La struttura dei gusci elettronici degli atomi. Guscio elettronico di un atomo Otto elettroni

Abbiamo scoperto che il cuore di un atomo è il suo nucleo. Intorno ad esso si trovano gli elettroni. Non possono restare immobili perché cadrebbero immediatamente sul nucleo.

All'inizio del 20 ° secolo. è stato adottato un modello planetario della struttura dell'atomo, secondo il quale gli elettroni si muovono attorno a un nucleo positivo molto piccolo, proprio come i pianeti ruotano attorno al Sole. Ulteriori ricerche hanno dimostrato che la struttura dell'atomo è molto più complessa. Il problema della struttura atomica rimane rilevante per la scienza moderna.

Particelle elementari, un atomo, una molecola: tutti questi sono oggetti di un microcosmo che non è osservabile da noi. Ha leggi diverse rispetto al macrocosmo, i cui oggetti possiamo osservare sia direttamente che con l'ausilio di strumenti (microscopio, telescopio, ecc.). Pertanto, quando discuteremo ulteriormente della struttura dei gusci elettronici degli atomi, capiremo che stiamo creando la nostra rappresentazione (modello), che corrisponde in gran parte alle visioni moderne, sebbene non sia assolutamente la stessa di quella di un chimico. Il nostro modello è semplificato.

Gli elettroni, muovendosi attorno al nucleo di un atomo, formano collettivamente il suo guscio elettronico. Il numero di elettroni nel guscio di un atomo è uguale, come già sapete, al numero di protoni nel nucleo di un atomo; corrisponde al numero ordinale, o atomico, dell'elemento nella tabella di D.I. Mendeleev. Pertanto, il guscio elettronico di un atomo di idrogeno è costituito da un elettrone, cloro - diciassette, oro - settantanove.

Come si muovono gli elettroni? Caoticamente, come i moscerini attorno a una lampadina accesa? O in un ordine particolare? Si scopre che è in un certo ordine.

Gli elettroni in un atomo differiscono nella loro energia. Come mostrano gli esperimenti, alcuni di loro sono attratti dal nucleo in modo più forte, altri meno. La ragione principale di ciò è la diversa distanza degli elettroni dal nucleo di un atomo. Più gli elettroni sono vicini al nucleo, più saldamente sono legati ad esso e più difficile è strapparli dal guscio elettronico, ma più sono lontani dal nucleo, più facile è strapparli. È ovvio che man mano che ci si allontana dal nucleo atomico, la riserva energetica dell'elettrone (E) aumenta (Fig. 38).

Riso. 38.
Numero massimo di elettroni per livello energetico

Gli elettroni che si muovono vicino al nucleo sembrano bloccare (schermare) il nucleo da altri elettroni, che sono attratti dal nucleo meno fortemente e si muovono a una distanza maggiore da esso. Ecco come si formano gli strati di elettroni nel guscio elettronico di un atomo. Ogni strato di elettroni è costituito da elettroni con valori energetici simili,

Pertanto, gli strati elettronici sono anche chiamati livelli energetici. Inoltre diremo: "L'elettrone si trova a un certo livello di energia".

Il numero di livelli energetici riempiti dagli elettroni in un atomo è uguale al numero del periodo nella tabella di D.I. Mendeleev in cui si trova l'elemento chimico. Ciò significa che il guscio elettronico degli atomi del 1° periodo contiene un livello energetico, del 2° periodo - due, del 3° - tre, ecc. Ad esempio, in un atomo di azoto è costituito da due livelli energetici e in un atomo di magnesio atomo - di tre:

Il numero massimo (più grande) di elettroni situati a un livello energetico può essere determinato dalla formula: 2n 2, dove n è il numero del livello. Di conseguenza, il primo livello energetico è pieno quando su di esso sono presenti due elettroni (2 × 1 2 = 2); il secondo - in presenza di otto elettroni (2 × 2 2 = 8); il terzo - diciotto (2 × 3 2 = 18), ecc. Nel corso di chimica per i gradi 8-9 considereremo solo gli elementi dei primi tre periodi, quindi non incontreremo il terzo livello energetico completo degli atomi.

Il numero di elettroni nel livello energetico esterno del guscio elettronico di un atomo per gli elementi chimici dei sottogruppi principali è uguale al numero del gruppo.

Ora possiamo elaborare diagrammi della struttura dei gusci elettronici degli atomi, guidati dal piano:

determiniamo il numero totale di elettroni sul guscio in base al numero atomico dell'elemento;
Determiniamo il numero di livelli energetici riempiti dagli elettroni nel guscio elettronico in base al numero del periodo;
Determiniamo il numero di elettroni ad ogni livello energetico (al 1° - non più di due; al 2° - non più di otto; al livello esterno, il numero di elettroni è uguale al numero del gruppo - per gli elementi del gruppo principale sottogruppi).

Il nucleo di un atomo di idrogeno ha una carica +1, cioè contiene solo un protone e rispettivamente solo un elettrone a un unico livello energetico:

Questo viene scritto utilizzando la formula elettronica come segue:

L'elemento successivo del primo periodo è l'elio. Il nucleo di un atomo di elio ha una carica +2. Ha già due elettroni al primo livello energetico:

Il primo livello energetico può ospitare solo due elettroni e non di più: è completamente completato. Ecco perché il primo periodo della tabella di D.I. Mendeleev è composto da due elementi.

L'atomo di litio, elemento del 2° periodo, ha un livello energetico in più, al quale “andrà” il terzo elettrone:

Nell'atomo di berillio, un altro elettrone “entra” nel secondo livello:

L'atomo di boro al livello esterno ha tre elettroni, e l'atomo di carbonio ha quattro elettroni... l'atomo di fluoro ha sette elettroni, l'atomo di neon ha otto elettroni:

Il secondo livello può contenere solo otto elettroni ed è quindi completo di neon.

L'atomo di sodio, un elemento del periodo 3, ha un terzo livello energetico (nota: un atomo di un elemento del periodo 3 contiene tre livelli energetici!), e contiene un elettrone:

Nota: il sodio è un elemento del gruppo I; ha un elettrone al livello energetico esterno!

Ovviamente non sarà difficile scrivere la struttura dei livelli energetici dell'atomo di zolfo, elemento del gruppo VIA del 3° periodo:

Il 3° periodo termina con l'argon:

Gli atomi degli elementi del 4o periodo, ovviamente, hanno un quarto livello, in cui l'atomo di potassio ha un elettrone e l'atomo di calcio ha due elettroni.

Ora che abbiamo acquisito familiarità con le idee semplificate sulla struttura degli atomi degli elementi del 1° e 2° periodo della tavola periodica di D.I. Mendeleev, possiamo fare chiarimenti che ci avvicinano a una visione più corretta della struttura dell'atomo.

Cominciamo con un'analogia. Proprio come l'ago di una macchina da cucire in rapido movimento, perforando un tessuto, ricama un motivo su di esso, così un elettrone che si muove incommensurabilmente più velocemente nello spazio attorno al nucleo atomico “ricama”, solo non un motivo piatto, ma tridimensionale di un nuvola di elettroni. Poiché la velocità di movimento di un elettrone è centinaia di migliaia di volte maggiore della velocità di movimento di un ago da cucito, si parla della probabilità di trovare un elettrone in un luogo o nell'altro nello spazio. Supponiamo di essere riusciti, come in un fotofinish sportivo, a stabilire la posizione dell'elettrone in un punto vicino al nucleo e a contrassegnare questa posizione con un punto. Se tale “fotofinish” viene eseguito centinaia, migliaia di volte, otterrai un modello di una nuvola di elettroni.

A volte le nuvole di elettroni sono chiamate orbitali. Facciamo lo stesso. A seconda dell'energia, le nuvole di elettroni, o orbitali, differiscono nelle dimensioni. È chiaro che quanto più piccola è la riserva energetica dell’elettrone, tanto più forte è la sua attrazione verso il nucleo e tanto più piccolo è il suo orbitale.

Le nuvole di elettroni (orbitali) possono avere forme diverse. Ogni livello energetico in un atomo inizia con un orbitale s, che è di forma sferica. Al secondo e ai successivi livelli, dopo un orbitale s, compaiono orbitali p a forma di manubrio (Fig. 39). Esistono tre orbitali di questo tipo. Qualsiasi orbitale è occupato da non più di due elettroni. Di conseguenza, possono essercene solo due nell'orbitale s e sei nei tre orbitali p.

Riso. 39.
Forme degli orbitali s e p (nuvole di elettroni)

Usando numeri arabi per indicare il livello e denotando gli orbitali con le lettere s e p, e il numero di elettroni di un dato orbitale con il numero arabo in alto a destra della lettera, possiamo rappresentare la struttura degli atomi in modo più completo formule elettroniche.

Scriviamo le formule elettroniche degli atomi del 1o e 2o periodo:

Se gli elementi hanno livelli di energia esterna simili nella struttura, allora le proprietà di questi elementi sono simili. Ad esempio, l'argon e il neon contengono ciascuno otto elettroni a livello esterno e quindi sono inerti, cioè quasi non entrano in reazioni chimiche. Nella loro forma libera, l'argon e il neon sono gas le cui molecole sono monoatomiche. Gli atomi di litio, sodio e potassio contengono ciascuno un elettrone al livello esterno e hanno proprietà simili, quindi sono collocati nello stesso gruppo della tavola periodica di D. I. Mendeleev.

Facciamo una generalizzazione: la stessa struttura dei livelli energetici esterni si ripete periodicamente, quindi le proprietà degli elementi chimici si ripetono periodicamente. Questo modello si riflette nel nome della Tavola periodica degli elementi chimici di D. I. Mendeleev.

Parole e frasi chiave

Gli elettroni negli atomi si trovano a livelli energetici.
Il primo livello energetico può contenere solo due elettroni, il secondo otto. Tali livelli sono chiamati completati.
Il numero di livelli energetici riempiti è pari al numero del periodo in cui si trova l'elemento.
Il numero di elettroni al livello esterno di un atomo di un elemento chimico è uguale al numero del suo gruppo (per gli elementi dei sottogruppi principali).
Le proprietà degli elementi chimici si ripetono periodicamente, poiché la struttura dei livelli energetici esterni dei loro atomi si ripete periodicamente.

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Domande e compiti

Un atomo è la più piccola particella della materia, costituita da un nucleo ed elettroni. La struttura dei gusci elettronici degli atomi è determinata dalla posizione dell'elemento nella tavola periodica degli elementi chimici di D.I. Mendeleev.

Elettrone e guscio elettronico di un atomo

Un atomo, che generalmente è neutro, è costituito da un nucleo carico positivamente e un guscio elettronico caricato negativamente (nuvola elettronica), con le cariche positive e negative totali uguali in valore assoluto. Nel calcolare la massa atomica relativa, la massa degli elettroni non viene presa in considerazione, poiché è trascurabile e 1840 volte inferiore alla massa di un protone o di un neutrone.

Riso. 1. Atomo.

Un elettrone è una particella completamente unica che ha una duplice natura: ha entrambe le proprietà di un'onda e di una particella. Si muovono continuamente attorno al nucleo.

Lo spazio attorno al nucleo in cui è più probabile la probabilità di trovare un elettrone è chiamato orbitale elettronico o nuvola di elettroni. Questo spazio ha una forma specifica, designata dalle lettere s-, p-, d- e f-. L'orbitale dell'elettrone S ha una forma sferica, l'orbitale p ha la forma di un manubrio o di un otto tridimensionale, le forme degli orbitali d ed f sono molto più complesse.

Riso. 2. Forme degli orbitali elettronici.

Attorno al nucleo gli elettroni sono disposti in strati elettronici. Ogni strato è caratterizzato dalla sua distanza dal nucleo e dalla sua energia, motivo per cui gli strati elettronici sono spesso chiamati livelli di energia elettronica. Più il livello è vicino al nucleo, minore è l'energia degli elettroni in esso contenuti. Un elemento differisce dall'altro nel numero di protoni nel nucleo dell'atomo e, di conseguenza, nel numero di elettroni. Di conseguenza, il numero di elettroni nel guscio elettronico di un atomo neutro è uguale al numero di protoni contenuti nel nucleo di questo atomo. Ogni elemento successivo ha un protone in più nel suo nucleo e un elettrone in più nel suo guscio elettronico.

L'elettrone appena entrato occupa l'orbitale con l'energia più bassa. Tuttavia, il numero massimo di elettroni per livello è determinato dalla formula:

dove N è il numero massimo di elettroni e n è il numero del livello energetico.

Il primo livello può avere solo 2 elettroni, il secondo può avere 8 elettroni, il terzo può avere 18 elettroni e il quarto livello può avere 32 elettroni. Il livello esterno di un atomo non può contenere più di 8 elettroni: non appena il numero di elettroni raggiunge 8, il livello successivo, più lontano dal nucleo, comincia a riempirsi.

Struttura dei gusci elettronici degli atomi

Ogni elemento si trova in un certo periodo. Un periodo è un insieme orizzontale di elementi disposti in ordine crescente di carica dei nuclei dei loro atomi, che inizia con un metallo alcalino e termina con un gas inerte. I primi tre periodi della tabella sono piccoli e i successivi, a partire dal quarto periodo, sono grandi, costituiti da due righe. Il numero del periodo in cui si trova l'elemento ha un significato fisico. Significa quanti livelli di energia elettronica ci sono in un atomo di qualsiasi elemento di un dato periodo. Pertanto, l'elemento cloro Cl si trova nel 3o periodo, cioè il suo guscio elettronico ha tre strati elettronici. Il cloro è nel gruppo VII della tabella e nel sottogruppo principale. Il sottogruppo principale è la colonna all'interno di ciascun gruppo che inizia con il periodo 1 o 2.

Pertanto, lo stato dei gusci elettronici dell'atomo di cloro è il seguente: il numero atomico dell'elemento cloro è 17, il che significa che l'atomo ha 17 protoni nel nucleo e 17 elettroni nel guscio elettronico. Al livello 1 possono esserci solo 2 elettroni, al livello 3 - 7 elettroni, poiché il cloro è nel sottogruppo principale del gruppo VII. Quindi al livello 2 ci sono: 17-2-7 = 8 elettroni.

Lavoro indipendente in chimica La struttura dei gusci elettronici degli atomi per studenti di terza media con risposte. Il lavoro indipendente consiste in 4 opzioni, ciascuna con 3 compiti.

1 opzione

	Elemento	Formula elettronica

2. Scrivi le formule elettroniche per gli elementi ossigeno e sodio. Specificare per ciascun elemento:

a) il numero massimo di elettroni nel livello energetico esterno degli atomi di qualsiasi elemento è uguale al numero del gruppo,
b) il numero massimo di elettroni nel secondo livello energetico è otto,
c) il numero totale di elettroni negli atomi di qualsiasi elemento è uguale al numero atomico dell'elemento.

opzione 2

1. Riempi la tabella. Determinare l'elemento e la sua formula elettronica.

Distribuzione degli elettroni per livelli energetici	Elemento	Formula elettronica

Atomi di quali elementi avranno proprietà simili? Perché?

2. Scrivi le formule elettroniche per gli elementi carbonio e argon. Specificare per ciascun elemento:

a) il numero totale di livelli energetici in un atomo,
b) il numero di livelli energetici pieni in un atomo,
c) il numero di elettroni nel livello energetico esterno.

3. Scegli le affermazioni corrette:

a) il numero di livelli energetici negli atomi degli elementi è uguale al numero del periodo,
b) il numero totale di elettroni in un atomo di un elemento chimico è uguale al numero del gruppo,
c) il numero di elettroni sul livello esterno degli atomi degli elementi di un gruppo del sottogruppo principale è lo stesso.

Opzione 3

1. Riempi la tabella. Determinare l'elemento e la sua formula elettronica.

Distribuzione degli elettroni per livelli energetici	Elemento	Formula elettronica

Atomi di quali elementi avranno proprietà simili? Perché?

2. Scrivi le formule elettroniche per gli elementi cloro e boro. Specificare per ciascun elemento:

a) il numero totale di livelli energetici in un atomo,
b) il numero di livelli energetici pieni in un atomo,
c) il numero di elettroni nel livello energetico esterno.

3. Scegli le affermazioni corrette:

a) gli atomi di elementi dello stesso periodo contengono lo stesso numero di livelli energetici,
b) il numero massimo di elettroni per S-orbitale è uguale a due,
c) gli atomi di elementi chimici con lo stesso numero di livelli energetici hanno proprietà simili.

Opzione 4

1. Riempi la tabella. Determinare l'elemento e la sua formula elettronica.

Distribuzione degli elettroni per livelli energetici	Elemento	Formula elettronica

Atomi di quali elementi avranno proprietà simili? Perché?

2. Scrivi le formule elettroniche per gli elementi alluminio e neon. Specificare per ciascun elemento:

a) il numero totale di livelli energetici in un atomo,
b) il numero di livelli energetici pieni in un atomo,
c) il numero di elettroni nel livello energetico esterno.

3. Scegli le affermazioni corrette:
a) tutti i livelli energetici possono contenere fino a otto elettroni,
b) gli isotopi di un elemento chimico hanno le stesse formule elettroniche,
c) il numero massimo di elettroni per R-orbitale è uguale a sei.

Risposte per un lavoro indipendente in chimica Struttura dei gusci elettronici degli atomi
1 opzione
1.
1) B - 1s 2 2s 2 2p 1
2) H - 1s 1
3) Al - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
B e Al hanno proprietà simili, poiché gli atomi di questi elementi hanno tre elettroni a livello energetico esterno.
2.
O - 1s 2 2s 2 2p 4
a) 2,
b) 1,
alle 6;
Na - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1,
a) 3,
b) 2,
in 1.
3. b, c.
opzione 2
1.
1) FA - 1s 2 2s 2 2p 5
2) Na - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
3) Li - 1s 2 2s 1
Na e Li hanno proprietà simili, poiché questi elementi hanno ciascuno un elettrone a livello di energia esterna.
2. C - 1s 2 2s 2 2p 2
a) 2,
b) 1,
alle 4;
Ar — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
a) 3,
b) 2,
alle 8.
3. a, c.
Opzione 3
1.
1) P - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
2) N - 1s 2 2s 2 2p 3
3) Non - 1s 2
P e N hanno proprietà simili, poiché questi elementi hanno cinque elettroni al livello energetico esterno.
2. Cl - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
a) 3,
b) 2,
alle 7;
B — 1s 2 2s 2 2p 1
a) 2,
b) 1,
alle 3.
3. a, b.
Opzione 4
1.
1) Mg - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
2) C - 1s 2 2s 2 2p 2
3) Sii - 1s 2 2s 2
Be e Mg hanno proprietà simili, poiché questi elementi hanno due elettroni al livello energetico esterno.
2.
Al — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
a) 3,
b) 2,
alle 3;
Ne - 1s 2 2s 2 2p 6 ,
a) 2,
b) 2,
alle 8.
3. b, c.

In un atomo il numero di elettroni è uguale alla carica del nucleo. La carica nucleare è il numero atomico dell'elemento nella tavola periodica. Di conseguenza, gli atomi di ciascun elemento chimico successivo nella tavola periodica hanno un elettrone in più rispetto al precedente.

Quando si descrive la struttura elettronica di un atomo, si indica come sono distribuiti i suoi elettroni tra i livelli energetici. Gli elettroni occupano prima i livelli con energia più bassa, poi quelli con energia più alta. Quindi prima viene riempito il primo livello energetico, se ci sono ancora elettroni, poi il secondo, il terzo, ecc. Il numero di livelli energetici negli atomi è determinato dal numero del periodo in cui si trova l'elemento chimico a cui appartiene l'atomo .

Il primo livello energetico può avere solo due elettroni. Pertanto, nel primo periodo ci sono solo due elementi chimici: idrogeno ed elio. Quando un certo livello contiene solo il massimo numero possibile di elettroni, allora questo livello si dice completo. Quindi il primo livello energetico è completato per tutti gli elementi tranne l'idrogeno.

Per gli elementi del secondo periodo, il secondo livello energetico viene gradualmente riempito. Il secondo livello energetico può contenere un massimo di 8 elettroni. Pertanto, ci sono otto elementi chimici nel secondo periodo.

Il terzo livello energetico può contenere un massimo di 18 elettroni. Tuttavia, nel terzo periodo questo livello è esterno. Non possono esserci più di 8 elettroni in ogni livello esterno. Pertanto, nel terzo periodo, il terzo livello energetico è riempito solo fino a 8 elettroni inclusi e, quindi, il terzo periodo, proprio come il secondo, contiene solo 8 elementi chimici.

Nel quarto periodo, il terzo livello energetico non è più esterno, quindi vengono riempiti fino a 18 elettroni inclusi. I primi due elementi del 4° periodo (K, Ca) riempiono il livello energetico esterno. Quindi il potassio ha un elettrone e il calcio ne ha 2. Successivamente, per gli elementi dallo scandio (Sc) allo zinco (Zn), il terzo livello energetico è pieno e 2 elettroni rimangono su quello esterno. Dopo lo zinco con il gallio (Ga), il quarto livello energetico viene nuovamente riempito con 8 elettroni in kripton (Kr).

In generale, il numero massimo di elettroni ad ogni livello energetico è determinato dalla formula 2n2, dove n è il numero del livello. Quindi, se il livello è il secondo, allora 2 * 2 2 = 8, e se il livello è 3, allora 2 * 3 2 = 18.

Gli elettroni con la massima energia determinano le proprietà chimiche degli atomi e sono chiamati elettroni di valenza. Nei sottogruppi principali, gli elettroni di valenza sono gli elettroni del livello esterno e il loro numero è determinato dal numero del gruppo. Ecco perché le proprietà degli elementi di un sottogruppo sono simili.

Le proprietà degli atomi dipendono dal numero di elettroni di valenza. I metalli ne hanno pochi, ma i non metalli ne hanno molti.

Gli atomi, originariamente ritenuti indivisibili, sono sistemi complessi.

Un atomo è costituito da un nucleo e un guscio di elettroni

Guscio elettronico: un insieme di elettroni che si muovono attorno al nucleo

I nuclei degli atomi sono carichi positivamente, sono costituiti da protoni (particelle caricate positivamente) p+ e neutroni (privi di carica) no

L'atomo nel suo complesso è elettricamente neutro, il numero di elettroni e– è uguale al numero di protoni p+, pari al numero atomico dell'elemento nella tavola periodica.

La figura mostra un modello planetario di un atomo, secondo il quale gli elettroni si muovono su orbite circolari stazionarie. È molto visivo, ma non riflette l'essenza, perché in realtà le leggi del micromondo non sono governate dalla meccanica classica, ma dalla meccanica quantistica, che tiene conto delle proprietà ondulatorie dell'elettrone.

Secondo la meccanica quantistica, un elettrone in un atomo non si muove lungo determinate traiettorie, ma può trovarsi dentro Qualunque parti dello spazio perinucleare, tuttavia probabilità la sua posizione in diverse parti di questo spazio non è la stessa.

Lo spazio attorno al nucleo in cui la probabilità di trovare un elettrone è piuttosto alta è chiamato orbitale (da non confondere con l'orbita!) o nuvola di elettroni.

Cioè, un elettrone non ha il concetto di “traiettoria”; gli elettroni non si muovono su orbite circolari o altro. La più grande difficoltà della meccanica quantistica è che è impossibile da immaginare; siamo tutti abituati ai fenomeni del macrocosmo, che obbedisce alla meccanica classica, dove ogni particella in movimento ha la propria traiettoria.

Quindi, l'elettrone ha un movimento complesso; può trovarsi ovunque nello spazio vicino al nucleo, ma con probabilità diverse. Consideriamo ora quelle parti dello spazio in cui la probabilità di trovare un elettrone è piuttosto alta: gli orbitali, le loro forme e la sequenza di riempimento degli orbitali con gli elettroni.

Immaginiamo un sistema di coordinate tridimensionale, al centro del quale si trova il nucleo di un atomo.

Innanzitutto viene riempito l'orbitale 1, che si trova più vicino al nucleo e ha la forma di una sfera.

La designazione di qualsiasi orbitale è composta da un numero e una lettera latina. Il numero mostra il livello di energia e la lettera mostra la forma dell'orbitale.

L'orbitale 1s ha l'energia più bassa e gli elettroni in questo orbitale hanno l'energia più bassa.

Questo orbitale può contenere non più di due elettroni. In questo orbitale si trovano gli elettroni degli atomi di idrogeno e di elio (i primi due elementi).

Configurazione elettronica dell'idrogeno: 1s 1

Configurazione elettronica dell'elio: 1s 2

L'apice mostra il numero di elettroni in quell'orbitale.

L'elemento successivo è il litio, ha 3 elettroni, due dei quali si trovano nell'orbitale 1, ma dove si trova il terzo elettrone?

Occupa il successivo orbitale a più alta energia, l'orbitale 2s. Ha anch'esso la forma di una sfera, ma con un raggio maggiore (l'orbitale 1s è all'interno dell'orbitale 2s).

Gli elettroni situati in questo orbitale hanno un'energia maggiore rispetto all'orbitale 1s, perché si trovano più lontani dal nucleo. In questo orbitale possono esserci al massimo 2 elettroni.
Configurazione elettronica del litio: 1s 2 2s 1
Configurazione elettronica del berillio: 1s 2 2s 2

L'elemento successivo, il boro, ha già 5 elettroni e il quinto elettrone riempirà un orbitale con un'energia ancora più elevata: l'orbitale 2p. Gli orbitali P hanno la forma di un manubrio o di un otto e si trovano lungo gli assi delle coordinate perpendicolari tra loro.

Ciascun orbitale p non può contenere più di due elettroni, quindi tre orbitali p non possono contenerne più di sei. Gli elettroni di valenza dei seguenti sei elementi riempiono gli orbitali p, quindi sono classificati come elementi p.

Configurazione elettronica dell'atomo di boro: 1s 2 2s 2 2р 1
Configurazione elettronica dell'atomo di carbonio: 1s 2 2s 2 2р 2
Configurazione elettronica dell'atomo di azoto: 1s 2 2s 2 2р 3
Configurazione elettronica dell'atomo di ossigeno: 1s 2 2s 2 2p 4
Configurazione elettronica dell'atomo di fluoro: 1s 2 2s 2 2p 5
Configurazione elettronica dell'atomo neon: 1s 2 2s 2 2р 6

Graficamente, le formule elettroniche di questi atomi sono mostrate di seguito:

Un quadrato è un orbitale o una cella quantistica, una freccia indica un elettrone, la direzione della freccia è una caratteristica speciale del movimento dell'elettrone: lo spin (in modo semplificato può essere rappresentato come la rotazione di un elettrone attorno al proprio asse orario e antiorario). Devi sapere che non possono esserci due elettroni con lo stesso spin in un orbitale (non puoi disegnare due frecce nella stessa direzione in un quadrato!). Questo è quello che è Principio di esclusione di W. Pauli: “Non possono esserci nemmeno due elettroni in un atomo per i quali tutti e quattro i numeri quantici sono uguali”

C'è un'altra regola ( La regola di Hund), secondo il quale gli elettroni vengono dispersi in orbitali di uguale energia, prima uno alla volta, e solo quando ciascuno di tali orbitali contiene già un elettrone inizia il riempimento di questi orbitali con i secondi elettroni. Quando un orbitale è popolato da due elettroni, tali elettroni vengono chiamati accoppiato.

L'atomo di neon ha un livello esterno completo di otto elettroni (2 elettroni s + 6 elettroni p = 8 elettroni al secondo livello energetico), questa configurazione è energeticamente favorevole e tutti gli altri atomi si sforzano di acquisirla. Questo è il motivo per cui gli elementi del gruppo 8A – i gas nobili – sono così chimicamente inerti.

L'elemento successivo è il sodio, numero di serie 11, il primo elemento del terzo periodo, ha un altro livello energetico: il terzo. L'undicesimo elettrone occuperà il successivo orbitale di energia più alta -3s.

Configurazione elettronica dell'atomo di sodio: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

Successivamente, gli orbitali degli elementi del terzo periodo vengono riempiti, prima viene riempito il sottolivello 3s con due elettroni, quindi il sottolivello 3p con sei elettroni (simile al secondo periodo) al gas nobile argon, che, come il neon, ha un livello esterno completo di otto elettroni. Configurazione elettronica dell'atomo di argon (18 elettroni): 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3р 6

Il quarto periodo inizia con l'elemento potassio (numero atomico 19), il cui ultimo elettrone esterno si trova nell'orbitale 4s. Anche il ventesimo elettrone del calcio riempie l'orbitale 4.

Dopo il calcio c'è una serie di 10 elementi D, che inizia con lo scandio (numero di serie 21) e termina con lo zinco (numero di serie 30). Gli elettroni di questi atomi riempiono orbitali 3D, il cui aspetto è mostrato nella figura seguente.

Quindi, riassumiamo: