پیکربندی الکترونیکی یک عنصر، رکوردی از توزیع الکترون ها در اتم های آن در پوسته ها، زیر پوسته ها و اوربیتال ها است. پیکربندی الکترونیکی معمولاً برای اتم ها در حالت پایه نوشته می شود. پیکربندی الکترونیکی یک اتم که در آن یک یا چند الکترون در حالت برانگیخته قرار دارند، پیکربندی برانگیخته نامیده می شود. برای تعیین پیکربندی الکترونیکی خاص عنصر در حالت پایه، سه قانون زیر وجود دارد: قانون 1: اصل پر کردن. بر اساس اصل پر شدن، الکترون‌ها در حالت پایه یک اتم، اوربیتال‌ها را به ترتیب افزایش سطوح انرژی مداری پر می‌کنند. اوربیتال های کم انرژی همیشه ابتدا پر می شوند.

هیدروژن؛ عدد اتمی = 1; تعداد الکترون = 1

این تک الکترون در اتم هیدروژن باید اوربیتال s پوسته K را اشغال کند، زیرا در بین تمام اوربیتال های ممکن کمترین انرژی را دارد (شکل 1.21 را ببینید). یک الکترون در این اوربیتال، الکترون ls نامیده می شود. هیدروژن در حالت پایه دارای پیکربندی الکترونیکی Is1 است.

قانون 2: اصل طرد پائولی. بر اساس این اصل، بیش از دو الکترون نمی توانند در هر اوربیتالی باشند و تنها در صورتی که اسپین های مخالف داشته باشند (اعداد اسپین نابرابر).

لیتیوم؛ عدد اتمی = 3; تعداد الکترون ها = 3

اوربیتال کم انرژی اوربیتال 1s است. فقط می تواند دو الکترون بگیرد. این الکترون ها باید اسپین های مختلفی داشته باشند. اگر اسپین +1/2 را با یک فلش رو به بالا نشان دهیم و اسپین -1/2 را با فلش رو به پایین نشان دهیم، آنگاه دو الکترون با اسپین های مخالف (ضد موازی) در یک مدار مشابه را می توان به صورت شماتیک با نماد نشان داد (شکل 1.27). )

دو الکترون با اسپین های یکسان (موازی) نمی توانند در یک اوربیتال باشند:

سومین الکترون در اتم لیتیوم باید اوربیتال بعدی از نظر انرژی تا کمترین اوربیتال را اشغال کند، یعنی. 2c-اوربیتال. بنابراین، لیتیوم دارای پیکربندی الکترونیکی Is22s1 است.

قانون 3: قانون گوند. بر اساس این قانون، پر شدن اوربیتال های یک زیر پوسته با تک الکترون هایی با اسپین های موازی (همان علامت) آغاز می شود و تنها پس از اینکه تک تک الکترون ها همه اوربیتال ها را اشغال کردند، پر شدن نهایی اوربیتال ها با جفت الکترون با اسپین های مخالف انجام می شود. ممکن است اتفاق بیفتد.

نیتروژن؛ عدد اتمی = 7; تعداد الکترون = 7 نیتروژن دارای پیکربندی الکترونیکی ls22s22p3 است. سه الکترونی که روی لایه فرعی 2p قرار دارند باید یکی یکی در هر سه اوربیتال 2p قرار گیرند. در این حالت، هر سه الکترون باید دارای اسپین های موازی باشند (شکل 1.22).

روی میز. 1.6 پیکربندی الکترونیکی عناصر با اعداد اتمی از 1 تا 20 را نشان می دهد.

جدول 1.6. تنظیمات الکترونیکیحالت پایه برای عناصر با عدد اتمی 1 تا 20

آرایش الکترون ها در سطوح انرژی و اوربیتال ها را پیکربندی الکترونیکی می گویند. پیکربندی را می توان به شکل فرمول های به اصطلاح الکترونیکی نشان داد که در آن تعداد سطح انرژی با عدد جلو نشان داده می شود، سپس سطح فرعی با حرف و تعداد الکترون ها در این سطح فرعی نشان داده می شود. در سمت راست بالای نامه مجموع آخرین اعدادمربوط به بار مثبت هسته اتم است. به عنوان مثال، فرمول های الکترونیکی گوگرد و کلسیم به این صورت خواهد بود: S (+ 16) - ls22s22p63s23p\ Ca (+ 20) - ls22s22p63s23p64s2. پر کردن سطوح الکترونیکی مطابق با اصل حداقل انرژی انجام می شود: پایدارترین حالت یک الکترون در یک اتم مطابق با حالت با حداقل مقدارانرژی. بنابراین، لایه ها با کوچکترین مقادیر انرژی. دانشمند شوروی V. Klechkovsky دریافت که انرژی یک الکترون با افزایش مجموع اعداد کوانتومی اصلی و مداری (n + /)> افزایش می‌یابد، بنابراین، پر شدن لایه‌های الکترونیکی به ترتیب افزایش در مقدار اتفاق می‌افتد. مجموع اعداد کوانتومی اصلی و مداری اگر مجموع (n - f1) برای دو زیرسطح مساوی باشد، ابتدا زیرسطحهای با کوچکترین n و بزرگترین l9 پر می شوند و سپس سطوح فرعی با بزرگترین n و کوچکترین L پر می شوند. برای مثال، مجموع ( n + /) « 5. این مجموع مربوط به ترکیبات زیر است خواه I: n = 3; / 2; n *" 4; 1-1; l = / - 0. بر این اساس ابتدا باید زیرسطح d سومین سطح انرژی پر شود، سپس زیرسطح 4p و تنها پس از آن زیرسطح s سطح انرژی پنجم پر شود. تمام موارد فوق ترتیب زیر را برای پر کردن الکترون ها در اتم ها تعیین می کند: مثال 1 فرمول الکترونیکی اتم سدیم را رسم کنید. راه حل بر اساس موقعیت جدول تناوبی، مشخص می شود که سدیم عنصری از دوره سوم است. این نشان می دهد که الکترون های اتم سدیم در سه سطح انرژی قرار دارند. عدد اتمی عنصر تعداد کل الکترون ها را در این سه سطح - یازده - تعیین می کند. در اولین سطح انرژی (ls1، / = 0؛ s-زیرسطح)، حداکثر تعداد الکترون ها // «2n2، N = 2 است. توزیع الکترون ها در زیرسطح s سطح انرژی I توسط رکورد - Is2، در سطح انرژی II n = 2، I «0 (s-s-sublevel) و I = 1 (p-sublevel)، حداکثر تعداد الکترون ها هشت است. از آنجایی که حداکثر 2e در زیرسطح S قرار دارد، 6e در زیرسطح p وجود خواهد داشت. توزیع الکترون ها در سطح انرژی II با نوشتن - 2s22p6 نمایش داده می شود. در سطح سوم انرژی، سطوح فرعی S-، p- و d امکان پذیر است. اتم سدیم تنها یک الکترون در سطح انرژی III دارد که طبق اصل کمترین انرژی، سطح فرعی 3 ولت را اشغال خواهد کرد. با ترکیب رکوردهای توزیع الکترون ها در هر لایه در یک لایه، فرمول الکترونیکی اتم سدیم به دست می آید: ls22s22p63s1. بار مثبت اتم سدیم (+11) با تعداد کل الکترون ها (11) جبران می شود. علاوه بر این، ساختار پوسته های الکترونی با استفاده از انرژی یا سلول های کوانتومی (اوربیتال ها) به تصویر کشیده می شود - اینها به اصطلاح فرمول های الکترونیکی گرافیکی هستند. هر سلول از این قبیل با یک مستطیل Q نشان داده می شود، الکترون t> جهت فلش اسپین الکترون را مشخص می کند. بر اساس اصل پائولی، یک الکترون (جفت نشده) یا دو (جفت) در یک سلول (مدار) قرار می گیرد. ساختار الکترونیکی اتم سدیم را می توان با این طرح نشان داد: هنگام پر کردن سلول های کوانتومی، لازم است قانون هوند را بدانیم: وضعیت پایدار اتم مربوط به چنین توزیع الکترون ها در زیرسطح انرژی است (p, d, f. ) که در آن قدر مطلق اسپین کل اتم حداکثر است. بنابراین، اگر دو الکترون یک اوربیتال\]j\\\ را اشغال کنند، اسپین کل آنها برابر با صفر خواهد بود. پر شدن دو اوربیتال 1 m 111 I با الکترون ها اسپین کل برابر با واحد خواهد داشت. بر اساس اصل Hund، توزیع الکترون ها در سلول های کوانتومی، به عنوان مثال، برای اتم های 6C و 7N به شرح زیر خواهد بود. سؤالات و وظایف برای حل مستقل 1. فهرست تمام مقررات نظری اساسی لازم برای پر کردن الکترون ها در اتم ها. 2. اعتبار اصل کمترین انرژی را در مثال پرکردن الکترون در اتم های کلسیم و اسکاندیم، استرانسیوم، ایتریم و ایندیم نشان دهید. 3. کدام یک از فرمول های الکترونیکی گرافیکی اتم فسفر (حالت تحریک نشده) صحیح است؟ پاسخ خود را با استفاده از قانون گان توجیه کنید. 4. تمام اعداد کوانتومی الکترون اتم ها را بنویسید: الف) سدیم، سیلیکون. ب) فسفر، کلر؛ ج) گوگرد، آرگون. 5. فرمول های الکترونیکی اتم های عنصر s دوره اول و سوم را بسازید. 6. فرمول الکترونیکی اتم عنصر p دوره پنجم را بسازید که سطح انرژی خارجی آن 5s25p5 است. خواص شیمیایی آن چیست؟ 7. توزیع الکترون ها را در مدارها در اتم های سیلیکون، فلوئور، کریپتون رسم کنید. 8. فرمول الکترونیکی عنصری را بسازید که در اتم آن حالت انرژی دو الکترون سطح بیرونی با اعداد کوانتومی زیر توصیف می شود: n - 5; 0; m1 = 0; ta = + 1/2; که "-1/2. 9. سطوح انرژی خارجی و ماقبل آخر اتم ها به شکل زیر است: a) 3d24s2; ب) 4d105s1; ج) 5s25p6. فرمول های الکترونیکی اتم های عناصر را بسازید. عناصر p و d را مشخص کنید. 10. فرمول های الکترونیکی از اتم های عناصر d که دارای 5 الکترون در سطح فرعی d هستند بسازید. 11. توزیع الکترون ها را در سلول های کوانتومی در اتم های پتاسیم، کلر، نئون رسم کنید. 12. فضای باز لایه الکترونیکیعنصر با فرمول 3s23p4 بیان می شود. تعیین کنید شماره سریالو نام عنصر 13. پیکربندی الکترونیکی یون های زیر را بنویسید: 14. آیا اتم های O، Mg، Ti حاوی الکترون های سطح M هستند؟ 15. کدام ذرات اتم ایزوالکترونیک هستند، یعنی دارای همان تعداد الکترون هستند: 16. اتم ها در حالت S2، S4+، S6+ چند سطح الکترونیکی دارند؟17. در Sc چند اوربیتال آزاد وجود دارد اتم های Ti، V فرمول های الکترونیکی اتم های این عناصر را بنویسید الکترون های 4b حاوی اتم های این عناصر در حالت پایدار هستند؟20. یک اتم سیلیکون در حالت ساکن و برانگیخته چند اوربیتال 3p خالی دارد؟

پیکربندی های الکترونیکی اتم ها

الکترون ها در یک اتم طبق قوانین زیر سطوح، سطوح فرعی و اوربیتال ها را اشغال می کنند.

حکومت پائولی. دو الکترون در یک اتم نمی توانند چهار عدد کوانتومی یکسان داشته باشند. آنها باید حداقل با یک عدد کوانتومی متفاوت باشند.

اوربیتال حاوی الکترون هایی با اعداد معین n، l، ml است و الکترون های روی آن فقط در عدد کوانتومی m s که دارای دو مقدار 1/2+ و 1/2- است می تواند متفاوت باشد. بنابراین، بیش از دو الکترون را نمی توان در یک اوربیتال قرار داد.

در سطح فرعی، الکترون ها n و l معین دارند و در اعداد m l و m s متفاوت هستند. از آنجایی که ml می تواند مقادیر 2l+1، و ms - 2 را داشته باشد، بنابراین سطح فرعی نمی تواند بیش از 2 (2l+1) الکترون داشته باشد. بنابراین، حداکثر تعداد الکترون‌ها در زیرسطح‌های s-، p-، d-، f به ترتیب 2، 6، 10، 14 الکترون است.

به طور مشابه، یک سطح حاوی بیش از 2n2 الکترون نیست و حداکثر تعداد الکترون ها در چهار سطح اول نباید به ترتیب از 2، 8، 18 و 32 الکترون تجاوز کند.

قانون کمترین انرژیپر کردن متوالی سطوح باید به گونه ای انجام شود که حداقل انرژی اتم را تضمین کند. هر الکترون یک اوربیتال آزاد با کمترین انرژی را اشغال می کند.

حکومت کلچکوفسکی. پر کردن سطوح فرعی الکترونیکی به ترتیب صعودی مجموع (n + l) و در مورد همان مجموع (n + l) - به ترتیب صعودی عدد n انجام می شود.

شکل گرافیکی قانون کلچکوفسکی.

طبق قانون کلچکوفسکی، سطوح فرعی به ترتیب زیر پر می شوند: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d. ، 7p، 8s، ...

اگرچه پر کردن سطوح فرعی طبق قانون کلچکوفسکی اتفاق می افتد، در فرمول الکترونیکیسطوح فرعی به ترتیب توسط سطوح نوشته می شوند: 1s، 2s، 2p، 3s، 3p، 3d، 4s، 4p، 4d، 4f، و غیره. این به دلیل این واقعیت است که انرژی سطوح پر شده توسط عدد کوانتومی n تعیین می شود: هر چه n بزرگتر باشد، انرژی بیشتر است و برای سطوح کاملاً پر شده، E 3d داریم.

کاهش انرژی سطوح فرعی با n کوچکتر و l بزرگتر، اگر کاملاً یا نیمه پر باشند، تعدادی از اتم ها را به پیکربندی های الکترونیکی می کشاند که با موارد پیش بینی شده توسط قانون کلچکوفسکی متفاوت است. بنابراین برای کروم و مس توزیع در سطح ظرفیت داریم:

Cr(24e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 and Cu(29e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3 p 6 3d 10 4s 1 and not

Cr(24e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 4 4s 2 و Cu(29e) 1s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 6 3d 9 4 s 2 .

قانون گوند. اوربیتال های یک سطح فرعی معین به گونه ای پر می شوند که کل اسپین حداکثر باشد. اوربیتال های یک سطح فرعی معین ابتدا توسط یک الکترون پر می شوند. به عنوان مثال، برای پیکربندی p 2، پر کردن px 1 py 1 با چرخش کل s = 1/2 + 1/2 = 1 ترجیح داده می شود (یعنی انرژی کمتری دارد) از پر کردن px 2 با اسپین کل. s = 1/2 - 1/2 = 0.

- سود بیشتر، ¯ - سود کمتر.

پیکربندی های الکترونیکی اتم ها را می توان بر اساس سطوح، سطوح فرعی، اوربیتال ها نوشت. در مورد دوم، اوربیتال معمولا با یک سلول کوانتومی و الکترون ها با فلش هایی که بسته به مقدار m s یک جهت یا جهت دیگر دارند، نشان داده می شود.

به عنوان مثال، فرمول الکترونیکی P(15e) را می توان نوشت:

الف) توسط سطوح)2)8)5

ب) توسط سطوح فرعی 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

ج) توسط اوربیتال های 1s 2 2s 2 2p x 2 2p y 2 2p z 2 3s 2 3p x 1 3p y 1 3p z 1 یا

­ ¯ ­ ¯ ­ ¯ ­ ¯ ­ ¯ ­ ¯ ­ ­ ­

مثال.فرمول های الکترونیکی Ti(22e) و As(33e) را بر اساس سطوح فرعی بنویسید. تیتانیوم در دوره 4 است، بنابراین ما زیرسطوح ها را تا 4p می نویسیم: 1s2s2p3s3p3d4s4p و آنها را با الکترون تا تعداد کل آنها 22 پر می کنیم، در حالی که زیرسطوح های پر نشده را در فرمول نهایی لحاظ نمی کنیم. دریافت می کنیم.

نماد لوئیس: نمودار الکترونی: یک الکترون منفرد از یک اتم هیدروژن می تواند تنها در تشکیل یک پیوند شیمیایی با اتم های دیگر شرکت کند: تعداد پیوندهای کووالانسی ، که یک اتم را در یک ترکیب معین تشکیل می دهد، آن را مشخص می کند ظرفیت . در همه ترکیبات، اتم هیدروژن تک ظرفیتی است. هلیوم هلیوم مانند هیدروژن عنصری از دوره اول است. در تک لایه کوانتومی خود، یک لایه دارد س-اوربیتال، که شامل دو الکترون با اسپین های ضد موازی (جفت الکترون تک) است. نماد لوئیس: نه:. پیکربندی الکترونیکی 1 س 2، نمایش گرافیکی آن: هیچ الکترون جفت نشده ای در اتم هلیوم وجود ندارد، هیچ اوربیتال آزاد وجود ندارد. سطح انرژی او کامل است. اتم هایی با یک لایه کوانتومی کامل نمی توانند با اتم های دیگر پیوند شیمیایی ایجاد کنند. آنها نامیده می شوند نجیب یا گازهای بی اثر. هلیوم اولین نماینده آنهاست. دوره دوم لیتیوم اتم های همه عناصر دومیندوره دارند دوسطوح انرژی لایه کوانتومی داخلی سطح انرژی تکمیل شده اتم هلیوم است. همانطور که در بالا نشان داده شده است، پیکربندی آن مانند 1 است س 2، اما از علامت اختصاری نیز می توان برای تصویر آن استفاده کرد: . در برخی منابع ادبی، [K] (با نام اولین پوسته الکترونی) تعیین شده است. دومین لایه کوانتومی لیتیوم شامل چهار اوربیتال (22 = 4): یکی سو سه آر.پیکربندی الکترونیکی اتم لیتیوم: 1 س 22س 1 یا 2 س 1. با استفاده از نماد آخر، فقط الکترون های لایه کوانتومی بیرونی (الکترون های ظرفیتی) جدا می شوند. نماد لوئیس برای لیتیوم است لی. نمایش گرافیکی پیکربندی الکترونیکی:
بریلیم پیکربندی الکترونیکی 2s2 است. نمودار الکترونیکی لایه کوانتومی بیرونی:
بور پیکربندی الکترونیکی 2s22p1 است. اتم بور می تواند به حالت برانگیخته برود. نمودار الکترونیکی لایه کوانتومی بیرونی:

در حالت برانگیخته، اتم بور دارای سه الکترون جفت نشده است و می تواند سه پیوند شیمیایی تشکیل دهد: BF3، B2O3. در این حالت، اتم بور دارای یک اوربیتال آزاد است که می تواند توسط مکانیسم دهنده-گیرنده در تشکیل پیوند شرکت کند. کربن پیکربندی الکترونیکی 2s22p2 است. نمودارهای الکترونیکی لایه کوانتومی بیرونی اتم کربن در زمین و حالت های برانگیخته:

یک اتم کربن تحریک نشده می تواند دو پیوند کووالانسی را از طریق جفت شدن الکترون و یکی از طریق مکانیسم دهنده-گیرنده تشکیل دهد. نمونه ای از این ترکیبات مونوکسید کربن (II) است که دارای فرمول CO است و مونوکسید کربن نامیده می شود. ساختار آن با جزئیات بیشتر در بخش 2.1.2 مورد بحث قرار خواهد گرفت. یک اتم کربن برانگیخته منحصربه‌فرد است: تمام اوربیتال‌های لایه کوانتومی بیرونی آن با الکترون‌های جفت نشده پر شده‌اند، یعنی. تعداد اوربیتال های ظرفیت و الکترون های ظرفیت یکسان است. شریک ایده آل برای آن اتم هیدروژن است که یک الکترون در یک اوربیتال دارد. این توانایی آنها را برای تشکیل هیدروکربن توضیح می دهد. اتم کربن با داشتن چهار الکترون جفت نشده، چهار پیوند شیمیایی تشکیل می دهد: CH4، CF4، CO2. در مولکول های ترکیبات آلی، اتم کربن همیشه در حالت برانگیخته است:
اتم نیتروژن نمی تواند برانگیخته شود، زیرا هیچ اوربیتال آزاد در لایه کوانتومی بیرونی آن وجود ندارد. با جفت شدن الکترون ها سه پیوند کووالانسی تشکیل می دهد:
با داشتن دو الکترون جفت نشده در لایه بیرونی، اتم اکسیژن دو پیوند کووالانسی را تشکیل می دهد:
نئون پیکربندی الکترونیکی 2s22p6 است. نماد لوئیس: نمودار الکترونیکی لایه کوانتومی بیرونی:

اتم نئون دارای سطح انرژی خارجی کامل است و با هیچ اتمی پیوند شیمیایی ایجاد نمی کند. دومین گاز نجیب است. دوره سوماتم های تمام عناصر دوره سوم دارای سه لایه کوانتومی هستند. پیکربندی الکترونیکی دو سطح انرژی داخلی را می توان به صورت . لایه الکترونی بیرونی شامل نه اوربیتال است که با رعایت قوانین کلی توسط الکترون ها پر شده اند. بنابراین، برای یک اتم سدیم، پیکربندی الکترونیکی به نظر می رسد: 3s1، برای کلسیم - 3s2 (در حالت برانگیخته - 3s13p1)، برای آلومینیوم - 3s23p1 (در حالت برانگیخته - 3s13p2). برخلاف عناصر دوره دوم، اتم های عناصر گروه V-VII دوره سوم می توانند هم در حالت پایه و هم در حالت برانگیخته وجود داشته باشند. فسفر فسفر عنصری از گروه پنجم است. پیکربندی الکترونیکی آن 3s23p3 است. مانند نیتروژن، سه الکترون جفت نشده در سطح انرژی بیرونی خود دارد و سه پیوند کووالانسی را تشکیل می دهد. یک مثال فسفین است که دارای فرمول PH3 است (مقایسه با آمونیاک). اما فسفر، بر خلاف نیتروژن، حاوی d-اوربیتال های آزاد در لایه کوانتومی بیرونی است و می تواند به حالت برانگیخته برود - 3s13p3d1:

این به آن توانایی ایجاد پنج پیوند کووالانسی در ترکیباتی مانند P2O5 و H3PO4 را می‌دهد.

گوگرد پیکربندی الکترونیکی حالت پایه 3s23p4 است. نمودار الکترونیکی:
با این حال، می توان آن را با انتقال یک الکترون از ابتدا برانگیخت آر- روی د-اوربیتال (اول حالت برانگیخته)، و سپس با س- روی دمداری (دومین حالت برانگیخته):
در اولین حالت برانگیخته، اتم گوگرد چهار پیوند شیمیایی در ترکیباتی مانند SO2 و H2SO3 ایجاد می کند. دومین حالت برانگیخته اتم گوگرد را می توان با استفاده از نمودار الکترونیکی نشان داد:

چنین اتم گوگردی شش پیوند شیمیایی در ترکیبات SO3 و H2SO4 ایجاد می کند.

1.3.3. پیکربندی الکترونیکی اتم های عناصر بزرگ دوره ها دوره چهارم

این دوره با پیکربندی الکترونیکی پتاسیم (19K) آغاز می شود: 1s22s22p63s23p64s1 یا 4s1 و کلسیم (20Ca): 1s22s22p63s23p64s2 یا 4s2. بنابراین، مطابق با قانون کلچکوفسکی، زیرسطح بیرونی 4s که انرژی کمتری دارد، پس از اوربیتال‌های Ar p پر می‌شود. اوربیتال 4s نزدیکتر به هسته نفوذ می کند. سطح فرعی 3d خالی می ماند (3d0). با شروع از اسکاندیم، 10 عنصر اوربیتال های سطح فرعی 3 بعدی را پر می کنند. آنها نامیده می شوند عناصر d

مطابق با اصل پر کردن متوالی اوربیتال ها، اتم کروم باید دارای پیکربندی الکترونی 4s23d4 باشد، با این حال، دارای یک الکترون "نشت" است که شامل انتقال یک الکترون 4s به یک اوربیتال 3 بعدی از نظر انرژی است (شکل 11).

به طور تجربی ثابت شده است که حالت های یک اتم، که در آن اوربیتال های p-، d-، f نیمه پر (p3، d5، f7)، کاملاً (p6، d10، f14) یا آزاد (p0، d0) هستند. ، f0)، ثبات را افزایش داده اند. بنابراین، اگر یک اتم قبل از نیمه‌تکمیل یا کامل شدن سطح فرعی فاقد یک الکترون باشد، «نشت» آن از مداری که قبلاً پر شده بود مشاهده می‌شود (در این مورد، 4 ثانیه).

به استثنای کروم و مس، همه عناصر از کلسیم تا روی دارای تعداد یکسانی الکترون در سطح بیرونی خود هستند - دو. این تغییر نسبتاً کوچک در خواص در سری فلزات واسطه را توضیح می دهد. با این وجود، برای عناصر ذکر شده، هر دو الکترون 4s از بیرونی و 3d الکترون های سطح فرعی پیش خارجی ظرفیت هستند (به استثنای اتم روی، که در آن سطح انرژی سوم به طور کامل تکمیل شده است).

	31Ga 4s23d104p1 32Ge 4s23d104p2 33 به عنوان 4s23d104p3 34 Se 4s23d104p4 35 بر 4s23d104p5 36 کرون 4s23d104p6

مدارهای 4d و 4f آزاد باقی ماندند، اگرچه دوره چهارم به پایان رسیده است.

دوره پنجم

ترتیب پر شدن مداری مانند دوره قبل است: ابتدا اوربیتال 5s پر می شود ( 37 Rb 5s1)، سپس 4d و 5p ( 54Xe 5s24d105p6). اوربیتال‌های 5s و 4d از نظر انرژی حتی نزدیک‌تر هستند، بنابراین اکثر عناصر 4d (Mo، Tc، Ru، Rh، Pd، Ag) دارای انتقال الکترونی از 5s به سطح فرعی 4d هستند.

دوره ششم و هفتم

بر خلاف دوره قبلی ششم شامل 32 عنصر است. سزیم و باریم عناصر 6s هستند. حالت های انرژی مطلوب بعدی 6p، 4f و 5d هستند. بر خلاف قانون کلچکوفسکی، برای لانتانیم، نه 4f بلکه اوربیتال 5d پر می شود. 57 لا 6s25d1)، اما عناصر زیر آن دارای سطح فرعی 4f هستند ( سال 58 6s24f2)، که در آن چهارده حالت الکترونیکی ممکن وجود دارد. اتم های سریم (Ce) تا لوتسیم (Lu) لانتانید نامیده می شوند - اینها عناصر f هستند. در سری لانتانیدها، گاهی اوقات "بیش از حد" الکترون و همچنین در سری عناصر d وجود دارد. هنگامی که زیرسطح 4f تکمیل شد، سطح فرعی 5d (نه عنصر) همچنان پر می شود و دوره ششم مانند سایر موارد به جز اولین، شش عنصر p تکمیل می شود.

دو عنصر اول در دوره هفتم فرانسیوم و رادیوم و به دنبال آن یک عنصر 6 بعدی به نام اکتینیم هستند. 89ac 7s26d1). اکتینیم توسط چهارده عنصر 5f - اکتینیدها دنبال می شود. نه عنصر 6d باید از اکتینیدها پیروی کنند و شش عنصر p باید دوره را کامل کنند. دوره هفتم ناتمام است.

الگوی در نظر گرفته شده از تشکیل دوره های سیستم توسط عناصر و پر شدن اوربیتال های اتمی با الکترون، وابستگی دوره ای ساختارهای الکترونیکی اتم ها را به بار هسته نشان می دهد.

دوره زمانی - این مجموعه ای از عناصر است که به ترتیب صعودی بارهای هسته اتم ها مرتب شده اند و با همان مقدار تعداد کوانتومی اصلی الکترون های خارجی مشخص می شوند. در ابتدای دوره پر کنید ns - و در پایان - np -اوربیتال ها (به جز دوره اول). این عناصر هشت زیر گروه اصلی (A) D.I را تشکیل می دهند. مندلیف

زیر گروه اصلی - این مجموعه ای از عناصر شیمیایی است که به صورت عمودی قرار گرفته اند و دارای تعداد یکسان الکترون در سطح انرژی خارجی هستند.

در یک بازه زمانی، با افزایش بار هسته و افزایش نیروی جاذبه الکترون های خارجی به سمت آن از چپ به راست، شعاع اتم ها کاهش می یابد که به نوبه خود باعث ضعیف شدن فلز و افزایش غیرفلزی می شود. خواص مطابق شعاع اتمیفاصله محاسبه شده نظری از هسته تا حداکثر چگالی الکترونی لایه کوانتومی بیرونی را بگیرید. در گروه ها، از بالا به پایین، تعداد سطوح انرژی و در نتیجه شعاع اتمی افزایش می یابد. در این حالت، خواص فلزی افزایش می یابد. خواص مهم اتم ها، که به صورت دوره ای بسته به بارهای هسته اتم ها تغییر می کنند، همچنین شامل انرژی یونیزاسیون و میل الکترونی است که در بخش 2.2 مورد بحث قرار خواهد گرفت.

پیکربندی الکترونیکی عناصر شیمیایی ردیابی مکان الکترون ها در اتم های آن است. الکترون ها می توانند در پوسته ها، زیر پوسته ها و اوربیتال ها باشند. ظرفیت یک عنصر، فعالیت شیمیایی آن و توانایی برهمکنش با سایر مواد به توزیع الکترون ها بستگی دارد.

نحوه نگارش پیکربندی الکترونیکی

آرایش اتم ها معمولاً برای آن دسته از ذرات عناصر شیمیایی که در حالت پایه هستند نوشته می شود. اگر اتم برانگیخته باشد، ورودی پیکربندی برانگیخته نامیده می شود. تعیین پیکربندی الکترونیکی قابل اجرا در یک مورد خاص به سه قانون بستگی دارد که برای اتم های همه عناصر شیمیایی معتبر است.

اصل پر کردن

پیکربندی الکترونیکی یک اتم باید با اصل پر شدن مطابقت داشته باشد که بر اساس آن الکترون های اتم مدارها را به ترتیب صعودی پر می کنند - از پایین ترین سطح انرژی تا بالاترین. پایین ترین اوربیتال های هر اتمی همیشه ابتدا پر می شوند. سپس الکترون‌ها اوربیتال‌های موجود سطح انرژی دوم، سپس اوربیتال s و فقط در انتها - اوربیتال زیرسطح p را پر می‌کنند.

در یک نامه، پیکربندی الکترونیکی عناصر شیمیایی با فرمولی منتقل می شود که در آن، در کنار نام عنصر، ترکیبی از اعداد و حروف مربوط به موقعیت الکترون ها نشان داده شده است. عدد بالایی تعداد الکترون های این اوربیتال ها را نشان می دهد.

به عنوان مثال، یک اتم هیدروژن یک الکترون دارد. طبق اصل پر شدن، این الکترون در اوربیتال s قرار دارد. بنابراین، پیکربندی الکترونیکی هیدروژن برابر با 1s1 خواهد بود.

اصل طرد پائولی

دومین قانون پر شدن مدار یک مورد خاص از یک قانون تعمیم یافته است که توسط فیزیکدان سوئیسی F. Pauli کشف شد. طبق این قانون، در هیچ عنصر شیمیایی هیچ جفت الکترونی وجود ندارد که دارای مجموعه اعداد کوانتومی یکسانی باشد. بنابراین، بیش از دو الکترون نمی‌توانند همزمان در هر اوربیتالی باشند و تنها در صورتی که اسپین‌های نابرابر داشته باشند.

اصل طرد پائولی را می توان با یک مثال عینی در نظر گرفت. پیکربندی الکترونیکی اتم بریلیم را می توان به صورت 1s 2 2s 2 نوشت. هنگامی که یک کوانتوم انرژی به یک اتم برخورد می کند، اتم به حالت برانگیخته می رود. می توان اینگونه نوشت:

1s 2 2s 2 (حالت عادی) + hν→ 1s 2 2s 1 2p 1 (حالت برانگیخته).

اگر پیکربندی های الکترونیکی بریلیم را در حالت عادی و برانگیخته مقایسه کنیم، می بینیم که تعداد الکترون های جفت نشده برای آنها یکسان نیست. پیکربندی الکترونیکی بریلیم عدم وجود الکترون های جفت نشده را در حالت عادی نشان می دهد. پس از ورود یک کوانتوم انرژی به اتم، دو الکترون جفت نشده ظاهر می شوند.

در اصل، در هر عنصر شیمیایی، الکترون‌ها می‌توانند به اوربیتال‌هایی با انرژی‌های بالاتر منتقل شوند، اما برای شیمی، تنها آن انتقال‌هایی که بین سطوح فرعی با مقادیر انرژی نزدیک رخ می‌دهند مورد توجه هستند.

این الگو را می توان به صورت زیر توضیح داد. تشکیل یک پیوند شیمیایی همیشه با آزاد شدن انرژی همراه است، زیرا اتم ها به یک حالت انرژی مطلوب می روند. از بین رفتن الکترون ها در همان سطح انرژی مستلزم چنین هزینه های انرژی است که پس از تشکیل یک پیوند شیمیایی به طور کامل جبران می شود. هزینه های انرژی برای از بین رفتن الکترون های سطوح مختلف شیمیایی آنقدر زیاد است که پیوند شیمیایی قادر به جبران آنها نیست. اگر شریک شیمیایی وجود نداشته باشد، اتم برانگیخته کوانتومی انرژی آزاد می کند و به حالت عادی خود باز می گردد - دانشمندان این فرآیند را آرامش می نامند.

قانون گوند

پیکربندی الکترونیکی یک اتم از قانون هوند پیروی می کند، طبق آن، پر شدن اوربیتال های یک زیر پوسته با الکترون هایی که اسپین یکسانی دارند آغاز می شود. تنها پس از اینکه تمام تک تک الکترون ها مدارهای ثابت را اشغال کردند، ذرات باردار با اسپین مخالف به آنها می پیوندند.

قانون هوند به وضوح پیکربندی الکترونیکی نیتروژن را تأیید می کند. اتم نیتروژن 7 الکترون دارد. پیکربندی الکترونیکی این عنصر شیمیایی به این صورت است: ls22s22p3. هر سه الکترونی که روی لایه فرعی 2p قرار دارند باید یکی یکی قرار گیرند و هر یک از سه اوربیتال 2p را اشغال کنند و همه اسپین های آنها باید موازی باشند.

این قوانین نه تنها به درک آنچه که پیکربندی الکترونیکی عناصر سیستم تناوبی را تعیین می کند، بلکه به درک فرآیندهای رخ داده در داخل اتم ها نیز کمک می کند.