Электронные конфигурации элементов (первые 20 элементов)

Что такое электронная конфигурация?

Ранее мы изучили строение атома и узнали, что электроны располагаются вокруг ядра не хаотично, а по определённым энергетическим уровням. Однако для более точного описания строения атома используют электронные конфигурации.

Электронная конфигурация показывает порядок распределения электронов по энергетическим уровням и подуровням атома.

Знание электронных конфигураций позволяет:

• объяснять положение элементов в Периодической системе;
• определять валентность элементов;
• прогнозировать химические свойства веществ;
• понимать образование химических связей.

---

Энергетические уровни и подуровни

Каждый электрон в атоме обладает определённым запасом энергии. Поэтому электроны располагаются на энергетических уровнях.

Энергетические уровни обозначаются числами:

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7

Каждый энергетический уровень состоит из подуровней.

Подуровни обозначаются буквами:

• s
• p
• d
• f

Для первых двадцати элементов используются только s- и p-подуровни.

---

Вместимость подуровней

Каждый подуровень может содержать строго определённое количество электронов:

Следовательно:

• на s-подуровне помещается 2 электрона;
• на p-подуровне помещается 6 электронов.

Вместимость подуровней является постоянной и используется при составлении электронных конфигураций.

---

Порядок заполнения подуровней

Электроны всегда занимают подуровни с меньшей энергией раньше, чем подуровни с большей энергией.

Для первых двадцати элементов последовательность заполнения выглядит следующим образом:

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s

Именно в таком порядке электроны распределяются в атомах первых двадцати элементов.

---

Что показывает электронная конфигурация?

Рассмотрим атом лития.

Порядковый номер лития:

Z = 3

Следовательно, атом лития содержит 3 электрона.

Распределяем электроны по подуровням:

1s² 2s¹

Это означает:

• на подуровне 1s находятся 2 электрона;
• на подуровне 2s находится 1 электрон.

Такую запись называют электронной конфигурацией атома.

---

Электронные конфигурации первых 20 элементов

Рассмотрим электронные конфигурации 20 элементов в таблице:

По электронной конфигурации можно определить положение элемента в Периодической системе.

---

Как определить период элемента?

Номер периода

Номер периода соответствует номеру внешнего энергетического уровня.

Рассмотрим кальций:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²

Внешний энергетический уровень — четвёртый.

Следовательно:

Кальций находится в IV периоде.

---

Как определить группу элемента?

Номер группы

Для элементов главных подгрупп номер группы соответствует числу электронов на внешнем уровне.

Рассмотрим хлор:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

На внешнем уровне находится:

2 + 5 = 7 электронов

Следовательно:

Хлор находится в VIIA (17) группе.

---

Благородные газы

Особой устойчивостью обладают атомы с полностью заполненным внешним энергетическим уровнем.

К благородным газам относятся:

• He (гелий);
• Ne (неон);
• Ar (аргон).

Их электронные конфигурации заканчиваются полностью заполненными подуровнями:

He → 1s²

Ne → 1s² 2s² 2p⁶

Ar → 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Поэтому благородные газы химически малоактивны.

Полностью заполненный внешний уровень обеспечивает высокую устойчивость атома.

---

Алгоритм составления электронной конфигурации

Чтобы составить электронную конфигурацию элемента, необходимо выполнить следующие шаги.

Шаг 1

Определить порядковый номер элемента.

Шаг 2

Установить число электронов.

В нейтральном атоме:

Число электронов = порядковому номеру элемента

Шаг 3

Заполнять подуровни в порядке:

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s

Шаг 4

Учитывать вместимость подуровней:

• s — 2 электрона;
• p — 6 электронов.

Шаг 5

Проверить, чтобы общее число электронов совпадало с порядковым номером элемента.

---

Пример: электронная конфигурация серы

Шаг 1

Порядковый номер серы:

Z = 16

Шаг 2

В атоме содержится:

16 электронов

Шаг 3

Заполняем подуровни:

1s² → 2 электрона

2s² → ещё 2 электрона

2p⁶ → ещё 6 электронов

3s² → ещё 2 электрона

Всего размещено:

2 + 2 + 6 + 2 = 12 электронов

Шаг 4

Остаётся:

16 − 12 = 4 электрона

Размещаем их на подуровне:

3p⁴

Ответ

Электронная конфигурация серы:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴

Проверка:

2 + 2 + 6 + 2 + 4 = 16

Конфигурация составлена верно.

---

Значение электронных конфигураций

Электронные конфигурации позволяют:

• объяснять положение элементов в Периодической системе;
• определять число валентных электронов;
• прогнозировать химические свойства элементов;
• объяснять образование химических связей;
• понимать причины периодического изменения свойств элементов.

---

Главное запомнить

Подуровни

• s-подуровень содержит до 2 электронов;
• p-подуровень содержит до 6 электронов.

Последовательность заполнения

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s

Электронная конфигурация

Показывает распределение электронов по подуровням атома.

Благородные газы

• имеют полностью заполненный внешний уровень;
• отличаются высокой химической устойчивостью;
• редко вступают в химические реакции.

Электронная конфигурация является своеобразным «паспортом» атома и позволяет объяснить большинство химических свойств элемента.