Электронные формулы атомов и ионов

Число электронов в атоме определяется порядковым номером элемента в периодической системе. Используя правила размещения электронов в атоме, для атома натрия (11 электронов) можно получить следующую электронную формулу:

₁₁Na: 1s²2s²2p⁶3s¹

Электронная формула атома титана:

₂₂Ti: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d²

Если до полного или половинного заполнения d-подуровня (d¹⁰ или d⁵-конфигурации) не хватает одного электрона, то происходит «проскок электрона» - переход на d-подуровень одного электрона с соседнего s-подуровня. В результате электронная формула атома хрома имеет вид ₂₄Cr: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵, а не ₂₄Cr: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁴, а атома меди – ₂₉Cu: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d¹⁰, а не ₂₉Cu: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁹.

Число электронов в отрицательно заряженном ионе – анионе – превышает число электронов нейтрального атома на величину заряда иона: ₁₆S^2– 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ (18 электронов).

При образовании положительно заряженного иона – катиона – электроны прежде всего уходят с подуровней с большим значением главного квантового числа: ₂₄Cr³⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s⁰3d³ (21 электрон).

Электроны в атоме можно разделить на два типа: внутренние и внешние (валентные). Внутренние электроны занимают полностью завершенные подуровни, имеют низкие значения энергии и не участвуют в химических превращениях элементов.

Валентные электроны – это все электроны последнего энергетического уровня и электроны незавершенных подуровней.

Валентные электроны принимают участие в образовании химических связей. Особую активность имеют неспаренные электроны. Число неспаренных электронов определяет валентность химического элемента.

Если на последнем энергетическом уровне атома имеются пустые орбитали, то возможно распаривание на них валентных электронов (образование возбужденного состояния атома).

Например, валентные электроны серы - это электроны последнего уровня (3s²3p⁴). Графически схема заполнения электронами этих орбиталей имеет вид:

В основном (невозбужденном) состоянии атом серы имеет 2 неспаренных электрона и может проявлять валентность II.

На последнем (третьем) энергетическом уровне атом серы имеет свободные орбитали (3d-подуровень). При затрате некоторой энергии один из спаренных электронов серы может быть переведен на пустую орбиталь, что соответствует первому возбужденному состоянию атома

В этом случае атом серы имеет четыре неспаренных электрона, а его валентность равна IV.

Спаренные 3s-электроны атома серы также могут быть распарены на свободную орбиталь 3d-орбиталь:

В таком состоянии атом серы имеет 6 неспаренных электронов и проявляет валентность, равную VI.

Если на последнем электронном уровне атома элемента пустых орбиталей нет, то распаривание электронов с образованием возбужденного состояния невозможно, и элемент проявляет постоянную валентность. Атом кислорода, например, в основном состоянии имеет электронную формулу, сходную с электронной формулой атома серы, однако пустых орбиталей на втором энергетическом уровне нет, распаривание валентных электронов невозможно, поэтому валентность кислорода постоянна и равна II.