Распределение ⭐️ электронов по энергетическим уровням: как определить, таблица Менделеева

Электронная структура атомов — конфигурация

Ядра всех элементов состоят из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Атомный номер химического элемента, указанный в периодической таблице, равен количеству протонов, которые он содержит. Сумма протонов и нейтронов называется массовым числом, это всегда целое число.

Когда атом электрически нейтрален, его ядро ​​содержит количество отрицательно заряженных электронов, равное количеству положительно заряженных протонов в ядре.

Электроны образуют оболочки, называемые энергетическими уровнями. Они обычно занимают позиции на энергетических уровнях, где энергия минимальна. Чем ближе электроны к ядру, тем больше сила притяжения между ними и ядром, тем ниже полная энергия.

Если количество электронов велико, они стремятся располагаться дальше друг от друга, чтобы уменьшить взаимное отталкивание и, таким образом, уменьшить энергию атома. При расчете полной энергии атома необходимо учитывать оба этих фактора.

Валентные электроны находятся на внешней электронной оболочке, они определяют, какие химические связи может образовывать атом.

Внутри атома энергия орбиталей увеличивается по мере удаления от ядра. Но даже для разных химических элементов энергия электронов, находящихся на одном подуровне энергии, непостоянна: она уменьшается при переходе от самых легких к самым тяжелым атомам. Объясняется это тем, что для легких атомов энергия определяется в основном притяжением электронов к ядру, а для тяжелых атомов велико влияние взаимного отталкивания электронов.

Когда атомы сталкиваются друг с другом или с заряженными частицами, а также при поглощении излучения электроны могут переходить к другим, более удаленным от ядра и, следовательно, характеризующимся более высокой энергией, подуровнями энергии.

Графически орбитали часто представляют в виде ячеек, а электроны на них представлены стрелками. Стрелки, указывающие в разные стороны, указывают противоположные спины двух электронов. На диаграмме выше вы можете увидеть структуру трех элементов периодической таблицы: лития, натрия и калия.

Орбиталь — это отдельное пространство вокруг ядра, где вероятность найти электрон составляет не менее 90%. Орбитали имеют разные формы и энергии, поэтому существует четыре типа атомных орбиталей, обозначенных латинскими буквами s, p, d и f.

Энергетические подуровни образуются из одних и тех же орбиталей и называются аналогичным образом: подуровни s-, p-, d- или f:

• подуровень s состоит из s-орбитали, в этом случае нет разницы между подуровнем и отдельной орбиталью;
• p-подуровень состоит из трех p-орбиталей, которые характеризуются одинаковой формой, размером и энергией, но с различным пространственным расположением;
• d-подуровень состоит из пяти соответствующих орбиталей;
• ф-подуровень — из семи.

Энергетические подуровни образуют энергетические уровни или электронные слои атома.

Уровни энергии записываются буквами латинского алфавита: K, L, M, N и т.д. Число уровней в атоме химического элемента равно номеру его периода в таблице Д. И. Менделеева. Количество валентных электронов равно групповому номеру элемента.

Первый низший энергетический уровень (K-оболочка) состоит только из подуровня s; вторая (L-оболочка) содержит s- и p-подуровни; на третьем (М-оболочка) s-, p- и d-подуровнях; и т.д.

Поскольку на орбитали можно разместить не более двух электронов, то на каждом подуровне может поместиться строго определенное количество электронов:

• на подуровне s — 2;
• на подуровне р — 6;
• на d-подуровне — 10;
• на подуровне f — 14.

Используя обозначения уровней и подуровней, можно описать электронную конфигурацию любого элемента: количество электронов на данном подуровне указано вверху справа, порядковый номер уровня слева. Например, 1s ^ 1 для водорода. В специальных таблицах вы можете найти электронную формулу для каждого элемента.

Пример

Рассмотрим атом алюминия, первый элемент p 3-го периода. Он состоит из положительно заряженного ядра, содержащего 13 протонов и 14 нейтронов. 13 электронов движутся по его трем электронным оболочкам.

Его электронную конфигурацию можно записать следующим образом:
+ 13Al) 2) 8) 3.
ИЛИ:
1с22с22п63с23п1.

Пример

Атом кремния состоит из положительно заряженного ядра, содержащего 14 протонов и 14 нейтронов. 14 электронов движутся по трем оболочкам.
Электронную конфигурацию кремния можно записать следующим образом:
+14 Да) 2) 8) 4.
ИЛИ:
1с22с22п63с23п2.

Пример

Атом хлора состоит из положительно заряженного ядра, содержащего 17 протонов и 18 нейтронов. 17 электронов движутся по трем оболочкам.
Электронную конфигурацию хлора можно записать следующим образом:
+ 17Cl) 2) 8) 7.
ИЛИ:
1с22с22п63с23п5.

Пример

Железо — элемент 4-го периода. Его ядро ​​содержит 26 протонов и 30 нейтронов. 26 электронов движутся через четыре оболочки.

Электронная конфигурация:

+ 26Fe) 2) 8) 14) 2.

ИЛИ:
1с22с22п63с23п63д64с2.

Основное и возбужденное состояния атома

Когда электрон в атоме находится в основном энергетическом состоянии, его потенциальная энергия равна нулю. Все остальные энергетические состояния электрона, в которых он имеет потенциальную энергию, считаются возбужденными.

Чем дальше электрон от ядра, тем больше его потенциальная энергия. Чтобы переместить его на другой уровень энергии, необходимо изменить его энергию, то есть передать или забрать. По мере увеличения свободной энергии атом может более свободно распределять электроны, испаряя их и перемещая к свободным орбиталям.

Когда электроны переходят с одного уровня на другой внутри атома, состояние атома называется возбужденным. В этом случае формула его электронной конфигурации меняется. Сколько возбужденных состояний возможно для конкретного атома, зависит от количества электронных пар на внешнем энергетическом уровне. Если пара существует, возможна только одна конфигурация возбужденного состояния (только две: одна для основного состояния и одна для возбужденного состояния).

Пример

Формула углерода 1с22с22п2.
Энергетическая диаграмма внешнего уровня в основное состояние:

Переход электрона в возбужденное состояние:

Пример

Формула кальция — 1с22с22п63с23п64с2.

Примечание

Есть множество элементов, атомы которых нельзя возбудить никаким действием: азот, кислород, фтор и неон. У них нет свободных орбиталей, по которым могли бы двигаться электроны.

Сколько электронов в атоме?

Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов; ядро состоит из протонов и нейтронов. В нейтральном состоянии каждый атом имеет столько же электронов, сколько протонов в его ядре. Число протонов обозначалось порядковым номером элемента, например сера, имеет 16 протонов, 16-й элемент периодической таблицы. В золоте 79 протонов, 79-й элемент периодической таблицы. В результате в нейтральной сере 16 электронов, а в золоте 79 электронов.

Электронная конфигурация ионов

Электронная конфигурация ионов составляется по тем же принципам. Необходимо учитывать изменение количества электронов на уровне внешней энергии.

Атом электрически нейтрален, то есть сколько протонов в ядре, столько же электронов в атоме. Если атом принимает электроны, он становится отрицательно заряженным ионом (анионом), если он отдает электроны, он становится положительно заряженным ионом (катионом).

атому легче отдавать электроны с внешнего энергетического уровня; он также будет принимать «чужие» электроны на внешнем энергетическом уровне. На внешнем энергетическом уровне не может быть более 8 электронов. Теория октетов была предложена в 1916 году Гилбертом Ньютоном Льюисом и Уолтером Косселем

Атом «пытается» вывести электроны на внешний уровень или избавиться от них, поэтому он становится ионом. Полное заполнение подуровней s и p внешнего уровня придает стабильность атому. Только атом гелия имеет 2 электрона на единственном внешнем энергетическом уровне, а не 8, потому что первый энергетический уровень состоит только из одной s-орбитали.

Количество электронов на внешнем энергетическом уровне определяется периодической таблицей. Для элементов основных подгрупп номер группы — это количество электронов на внешнем уровне. Элементы боковых подгрупп имеют на внешнем уровне не более двух электронов.

Таблица распределения электронов в атоме по энергетическим уровням и подуровням

Состояние каждого электрона можно охарактеризовать четырьмя квантовыми числами.

Атомные орбитали с одинаковым главным квантовым числом n составляют электронную оболочку. Число n всегда целое и положительное. Определяет полную энергию электрона на определенной орбитали, также называемую энергетическим уровнем.

Орбитальное квантовое число, также известное как дополнительное и азимутальное, выражает угловой момент электрона. Оно не может быть больше n — 1. Буквы в названиях атомных орбиталей — это обозначения букв их орбитального номера.

Магнитное квантовое число выражает проекцию орбитального углового момента на направление магнитного поля.
Квантовое спиновое число всех электронов — это постоянная Планка ½ и обозначается как 12.
Чтобы полностью описать орбиталь, используйте комбинацию трех предыдущих чисел:

• цифра главного квантового числа n;
• буква, соответствующая орбитальному квантовому числу;
• индексное выражение, магнитное квантовое число, представляющее проекцию орбитали на оси x, y и z.

Номер электрона

Итак, любой электрон можно описать четырьмя квантовыми числами, комбинация этих чисел уникальна для каждого положения электрона, возьмем первый электрон, самый низкий уровень энергии равен N = 1, оболочка находится на первом уровне, первая оболочка находится на любой уровень имеет форму шара (s-shell), т.е. L = 0, магнитное квантовое число может принимать только одно значение, Ml = 0, и спин будет +1/2. Если мы возьмем пятый электрон (в каком бы атоме он ни находился), то основные квантовые числа для него будут: N = 2, L = 1, M = -1, спин 1/2.

Уровни энергии с подуровнями показаны ниже для ясности, уровни расположены сверху вниз, а подуровни разделены цветом:

Здесь сверху вниз показаны уровни энергии (1-7), слева направо электронные подуровни (s, p, d, f) разделены на группы, в каждой ячейке находятся два электрона в противоположных направлениях. Общий принцип распределения электронов таков, что подуровни энергии заполняются в порядке суммы главного и орбитального квантовых чисел, то есть: 1S, 2S, 2P, 3S, 3P, 4S, 3D и т.д., если сумма такая же, поэтому уровень с мажорным минором сначала заполняется квантовым числом N.

Некоторые элементы имеют отклонения в формировании электронной конфигурации: 24Cr, 29Cu, 41Nb, 42Mo, 44Ru, 45Rh, 46Pd, 47Ag, 78Pt, 79Au

Распределение электронов по слоям

Формулы элементов (распределение по подуровням)

номер электронной почты	Химия подписать	Имя элемент	Электронная формула
один	ЧАС	водород	1с 1
2	Он	гелий	1с 2
II период
3	Там	литий	1с 22с 1
4	Быть	бериллий	1с 22с 2
5	Б	бор	1с 22с 22п 1
6	С	углерод	1с 22с 22п 2
7	Нет	азот	1с 22с 22п 3
8	Ой	кислород	1с 22с 22п 4
9	Ф	фтор	1с 22с 22п 5
10	Нет	неон	1с 22с 22п 6
III период
11	Нет данных	натрий	1с 22с 22п 63с 1
12	Mg	магний	1с 22с 22п 63с 2
тринадцать	К	алюминий	1с 22с 22п 63с 23п1
14	Ага	кремний	1с 22с 22п 63с 23п2
15	П	фосфор	1с 22с 22п 63с 23п3
шестнадцать	С	сера	1с 22с 22п 63с 23п4
17	Cl	хлор	1с 22с 22п 63с 23п5
18	Ar	аргон	1с 22с 22п 63с 23п6
IV период
19	K	калий	1с 22с 22п 63с 23п64с 1
ветры	О	футбол	1с 22с 22п 63с 23п64с 2
21 год	Sc	скандий	1с 22с 22п 63с 23п63д14с 2
22	Ты	титан	1с 22с 22п 63с 23п63д24с 2
23	В	ванадий	1с 22с 22п 63с 23п63д34с 2
24	Cr	хром	1с 22с 22п 63с 23п63д54с 1
25	Mn	марганец	1с 22с 22п 63с 23п63д54с 2
26	Fe	железо	1с 22с 22п 63с 23п63д64с 2
27	Co	кобальт	1с 22с 22п 63с 23п63д74с 2
28 год	Ni	никель	1с 22с 22п 63с 23п63д84с 2
29	Cu	медь	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 1
тридцать	Zn	цинк	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 2
31 год	Ga	галлий	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п1
32	Ge	германий	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п2
33	В виде	мышьяк	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п3
34	Понимаете	селен	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п4
35 год	Br	бром	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п5
36	Kr	криптон	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п6
5-й период
37	Руб	рубидий	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п65с1
38	Старший	стронций	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п65с2
39	Ага	иттрий	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п64д15с2
40	Zr	цирконий	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п64д25с2
41 год	Nb	ниобий	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п64д45с1
42	Пн	молибден	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d55s1
43 год	Tc	технеций	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d55s2
44	RU	рутений	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d75s1
45	RH	родий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d85s1
46	Pd	палладий	1с 22с 22п 63с 23p63d104s 24p64d105s0
47	Ag	серебряный	1с 22с 22п 63с 23п64с 23д104п65с14д10
48	Компакт диск	кадмий	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п64д105с2
49	В	индио	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п64д105с25п1
50	Sn	может	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п64д105с25п2
51	Sb	сурьма	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п64д105с25п3
52	Ты	теллур	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d105s25p4
53	В	йод	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d105s25p5
54	Xe	ксенон	1с 22с 22п 63с 23п63д104с 24п64д105с25п6
6 период
55	CS	цезий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d105s25p66s1
56	Ба	барий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d105s25p66s2
57	Там	лантан	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d105s25p65d16s2
58	Там есть	церий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f25s25p66s2
59	До	празеодим	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f35s25p66s2
60	Nd	неодим	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f45s25p66s2
61	Вечера	прометий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f55s25p66s2
62	См	самарий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f65s25p66s2
63	Европейский Союз	европий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f75s25p66s2
64	Б-г	гадолиний	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f75s25p65d16s2
65	Tb	тербий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f95s25p66s2
66	Dy	диспрозий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f105s25p66s2
67	В виде	гольмий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d114f75s25p66s2
68	Э	эрбий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f125s25p66s2
68	Тм	тулий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f135s25p66s2
70	Yb	иттербий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p66s2
71	Лу	лютеций	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d16s2
72	HF	гафний	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d26s2
73	Та	тантал	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d36s2
74	W	вольфрам	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d46s2
75	Ссылка	рений	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d56s2
76	Операционные системы	осмий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d66s2
77	Ir	иридий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d76s2
78	Pt	платина	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d96s1
79	Au	золото	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d106s1
80	Hg	меркурий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d106s2
81 год	Tl	таллий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d106s26p1
82	Pb	руководство	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d106s26p2
83	Би	висмут	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d106s26p3
84	Немного	полоний	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d106s26p4
85	К	астат	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d106s26p5
86	Rn	радон	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d106s26p6
VII период
87	FR	францио	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d106s26p67s1
88	РА	радио	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d106s26p67s2
89	ДО НАШЕЙ ЭРЫ	актиний	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d106s26p66d17s2
90	Этот	торий	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d105f06s26p66d27s2
91	Папа	протаттиний	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d105f26s26p66d17s2
девяносто два	Ты	уран	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d105f36s26p66d17s2
93	Np	нептуний	1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d104f145s25p65d105f46s26p66d17s2
94	П