5. Принципы формирования электронной структуры атомов.

Конфигурация электронной оболочки невозбужденного атома определяется зарядом его ядра.

Электронная конфигурация химического элемента  это запись распределения электронов в атоме по квантовым слоям (оболочкам), подслоям (подоболочкам) и орбиталям. Обычно электронная конфигурация приводится для основного состояния атома. При записи электронной конфигурации указывают цифрами главное квантовое число (n), буквами подслои (подоболочки) (s, p, d, f), а степень буквенных обозначений подслоев обозначает число электронов в данном слое. Например, электронная конфигурация лития 1s² 2s¹.

При составлении электронных конфигураций многоэлектронных атомов учитывают принцип Паули, принцип минимальной энергии, правила Клечковского, правило Хунда .

Принцип Паули: в атоме не может быть двух электронов, имеющих одинаковый набор всех четырех квантовых чисел.

Из принципа Паули вытекает , что на одной орбитали может находиться лишь два электрона  с m_s= +l/2 и -1/2.Так электронные конфигурации атома водорода и следующего после водорода элемента - гелия имеют вид:

I период

H(Z=1) 1S¹

He(Z=2) 1S²

Следовательно, в sсостоянии (одна орбиталь) может быть только два электрона , в рсостоянии (три орбитали)  шесть, в dсостоянии (пять орбиталей) десять, в fсостоянии (семь орбиталей)  четырнадцать электронов.

Принцип минимальной энергии: электроны в основном состоянии заполняют орбитали в порядке возрастания энергии орбиталей.

Правила B. M. Клечковского : 1) электрон обладает наинизшей энергией на том энергетическом подуровне , где сумма квантовых чисел n и 1 минимальна ( Е = min при n+1= min );

2) если сумма квантовых чисел n и 1 одинакова для рассматриваемых энергетических подуровней, то электрон обладает наинизшей энергией на подуровне с наименьшим значением главного квантового числа (Е = min при n = min, если n + 1 = const). Правила В.M. Клечковского начинают действовать с 4 периода периодической таблицы Д.И. Менделеева.

Рассмотрим правила Клечковского при составлении схем электронного строения для атомов некоторых химических элементов 4 периода.

K (Z = 19) KL3s²3p⁶4s¹ 3d 4s

n+1=3+2=5 n+1=4+0=4

Ca (Z = 20) KL 3s²3p⁶4s²

Sc (Z = 21) KL 3s²3p⁶4s²3d¹

Zn (Z = 30) KL3s²3p⁶4s²3d^{1 0} KLM 4s²