2.4.5 Способы записи электронной конфигурации атома

Назад Назад Далее Далее


В зависимости от того, какую информацию необходимо показать при записи строения электронной оболочки атома используют три основных способа записи электронной конфигурации.

Только электронные оболочки (главное квантовое число)

Если необходимо показать только то, сколько электронных оболочек в атоме и общее число электронов на них, используют запись следующего вида:

Электронные оболочки алюминия

В этом случае необходимо записать название атома и заряд его ядра, а затем в виде дуг обозначить электронные оболочки атома и указать количество электронов на них. Каждая электронная оболочка подразумевает, что все электроны, находящиеся на них, обладают одинаковым значением главного квантового числа \(n\).

Такая запись удобна в том случае, если необходимо показать электронную конфигурацию иона, поскольку в данном случае хорошо видно увеличение или уменьшение числа электронов на внешней электронной оболочке атома:

Электронные оболочки иона алюминия

Например, в случае алюминия при образовании иона \(\mathrm{Al^{3+}}\) атом теряет три электрона со внешней электронной оболочки с главным квантовым числом \(n = 3\) и остается с двумя полностью заполненными электронными оболочками. Всего на электронной оболочке может максимально располагаться \(N = 2n^2\) электронов в зависимости от главного квантового числа \(n\). Поэтому на второй электронной оболочке алюминия может располагаться максимально \(2 \cdot 2^2 = 8\) электронов.

Положительно заряженные ионы имеют на электронных оболочках меньшее число электронов, чем соответствующий нейтральный атом. В отрицательно заряженных ионах наоборот, происходит увеличение числа электронов на оболочках. Например, в бромид-ионе \(\mathrm{Br^-}\) на один электрон больше на внешней электронной оболочке по сравнению с нейтральным атомом:

Электронные оболочки брома

Электронные оболочки иона брома

Электронные оболочки и подоболочки (главное и орбитальное квантовые числа)

Если нужно показать распределение электронов не только по энергетическим уровням (главное квантовое число \(n\)), но и по подоболочкам (орбитальное квантовое число \(l\)), то используют строчную запись, например:

\(\mathrm{Na\colon 1s^22s^22p^63s^1}\)

При этом числом указывают номер электронной оболочки (главное квантовое число), затем буквенное обозначение орбитального квантового числа (\(\mathrm{s}\), \(\mathrm{p}\), \(\mathrm{d}\), \(\mathrm{f}\) …) и над ним верхним индексом число электронов на соответствующем подуровне. Например, для указанного выше атома серы электронная конфигурация записывается так:

\(\mathrm{S\colon 1s^22s^22p^63s^23p^4}\)

Часто используют сокращённую запись электронной конфигурации, указывая только конфигурацию внешней электронной оболочки, подразумевая, что все нижележащие оболочки полностью заполнены:

\(\mathrm{S\colon 3s^23p^4}\)

Иногда, чтобы показать факт полного заполнения электронных подоболочек в квадратных скобках перед электронной конфигурацией указывают конфигурацию ближайшего благородного газа:

\(\mathrm{S\colon [Ne]3s^23p^4}\)

Поскольку каждую атомную орбиталь могут занимать не более двух электронов, то максимальное число электронов на энергетическом подуровне с орбитальным квантовым числом \(l\) равно \(4l + 2\).

Энергетический подуровень \(l\) Максимально возможное число электронов
\(\mathrm{s}\) \(0\) \(2\)
\(\mathrm{p}\) \(1\) \(6\)
\(\mathrm{d}\) \(2\) \(10\)
\(\mathrm{f}\) \(3\) \(14\)

Электронные оболочки, подоболочки и распределение по атомным орбиталям

Самый подробный тип записи означает, что нужно полностью показать распределение электронов в атоме. Для этого необходимо указать по каким орбиталям распределены электроны и какой спин они имеют. Для этого необходимо нарисовать диаграмму с ячейками, которые соответствуют атомным орбиталям:

Электронные ячейки

На таких диаграммах хорошо видно, насколько заполнены электронные оболочки и количество неспаренных электронов.

Назад Назад Далее Далее