ЭЛЕКТРОННАЯ КОНФИГУРАЦИЯ

Электронная конфигурация элемента это запись распределения электронов в его атомах по оболочкам, подоболочкам и орбиталям. Электронная конфигурация обычно записывается для атомов в их основном состоянии. Электронная конфигурация атома, у которого один или несколько электронов находятся в возбужденном состоянии, называется возбужденной конфигурацией. Для определения конкретной электронной конфигурации элемента в основном состоянии существуют следующие три правила: Правило 1: принцип заполнения. Согласно принципу заполнения, электроны в основном состоянии атома заполняют орбитали в последовательности повышения орбитальных энергетических уровней. Низшие по энергии орбитали всегда заполняются первыми.

Пример

Водород; атомный номер число электронов

Этот единственный в атоме водорода электрон должен занимать s-орбиталь К-оболочки, поскольку из всех возможных орбиталей она имеет самую низкую энергию (см. рис. 1.21). Электрон на этой s-орбитали называется 1 s-электрон. Водород в основном состоянии имеет электронную конфигурацию

Правило 2: принцип запрета Паули. Согласно этому принципу, на любой орбитали может находиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если они имеют противоположные спины (неодинаковые спиновые числа).

Пример

Литий; атомный номер = 3; число электронов = 3

Орбиталь с самой низкой энергией - это 1s-орбиталь. Она может принять на себя только два электрона. У этих электронов должны быть неодинаковые спины. Если обозначать спин стрелкой, направленной вверх, а спин стрелкой, направленной вниз, то два электрона с противоположными (антипараллельными) спинами на одной орбитали схематически можно представить записью

разрешенное расположение спинов

На одной орбитали не могут находиться два электрона с одинаковыми (параллельными) спинами:

или неразрешенное расположение спинов

Третий электрон в атоме лития должен занимать орбиталь, следующую по энергии за самой низкой орбиталью, т. е. -орбиталь. Таким образом, литий имеет электронную конфигурацию

Правило 3: правило Гунда. Согласно этому правилу, заполнение орбиталей одной подоболочки начинается одиночными электронами с параллельными (одинаковыми по знаку) спинами, и лишь после того, как одиночные электроны займут все орбитали, может происходить окончательное заполнение орбиталей парами электронов с противоположными спинами.

Пример

Азот; атомный номер = 7; число электронов = 7

Азот имеет электронную конфигурацию . Три электрона, находящиеся на -подоболочке, должны располагаться поодиночке на каждой из трех -орбиталей. При этом все три электрона должны иметь параллельные спины (рис. 1.22).

Рис. 1.22. Электронная конфигурация основного состояния атома азота.

В табл. 1.6 показаны электронные конфигурации элементов с атомными номерами от 1 до 20.

Таблица 1.6. Электронные конфигурации основного состояния для элементов с атомным номером от 1 до 20

Итак, повторим еще раз!

1. Каждая линия атомного спектра соответствует переходу электронов с одного энергетического уровня на другой.

2. Переходы электронов между энергетическими уровнями сопровождаются испусканием или поглощением фотонов.

3. Энергия перехода связана с частотой фотона v соотношением

4. Предел сходимости спектральных линий серии Лаймана может использоваться для экспериментального определения энергии ионизации водорода.

5. Согласно представлениям модели Бора, электроны в атоме вращаются с определенным угловым моментом по круговым орбитам вокруг ядра. Каждая орбита имеет дискретный (квантовый) энергетический уровень.

6. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу, т. е. обладает волновыми свойствами и свойствами, присущими частицам.

7. Принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что положение и момент электрона одновременно не могут быть установлены с абсолютной точностью.

8. Электрон в атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами:

n - главное квантовое чнсло, характеризующее оболочку;

I - вспомогательное квантовое число, характеризующее подоболочку;

m - магнитное квантовое число, характеризующее орбиталь; s - спиновое квантовое число, характеризующее спин электрона, т. е. направление его вращения вокруг собственной оси.

9. Основная (невозбужденная) электронная конфигурация атомов элемента определяется в результате последовательного применения трех правил:

правило 1: принцип заполнения, правило 2: принцип запрета Паули, правило 3: правило Гунда.