Стр. 37 - Строение атома и химическая связь

СТРОЕНИЕ АТОМА И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
35
подуровень, и актиноиды, у которых заполняется 5f-подуровень. Электронная
конфигурация в этих атомах имеет вид (n - 2) f 1÷14 (n - 1)d 0÷1 ns2 .
Электронные конфигурации элементов в периодах
Из изложенного ранее следует, что структура электронной оболочки ато-
мов элемента меняется периодически с ростом порядкового номера элемента. С
другой стороны, химические и физические свойства элемента определяются
строением электронной оболочки и, следовательно, находятся в периодической
зависимости от заряда ядра атома. Далее рассматриваются некоторые периоди-
чески изменяющиеся свойства элементов.
Первый период (n = 1, l = 0) состоит из двух элементов H (1s1) и He (1s2 ).
Во втором периоде (n = 2, l = 0, 1) заполняются s- и p-орбитали от Li до
Ne. Элементы называются соответственно s- и p-элементами. Максимальное
число электронов на втором энергетическом уровне 8 (2s2 2p6 ).
В третьем периоде появляются пять d-орбиталей (n = 3, l = 0, 1, 2). Пока
они вакантны, и третий период, как и второй, содержит восемь элементов от Na
до Ar.
Следующие за аргоном, калий и кальций имеют на внешнем уровне 4s-
электроны (четвертый период). Появление 4s-электронов при наличии сво-
бодных 3d-орбиталей обусловлено экранированием ядра плотным 3 s2 3p6 -
электронным слоем. В связи с отталкиванием от этого слоя внешних электро-
нов для калия и кальция соответственно реализуются 4s1- и 4s2-состояния. При
дальнейшем увеличении заряда у следующего за кальцием скандия 3d-
состояние становится энергетически более выгодным, чем 4p, поэтому начина-
ет заселяться 3d-орбиталь (см. рис. 1.12). Из анализа зависимости энергии элек-
трона от порядкового номера элемента согласно В. М. Клечковскому энергия
атомных орбиталей возрастает по мере увеличения суммы (n + l). При равенст-
ве сумм сначала заполняется уровень с меньшим n и большим l, а затем с боль-
шим n и меньшим l. Так, у K и Ca заполняется 4s-орбиталь (4 + 0 = 4), а потом у
Sc заполняется 3d-орбиталь (3 + 2 = 5).
Приведенные рассуждения подтверждаются экспериментальными дан-
ными об изменении энергии s-, p-, d- и f-орбиталей в зависимости от порядко-
вого номера элемента. Как следует из рис. 1.12, значения энергии различных
состояний зависят от заряда ядра Z, и чем больше Z, тем меньше различаются
эти состояния по энергиям. Характер этого различия таков, что кривые, выра-
жающие изменение энергии, пересекаются. Так, для элементов K и Ca (Z = 19 и
20) энергия 3d -орбиталей выше, чем 4p , а для элементов с Z ≥ 21 энергия 3d-
орбиталей ниже, чем 4p. Начиная со скандия (Z = 21) заполняется 3d-орбиталь,
а во внешнем слое остаются 4s-электроны. Поэтому в четвертом периоде в ряду
от Sc до Zn все десять 3d-элементов – металлы с низшей степенью окисления,
как правило, 2, за счет внешних 4s-электронов. Общая электронная формула