у збуджений стан. Це може бути записано так:
1s22s2 (Звичайний стан) + hnu- - 1s22s12p1 (Збуджений стан).
Якщо порівняти електронні конфігурації берилію в звичайному і збудженому стані, можна помітити, що число неспарених електронів у них неоднакове. Електронна конфігурація берилію показує відсутність неспарених електронів в звичайному стані. Після потрапляння в атом кванта енергії з`являються два неспарених електрона.
В принципі, в будь-якому хімічний елемент електрони можуть переходити на орбіталі з більш високими енергіями, але для хімії становлять інтерес лише ті переходи, які здійснюються між підрівнями з близькими значеннями енергій.
Пояснити цю закономірність можна наступним чином. Освіта хімічного зв`язку завжди супроводжується виділенням енергії, тому що атоми переходять в енергетично вигідний стан. Розпарювання електронів на одному енергетичному рівні несе в собі такі витрати енергії, які цілком компенсуються після утворення хімічного зв`язку. Енергетичні витрати на розпарювання електронів різних хімічних рівнів виявляються настільки великі, що хімічний зв`язок не в змозі їх компенсувати. Якщо немає хімічного партнера, збуджений атом виділяє квант енергії і повертається до нормального стану - цей процес вчені називають релаксацією.
правило Гунда
Електронна конфігурація атома підкоряється закону Гунда, згідно з яким заповнення орбіталей однієї подоболочки починається електронами, що мають однаковий спін. Лише після того, як всі поодинокі електрони займуть встановлені орбіталі, до них приєднуються заряджені частинки з протилежним спіном.
Правило Гунда наочно підтверджує електронна конфігурація азоту. Атом азоту має 7 електронів. Електронна конфігурація цього хімічного елемента виглядає так: ls22s22p3. Всі три електрона, які розташовуються на 2р -подоболочки, повинні перебувати поодинці, займаючи кожну з трьох 2-р орбіталей, і все спини при цьому у них повинні бути паралельні.
Ці правила допомагають не тільки зрозуміти, чим обумовлена електронна конфігурація елементів періодичної системи, а й зрозуміти процеси, що відбуваються всередині атомів.
