Умскул учебник стремится стать лучше! Если вы наткнулись на ошибку или неточность в нашем материале - просто сообщите нам, мы будем благодарны!
Химия

Особенности строения электронных оболочек атомов элементов

6.4.2022
233

На этой странице вы узнаете: 

  • Атомные «общаги» — где  живут электроны? 
  • «Этажи» и «блоки» в «общагах» — рассмотрим особенности строения электронных уровней, подуровней и атомных орбиталей. 

Электроны имеют много общего со всеми студентами.
Все студенты живут в общагах. А теперь представь, что у электронов есть свои, «электронные» общаги. И они живут по своим, «электронным» законам. Ты можешь спросить, а это как? Сейчас во всем разберемся! 

Энергетические уровни, подуровни и орбитали

Пусть электрон — это студент. А где обычно живут студенты? — В общаге! Итак, нарисуем общежитие для электронов:

  • В нём есть отдельные комнаты, которые называются атомными орбиталями — в них могут проживать максимум 2 электрона;
  • Блоки с общей кухней, в которые эти комнаты собираются — их мы назовем энергетическими подуровнями;
  • И целые этажи, в которые собираются отдельные блоки, которые являются энергетическими уровнями.

Все электроны живут на энергетических уровнях, каждый из которых имеет энергетические подуровни.

Подуровни обозначают в данном порядке по мере отдаления от ядра:
s → p → d → f → g

Первый энергетический уровень имеет один s-подуровень, второй – два подуровня (s- и p-подуровни), третий – три подуровня (s-, p-, d-подуровни) и т.д. 

В свою очередь, подуровни состоят из атомных орбиталей. Орбитали имеют свои кодовые имена, которые обозначаются буквами. Мы их обозначаем следующим образом: s-, p-, d- и f-орбитали. Их просто запоминаем, никакой логики тут нет.

Каждую атомную орбиталь также можно представить в виде геометрических фигур. Так, s-орбиталь представляет собой шар, p-орбиталь имеет форму гантелек, d-орбиталь – форму нескольких гантелек

Для изображения строения электронных слоёв атома (электронной конфигурации) пользуются условной записью.

Расположение электронов

Удобно представлять атомные орбитали в виде ячеек, в которых располагаются два электрона, их обозначаем в виде двух стрелочек, первая направлена вверх, а вторая — вниз.

Важно замечание: атомная орбиталь вмещает максимально два электрона! 

Это называется принципом Паули. Он гласит, что два электрона не могут иметь одинаковые спины. Спин — характеристика электрона, проще всего его можно представить как вращение электрона по часовой стрелке и против часовой, поэтому в ячейке они расположены в противоположном направлении (т.е. +1/2 и -1/2). 

Например, на картинке представлена электронно-графическая формула атома углерода. Стрелочками обозначены электроны, которые занимают атомные орбитали. Несколько атомных орбиталей на одном энергетическом уровне образуют подуровни. 


Можно составить общую табличку с информацией о том, как распределяются электроны по энергетическим уровням и подуровням: 

Атомные подуровни заполняются электронами в порядке увеличения их энергии. Этот порядок выглядит следующим образом: 

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → … 

Схематично порядок заполнения энергетических подуровней представлен на картинке: 

При заполнении этих ячеек удобно пользоваться правилом Хунда (или правилом «трамвайного вагона»): 

При наличии свободных орбиталей на подуровне электроны занимают именно их, а не «подсаживаются» к другим электронам: 

Ты приглядись, решив присесть,
К местам трамвайного вагона:
Когда ряды пустые есть,
Подсаживаться нет резона.

После того, как мы заполнили все электроны по своим местам, мы можем составить электронную конфигурацию атома, которая будет отражать порядок заполнения электронов по подуровням в текстовом виде. 

Например, у гелия 2 электрона, которые располагаются на 1-ом электронном уровне, на s-подуровне. Тогда его электронная конфигурация будет выглядеть как 1s2 (большая цифра обозначает уровень, буква – подуровень, а маленькая цифра – число ē на подуровне) 

Фактчек

  • Электроны располагаются на электронных подуровнях, причем их число определяется порядковым номером элемента.
  • Энергетические подуровни состоят из атомных орбиталей, которые для удобства обозначаются ячейками;
  • По принципу Паули на каждой атомной орбитали могут располагаться максимально два электрона, причем их спины должны быть противонаправлены; 
  • Электроны располагаются по подуровням так, чтобы энергия системы была минимальна.

Проверь себя 

Задание 1.
В квантовой ячейке максимально может располагаться: 

  1. 1 электрон;
  2. 2 электрона;
  3. 3 электрона;
  4. 4 электрона.

Задание 2. 
Атомные подуровни заполняются электронами: 

  1. в порядке увеличения их энергии;
  2. в порядке уменьшения их энергии;
  3. в периодическом порядке.

Задание 3.
d-подуровень содержит: 

  1. 1 атомную орбиталь;
  2. 3 атомные орбитали;
  3. 5 атомных орбиталей;
  4. 7 атомных орбиталей.

Задание 4.
s-орбиталь имеет форму: 

  1. шара;
  2. гантели;
  3. эллипса;
  4. нескольких гантелей.

Ответы: 1. —  2; 2. — 1; 3. — 3; 4. — 1.

Понравилась статья? Оцени:
Читайте также:

Читать статьи — хорошо, а готовиться к экзаменам
в самой крупной онлайн-школе — еще эффективнее.

50 000
Количество
учеников
1510
Количество
стобальников
>15000
Сдали на 90+
баллов