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Uma representação convencional da distribuição de elétrons em uma nuvem eletrônica por níveis, subníveis e orbitais é chamada fórmula eletrônica do átomo.

Regras baseadas em | baseadas em | qual | qual | maquiar | entregar | fórmulas eletrônicas

1. Princípio da energia mínima: quanto menos energia o sistema tiver, mais estável ele será.

2. Regra de Klechkovsky: a distribuição dos elétrons entre os níveis e subníveis da nuvem eletrônica ocorre em ordem crescente do valor da soma dos números quânticos principais e orbitais (n + 1). Se os valores forem iguais (n + 1), o subnível que possui o menor valor de n é preenchido primeiro.

1 s 2 s p 3 s p d 4 s p d f 5 s p d f 6 s p d f 7 s p d f Número do nível n 1 2 2 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 6 7 7 7 7 Orbital 1* 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 número quântico

n+1| 1 2 3 3 4 5 4 5 6 7 5 6 7 8 6 7 8 9 7 8 9 10

Série Klechkovsky

1* - ver tabela nº 2.

3. Regra de Hund: ao preencher os orbitais de um subnível, a colocação de elétrons com spins paralelos corresponde ao nível de energia mais baixo.

Compilação|passa| fórmulas eletrônicas

Série potencial:1 s 2 s p 3 s p d 4 s p d f 5 s p d f 6 s p d f 7 s p d f

(n+1|) 1 2 3 3 4 5 4 5 6 7 5 6 7 8 6 7 8 9 7 8 9 10

Série Klechkovsky

Ordem de enchimento Eletrônica 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 ..

(n+l|) 1 2 3 3 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 7 8.

Fórmula eletrônica 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 d 10 4s 2 p 6 d 10 f 14 5s 2 p 6 d 10 f 14 6s 2 p 6 d 10 f 14 7s 2 p 6 d 10 f 14 8...

(n+1|) 1 2 3 3 4 5 4 5 6 7 5 6 7 8 6 7 8 9 7 8 9 10

Conteúdo informativo das fórmulas eletrônicas

1. Posição do elemento na tabela periódica|periódica| sistema.

2. Graus possíveis| oxidação do elemento.

3. Caráter químico do elemento.

4. Composição|armazém| e propriedades das conexões dos elementos.

Posição do elemento no período periódico|periódico|Sistema de D.I.

A) número do período, em que o elemento está localizado, corresponde ao número de níveis em que os elétrons estão localizados;

b) número do grupo, ao qual pertence um determinado elemento, é igual à soma dos elétrons de valência. Os elétrons de valência para átomos dos elementos s e p são elétrons do nível externo; para d – elementos, são elétrons do nível externo e do subnível vazio do nível anterior.

V) família eletrônica determinado pelo símbolo do subnível ao qual chega o último elétron (s-, p-, d-, f-).

G) subgrupo determinado por pertencer à família eletrônica: os elementos s - e p - ocupam os subgrupos principais, e os elementos d - secundários, os elementos f ocupam seções separadas na parte inferior da tabela periódica (actinídeos e lantanídeos).

2. Graus possíveis| oxidação de elementos.

Estado de oxidaçãoé a carga que um átomo adquire quando cede ou ganha elétrons.

Átomos que doam elétrons ganham carga positiva, que é igual ao número de elétrons doados (carga do elétron (-1)

Z E 0 – ne  Z E + n

O átomo que cedeu elétrons se transforma em cátion(íon carregado positivo). O processo de remoção de um elétron de um átomo é chamado processo de ionização. A energia necessária para realizar este processo é chamada energia de ionização ( Eion, eV).

Os primeiros a serem separados do átomo são os elétrons do nível externo, que não possuem par no orbital - desemparelhados. Na presença de orbitais livres dentro do mesmo nível, sob a influência da energia externa, os elétrons formados em este nível os pares são cozidos no vapor e depois separados todos juntos. O processo de desemparelhamento, que ocorre como resultado da absorção de uma porção de energia por um dos elétrons de um par e sua transição para um subnível superior, é denominado processo de excitação.

O maior número de elétrons que um átomo pode doar é igual ao número de elétrons de valência e corresponde ao número do grupo em que o elemento está localizado. A carga que um átomo adquire após perder todos os seus elétrons de valência é chamada estado de oxidação mais elevadoátomo.

Após a liberação|demissão| nível de valência externo torna-se|torna-se| nível que | o que | valência precedida. Este é um nível completamente preenchido com elétrons e, portanto | e portanto | energeticamente estável.

Átomos de elementos que possuem de 4 a 7 elétrons no nível externo alcançam um estado energeticamente estável não apenas doando elétrons, mas também adicionando-os. Como resultado, um nível (.ns 2 p 6) é formado - um estado de gás inerte estável.

O átomo que adicionou elétrons adquire negativograuoxidação– carga negativa, que é igual ao número de elétrons aceitos.

Z E 0 + ne  Z E - n

O número de elétrons que um átomo pode adicionar é igual ao número (8 –N|), onde N é o número do grupo em que|qual| elemento (ou número de elétrons de valência) localizado.

O processo de adição de elétrons a um átomo é acompanhado pela liberação de energia, que é chamada afinidade com o elétron (Esafinidade,eB).

O conhecimento dos possíveis estados de um elétron em um átomo, a regra de Klechkovsky, o princípio de Pauli e a regra de Hund permitem considerar a configuração eletrônica de um átomo. Fórmulas eletrônicas são usadas para isso.

A fórmula do elétron denota o estado de um elétron em um átomo, indicando com um número o número quântico principal que caracteriza seu estado, e com uma letra indicando o número quântico orbital. O número que indica quantos elétrons estão em um determinado estado está escrito à direita, acima da letra que indica o formato da nuvem de elétrons.

Para o átomo de hidrogênio (n = 1, l = 0, m = 0) a fórmula eletrônica será: 1s 1. Ambos os elétrons do próximo elemento hélio He são caracterizados pelos mesmos valores de n, l, m e diferem apenas nos spins. A fórmula eletrônica do átomo de hélio é ls 2. A camada eletrônica do átomo de hélio é completa e muito estável. O hélio é um gás nobre.

Para elementos do 2º período (n = 2, l = 0 ou l = 1), primeiro o estado 2s é preenchido e depois o subnível p do segundo nível de energia.

Fórmula eletrônica do átomo de lítio: ls 2 2s 1. O elétron 2s 1 está mais fracamente ligado ao núcleo atômico (Fig. 6), então o átomo de lítio pode facilmente abandoná-lo (como você obviamente se lembra, esse processo é chamado de oxidação), transformando-se no íon Li +.

Arroz. 6.
Seções de nuvens de elétrons 1s e 2s por um plano que passa pelo núcleo

No átomo de berílio, o quarto elétron também ocupa o estado 2s: ls 2 2s 2. Os dois elétrons externos do átomo de berílio são facilmente separados - neste caso, o Be é oxidado no cátion Be 2+.

O átomo de boro possui um elétron no estado 2p: ls 2 2s 2 2p 1. A seguir, para átomos de carbono, nitrogênio, oxigênio e flúor (de acordo com a regra de Hund), o subnível 2p é preenchido, que termina no gás nobre néon: ls 2 2s 2 2p 6.

Se quiserem enfatizar que os elétrons de um determinado subnível ocupam células quânticas individualmente, na fórmula eletrônica a designação do subnível acompanha o índice. Por exemplo, a fórmula eletrônica do átomo de carbono

Para os elementos do 3º período, o estado Zs (n = 3, l = 0) e o subnível Zp (n = 3, l - 1) são preenchidos, respectivamente. O subnível 3d (n = 3, l = 2) permanece livre:

Às vezes, em diagramas que representam a distribuição de elétrons em átomos, apenas o número de elétrons em cada nível de energia é indicado, ou seja, são escritas fórmulas eletrônicas abreviadas de átomos de elementos químicos, em contraste com as completas fornecidas acima fórmulas eletrônicas, Por exemplo:

Para elementos de grandes períodos (4º e 5º), de acordo com a regra de Klechkovsky, os dois primeiros elétrons da camada eletrônica externa ocupam os estados 4s (n = 4, l = 0) e 5s (n = 5, eu = 0):

A partir do terceiro elemento de cada período principal, os próximos dez elétrons entram nos subníveis 3d e 4d anteriores, respectivamente (para elementos de subgrupos laterais):

Como regra, quando o subnível d anterior é preenchido, o subnível p externo (4p e 5p, respectivamente) começará a ser preenchido:

Para elementos de grandes períodos - o 6º e o 7º incompleto - os níveis e subníveis de energia são preenchidos com elétrons, via de regra, assim: os dois primeiros elétrons vão para o subnível s externo, por exemplo:

o próximo elétron (em La e Ac) vai para o subnível d anterior:

Então, os próximos 14 elétrons entram no terceiro nível de energia externo nos subníveis 4f e 5f dos lantanídeos e actinídeos, respectivamente:

Então o segundo nível de energia externo (subnível d) dos elementos dos subgrupos laterais começará a se acumular novamente:

Somente depois que o subnível d estiver completamente preenchido com dez elétrons o subnível p externo será preenchido novamente:

Concluindo, vamos olhar novamente jeitos diferentes mostrar configurações eletrônicasátomos de elementos de acordo com os períodos da tabela de D.I.

Consideremos os elementos do 1º período - hidrogênio e hélio.

As fórmulas eletrônicas dos átomos mostram a distribuição dos elétrons entre os níveis e subníveis de energia.

As fórmulas eletrônicas gráficas dos átomos mostram a distribuição dos elétrons não apenas entre níveis e subníveis, mas também entre células quânticas (orbitais atômicos).

Em um átomo de hélio, a primeira camada de elétrons está completa - possui 2 elétrons.

Hidrogênio e hélio são elementos s; o subnível ls desses átomos é preenchido com elétrons.

Para todos os elementos do 2º período, a primeira camada de elétrons é preenchida e os elétrons preenchem os estados 2s e 2p de acordo com o princípio da menor energia (primeiro S- e depois p) e as regras de Pauli e Hund (Tabela 2) .

No átomo de néon, a segunda camada de elétrons está completa - possui 8 elétrons.

mesa 2
Estrutura das camadas eletrônicas de átomos de elementos do 2º período

Lítio Li, berílio Be - elementos s.

Boro B, carbono C, nitrogênio N, oxigênio O, flúor F, néon Ne são elementos p, o subnível p desses átomos é preenchido com elétrons;

Para átomos de elementos do 3º período, a primeira e a segunda camadas eletrônicas são completadas, então a terceira camada eletrônica é preenchida, na qual os elétrons podem ocupar os estados 3s, 3p e 3d (Tabela 3).

Tabela 3
Estrutura das camadas eletrônicas de átomos de elementos do 3º período

O subnível 3s está sendo completado no átomo de magnésio. Sódio Na e magnésio Mg são elementos S.

No alumínio e nos elementos que o seguem, o subnível 3p é preenchido com elétrons.

Um átomo de argônio possui 8 elétrons em sua camada externa (terceira camada de elétrons). Como camada externa está completa, mas no total na terceira camada de elétrons, como você já sabe, pode haver 18 elétrons, o que significa que os elementos do 3º período possuem um estado 3d não preenchido.

Todos os elementos do alumínio Al ao argônio Ar são elementos p.

Os elementos s e p formam os subgrupos principais da Tabela Periódica.

Para os átomos dos elementos do 4º período - potássio e cálcio - surge um quarto nível de energia, o 48º subnível é preenchido (Tabela 4), pois, segundo a regra de Klechkovsky, possui energia menor que o subnível 3d.

Tabela 4
Estrutura das camadas eletrônicas de átomos de elementos do 4º período

Para simplificar as fórmulas eletrônicas gráficas dos átomos dos elementos do 4º período:

Potássio K e cálcio Ca são elementos S incluídos nos subgrupos principais. Em átomos de escândio Sc a zinco Zn, o subnível 3d é preenchido com elétrons. Estes são elementos 3D. Eles estão incluídos em subgrupos laterais, sua camada eletrônica mais externa é preenchida e são classificados como elementos de transição.

Preste atenção à estrutura das camadas eletrônicas dos átomos de cromo e cobre. Neles, um elétron “falha” do subnível 4s para o 3d, o que é explicado pela maior estabilidade energética das configurações eletrônicas resultantes 3d 5 e 3d 10:

No átomo de zinco, o terceiro nível de energia está completo; todos os subníveis estão preenchidos nele - 3s, 3p e 3d, com um total de 18 elétrons.

Os elementos que seguem o zinco continuam a preencher o quarto nível de energia, o subnível 4p.

Elementos do gálio Ga ao criptônio Kr são elementos p.

O átomo de criptônio Kr possui uma camada externa (quarta) que é completa e possui 8 elétrons. Mas no total na quarta camada de elétrons, como você sabe, pode haver 32 elétrons; o átomo de criptônio ainda possui estados 4d e 4f não preenchidos.

Para os elementos do 5º período, de acordo com a regra de Klechkovsky, os subníveis são preenchidos na seguinte ordem: 5s ⇒ 4d ⇒ 5r. E também há exceções associadas à “falha” de elétrons em 41 Nb, 42 Mo, 44 ​​​​Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.

Nos 6º e 7º períodos, aparecem os elementos f, ou seja, elementos para os quais os subníveis 4f e 5f do terceiro nível de energia externo estão sendo preenchidos, respectivamente.

Os elementos 4f são chamados de lantanídeos.

Os elementos 5f são chamados de actinídeos.

A ordem de preenchimento dos subníveis eletrônicos nos átomos dos elementos do 6º período: elementos 55 Cs e 56 Ba - bs; 57 La ...6s 2 5d 1 - elemento 5d; 58 Ce - 71 Lu - elementos 4f; 72 Hf - 80 Hg - elementos 5d; 81 Tl - 86 Rn - elementos br. Mas aqui também existem elementos em que a ordem de preenchimento dos subníveis de energia é “perturbada”, o que, por exemplo, está associado à maior estabilidade energética dos subníveis f meio preenchidos e totalmente preenchidos, ou seja, nf 7 e nf 14.

Dependendo de qual subnível do átomo é preenchido com elétrons por último, todos os elementos, como você já entendeu, são divididos em quatro famílias ou blocos eletrônicos (Fig. 7):

Arroz. 7.
Divisão da Tabela Periódica (tabela) em blocos de elementos

1. elementos s; o subnível s do nível externo do átomo é preenchido com elétrons; os elementos s incluem hidrogênio, hélio e elementos dos principais subgrupos dos grupos I e II;
2. elementos p; o subnível p do nível externo do átomo é preenchido com elétrons; Os elementos p incluem elementos dos subgrupos principais dos grupos III-VIII;
3. elementos d; o subnível d do nível pré-externo do átomo é preenchido com elétrons; Os elementos d incluem elementos de subgrupos secundários dos grupos I-VIII, ou seja, elementos de décadas de plug-in de grandes períodos localizados entre os elementos s e p. Eles também são chamados de elementos de transição;
4. elementos f; o subnível f do terceiro nível externo do átomo é preenchido com elétrons; Estes incluem lantanídeos e actinídeos.

Perguntas e tarefas para § 3

1. Faça diagramas estrutura eletrônica, fórmulas eletrônicas e fórmulas eletrônicas gráficas de átomos dos seguintes elementos químicos:
   a) cálcio;
   b) ferro;
   c) zircônio;
   d) nióbio;
   e) háfnio;
   e) ouro.
2. Escreva a fórmula eletrônica para o elemento #110 usando o símbolo de gás nobre apropriado.
3. O que é um “mergulho” de elétrons? Dê exemplos de elementos em que esse fenômeno é observado, anote suas fórmulas eletrônicas.
4. Como a afiliação é determinada? Elemento químico para esta ou aquela família eletrônica?
5. Compare as fórmulas eletrônicas e gráficas do átomo de enxofre. Qual Informações adicionais contém última fórmula?

>> Química: Configurações eletrônicas de átomos de elementos químicos

O físico suíço W. Pauli estabeleceu em 1925 que em um átomo em um orbital não pode haver mais do que dois elétrons com spins opostos (antiparalelos) (traduzido do inglês como “fuso”), ou seja, possuindo propriedades que podem ser condicionalmente imaginou-se como a rotação de um elétron em torno de seu eixo imaginário: no sentido horário ou anti-horário. Este princípio é chamado de princípio de Pauli.

Se houver um elétron no orbital, então ele é chamado de desemparelhado; se houver dois, então são elétrons emparelhados, ou seja, elétrons com spins opostos;

A Figura 5 mostra um diagrama da divisão dos níveis de energia em subníveis.

O orbital s, como você já sabe, tem formato esférico. O elétron do átomo de hidrogênio (s = 1) está localizado neste orbital e não está emparelhado. Portanto, sua fórmula eletrônica ou configuração eletrônica será escrita da seguinte forma: 1s 1. Nas fórmulas eletrônicas, o número do nível de energia é indicado pelo número que precede a letra (1...), Letra latina denotam um subnível (tipo de orbital), e o número escrito no canto superior direito da letra (como um expoente) mostra o número de elétrons no subnível.

Para um átomo de hélio He, que possui dois elétrons emparelhados em um orbital s, esta fórmula é: 1s 2.

A camada eletrônica do átomo de hélio é completa e muito estável. O hélio é um gás nobre.

No segundo nível de energia (n = 2) existem quatro orbitais: um s e três p. Os elétrons do orbital s de segundo nível (orbitais 2s) possuem maior energia, pois estão a uma distância maior do núcleo do que os elétrons do orbital 1s (n = 2).

Em geral, para cada valor de n existe um orbital s, mas com um suprimento correspondente de energia eletrônica e, portanto, com um diâmetro correspondente, crescendo à medida que o valor de n aumenta.

O p-Orbital tem o formato de um haltere ou de um oito tridimensional. Todos os três orbitais p estão localizados no átomo mutuamente perpendiculares ao longo das coordenadas espaciais traçadas através do núcleo do átomo. Deve-se enfatizar mais uma vez que cada nível de energia (camada eletrônica), a partir de n = 2, possui três orbitais p. À medida que o valor de n aumenta, os elétrons ocupam orbitais p localizados a grandes distâncias do núcleo e direcionados ao longo dos eixos x, y, z.

Para elementos do segundo período (n = 2), primeiro um orbital b é preenchido e depois três orbitais p. Fórmula eletrônica 1l: 1s 2 2s 1. O elétron está mais fracamente ligado ao núcleo do átomo, então o átomo de lítio pode facilmente abandoná-lo (como você lembra, esse processo é chamado de oxidação), transformando-se em um íon Li+.

No átomo de berílio Be 0, o quarto elétron também está localizado no orbital 2s: 1s 2 2s 2. Os dois elétrons externos do átomo de berílio são facilmente separados - Be 0 é oxidado no cátion Be 2+.

No átomo de boro, o quinto elétron ocupa o orbital 2p: 1s 2 2s 2 2p 1. Em seguida, os átomos C, N, O, E são preenchidos com orbitais 2p, que terminam com o gás nobre néon: 1s 2 2s 2 2p 6.

Para elementos do terceiro período, os orbitais Sv e Sr são preenchidos, respectivamente. Cinco orbitais d do terceiro nível permanecem livres:

11 Na 1s 2 2s 2 Sv1; 17С11в22822р63р5; 18Аг П^Ёр^Зр6.

Às vezes, nos diagramas que representam a distribuição de elétrons nos átomos, apenas o número de elétrons em cada nível de energia é indicado, ou seja, são escritas fórmulas eletrônicas abreviadas de átomos de elementos químicos, em contraste com as fórmulas eletrônicas completas fornecidas acima.

Para elementos de grandes períodos (quarto e quinto), os dois primeiros elétrons ocupam o 4º e o 5º orbitais, respectivamente: 19 K 2, 8, 8, 1; 38 Sr 2, 8, 18, 8, 2. A partir do terceiro elemento de cada período principal, os próximos dez elétrons entrarão nos orbitais 3d e 4d anteriores, respectivamente (para elementos de subgrupos laterais): 23 V 2, 8, 11, 2; 26 Tr 2, 8, 14, 2; 40 Zr 2, 8, 18, 10, 2; 43 Tg 2, 8, 18, 13, 2. Como regra, quando o subnível d anterior é preenchido, o subnível p externo (4p e 5p, respectivamente) começará a ser preenchido.

Para elementos de grandes períodos - o sexto e o sétimo incompleto - os níveis e subníveis eletrônicos são preenchidos com elétrons, via de regra, assim: os dois primeiros elétrons irão para o subnível b externo: 56 Va 2, 8, 18, 18, 8, 2; 87Gg 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1; o próximo elétron (para Na e Ac) ao anterior (subnível p: 57 La 2, 8, 18, 18, 9, 2 e 89 Ac 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2.

Então, os próximos 14 elétrons entrarão no terceiro nível de energia externo nos orbitais 4f e 5f dos lantanídeos e actinídeos, respectivamente.

Então o segundo nível de energia externo (subnível d) começará a se acumular novamente: para elementos de subgrupos laterais: 73 Ta 2, 8,18, 32,11, 2; 104 Rf 2, 8,18, 32, 32,10, 2, - e, finalmente, somente depois que o nível atual estiver completamente preenchido com dez elétrons o subnível p externo será preenchido novamente:

86 Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8.

Muitas vezes, a estrutura das camadas eletrônicas dos átomos é representada usando células de energia ou quânticas - são escritas as chamadas fórmulas eletrônicas gráficas. Para esta notação é utilizada a seguinte notação: cada célula quântica é designada por uma célula que corresponde a um orbital; Cada elétron é indicado por uma seta correspondente à direção do spin. Ao escrever uma fórmula eletrônica gráfica, você deve se lembrar de duas regras: o princípio de Pauli, segundo o qual não pode haver mais do que dois elétrons em uma célula (orbital), mas com spins antiparalelos, e a regra de F. Hund, segundo a qual elétrons ocupam células livres (orbitais) e estão localizados em A princípio, eles são um de cada vez e têm o mesmo valor de spin, e só então eles emparelham, mas os spins serão direcionados de forma oposta de acordo com o princípio de Pauli.

Concluindo, consideremos mais uma vez a exibição das configurações eletrônicas dos átomos dos elementos de acordo com os períodos do sistema D.I. Os diagramas da estrutura eletrônica dos átomos mostram a distribuição dos elétrons pelas camadas eletrônicas (níveis de energia).

Em um átomo de hélio, a primeira camada de elétrons está completa - possui 2 elétrons.

Hidrogênio e hélio são elementos s; o orbital s desses átomos é preenchido com elétrons.

Elementos do segundo período

Para todos os elementos do segundo período, a primeira camada de elétrons é preenchida e os elétrons preenchem os orbitais e e p da segunda camada de elétrons de acordo com o princípio da menor energia (primeiro s- e depois p) e o Pauli e Regras de cães (Tabela 2).

No átomo de néon, a segunda camada de elétrons está completa - possui 8 elétrons.

Tabela 2 Estrutura das camadas eletrônicas dos átomos dos elementos do segundo período

Fim da mesa. 2

Li, Be - elementos b.

B, C, N, O, F, Ne são elementos p; esses átomos têm orbitais p cheios de elétrons.

Elementos do terceiro período

Para átomos de elementos do terceiro período, a primeira e a segunda camadas eletrônicas são completadas, assim é preenchida a terceira camada eletrônica, na qual os elétrons podem ocupar os subníveis 3s, 3p e 3d (Tabela 3).

Tabela 3 Estrutura das camadas eletrônicas dos átomos dos elementos do terceiro período

O átomo de magnésio completa seu orbital de elétrons 3s. Elementos Na e Mg-s.

Um átomo de argônio possui 8 elétrons em sua camada externa (terceira camada de elétrons). Como camada externa é completa, mas no total na terceira camada de elétrons, como você já sabe, pode haver 18 elétrons, o que significa que os elementos do terceiro período possuem orbitais 3d vazios.

Todos os elementos de Al a Ar são elementos p. Os elementos s e p formam os subgrupos principais da Tabela Periódica.

Uma quarta camada de elétrons aparece nos átomos de potássio e cálcio, e o subnível 4s é preenchido (Tabela 4), pois possui energia menor que o subnível 3d. Para simplificar fórmulas eletrônicas gráficas de átomos de elementos Quarto período: 1) vamos denotar a fórmula eletrônica gráfica convencional do argônio da seguinte forma:
Ar;

2) não representaremos subníveis que não sejam preenchidos com esses átomos.

Tabela 4 Estrutura das camadas eletrônicas dos átomos dos elementos do quarto período

K, Ca - elementos s incluídos nos subgrupos principais. Nos átomos de Sc a Zn, o terceiro subnível é preenchido com elétrons. Estes são elementos Zy. Eles estão incluídos em subgrupos laterais, sua camada eletrônica mais externa é preenchida e são classificados como elementos de transição.

Preste atenção à estrutura das camadas eletrônicas dos átomos de cromo e cobre. Neles ocorre uma “falha” de um elétron do 4º para o 3º subnível, o que é explicado pela maior estabilidade energética das configurações eletrônicas resultantes Zd 5 e Zd 10:

No átomo de zinco, a terceira camada de elétrons está completa - todos os subníveis 3s, 3p e 3d estão preenchidos nela, com um total de 18 elétrons.

Nos elementos seguintes ao zinco, a quarta camada de elétrons, o subnível 4p, continua a ser preenchida: os elementos de Ga a Kr são elementos p.

O átomo de criptônio possui uma camada externa (quarta) que é completa e possui 8 elétrons. Mas no total na quarta camada de elétrons, como você sabe, pode haver 32 elétrons; o átomo de criptônio ainda possui subníveis 4d e 4f não preenchidos.

Para os elementos do quinto período, os subníveis são preenchidos na seguinte ordem: 5s-> 4d -> 5p. E também há exceções associadas à “falha” de elétrons em 41 Nb, 42 MO, etc.

No sexto e sétimo períodos aparecem elementos, ou seja, elementos nos quais os subníveis 4f e 5f da terceira camada eletrônica externa estão sendo preenchidos, respectivamente.

Os elementos 4f são chamados de lantanídeos.

Os elementos 5f são chamados de actinídeos.

A ordem de preenchimento dos subníveis eletrônicos nos átomos dos elementos do sexto período: 55 Сs e 56 Ва - 6s elementos;

57 La... 6s 2 5d 1 - elemento 5d; 58 Ce - 71 Lu - elementos 4f; 72 Hf - 80 Hg - elementos 5d; 81 Tl- 86 Rn - elementos 6p. Mas aqui também existem elementos em que a ordem de preenchimento dos orbitais de elétrons é “violada”, o que, por exemplo, está associado à maior estabilidade energética de subníveis f meio e completamente preenchidos, ou seja, nf 7 e nf 14 .

Dependendo de qual subnível do átomo é preenchido com elétrons por último, todos os elementos, como você já entendeu, são divididos em quatro famílias ou blocos eletrônicos (Fig. 7).

1) s-Elementos; o subnível b do nível externo do átomo é preenchido com elétrons; os elementos s incluem hidrogênio, hélio e elementos dos principais subgrupos dos grupos I e II;

2) elementos p; o subnível p do nível externo do átomo é preenchido com elétrons; Os elementos p incluem elementos dos principais subgrupos dos grupos III-VIII;

3) elementos d; o subnível d do nível pré-externo do átomo é preenchido com elétrons; Os elementos d incluem elementos de subgrupos secundários dos grupos I-VIII, ou seja, elementos de décadas de plug-in de grandes períodos localizados entre os elementos s e p. Eles também são chamados de elementos de transição;

4) elementos f, o subnível f do terceiro nível externo do átomo é preenchido com elétrons; estes incluem lantanídeos e actinídeos.

1. O que aconteceria se o princípio de Pauli não fosse observado?

2. O que aconteceria se a regra de Hund não fosse seguida?

3. Fazer diagramas da estrutura eletrónica, fórmulas eletrónicas e fórmulas eletrónicas gráficas dos átomos dos seguintes elementos químicos: Ca, Fe, Zr, Sn, Nb, Hf, Pa.

4. Escreva a fórmula eletrônica para o elemento #110 usando o símbolo de gás nobre apropriado.

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Está escrito na forma das chamadas fórmulas eletrônicas. Nas fórmulas eletrônicas, as letras s, p, d, f denotam os subníveis de energia dos elétrons; Os números na frente das letras indicam o nível de energia em que um determinado elétron está localizado, e o índice no canto superior direito é o número de elétrons em um determinado subnível. Para compor a fórmula eletrônica de um átomo de qualquer elemento, basta saber o número desse elemento na tabela periódica e seguir os princípios básicos que regem a distribuição dos elétrons no átomo.

A estrutura da camada eletrônica de um átomo também pode ser representada na forma de um diagrama do arranjo dos elétrons nas células de energia.

Para átomos de ferro, este esquema tem a seguinte forma:

Este diagrama mostra claramente a implementação da regra de Hund. No subnível 3D Quantia máxima, as células (quatro) são preenchidas com elétrons desemparelhados. A imagem da estrutura da camada de elétrons em um átomo na forma de fórmulas eletrônicas e na forma de diagramas não reflete claramente as propriedades de onda do elétron.

A redação da lei periódica conforme alterada SIM. Mendeleev : as propriedades dos corpos simples, bem como as formas e propriedades dos compostos dos elementos, dependem periodicamente da magnitude dos pesos atômicos dos elementos.

Formulação moderna da Lei Periódica: as propriedades dos elementos, bem como as formas e propriedades de seus compostos, dependem periodicamente da magnitude da carga do núcleo de seus átomos.

Assim, a carga positiva do núcleo (em vez da massa atômica) acabou sendo um argumento mais preciso do qual dependem as propriedades dos elementos e seus compostos.

Valência- Este é o número de ligações químicas pelas quais um átomo está conectado a outro.
As capacidades de valência de um átomo são determinadas pelo número de elétrons desemparelhados e pela presença de orbitais atômicos livres no nível externo. A estrutura dos níveis de energia externos dos átomos dos elementos químicos determina principalmente as propriedades de seus átomos. Portanto, esses níveis são chamados de níveis de valência. Elétrons desses níveis, e às vezes de níveis pré-externos, podem participar da formação de ligações químicas. Esses elétrons também são chamados de elétrons de valência.

Valência estequiométrica Elemento químico - este é o número de equivalentes que um determinado átomo pode anexar a si mesmo, ou o número de equivalentes em um átomo.

Os equivalentes são determinados pelo número de átomos de hidrogênio ligados ou substituídos, de modo que a valência estequiométrica é igual ao número de átomos de hidrogênio com os quais um determinado átomo interage. Mas nem todos os elementos interagem livremente, mas quase todos interagem com o oxigênio, então a valência estequiométrica pode ser definida como o dobro do número de átomos de oxigênio ligados.

Por exemplo, a valência estequiométrica do enxofre no sulfeto de hidrogênio H 2 S é 2, no óxido SO 2 - 4, no óxido SO 3 -6.

Ao determinar a valência estequiométrica de um elemento usando a fórmula de um composto binário, deve-se guiar-se pela regra: a valência total de todos os átomos de um elemento deve ser igual à valência total de todos os átomos de outro elemento.

Estado de oxidação Também caracteriza a composição da substância e é igual à valência estequiométrica com sinal de mais (para um metal ou elemento mais eletropositivo na molécula) ou menos.

1. Em substâncias simples, o estado de oxidação dos elementos é zero.

2. O estado de oxidação do flúor em todos os compostos é -1. Os restantes halogéneos (cloro, bromo, iodo) com metais, hidrogénio e outros elementos mais eletropositivos também apresentam estado de oxidação -1, mas em compostos com elementos mais eletronegativos apresentam valores positivos estados de oxidação.

3. O oxigênio nos compostos tem um estado de oxidação de -2; as exceções são o peróxido de hidrogênio H 2 O 2 e seus derivados (Na 2 O 2, BaO 2, etc., em que o oxigênio tem um estado de oxidação de -1, bem como o fluoreto de oxigênio OF 2, em que o estado de oxidação do oxigênio é +2.

4. Os elementos alcalinos (Li, Na, K, etc.) e os elementos do subgrupo principal do segundo grupo da Tabela Periódica (Be, Mg, Ca, etc.) apresentam sempre um estado de oxidação igual ao número do grupo, que é +1 e +2, respectivamente.

5. Todos os elementos do terceiro grupo, exceto o tálio, têm um estado de oxidação constante igual ao número do grupo, ou seja, +3.

6. O maior estado de oxidação de um elemento é igual ao número do grupo da Tabela Periódica, e o menor é a diferença: o número do grupo é 8. Por exemplo, o maior estado de oxidação do nitrogênio (está localizado no quinto grupo) é +5 (em ácido nítrico e seus sais), e o menor é igual a -3 (em amônia e sais de amônio).

7. Os estados de oxidação dos elementos de um composto se anulam, de modo que sua soma para todos os átomos de uma molécula ou unidade de fórmula neutra é zero e, para um íon, é sua carga.

Essas regras podem ser usadas para determinar o estado de oxidação desconhecido de um elemento em um composto, se os estados de oxidação dos outros forem conhecidos, e para construir fórmulas para compostos multielementares.

Estado de oxidação (número de oxidação) — uma quantidade convencional auxiliar para registrar os processos de oxidação, redução e reações redox.

Conceito Estado de oxidação frequentemente usado em química Inorgânica em vez do conceito valência. O estado de oxidação de um átomo é igual ao valor numérico carga elétrica, atribuído a um átomo sob a suposição de que os pares de elétrons de ligação são inteiramente tendenciosos para átomos mais eletronegativos (isto é, sob a suposição de que o composto consiste apenas em íons).

O número de oxidação corresponde ao número de elétrons que devem ser adicionados a um íon positivo para reduzi-lo a um átomo neutro, ou subtraído de íon negativo para oxidá-lo a um átomo neutro:

Al 3+ + 3e − → Al
S 2− → S + 2e − (S 2− − 2e − → S)

As propriedades dos elementos, dependendo da estrutura da camada eletrônica do átomo, mudam de acordo com períodos e grupos tabela periódica. Como em uma série de elementos analógicos as estruturas eletrônicas são apenas semelhantes, mas não idênticas, então, ao passar de um elemento do grupo para outro, não se observa para eles uma simples repetição de propriedades, mas sua mudança natural mais ou menos claramente expressa. .

A natureza química de um elemento é determinada pela capacidade de seu átomo de perder ou ganhar elétrons. Essa capacidade é quantificada pelos valores das energias de ionização e afinidades eletrônicas.

Energia de ionização (E e) é a quantidade mínima de energia necessária para a abstração e remoção completa de um elétron de um átomo na fase gasosa em T = 0

K sem transferir energia cinética para o elétron liberado com a transformação do átomo em um íon carregado positivamente: E + Ei = E+ + e-. A energia de ionização é uma quantidade positiva e tem menores valores para átomos de metais alcalinos e o maior para átomos de gases nobres (inertes).

Afinidade eletrônica (Ee) é a energia liberada ou absorvida quando um elétron é adicionado a um átomo na fase gasosa em T = 0

K com a transformação de um átomo em um íon carregado negativamente sem transferir energia cinética para a partícula:

E + e- = E- + Ee.

Os halogênios, especialmente o flúor, têm a afinidade eletrônica máxima (Ee = -328 kJ/mol).

Os valores de Ei e Ee são expressos em quilojoules por mol (kJ/mol) ou em elétron-volts por átomo (eV).

A capacidade de um átomo ligado de deslocar elétrons de ligações químicas em sua direção, aumentando a densidade de elétrons ao seu redor, é chamada eletro-negatividade.

Este conceito foi introduzido na ciência por L. Pauling. Eletro-negatividadedenotado pelo símbolo ÷ e caracteriza a tendência de um determinado átomo de adicionar elétrons quando forma uma ligação química.

Segundo R. Maliken, a eletronegatividade de um átomo é estimada pela metade da soma das energias de ionização e afinidades eletrônicas dos átomos livres = (Ee + Ei)/2

Nos períodos, há uma tendência geral de a energia de ionização e a eletronegatividade aumentarem com o aumento da carga do núcleo atômico em grupos, esses valores diminuem com o aumento do número atômico do elemento;

Deve-se enfatizar que não se pode atribuir a um elemento um valor de eletronegatividade constante, pois depende de muitos fatores, em particular do estado de valência do elemento, do tipo de composto no qual está incluído e do número e tipo de átomos vizinhos. .

Raios atômicos e iônicos. Os tamanhos dos átomos e íons são determinados pelos tamanhos da camada eletrônica. De acordo com os conceitos da mecânica quântica, a camada eletrônica não possui limites estritamente definidos. Portanto, o raio de um átomo ou íon livre pode ser considerado como distância teoricamente calculada do núcleo até a posição do máximo principal da densidade das nuvens de elétrons externas. Essa distância é chamada de raio orbital. Na prática, costuma-se utilizar os raios dos átomos e íons nos compostos, calculados com base em dados experimentais. Neste caso, os raios dos átomos covalentes e metálicos são diferenciados.

A dependência dos raios atômicos e iônicos da carga do núcleo do átomo de um elemento é de natureza periódica. Nos períodos, à medida que o número atômico aumenta, os raios tendem a diminuir. A maior diminuição é típica para elementos de períodos curtos, uma vez que seu nível eletrônico externo é preenchido. Em grandes períodos nas famílias dos elementos d e f, essa mudança é menos acentuada, pois neles o preenchimento dos elétrons ocorre na camada pré-externa. Em subgrupos, os raios de átomos e íons do mesmo tipo geralmente aumentam.

O sistema periódico de elementos é um exemplo claro da manifestação de vários tipos de periodicidade nas propriedades dos elementos, que é observada horizontalmente (em um período da esquerda para a direita), verticalmente (em um grupo, por exemplo, de cima para baixo ), diagonalmente, ou seja, alguma propriedade do átomo aumenta ou diminui, mas a periodicidade permanece.

No período da esquerda para a direita (→), as propriedades oxidantes e não metálicas dos elementos aumentam, e as propriedades redutoras e metálicas diminuem. Assim, de todos os elementos do período 3, o sódio será o metal mais ativo e o agente redutor mais forte, e o cloro será o agente oxidante mais forte.

Ligação química- é a conexão mútua de átomos em uma molécula, ou estrutura de cristal, como resultado da ação de forças elétricas de atração entre átomos.

Esta é a interação de todos os elétrons e de todos os núcleos, levando à formação de um sistema poliatômico estável (radical, íon molecular, molécula, cristal).

A ligação química é realizada por elétrons de valência. Segundo os conceitos modernos, uma ligação química é de natureza eletrônica, mas é realizada de diferentes maneiras. Portanto, existem três tipos principais de ligações químicas: covalente, iônico, metálico.Surge entre moléculas ligação de hidrogênio, e acontecer Interações de van der Waals.

As principais características de uma ligação química incluem:

- comprimento da conexão - Esta é a distância internuclear entre átomos quimicamente ligados.

Depende da natureza dos átomos em interação e da multiplicidade da ligação. À medida que a multiplicidade aumenta, o comprimento da ligação diminui e, consequentemente, a sua resistência aumenta;

- a multiplicidade da ligação é determinada pelo número de pares de elétrons conectando dois átomos. À medida que a multiplicidade aumenta, a energia de ligação aumenta;

- ângulo de conexão- o ângulo entre linhas retas imaginárias que passam pelos núcleos de dois átomos vizinhos quimicamente interligados;

Energia de ligação E SV - esta é a energia que é liberada durante a formação de uma determinada ligação e gasta em sua quebra, kJ/mol.

Ligação covalente - Uma ligação química formada pelo compartilhamento de um par de elétrons entre dois átomos.

A explicação da ligação química pelo surgimento de pares de elétrons compartilhados entre os átomos formou a base da teoria de spin da valência, cuja ferramenta é método de ligação de valência (MVS) , descoberto por Lewis em 1916. Para uma descrição da mecânica quântica das ligações químicas e da estrutura das moléculas, outro método é usado - método orbital molecular (MMO) .

Método de ligação de valência

Princípios básicos de formação de ligações químicas usando MBC:

1. Uma ligação química é formada por elétrons de valência (desemparelhados).

2. Elétrons com spins antiparalelos pertencentes a dois átomos diferentes tornam-se comuns.

3. Uma ligação química é formada somente se, quando dois ou mais átomos se aproximam, a energia total do sistema diminui.

4. As principais forças que atuam em uma molécula são de origem elétrica, de Coulomb.

5. Quanto mais forte a conexão, mais as nuvens de elétrons em interação se sobrepõem.

Existem dois mecanismos para a formação de ligações covalentes:

Mecanismo de troca. Uma ligação é formada pelo compartilhamento dos elétrons de valência de dois átomos neutros. Cada átomo contribui com um elétron desemparelhado para um par de elétrons comum:

Arroz. 7. Mecanismo de troca para formação de ligações covalentes: A- não polar; b-polar

Mecanismo doador-aceitador. Um átomo (doador) fornece um par de elétrons e o outro átomo (aceitador) fornece um orbital vazio para esse par.

conexões, educado de acordo com o mecanismo doador-aceitador, pertencem a compostos complexos

Arroz. 8. Mecanismo doador-aceitador de formação de ligação covalente

Uma ligação covalente possui certas características.

Saturabilidade - a propriedade dos átomos de formar um número estritamente definido de ligações covalentes. Devido à saturação das ligações, as moléculas possuem uma determinada composição.

Diretividade - t . e. a conexão é formada na direção de sobreposição máxima das nuvens de elétrons. . Em relação à linha que liga os centros dos átomos que formam a ligação, distinguem-se: σ e π (Fig. 9): ligação σ - formada pela sobreposição de AO ao longo da linha que liga os centros dos átomos em interação; Uma ligação π é uma ligação que ocorre na direção de um eixo perpendicular à linha reta que conecta os núcleos de um átomo. A direção da ligação determina a estrutura espacial das moléculas, ou seja, sua forma geométrica. Hibridização - é uma mudança na forma de alguns orbitais ao formar uma ligação covalente para obter uma sobreposição orbital mais eficiente. A ligação química formada com a participação de elétrons de orbitais híbridos é mais forte do que a ligação com a participação de elétrons de orbitais s e p não híbridos, pois ocorre mais sobreposição. Os seguintes tipos de hibridização são diferenciados (Fig. 10, Tabela 31): hibridização sp - um orbital s e um orbital p se transformam em dois orbitais “híbridos” idênticos, o ângulo entre seus eixos é de 180°. As moléculas nas quais ocorre a hibridização sp têm uma geometria linear (BeCl 2).

hibridização sp2- um orbital s e dois orbitais p se transformam em três orbitais “híbridos” idênticos, o ângulo entre seus eixos é de 120°. As moléculas nas quais ocorre a hibridização sp 2 têm uma geometria plana (BF 3, AlCl 3).

sp 3-hibridização- um orbital s e três orbitais p se transformam em quatro orbitais “híbridos” idênticos, cujo ângulo entre os eixos é de 109°28". As moléculas nas quais ocorre a hibridização sp 3 têm uma geometria tetraédrica (CH 4 , NH3).

Arroz. 10. Tipos de hibridização de orbitais de valência: a - sp-hibridização de orbitais de valência; b - sp 2 - hibridização de orbitais de valência; V - sp 3-hibridização de orbitais de valência

Os produtos químicos são a matéria-prima do mundo que nos rodeia.

As propriedades de cada substância química são divididas em dois tipos: químicas, que caracterizam sua capacidade de formar outras substâncias, e físicas, que são observadas objetivamente e podem ser consideradas isoladamente das transformações químicas. Por exemplo, as propriedades físicas de uma substância são o seu estado de agregação (sólido, líquido ou gasoso), condutividade térmica, capacidade térmica, solubilidade em vários meios (água, álcool, etc.), densidade, cor, sabor, etc.

Transformações de alguns substancias químicas em outras substâncias são chamados de fenômenos químicos ou reações químicas. Deve-se notar que também existem fenômenos físicos que são obviamente acompanhados por mudanças em alguns propriedades físicas substâncias sem serem convertidas em outras substâncias. Os fenômenos físicos, por exemplo, incluem o derretimento do gelo, o congelamento ou a evaporação da água, etc.

O fato de um fenômeno químico estar ocorrendo durante um processo pode ser concluído pela observação de sinais característicos de reações químicas, como mudanças de cor, formação de precipitados, liberação de gás, liberação de calor e (ou) luz.

Por exemplo, uma conclusão sobre a ocorrência de reações químicas pode ser feita observando:

Formação de sedimentos ao ferver a água, chamada de incrustação no dia a dia;

A liberação de calor e luz quando um fogo queima;

Mudança na cor de um corte de maçã fresca ao ar;

Formação de bolhas de gás durante a fermentação da massa, etc.

As menores partículas de uma substância que praticamente não sofrem alterações durante as reações químicas, mas apenas se combinam entre si de uma nova maneira, são chamadas de átomos.

A própria ideia da existência de tais unidades de matéria surgiu em Grécia antiga na mente dos filósofos antigos, o que na verdade explica a origem do termo “átomo”, já que “atomos” traduzido literalmente do grego significa “indivisível”.

No entanto, ao contrário da ideia dos antigos filósofos gregos, os átomos não são o mínimo absoluto da matéria, ou seja, eles próprios têm uma estrutura complexa.

Cada átomo consiste nas chamadas partículas subatômicas - prótons, nêutrons e elétrons, designadas respectivamente pelos símbolos p +, n o e e -. O sobrescrito na notação usada indica que o próton tem uma carga unitária positiva, o elétron tem uma carga unitária negativa e o nêutron não tem carga.

Quanto à estrutura qualitativa de um átomo, em cada átomo todos os prótons e nêutrons estão concentrados no chamado núcleo, em torno do qual os elétrons formam uma camada eletrônica.

O próton e o nêutron têm quase as mesmas massas, ou seja, m p ≈ m n, e a massa de um elétron é quase 2.000 vezes menor que a massa de cada um deles, ou seja, m p /m e ≈ m n /m e ≈ 2000.

Como a propriedade fundamental de um átomo é sua neutralidade elétrica, e a carga de um elétron é igual à carga de um próton, podemos concluir daí que o número de elétrons em qualquer átomo é igual ao número de prótons.

Por exemplo, a tabela abaixo mostra a possível composição dos átomos:

Tipo de átomos com a mesma carga nuclear, ou seja, Com o mesmo número prótons em seus núcleos são chamados de elemento químico. Assim, da tabela acima podemos concluir que o átomo1 e o átomo2 pertencem a um elemento químico, e o átomo3 e o átomo4 pertencem a outro elemento químico.

Cada elemento químico tem seu próprio nome e símbolo individual que é lido de certa forma. Assim, por exemplo, o elemento químico mais simples, cujos átomos contêm apenas um próton no núcleo, é chamado de “hidrogênio” e é denotado pelo símbolo “H”, que se lê como “cinzas”, e um elemento químico com uma carga nuclear de +7 (ou seja, contendo 7 prótons) - “nitrogênio”, tem o símbolo “N”, que é lido como “en”.

Como você pode ver na tabela acima, os átomos de um elemento químico podem diferir no número de nêutrons em seus núcleos.

Átomos que pertencem ao mesmo elemento químico, mas possuem número diferente de nêutrons e, consequentemente, massa, são chamados de isótopos.

Por exemplo, o elemento químico hidrogênio possui três isótopos - 1 H, 2 H e 3 H. Os índices 1, 2 e 3 acima do símbolo H significam o número total de nêutrons e prótons. Aqueles. Sabendo que o hidrogênio é um elemento químico, que se caracteriza pelo fato de existir um próton nos núcleos de seus átomos, podemos concluir que no isótopo 1 H não existem nêutrons (1-1 = 0), em no isótopo 2 H – 1 nêutron (2-1=1) e no isótopo 3 H – dois nêutrons (3-1=2). Como, como já mencionado, o nêutron e o próton têm as mesmas massas, e a massa do elétron é insignificantemente pequena em comparação com eles, isso significa que o isótopo 2 H é quase duas vezes mais pesado que o isótopo 1 H, e o isótopo 3 H O isótopo H é até três vezes mais pesado. Devido a uma dispersão tão grande nas massas dos isótopos de hidrogênio, os isótopos 2 H e 3 H receberam nomes e símbolos individuais separados, o que não é típico de nenhum outro elemento químico. O isótopo 2H foi denominado deutério e recebeu o símbolo D, e o isótopo 3H recebeu o nome de trítio e recebeu o símbolo T.

Se tomarmos a massa do próton e do nêutron como uma só e desprezarmos a massa do elétron, na verdade o índice superior esquerdo, além do número total de prótons e nêutrons no átomo, pode ser considerado sua massa e, portanto, este índice é chamado de número de massa e é designado pelo símbolo A. Como a carga do núcleo de qualquer próton corresponde ao átomo, e a carga de cada próton é convencionalmente considerada igual a +1, o número de prótons no núcleo é chamado de número de cobrança (Z). Ao denotar o número de nêutrons em um átomo como N, a relação entre o número de massa, o número de carga e o número de nêutrons pode ser expressa matematicamente como:

De acordo com os conceitos modernos, o elétron tem uma natureza dual (onda-partícula). Tem as propriedades de uma partícula e de uma onda. Como uma partícula, um elétron tem massa e carga, mas ao mesmo tempo, o fluxo de elétrons, como uma onda, é caracterizado pela capacidade de difração.

Para descrever o estado de um elétron em um átomo, são utilizados os conceitos da mecânica quântica, segundo os quais o elétron não possui uma trajetória de movimento específica e pode estar localizado em qualquer ponto do espaço, mas com diferentes probabilidades.

A região do espaço ao redor do núcleo onde é mais provável que um elétron seja encontrado é chamada de orbital atômico.

Um orbital atômico pode ter várias formas, tamanho e orientação. Um orbital atômico também é chamado de nuvem de elétrons.

Graficamente, um orbital atômico é geralmente denotado como uma célula quadrada:

A mecânica quântica possui um aparato matemático extremamente complexo, portanto, no âmbito de um curso escolar de química, apenas as consequências da teoria da mecânica quântica são consideradas.

De acordo com essas consequências, qualquer orbital atômico e o elétron nele localizado são completamente caracterizados por 4 números quânticos.

• O número quântico principal, n, determina a energia total de um elétron em um determinado orbital. Faixa de valores do número quântico principal – todos inteiros, ou seja n = 1,2,3,4, 5, etc.
• O número quântico orbital - l - caracteriza a forma do orbital atômico e pode assumir qualquer valor inteiro de 0 a n-1, onde n, lembre-se, é o número quântico principal.

Orbitais com l = 0 são chamados é-orbitais. Os orbitais s têm forma esférica e não têm direcionalidade no espaço:

Orbitais com l = 1 são chamados p-orbitais. Esses orbitais têm a forma de um oito tridimensional, ou seja, uma forma obtida girando um oito em torno de um eixo de simetria e externamente semelhante a um haltere:

Orbitais com l = 2 são chamados d-orbitais, e com eu = 3 – f-orbitais. A sua estrutura é muito mais complexa.

3) Número quântico magnético – m l – determina a orientação espacial de um orbital atômico específico e expressa a projeção do momento angular orbital na direção campo magnético. O número quântico magnético m l corresponde à orientação do orbital em relação à direção do vetor de intensidade do campo magnético externo e pode assumir quaisquer valores inteiros de –l a +l, incluindo 0, ou seja, o número total de valores possíveis é (2l+1). Assim, por exemplo, para l = 0 m l = 0 (um valor), para l = 1 m l = -1, 0, +1 (três valores), para l = 2 m l = -2, -1, 0, + 1, +2 (cinco valores do número quântico magnético), etc.

Assim, por exemplo, orbitais p, ou seja, orbitais com número quântico orbital l = 1, tendo a forma de um “oito tridimensional”, correspondem a três valores do número quântico magnético (-1, 0, +1), que por sua vez correspondem a três direções perpendiculares entre si no espaço.

4) O número quântico de spin (ou simplesmente spin) - m s - pode convencionalmente ser considerado responsável pelo sentido de rotação do elétron no átomo que pode assumir valores; Elétrons com spins diferentes são indicados por setas verticais direcionadas em direções diferentes: ↓ e .

O conjunto de todos os orbitais em um átomo que possuem o mesmo número quântico principal é chamado de nível de energia ou camada eletrônica. Qualquer nível de energia arbitrário com algum número n consiste em n 2 orbitais.

Um conjunto de orbitais com os mesmos valores do número quântico principal e do número quântico orbital representa um subnível de energia.

Cada nível de energia, que corresponde ao número quântico principal n, contém n subníveis. Por sua vez, cada subnível de energia com número quântico orbital l consiste em (2l+1) orbitais. Assim, o subnível s consiste em um orbital s, o subnível p consiste em três orbitais p, o subnível d consiste em cinco orbitais d e o subnível f consiste em sete orbitais f. Como, como já mencionado, um orbital atômico é frequentemente denotado por uma célula quadrada, os subníveis s-, p-, d- e f podem ser representados graficamente da seguinte forma:

Cada orbital corresponde a um conjunto individual estritamente definido de três números quânticos n, l e m l.

A distribuição de elétrons entre orbitais é chamada de configuração eletrônica.

O preenchimento dos orbitais atômicos com elétrons ocorre de acordo com três condições:

• Princípio de energia mínima: Os elétrons preenchem os orbitais começando no subnível de energia mais baixo. A sequência de subníveis em ordem crescente de suas energias é a seguinte: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;

Para facilitar a lembrança dessa sequência de preenchimento dos subníveis eletrônicos, a seguinte ilustração gráfica é muito conveniente:

• Princípio de Pauli: Cada orbital não pode conter mais do que dois elétrons.

Se houver um elétron em um orbital, ele será chamado de desemparelhado e, se houver dois, eles serão chamados de par de elétrons.

• Regra de Hund: o estado mais estável de um átomo é aquele em que, dentro de um subnível, o átomo possui o número máximo possível de elétrons desemparelhados. Este estado mais estável do átomo é chamado de estado fundamental.

Na verdade, o que foi dito acima significa que, por exemplo, a colocação do 1º, 2º, 3º e 4º elétrons em três orbitais do subnível p será realizada da seguinte forma:

O preenchimento dos orbitais atômicos do hidrogênio, que possui número de carga 1, até o criptônio (Kr), com número de carga 36, ​​será realizado da seguinte forma:

Tal representação da ordem de preenchimento dos orbitais atômicos é chamada de diagrama de energia. Com base nos diagramas eletrônicos de elementos individuais, é possível anotar suas chamadas fórmulas eletrônicas (configurações). Assim, por exemplo, um elemento com 15 prótons e, consequentemente, 15 elétrons, ou seja, o fósforo (P) terá o seguinte diagrama de energia:

Quando convertido em uma fórmula eletrônica, o átomo de fósforo terá a forma:

15 P = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

Os números de tamanho normal à esquerda do símbolo do subnível mostram o número do nível de energia, e os sobrescritos à direita do símbolo do subnível mostram o número de elétrons no subnível correspondente.

Abaixo estão as fórmulas eletrônicas dos primeiros 36 elementos da tabela periódica de D.I. Mendeleiev.

período	Item número.	símbolo	Nome	fórmula eletrônica
EU	1	H	hidrogênio	1s 1
	2	Ele	hélio	1s 2
II	3	Li	lítio	1s 2 2s 1
	4	Ser	berílio	1s 2 2s 2
	5	B	boro	1s 2 2s 2 2p 1
	6	C	carbono	1s 2 2s 2 2p 2
	7	N	azoto	1s 2 2s 2 2p 3
	8	Ó	oxigênio	1s 2 2s 2 2p 4
	9	F	flúor	1s 2 2s 2 2p 5
	10	Não	néon	1s 2 2s 2 2p 6
III	11	N / D	sódio	1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
	12	mg	magnésio	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
	13	Al	alumínio	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
	14	Si	silício	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2
	15	P	fósforo	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
	16	S	enxofre	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
	17	Cl	cloro	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
	18	Ar	argônio	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
4	19	K	potássio	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1
	20	Ca	cálcio	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2
	21	Sc	escândio	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1
	22	Ti	titânio	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2
	23	V	vanádio	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3
	24	Cr	cromo	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 aqui observamos o salto de um elétron com é sobre d subnível
	25	Mn	manganês	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5
	26	Fé	ferro	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6
	27	Co	cobalto	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7
	28	Não	níquel	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8
	29	Cu	cobre	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 aqui observamos o salto de um elétron com é sobre d subnível
	30	Zn	zinco	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
	31	Gá	gálio	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1
	32	Ge	germânio	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2
	33	Como	arsênico	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3
	34	Se	selênio	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4
	35	irmão	bromo	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5
	36	Cr	criptônio	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

Como já mencionado, em seu estado fundamental, os elétrons nos orbitais atômicos estão localizados de acordo com o princípio da menor energia. No entanto, na presença de orbitais p vazios no estado fundamental do átomo, muitas vezes, ao transmitir-lhe excesso de energia, o átomo pode ser transferido para o chamado estado excitado. Por exemplo, um átomo de boro em seu estado fundamental tem uma configuração eletrônica e um diagrama de energia da seguinte forma:

5B = 1s 2 2s 2 2p 1

E em um estado excitado (*), ou seja, Quando alguma energia é transmitida a um átomo de boro, sua configuração eletrônica e diagrama de energia ficarão assim:

5B* = 1s 2 2s 1 2p 2

Dependendo de qual subnível do átomo é preenchido por último, os elementos químicos são divididos em s, p, d ou f.

Encontrando os elementos s, p, d e f na tabela D.I. Mendeleiev:

• Os elementos s possuem o último subnível s a ser preenchido. Esses elementos incluem elementos dos subgrupos principais (à esquerda da célula da tabela) dos grupos I e II.
• Para elementos p, o subnível p é preenchido. Os elementos p incluem os últimos seis elementos de cada período, exceto o primeiro e o sétimo, bem como elementos dos subgrupos principais dos grupos III-VIII.
• Os elementos d estão localizados entre os elementos s e p em grandes períodos.
• Os elementos f são chamados de lantanídeos e actinídeos. Eles estão listados na parte inferior da tabela D.I. Mendeleiev.