Використовуючи дану схему, можна пояснити формування електронних структур атомів елементів періодичної системи, записаних у вигляді електронних формул. Загальна кількість електронів в атомі визначається порядковим номером елемента.
Так, в атомах елементів першого періоду буде заповнюватися електронами одна s орбіталь першого енергетичного рівня (табл. 1). Так як на цьому рівні два електрона, то в першому періоді тільки два елементи (1 H і 2 He), електронні формули яких наступні: 1 H 1s 1 і 2 Чи не 1s 2.
В атомах елементів другого періодапервий енергетичний рівень повністю заповнений електронами. Послідовно будуть заповнюватися електронами s - і р -подуровні другого енергетичного рівня. Сума s - і р-електронів, які заповнили цей рівень, дорівнює восьми, тому в другому періоді 8 елементів (3 Li ... 10 nе).
В атомах елементів третього періоду перший та другий енергетичні рівні повністю заповнені електронами. Послідовно будуть заповнюватися s - і р -подуровні третього енергетичного рівня. Сума s - і р-електронів, які заповнили третій енергетичний рівень, дорівнює восьми. Тому в третьому періоді 8 елементів (11 Na ... 18 Аr).
В атомах елементів четвертого періоду заповнені перший, другий і третій 3s 2 3р 6 енергетичні рівні. На третьому енергетичному рівні вільним залишається d -подуровень (3d). Заповнення цього підрівня електронами від одного до десяти починається після того, як заповниться максимально електронами 4s -подуровень. Далі розміщення електронів відбувається на 4р -подуровне. Сума 4s -, 3d - і 4р-електронів дорівнює вісімнадцяти, що відповідає 18 елементів четвертого періоду (19 К ... 36 Кr).
Аналогічно відбувається формування електронної структури атомів елементів п'ятого періоду з тією лише різницею, що s - і р -подуровні знаходяться на п'ятому, а d -подуровень на четвертому енергетичному рівнях. Так як сума 5s -, 4d - і 5р -електронів дорівнює вісімнадцяти, то в п'ятому періоді 18 елементів (37 Rb ... 54 Xе).
У надвеликих шостому періоді 32 елемента (55 Cs ... 86 Rn). Це число відповідає сумі електронів на 6s -, 4f -, 5d - і 6р -подуровнях. Заповнення підрівнів електронами така. Спочатку заповнюється електронами 6s -подуровень. Потім, всупереч низці Клечковского, заповниться одним електроном 5d -подуровень. Після цього максимально заповниться 4f -подуровень. Далі будуть заповнюватися 5d - і 6р -подуровні. Попередні енергетичні рівні заповнені електронами.
Аналогічне явище спостерігається при формуванні електронних структур атомів елементів сьомого періоду.
Таким чином, щоб написати електронну формулу атома елемента необхідно знати наступне.
1. Порядковий номер елемента в періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва, відповідний загальної кількості електронів в атомі.
2. Номер періоду, який визначає загальне число енергетичних рівнів в атомі. При цьому номер останнього енергетичного рівня в атомі відповідає номеру періоду, в якому знаходиться елемент. В атомах елементів другого і третього періодів заповнення електронами останнього енергетичного рівня відбувається в такій послідовності: ns 1-2 ... nр 1-6. В атомах елементів третього і четвертого періодів підрівні останнього і передостаннього енергетичних рівнів заповнюються електронами так: ns 1-2 ... (n -1) d 1-10 ... nр 1-6. В атомах елементів шостого і сьомого періодів послідовність заповнення електронами підрівнів така: ns 1-2 ... (n -1) d 1 ... (n -2) f 1-14 ... (n -1) d 2-10 ... nр 1-6 .
3. В атомах елементів головних підгруп сума s - і р-електронів на останньому енергетичному рівні дорівнює номеру групи.
4. В атомах елементів побічних підгруп сума d-електронів на передостанньому і s-електронів на останньому енергетичних рівнях дорівнює номеру групи, крім атомів елементів підгруп кобальту, нікелю, міді і цинку.
Розміщення електронів в атомних орбіталях одного і того ж енергетичного підрівня відбувається відповідно до правила Гунда: сумарне значення спина електронів, що знаходяться на одному і тому ж підрівні, має бути максимальним, тобто даний підрівень на кожну орбиталь спочатку приймає по одному електрону з паралельними спинами, а потім - другий електрон з протилежним спіном.
Приклад 2. Напишіть електронні формули атомів елементів, що мають порядкові номери 4, 13, 22.
Рішення. Елемент з порядковим номером 4 - берилій. Отже, в атомі берилію 4 електрона. Берилій знаходиться в другому періоді, у другій групі головної підгрупи. Номер періоду відповідає числу енергетичних рівнів, тобто двом. На цих енергетичних рівнях повинні розміщуватися чотири електрона. На першому енергетичному рівні два електрона (1s 2) і на другому теж два електрона (2s 2) (див. Табл 1). Таким чином, електронна формула має такий вигляд: 4 Ве 1s 2 2s 2. Число електронів на останньому енергетичному рівні відповідає номеру групи, в якій він знаходиться.
У періодичної системі порядковому номеру 13 відповідає елемент алюміній. Алюміній знаходиться в третьому періоді, в третій групі, вглавной підгрупі. Отже, на третьому енергетичному рівні повинні перебувати три електрона, які розмістяться таким чином: 3s 2 3р 1 (сума s - і р-електронів дорівнює номеру групи). Десять електронів перебувають на першому і другому енергетичних рівнях: 1s 2 2s 2 2p 6 (див. Табл. 1). В цілому електронна формула алюмінію наступна: 13 Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1.
У періодичної системі елемент з порядковим номером 22 - титан. В атомі титану двадцять два електрона. Розміщуються вони на чотирьох енергетичних рівнях, так як елемент знаходиться в четвертому періоді. При розміщенні електронів по подуровням необхідно врахувати, що це - елемент четвертої групи побічної підгрупи. Тому на четвертому енергетичному рівні, s -подуровне знаходяться два електрони: 4s 2. Перший, другий, третій рівні s - і р -подуровні повністю заповнені електронами 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 (див. Табл. 1). Два електрона розмістяться на d -подуровне третього енергетичного рівня: 3d 2. В цілому електронна формула титану така: 22 Тi 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2.
При написанні електронних формул слід враховувати «проскакування» електронів з s -подуровня зовнішнього енергетичного рівня ns на d -подуровень предвнешнего рівня (n - 1) d. Припускають, що такий стан найбільш енергетично вигідно. «Проскакування» електрона відбувається в атомах деяких d-елементів, наприклад, 24 Сr, 29 Cu, 42 Mo, 47 Ag, 79 Au, 41 Nb, 44 Ru, 45 Rh, 46 Pd.
Приклад 3. Напишіть електронну формулу атома хрому з урахуванням «проскакування» одного електрона.
Рішення. Електронна формула хрому, згідно з принципом мінімальної енергії, повинна бути такою: 24 Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 4 4s 2. Однак, в атомі цього елементу спостерігається «проскакування» одного s-електронів з зовнішнього 4s -подуровня на підрівень 3d. Тому розташування електронів в атомі хрому таке: 24 Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1.