Struktura elektroničkih ljuski atoma elemenata prve četiri periode: $s-$, $p-$ i $d-$elementi. Elektronička konfiguracija atoma. Osnovno i pobuđeno stanje atoma
Koncept atoma nastao je u starom svijetu za označavanje čestica materije. U prijevodu s grčkog, atom znači "nedjeljiv".
Elektroni
Irski fizičar Stoney na temelju pokusa došao je do zaključka da elektricitet prenose najsitnije čestice koje postoje u atomima svih kemijskih elemenata. Godine 1891. g. Stoney je predložio da se te čestice nazovu elektroni, što na grčkom znači "jantar".
Nekoliko godina nakon što je elektron dobio ime, engleski fizičar Joseph Thomson i francuski fizičar Jean Perrin dokazali su da elektroni nose negativan naboj. To je najmanji negativni naboj koji se u kemiji uzima kao jedinica $(–1)$. Thomson je čak uspio odrediti brzinu elektrona (jednaka je brzini svjetlosti - 300 000 $ km/s) i masu elektrona (1836 $ puta manja od mase atoma vodika).
Thomson i Perrin spojili su polove izvora struje s dvije metalne ploče - katodom i anodom, zalemljenima u staklenu cijev iz koje se odvodi zrak. Kad se na elektrodne ploče dovede napon od oko 10 tisuća volti, u cijevi je zabljesnulo svjetlosno pražnjenje, a čestice su poletjele s katode (negativni pol) na anodu (pozitivni pol), što su znanstvenici prvo nazvali katodne zrake, a zatim otkrili da je to struja elektrona. Elektroni koji udaraju u posebne tvari, poput onih na TV ekranu, uzrokuju sjaj.
Izveden je zaključak: elektroni bježe iz atoma materijala od kojeg je izrađena katoda.
Slobodni elektroni ili njihov tok mogu se dobiti na druge načine, na primjer, zagrijavanjem metalne žice ili osvjetljavanjem metala koje tvore elementi glavne podskupine I. skupine periodnog sustava (na primjer, cezij).
Stanje elektrona u atomu
Stanje elektrona u atomu shvaća se kao ukupnost informacija o energije određeni elektron u prostor, u kojem se nalazi. Već znamo da elektron u atomu nema putanju gibanja, tj. možemo samo razgovarati o vjerojatnosti njegov položaj u prostoru oko jezgre. Može se nalaziti u bilo kojem dijelu tog prostora koji okružuje jezgru, a skup različitih položaja smatra se elektronskim oblakom s određenom gustoćom negativnog naboja. Slikovito se to može zamisliti ovako: kad bi bilo moguće fotografirati položaj elektrona u atomu nakon stotinki ili milijuntinki sekunde, kao u fotofinišu, tada bi elektron na takvim fotografijama bio predstavljen kao točka. Kada bi se bezbroj takvih fotografija superponiralo, slika bi bila elektronski oblak najveće gustoće gdje je i najviše tih točaka.
Na slici je prikazan “presjek” takve gustoće elektrona u atomu vodika koji prolazi kroz jezgru, a isprekidana linija ocrtava sferu unutar koje je vjerojatnost detekcije elektrona $90%$. Kontura najbliža jezgri pokriva područje prostora u kojem je vjerojatnost detekcije elektrona $10%$, vjerojatnost detekcije elektrona unutar druge konture od jezgre je $20%$, unutar treće - $≈30% $, itd. Postoji određena nesigurnost u stanju elektrona. Da bi okarakterizirao ovo posebno stanje, njemački fizičar W. Heisenberg uveo je pojam princip neizvjesnosti, tj. pokazao je da je nemoguće istodobno i točno odrediti energiju i položaj elektrona. Što je energija elektrona preciznije određena, to je njegov položaj neizvjesniji, i obrnuto, nakon određivanja položaja nemoguće je odrediti energiju elektrona. Raspon vjerojatnosti detekcije elektrona nema jasne granice. Međutim, moguće je odabrati prostor u kojem je vjerojatnost pronalaska elektrona najveća.
Prostor okolo atomska jezgra, u kojoj se elektron najvjerojatnije nalazi naziva se orbitala.
Sadrži približno $90%$ elektronskog oblaka, što znači da je oko $90%$ vremena elektron u ovom dijelu svemira. Na temelju oblika poznate su četiri vrste orbitala koje se označavaju latiničnim slovima $s, p, d$ i $f$. Grafički prikaz nekih oblika elektronskih orbitala prikazan je na slici.
Najvažnija karakteristika gibanja elektrona po određenoj orbitali je energija njegovog vezanja s jezgrom. Elektroni sa sličnim energetskim vrijednostima tvore jedan sloj elektrona, ili razina energije. Energetske razine su numerirane počevši od jezgre: $1, 2, 3, 4, 5, 6$ i $7$.
Cijeli broj $n$ koji označava broj energetske razine naziva se glavni kvantni broj.
Karakterizira energiju elektrona koji zauzimaju određenu energetsku razinu. Najnižu energiju imaju elektroni prve energetske razine, najbliže jezgri. U usporedbi s elektronima prve razine, elektrone sljedećih razina karakterizira velika količina energije. Posljedično, elektroni vanjske razine najslabije su vezani za atomsku jezgru.
Broj energetskih razina (elektronskih slojeva) u atomu jednak je broju perioda u sustavu D.I. Mendeljejeva kojem kemijski element pripada: atomi elemenata prve periode imaju jednu energetsku razinu; drugi period - dva; sedmo razdoblje - sedam.
Najveći broj elektrona na energetskoj razini određen je formulom:
gdje je $N$ najveći broj elektrona; $n$ je broj razine, odnosno glavni kvantni broj. Posljedično: na prvoj energetskoj razini najbližoj jezgri ne mogu biti više od dva elektrona; na drugom - ne više od 8 $; na trećem - ne više od 18 $; na četvrtom - ne više od 32 $. A kako su, pak, raspoređene energetske razine (elektronički slojevi)?
Počevši od druge energetske razine $(n = 2)$, svaka od razina je podijeljena na podrazine (podslojeve), međusobno malo različite u energiji vezivanja s jezgrom.
Broj podrazina jednak je vrijednosti glavnog kvantnog broja: prva energetska razina ima jednu podrazinu; drugi - dva; treći - tri; četvrti - četiri. Podrazine, pak, tvore orbitale.
Svaka vrijednost $n$ odgovara broju orbitala jednakom $n^2$. Prema podacima prikazanim u tablici, može se pratiti veza između glavnog kvantnog broja $n$ i broja podrazina, tipa i broja orbitala, te maksimalnog broja elektrona na podrazini i razini.
Glavni kvantni broj, vrste i broj orbitala, najveći broj elektrona u podrazinama i razinama.
| Razina energije $(n)$ | Broj podrazina jednak je $n$ | Orbitalni tip | Broj orbitala | Maksimalan broj elektrona | ||
| u podrazini | u razini jednakoj $n^2$ | u podrazini | na razini jednakoj $n^2$ | |||
| $K(n=1)$ | $1$ | $1s$ | $1$ | $1$ | $2$ | $2$ |
| $L(n=2)$ | $2$ | $2s$ | $1$ | $4$ | $2$ | $8$ |
| $2p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $M(n=3)$ | $3$ | $3s$ | $1$ | $9$ | $2$ | $18$ |
| $3p$ | $3$ | $6$ | ||||
| 3d$ | $5$ | $10$ | ||||
| $N(n=4)$ | $4$ | $4s$ | $1$ | $16$ | $2$ | $32$ |
| $4p$ | $3$ | $6$ | ||||
| 4d$ | $5$ | $10$ | ||||
| $4f$ | $7$ | $14$ | ||||
Podrazine se obično označavaju latiničnim slovima, kao i oblik orbitala od kojih se sastoje: $s, p, d, f$. Tako:
- $s$-podrazina - prva podrazina svake energetske razine najbliža atomskoj jezgri, sastoji se od jedne $s$-orbitale;
- $p$-podrazina - druga podrazina svake, osim prve, energetske razine sastoji se od tri $p$-orbitale;
- $d$-podrazina - treća podrazina svake, počevši od treće, energetske razine, sastoji se od pet $d$-orbitala;
- $f$-podrazina svake, počevši od četvrte energetske razine, sastoji se od sedam $f$-orbitala.
Atomska jezgra
Ali nisu samo elektroni dio atoma. Fizičar Henri Becquerel otkrio je da prirodni mineral koji sadrži uranovu sol također emitira nepoznato zračenje, izlažući fotografske filmove zaštićene od svjetlosti. Ova pojava je nazvana radioaktivnost.
Postoje tri vrste radioaktivnih zraka:
- $α$-zrake, koje se sastoje od $α$-čestica koje imaju naboj $2$ puta veći od naboja elektrona, ali s pozitivnim predznakom, i masu $4$ puta veću od mase atoma vodika;
- $β$-zrake predstavljaju tok elektrona;
- $γ$-zrake su elektromagnetski valovi zanemarive mase koji ne nose električni naboj.
Posljedično, atom ima složenu strukturu - sastoji se od pozitivno nabijene jezgre i elektrona.
Kako je strukturiran atom?
Godine 1910. u Cambridgeu, blizu Londona, Ernest Rutherford i njegovi studenti i kolege proučavali su raspršenje $α$ čestica koje prolaze kroz tanku zlatnu foliju i padaju na ekran. Alfa čestice obično su odstupale od izvornog smjera samo za jedan stupanj, što je naizgled potvrđivalo ujednačenost i homogenost svojstava atoma zlata. I odjednom su istraživači primijetili da su neke $α$ čestice naglo promijenile smjer svoje staze, kao da nailaze na nekakvu prepreku.
Postavljajući ekran ispred folije, Rutherford je uspio detektirati čak i one rijetke slučajeve kada su $α$ čestice, reflektirane od atoma zlata, letjele u suprotnom smjeru.
Izračuni su pokazali da bi se opaženi fenomeni mogli dogoditi ako bi se cijela masa atoma i sav njegov pozitivni naboj koncentrirali u sićušnoj središnjoj jezgri. Polumjer jezgre, kako se pokazalo, 100.000 puta manji je od polumjera cijelog atoma, područja u kojem se nalaze elektroni s negativnim nabojem. Ako primijenimo figurativnu usporedbu, tada se cijeli volumen atoma može usporediti sa stadionom u Luzhnikiju, a jezgra - nogometna lopta, koji se nalazi u središtu terena.
Atom bilo kojeg kemijskog elementa usporediv je sa sićušnim Sunčev sustav. Stoga se ovaj model atoma, koji je predložio Rutherford, naziva planetarnim.
Protoni i neutroni
Ispostavilo se da se sićušna atomska jezgra, u kojoj je koncentrirana cjelokupna masa atoma, sastoji od čestica dvije vrste - protona i neutrona.
Protoni imaju naboj jednak naboju elektrona, ali suprotnog predznaka $(+1)$, i masu, jednaka masi atom vodika (u kemiji se uzima kao jedinica). Protoni se označavaju znakom $↙(1)↖(1)p$ (ili $p+$). Neutroni ne nose naboj, neutralni su i imaju masu jednaku masi protona, tj. $1$. Neutroni se označavaju znakom $↙(0)↖(1)n$ (ili $n^0$).
Protoni i neutroni zajedno se nazivaju nukleoni(od lat. jezgra- jezgra).
Zbroj broja protona i neutrona u atomu naziva se maseni broj. Na primjer, maseni broj atoma aluminija je:
Budući da se zanemarivo mala masa elektrona može zanemariti, očito je da je cjelokupna masa atoma koncentrirana u jezgri. Elektroni su označeni na sljedeći način: $e↖(-)$.
Budući da je atom električki neutralan, očito je i da da je broj protona i elektrona u atomu isti. Jednak je atomskom broju kemijskog elementa, dodijeljen mu u periodnom sustavu. Na primjer, jezgra atoma željeza sadrži $26$ protona, a $26$ elektrona kruži oko jezgre. Kako odrediti broj neutrona?
Kao što je poznato, masa atoma sastoji se od mase protona i neutrona. Poznavajući redni broj elementa $(Z)$, tj. broj protona i maseni broj $(A)$, jednak zbroju brojeva protona i neutrona, broj neutrona $(N)$ može se pronaći pomoću formule:
Na primjer, broj neutrona u atomu željeza je:
$56 – 26 = 30$.
U tablici su prikazane glavne karakteristike elementarnih čestica.
Osnovne karakteristike elementarnih čestica.
Izotopi
Varijante atoma istog elementa koji imaju isti nuklearni naboj, ali različite masene brojeve nazivaju se izotopi.
Riječ izotop sastoji se od dvije grčke riječi: isos- istovjetan i topos- mjesto, znači “zauzimanje jednog mjesta” (ćelije) u periodnom sustavu elemenata.
Kemijski elementi koji se nalaze u prirodi mješavina su izotopa. Dakle, ugljik ima tri izotopa s masama $12, 13, 14$; kisik - tri izotopa s masama $16, 17, 18, itd.
Obično je relativna atomska masa kemijskog elementa navedena u periodnom sustavu prosječna vrijednost atomskih masa prirodne mješavine izotopa danog elementa, uzimajući u obzir njihovu relativnu zastupljenost u prirodi, stoga vrijednosti atomskih mase su dosta često frakcijske. Na primjer, prirodni atomi klora su mješavina dvaju izotopa - $35$ (u prirodi ih ima $75%$) i $37$ (u prirodi su $25%$); stoga je relativna atomska masa klora 35,5$. Izotopi klora zapisuju se na sljedeći način:
$↖(35)↙(17)(Cl)$ i $↖(37)↙(17)(Cl)$
Kemijska svojstva izotopa klora potpuno su ista, kao i izotopi većine kemijskih elemenata, na primjer kalija, argona:
$↖(39)↙(19)(K)$ i $↖(40)↙(19)(K)$, $↖(39)↙(18)(Ar)$ i $↖(40)↙(18 )(Ar)$
Međutim, izotopi vodika uvelike se razlikuju po svojstvima zbog naglog višestrukog povećanja njihovog relativnog atomska masa; čak su im dodijeljena pojedinačna imena i kemijski simboli: protij - $↖(1)↙(1)(H)$; deuterij - $↖(2)↙(1)(H)$, ili $↖(2)↙(1)(D)$; tricij - $↖(3)↙(1)(H)$, ili $↖(3)↙(1)(T)$.
Sada možemo dati moderniju, strožu i znanstvenu definiciju kemijskog elementa.
Kemijski element je skup atoma s istim nuklearnim nabojem.
Struktura elektroničkih ljuski atoma elemenata prve četiri periode
Razmotrimo prikaz elektroničkih konfiguracija atoma elemenata prema periodima sustava D.I.
Elementi prvog razdoblja.
Dijagrami elektroničke strukture atoma prikazuju raspodjelu elektrona po elektroničkim slojevima (razinama energije).
Elektroničke formule atoma pokazuju raspodjelu elektrona po energetskim razinama i podrazinama.
Grafičke elektroničke formule atoma prikazuju raspodjelu elektrona ne samo po razinama i podrazinama, već i po orbitalama.
U atomu helija, prvi elektronski sloj je potpun - sadrži $2$ elektrona.
Vodik i helij su $s$ elementi; $s$ orbitala ovih atoma ispunjena je elektronima.
Elementi drugog razdoblja.
Za sve elemente druge periode, prvi sloj elektrona je ispunjen, a elektroni ispunjavaju $s-$ i $p$ orbitale drugog sloja elektrona u skladu s načelom najmanje energije (prvo $s$, a zatim $p$ ) i pravila Paulija i Hunda.
U atomu neona, drugi elektronski sloj je završen - sadrži $8$ elektrona.
Elementi trećeg razdoblja.
Za atome elemenata treće periode prvi i drugi elektronski sloj su dovršeni, pa je popunjen treći elektronski sloj u kojem elektroni mogu zauzeti 3s-, 3p- i 3d-podrazine.
Struktura elektroničkih ljuski atoma elemenata treće periode.
Atom magnezija završava svoju elektronsku orbitalu od 3,5$. $Na$ i $Mg$ su $s$-elementi.
U aluminiju i sljedećim elementima, podrazina $3d$ ispunjena je elektronima.
| $↙(18)(Ar)$ Argon |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)s^2(3)p^6$ |  |
Atom argona ima $8$ elektrona u svom vanjskom sloju (treći sloj elektrona). Kako je vanjski sloj završen, ali ukupno u trećem elektronskom sloju, kao što već znate, može biti 18 elektrona, što znači da elementi treće periode imaju nepopunjene $3d$ orbitale.
Svi elementi od $Al$ do $Ar$ su $r$ -elementi.
$s-$ i $p$ -elementi oblik glavne podskupine u periodnom sustavu.
Elementi četvrtog razdoblja.
Atomi kalija i kalcija imaju četvrti elektronski sloj i podrazina $4s$ je ispunjena, jer ima nižu energiju od podrazine $3d$. Za pojednostavljenje grafičkih elektroničkih formula atoma elemenata četvrte periode:
- Označimo konvencionalnu grafičku elektroničku formulu argona na sljedeći način: $Ar$;
- Nećemo prikazati podrazine koje nisu ispunjene ovim atomima.
$K, Ca$ - $s$ -elementi, uključeni u glavne podskupine. Za atome od $Sc$ do $Zn$, 3d podrazina je ispunjena elektronima. Ovo su $3d$ elementi. Uključeni su u bočne podskupine, njihov vanjski elektronski sloj je ispunjen, klasificiraju se kao prijelazni elementi.
Obratite pozornost na strukturu elektroničkih ljuski atoma kroma i bakra. U njima jedan elektron “otpada” s $4s-$ na $3d$ podrazinu, što se objašnjava većom energetskom stabilnošću nastalih elektroničkih konfiguracija $3d^5$ i $3d^(10)$:
$↙(24)(Cr)$ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(4) 4s^(2)…$ 
$↙(29)(Cu)$ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(9)4s^(2)…$ 
| Simbol elementa, serijski broj, naziv | Dijagram elektroničke strukture | Elektronska formula | Grafička elektronička formula |
| $↙(19)(K)$ Kalij |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1$ | |
| $↙(20)(C)$ Kalcij |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2$ | |
| $↙(21)(Sc)$ Skandij |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^1$ ili $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^1(4)s^1$ |  |
| $↙(22)(Ti)$ Titan |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^2$ ili $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^2(4)s^2$ |  |
| $↙(23)(V)$ Vanadij |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^3$ ili $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^3(4)s^2$ |  |
| $↙(24)(Cr)$ Krom |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^5$ ili $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^5(4)s^1$ |  |
| $↙(29)(Cu)$ Krom |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^(10)$ ili $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^1$ |  |
| $↙(30)(Zn)$ Cink |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)$ ili $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^2$ |  |
| $↙(31)(Ga)$ Galij |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^(1)$ ili $1s^2(2) s^2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^(1)$ |  |
| $↙(36)(Kr)$ Kripton |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^6$ ili $1s^2(2)s^ 2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^6$ |  |
U atomu cinka treći elektronski sloj je završen - u njemu su popunjene sve $3s, 3p$ i $3d$ podrazine, s ukupno $18$ elektrona.
U elementima koji slijede nakon cinka, četvrti elektronski sloj, podrazina $4p$, nastavlja se puniti. Elementi od $Ga$ do $Kr$ - $r$ -elementi.
Vanjski (četvrti) sloj atoma kriptona je potpun i ima $8$ elektrona. Ali ukupno u četvrtom elektronskom sloju, kao što znate, može biti $32$ elektrona; atom kriptona još uvijek ima nepopunjene podrazine $4d-$ i $4f$.
Za elemente pete periode podrazine se popunjavaju sljedećim redoslijedom: $5s → 4d → 5p$. A postoje i iznimke povezane s "kvarom" elektrona u $↙(41)Nb$, $↙(42)Mo$, $↙(44)Ru$, $↙(45)Rh$, $↙(46 ) Pd$, $↙(47)Ag$. $f$ se pojavljuje u šestoj i sedmoj periodi -elementi, tj. elementi za koje su popunjene podrazine $4f-$ i $5f$ trećeg vanjskog elektroničkog sloja.
$4f$ -elementi nazvao lantanoidi.
$5f$ -elementi nazvao aktinidi.
Redoslijed popunjavanja elektroničkih podrazina u atomima elemenata šeste periode: $↙(55)Cs$ i $↙(56)Ba$ - $6s$ elementi; $↙(57)La ... 6s^(2)5d^(1)$ - $5d$-element; $↙(58)Se$ – $↙(71)Lu - 4f$-elementi; $↙(72)Hf$ – $↙(80)Hg - 5d$-elemenata; $↙(81)T1$ – $↙(86)Rn - 6d$-elemenata. Ali i ovdje postoje elementi kod kojih je narušen redoslijed popunjavanja elektronskih orbitala, što je, na primjer, povezano s većom energetskom stabilnošću polu i potpuno ispunjenih $f$-podrazina, tj. $nf^7$ i $nf^(14)$.
Ovisno o tome koja je podrazina atoma posljednja ispunjena elektronima, svi elementi, kao što ste već razumjeli, podijeljeni su u četiri elektronske obitelji ili blokova:
- $s$ -elementi;$s$-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; $s$-elementi uključuju vodik, helij i elemente glavnih podskupina I. i II.
- $p$ -elementi;$p$-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; $p$-elementi uključuju elemente glavnih podskupina III–VIII skupina;
- $d$ -elementi;$d$-podrazina predvanjske razine atoma ispunjena je elektronima; $d$-elementi uključuju elemente sekundarnih podskupina skupina I–VIII, tj. elementi interkalarnih dekada velikih perioda koji se nalaze između $s-$ i $p-$elemenata. Također se nazivaju prijelazni elementi;
- $f$ -elementi; elektroni ispunjavaju $f-$podrazinu treće vanjske razine atoma; tu spadaju lantanidi i aktinoidi.
Elektronička konfiguracija atoma. Osnovno i pobuđeno stanje atoma
Švicarski fizičar W. Pauli 1925. godine otkrio je da atom ne može imati više od dva elektrona u jednoj orbitali, sa suprotnim (antiparalelnim) leđima (prevedeno s engleskog kao vreteno), tj. posjedujući svojstva koja se konvencionalno mogu zamisliti kao rotacija elektrona oko njegove zamišljene osi u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od njega. Ovaj princip se zove Paulijevo načelo.
Ako postoji jedan elektron u orbitali, zove se nesparen, ako dva, onda ovo sparenih elektrona, tj. elektroni sa suprotnim spinovima.
Na slici je prikazan dijagram podjele energetskih razina na podrazine.
$s-$ Orbitalni, kao što već znate, ima sferni oblik. Elektron atoma vodika $(n = 1)$ nalazi se u ovoj orbitali i nije sparen. Iz tog razloga to elektronska formula, ili elektronička konfiguracija, piše se ovako: $1s^1$. U elektroničkim formulama broj energetske razine označava se brojem ispred slova $(1...)$, latinično slovo označava podrazinu (vrstu orbitale), a broj napisan desno iznad slovo (kao eksponent) pokazuje broj elektrona u podrazini.
Za atom helija He, koji ima dva uparena elektrona u jednoj $s-$orbitali, ova formula je: $1s^2$. Elektronski omotač atoma helija je potpun i vrlo stabilan. Helij je plemeniti plin. Na drugoj energetskoj razini $(n = 2)$ nalaze se četiri orbitale, jedna $s$ i tri $p$. Elektroni $s$-orbitale druge razine ($2s$-orbitala) imaju veću energiju, jer nalaze se na većoj udaljenosti od jezgre nego elektroni $1s$ orbitale $(n = 2)$. Općenito, za svaku vrijednost $n$ postoji jedna $s-$orbitala, ali s odgovarajućom opskrbom energijom elektrona na njoj i, prema tome, s odgovarajućim promjerom, koji raste kako vrijednost $n$ raste s-$Orbitala, kao što već znate, ima sferni oblik. Elektron atoma vodika $(n = 1)$ nalazi se u ovoj orbitali i nije sparen. Stoga je njegova elektronička formula, odnosno elektronička konfiguracija, zapisana na sljedeći način: $1s^1$. U elektroničkim formulama broj energetske razine označava se brojem ispred slova $(1...)$, latinično slovo označava podrazinu (vrstu orbitale), a broj napisan desno iznad slovo (kao eksponent) pokazuje broj elektrona u podrazini.
Za atom helija $He$, koji ima dva uparena elektrona u jednoj $s-$orbitali, ova formula je: $1s^2$. Elektronski omotač atoma helija je potpun i vrlo stabilan. Helij je plemeniti plin. Na drugoj energetskoj razini $(n = 2)$ nalaze se četiri orbitale, jedna $s$ i tri $p$. Elektroni $s-$orbitala druge razine ($2s$-orbitale) imaju veću energiju, jer nalaze se na većoj udaljenosti od jezgre nego elektroni $1s$ orbitale $(n = 2)$. Općenito, za svaku vrijednost $n$ postoji jedna $s-$orbitala, ali s odgovarajućom opskrbom energijom elektrona na njoj i, prema tome, s odgovarajućim promjerom, koji raste kako se povećava vrijednost $n$. 
$p-$ Orbitalni ima oblik bučice ili voluminozne osmice. Sve tri $p$-orbitale nalaze se u atomu međusobno okomito duž prostornih koordinata povučenih kroz jezgru atoma. Treba još jednom naglasiti da svaka energetska razina (elektronički sloj), počevši od $n= 2$, ima tri $p$-orbitale. Kako vrijednost $n$ raste, elektroni zauzimaju $p$-orbitale koje se nalaze na velikim udaljenostima od jezgre i usmjerene su duž $x,y,z$ osi.
Za elemente druge periode $(n = 2)$ najprije se popunjava jedna $s$-orbitala, a zatim tri $p$-orbitale; elektronska formula $Li: 1s^(2)2s^(1)$. Elektron $2s^1$ slabije je vezan za jezgru atoma, pa ga se atom litija može lako odreći (kao što se očito sjećate, taj se proces naziva oksidacija), pretvarajući se u litijev ion $Li^+$ .
U atomu berilija Be, četvrti elektron se također nalazi u $2s$ orbitali: $1s^(2)2s^(2)$. Dva vanjska elektrona atoma berilija lako se odvajaju - $B^0$ se oksidira u kation $Be^(2+)$.
U atomu bora, peti elektron zauzima $2p$ orbitalu: $1s^(2)2s^(2)2p^(1)$. Zatim se atomi $C, N, O, F$ popunjavaju $2p$-orbitalama, koje završavaju s plemenitim plinom neonom: $1s^(2)2s^(2)2p^(6)$.
Za elemente treće periode popunjene su orbitale $3s-$ odnosno $3p$. Pet $d$-orbitala treće razine ostaje slobodno:
$↙(11)Na 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(1)$,
$↙(17)Cl 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(5)$,
$↙(18)Ar 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)$.
Ponekad se u dijagramima koji prikazuju raspodjelu elektrona u atomima navodi samo broj elektrona na svakoj energetskoj razini, tj. pisati skraćene elektroničke formule atoma kemijskih elemenata, za razliku od gore navedenih potpunih elektroničkih formula, na primjer:
$↙(11)Na 2, 8, 1;$ $↙(17)Cl 2, 8, 7;$ $↙(18)Ar 2, 8, 8$.
Za elemente velikih perioda (četvrti i peti), prva dva elektrona zauzimaju $4s-$ odnosno $5s$ orbitale: $↙(19)K 2, 8, 8, 1;$ $↙(38)Sr 2 , 8, 18, 8, 2$. Počevši od trećeg elementa svake velike periode, sljedećih deset elektrona će ići na prethodne $3d-$ odnosno $4d-$orbitale (za elemente bočnih podskupina): $↙(23)V 2, 8, 11 , 2;$ $↙( 26)Fr 2, 8, 14, 2;$ $↙(40)Zr 2, 8, 18, 10, 2;$ $↙(43)Tc 2, 8, 18, 13, 2$. U pravilu, kada se popuni prethodna $d$-podrazina, počinje se popunjavati vanjska ($4r-$ odnosno $5r-$) $r-$podrazina: $↙(33)As 2, 8 , 18, 5;$ $ ↙(52)Te 2, 8, 18, 18, 6$.
Za elemente velikih perioda - šesti i nepotpuni sedmi - elektroničke razine i podrazine popunjavaju se elektronima u pravilu ovako: prva dva elektrona ulaze u vanjsku $s-$podrazinu: $↙(56)Ba 2, 8, 18, 18, 8, 2;$ $↙(87)Pt 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1$; sljedeći jedan elektron (za $La$ i $Ca$) na prethodnu $d$-podrazinu: $↙(57)La 2, 8, 18, 18, 9, 2$ i $↙(89)Ac 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2$.
Tada će sljedećih $14$ elektrona otići na treću vanjsku energetsku razinu, na $4f$ i $5f$ orbitale lantanida i aktinoida, redom: $↙(64)Gd 2, 8, 18, 25, 9, 2; $$↙(92 )U 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2$.
Zatim će se ponovno početi graditi druga vanjska energetska razina ($d$-podrazina) elemenata bočnih podskupina: $↙(73)Ta 2, 8, 18, 32, 11, 2;$ $↙(104)Rf 2, 8, 18 , 32, 32, 10, 2$. I konačno, tek nakon što se $d$-podrazina u potpunosti ispuni s deset elektrona, ponovno će se ispuniti $p$-podrazina: $↙(86)Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8$.
Vrlo često se struktura elektroničkih ljuski atoma prikazuje pomoću energetskih ili kvantnih ćelija – tzv. grafičke elektronske formule. Za ovu se oznaku koristi sljedeća oznaka: svaka kvantna stanica označena je stanicom koja odgovara jednoj orbitali; Svaki elektron je označen strelicom koja odgovara smjeru spina. Kada pišete grafičku elektroničku formulu, trebali biste zapamtiti dva pravila: Paulijevo načelo, prema kojoj u ćeliji (orbitali) ne mogu biti više od dva elektrona, ali s antiparalelnim spinovima, i F. Hundovo pravilo, prema kojem elektroni zauzimaju slobodne ćelije prvo jedan po jedan i imaju istu vrijednost spina, a tek onda se sparuju, ali će spinovi, prema Paulijevom principu, biti suprotnih smjerova.
Algoritam za sastavljanje elektronske formule elementa:
1. Odredite broj elektrona u atomu pomoću periodnog sustava kemijskih elemenata D.I. Mendeljejev.
2. Na temelju broja perioda u kojem se nalazi element odrediti broj energetskih razina; broj elektrona na posljednjoj elektronska razina odgovara broju grupe.
3. Podijelite razine na podrazine i orbitale i popunite ih elektronima u skladu s pravilima za popunjavanje orbitala:
Mora se zapamtiti da prva razina sadrži najviše 2 elektrona 1s 2, na drugom - najviše 8 (dva s i šest r: 2s 2 2p 6), na trećem - najviše 18 (dva s, šest str, i deset d: 3s 2 3p 6 3d 10).
- Glavni kvantni broj n treba biti minimalan.
- Prvi za punjenje s- podrazina, dakle r-, d- b f- podrazine.
- Elektroni ispunjavaju orbitale redoslijedom povećanja energije orbitala (Klečkovskovo pravilo).
- Unutar podrazine elektroni najprije jedan po jedan zauzimaju slobodne orbitale, a tek potom formiraju parove (Hundovo pravilo).
- U jednoj orbitali ne može biti više od dva elektrona (Paulijev princip).
Primjeri.
1. Napravimo elektroničku formulu za dušik. Dušik je broj 7 u periodnom sustavu.
2. Kreirajmo elektronsku formulu za argon. Argon je broj 18 u periodnom sustavu.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6.
3. Stvorimo elektroničku formulu kroma. Krom je broj 24 u periodnom sustavu.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5
Energetski dijagram cinka.
4. Kreirajmo elektroničku formulu cinka. Cink je broj 30 u periodnom sustavu.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
Imajte na umu da je dio elektroničke formule, naime 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6, elektronička formula argona.
Elektronska formula cinka može se prikazati kao:
Od kada kemijske reakcije jezgre reagirajućih atoma ostaju nepromijenjene (osim radioaktivnih transformacija), zatim kemijska svojstva atomi ovise o strukturi svojih elektronskih ljuski. Teorija elektronska struktura atoma izgrađen na temelju aparata kvantne mehanike. Dakle, struktura energetskih razina atoma može se dobiti na temelju kvantnomehaničkih izračuna vjerojatnosti pronalaska elektrona u prostoru oko atomske jezgre ( riža. 4.5).
Riža. 4.5. Shema podjele energetskih razina na podrazine
Osnove teorije elektroničke strukture atoma svode se na sljedeće odredbe: stanje svakog elektrona u atomu karakteriziraju četiri kvantna broja: glavni kvantni broj n = 1, 2, 3,; orbitalni (azimutni) l=0,1,2, n–1; magnetski m l –1,0,1, m= –l, magnetski s = -1/2, 1/2 .
; vrtjeti, u istom atomu ne mogu postojati dva elektrona s istim skupom od četiri kvantna broja n, l, m m , m s; zbirke elektrona s istim glavnim kvantnim brojevima n tvore elektronske slojeve ili energetske razine atoma, numerirane od jezgre i označene kao K, L, M, N, O, P, Q, i u energetskom sloju sa zadanom vrijednošću n ne može biti više od 2n 2 elektroni. Zbirke elektrona s istim kvantnim brojevima n I m, tvore podrazine, označene kako se odmiču od jezgre kao s, p, d, f.
Probibilističko određivanje položaja elektrona u prostoru oko atomske jezgre odgovara Heisenbergovom principu nesigurnosti. Prema kvantnomehaničkim pojmovima, elektron u atomu nema određenu trajektoriju gibanja i može se nalaziti u bilo kojem dijelu prostora oko jezgre, a njegovi različiti položaji se smatraju elektronskim oblakom s određenom gustoćom negativnog naboja. Prostor oko jezgre u kojem se najvjerojatnije nalazi elektron naziva se orbitalni. Sadrži oko 90% elektronskog oblaka. Svaka podrazina 1s, 2s, 2p itd. odgovara određenom broju orbitala određenog oblika. Na primjer, 1s- I 2s- orbitale su sferne i 2p-orbitale ( 2p x , 2 str g , 2 str z-orbitale) su orijentirane u međusobno okomitim smjerovima i imaju oblik bučice ( riža. 4.6).
Riža. 4.6. Oblik i orijentacija elektronskih orbitala.
Tijekom kemijskih reakcija atomska jezgra se ne mijenja, mijenjaju se samo elektronske ljuske atoma, čija struktura objašnjava mnoga svojstva kemijskih elemenata. Na temelju teorije o elektroničkoj strukturi atoma utvrđeno je duboko fizikalno značenje Mendeljejevljevog periodičkog zakona kemijskih elemenata i stvorena teorija kemijske veze.
Teoretsko opravdanje periodnog sustava kemijskih elemenata uključuje podatke o strukturi atoma, potvrđujući postojanje veze između periodičnosti promjena svojstava kemijskih elemenata i periodičkog ponavljanja sličnih vrsta elektroničkih konfiguracija njihovih atoma.
U svjetlu učenja o strukturi atoma, Mendeljejevljeva podjela svih elemenata u sedam perioda postaje opravdana: broj perioda odgovara broju energetskih razina atoma ispunjenih elektronima. U malim periodama, s porastom pozitivnog naboja atomskih jezgri, povećava se broj elektrona na vanjskoj razini (od 1 do 2 u prvoj periodi, od 1 do 8 u drugoj i trećoj periodi), što objašnjava promjena svojstava elemenata: na početku razdoblja (osim prvog) postoji alkalni metal, zatim se uočava postupno slabljenje metalnih svojstava i jačanje nemetalnih svojstava. Taj se obrazac može pratiti za elemente drugog razdoblja u tablica 4.2.
Tablica 4.2.
U velikim periodima, s povećanjem naboja jezgri, ispunjavanje razina elektronima je teže, što objašnjava složeniju promjenu svojstava elemenata u odnosu na elemente malih perioda.
Identična priroda svojstava kemijskih elemenata u podskupinama objašnjava se sličnom strukturom vanjske energetske razine, kao što je prikazano u stol 4.3, koji ilustrira slijed punjenja energetskih razina elektronima za podskupine alkalnih metala.
Tablica 4.3.
Broj skupine obično označava broj elektrona u atomu koji mogu sudjelovati u stvaranju kemijskih veza. Ovo je fizičko značenje broja grupe. Na četiri mjesta periodnog sustava elementi nisu poredani prema rastu atomske mase: Ar I K,Co I Ni,Te I ja,Th I Godišnje. Ova su odstupanja smatrana nedostatkom periodnog sustava kemijskih elemenata. Učenje o građi atoma objasnilo je ta odstupanja. Eksperimentalno određivanje nuklearnih naboja pokazalo je da raspored ovih elemenata odgovara porastu naboja njihovih jezgri. Osim toga, eksperimentalno određivanje naboja atomskih jezgri omogućilo je određivanje broja elemenata između vodika i urana, kao i broja lantanida. Sada su sva mjesta u periodnom sustavu popunjena u intervalu od Z=1 do Z=114 Međutim, periodni sustav nije potpun, moguće je otkriće novih transuranijevih elemenata.
Koncept "atoma" poznat je čovječanstvu od davnina Stara Grčka. Prema izjavi drevnih filozofa, atom je najmanja čestica koja je dio tvari.
Elektronska struktura atoma
Atom se sastoji od pozitivno nabijene jezgre koja sadrži protone i neutrone. Elektroni se kreću u orbitama oko jezgre, od kojih se svaka može karakterizirati skupom od četiri kvantna broja: glavnim (n), orbitalnim (l), magnetskim (ml) i spinskim (ms ili s).
Glavni kvantni broj određuje energiju elektrona i veličinu elektronskih oblaka. Energija elektrona uglavnom ovisi o udaljenosti elektrona od jezgre: što je elektron bliže jezgri, njegova energija je manja. Drugim riječima, glavni kvantni broj određuje položaj elektrona na određenoj energetskoj razini (kvantni sloj). Glavni kvantni broj ima vrijednosti niza cijelih brojeva od 1 do beskonačnosti.
Orbitalni kvantni broj karakterizira oblik elektronskog oblaka. Raznog oblika elektronski oblaci uzrokuju promjenu energije elektrona unutar jedne energetske razine, tj. dijeleći ga na energetske podrazine. Orbitalni kvantni broj može imati vrijednosti od nule do (n-1), za ukupno n vrijednosti. Energetske podrazine označene su slovima:
Magnetski kvantni broj pokazuje orijentaciju orbitale u prostoru. Prihvaća bilo koju cjelobrojnu vrijednost od (+l) do (-l), uključujući nulu. Broj mogućih vrijednosti magnetskog kvantnog broja je (2l+1).
Elektron, koji se kreće u polju atomske jezgre, osim orbitalnog kutnog momenta ima i svoj kutni moment koji karakterizira njegovu vretenastu rotaciju oko vlastite osi. Ovo svojstvo elektrona naziva se spin. Veličinu i orijentaciju spina karakterizira kvantni broj spina, koji može poprimiti vrijednosti (+1/2) i (-1/2). Pozitivne i negativne vrijednosti vrtnje povezane su s njegovim smjerom.
Prije nego što je sve navedeno postalo poznato i eksperimentalno potvrđeno, postojalo je nekoliko modela strukture atoma. Jedan od prvih modela strukture atoma predložio je E. Rutherford, koji je u eksperimentima na raspršenju alfa čestica pokazao da je gotovo cijela masa atoma koncentrirana u vrlo malom volumenu - pozitivno nabijenoj jezgri. . Prema njegovom modelu, elektroni se kreću oko jezgre na dovoljno velikoj udaljenosti, a njihov je broj toliki da je atom u cjelini električki neutralan.
Rutherfordov model strukture atoma razvio je N. Bohr, koji je u svojim istraživanjima kombinirao i Einsteinova učenja o kvantima svjetlosti i kvantna teorija Planckovo zračenje. Završili ono što smo započeli i predstavili to svijetu moderan model struktura atoma kemijskog elementa Louis de Broglie i Schrödinger.
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
| Vježbajte | Navedite broj protona i neutrona sadržanih u jezgrama dušika (atomski broj 14), silicija (atomski broj 28) i barija (atomski broj 137). |
| Otopina | Broj protona u jezgri atoma kemijskog elementa određen je njegovim rednim brojem u periodnom sustavu elemenata, a broj neutrona je razlika između masenog broja (M) i naboja jezgre (Z). Dušik: n(N)= M -Z = 14-7 = 7. Silicij: n(Si)= M -Z = 28-14 = 14. Barij: n (Ba) = M - Z = 137-56 = 81. |
| Odgovor | Broj protona u jezgri dušika je 7, neutrona - 7; u jezgri atoma silicija nalazi se 14 protona i 14 neutrona; U jezgri atoma barija nalazi se 56 protona i 81 neutron. |
PRIMJER 2
| Vježbajte | Poredajte energetske podrazine redoslijedom kojim su ispunjene elektronima: a) 3p, 3d, 4s, 4p; b) 4d , 5s, 5p, 6s; c) 4f , 5s , 6r; 4d , 6s; d) 5d, 6s, 6p, 7s, 4f . |
|
| Otopina | Energetske podrazine popunjavaju se elektronima u skladu s pravilima Klečkovskog. Preduvjet je minimalna vrijednost zbroja glavnog i orbitalnog kvantnog broja. S-podrazina je obilježena brojem 0, p - 1, d - 2 i f-3. Drugi uvjet je da se prvo popuni podrazina s najmanjom vrijednošću glavnog kvantnog broja. | |
| Odgovor | a) Orbitale 3p, 3d, 4s, 4p će odgovarati brojevima 4, 5, 4 i 5. Dakle, punjenje elektronima će se dogoditi u sljedećem nizu: 3p, 4s, 3d, 4p. b) 4d orbitale , 5s, 5p, 6s će odgovarati brojevima 7, 5, 6 i 6. Stoga će se punjenje elektronima dogoditi u sljedećem nizu: 5s, 5p, 6s, 4d. c) Orbitale 4f , 5s , 6r; 4d , 6s će odgovarati brojevima 7, 5, 76 i 6. Stoga će se punjenje elektronima dogoditi u sljedećem nizu: 5s, 4d , 6s, 4f, 6r. d) Orbitale 5d, 6s, 6p, 7s, 4f će odgovarati brojevima 7, 6, 7, 7 i 7. Posljedično, punjenje elektronima će se dogoditi u sljedećem nizu: 6s, 4f, 5d, 6p, 7s. |
s-Elementi Nazivaju se elementi u čijim atomima zadnji elektron ulazi u s-podrazinu. Slično definirano str-elementi,d-elementi if-elementi.
Početak svakog razdoblja odgovara otvaranju novog elektroničkog sloja. Broj perioda jednak je broju elektronskog sloja koji se otvara. Svako razdoblje, osim prvog, završava popunjavanjem p-podrazine sloja otvorenog na početku tog razdoblja. Prva perioda sadrži samo s-elemente (dva). U četvrtoj i petoj periodi između s-elemenata (dva) i p-elemenata (šest) nalaze se d-elementi (deset). U šestom i sedmom, iza para s-elemenata nalazi se (kršeći pravila Klečkovskog) jedan d-element, zatim četrnaest f-elemenata (smješteni su u zasebnim redovima na dnu tablice - lantanidi i aktinidi) , zatim devet d-elemenata i, kao i uvijek, točke završavaju sa šest p-elemenata.
Tablica je okomito podijeljena u 8 skupina, svaka skupina u glavnu i sporednu podskupinu. Glavne podskupine sadrže s- i p-elemente, a sekundarne podskupine sadrže d-elemente. Glavnu podskupinu je lako odrediti - sadrži elemente razdoblja 1-3. Strogo ispod njih nalaze se preostali elementi glavne podskupine. Elementi bočne podskupine nalaze se sa strane (lijevo ili desno).
Valencija atoma
U klasičnom pogledu, valencija je određena brojem nesparenih elektrona u osnovnom ili pobuđenom stanju atoma. Osnovno stanje- elektronsko stanje atoma u kojem je njegova energija minimalna. Uzbuđeno stanje- elektroničko stanje atoma koje odgovara prijelazu jednog ili više elektrona iz orbitale niže energije u slobodnu orbitalu više energije. Za s- i p-elemente prijelaz elektrona moguć je samo unutar vanjskog sloja elektrona. Za d-elemente prijelazi su mogući unutar d-podrazine predvanjskog sloja i s- i p-podrazine vanjskog sloja. Za f-elemente mogući su prijelazi unutar podrazina (n-2)f-, (n-1)d-, ns- i np, gdje je n broj vanjskog elektronskog sloja. Valentni elektroni nazivaju se elektroni koji određuju valenciju atoma u njegovom osnovnom ili pobuđenom stanju. Sloj valentnih elektrona- sloj na kojem se nalaze valentni elektroni.
Opišite elektrone vanjskog sloja atoma sumpora i valentne elektrone željeza (osnovno stanje) pomoću kvantnih brojeva. Navedite moguće valencije i oksidacijska stanja atoma ovih elemenata.
1). Atom sumpora.
Sumpor ima redni broj 16. Nalazi se u trećoj periodi, šestoj skupini, glavnoj podskupini. Dakle, ovo je p-element, vanjski sloj elektrona je treći, i to valentni. Ima šest elektrona. Elektronska struktura valentnog sloja ima oblik
Za sve elektrone n=3, jer se nalaze na trećem sloju. Pogledajmo ih redom:
n=3, L=0 (elektron se nalazi u s-orbitali), m l =0 (za s-orbitalu je moguća samo ova vrijednost magnetskog kvantnog broja), m s =+1/2 (rotacija oko vlastita se os odvija u smjeru kazaljke na satu);
n=3, L=0, m l =0 (ova tri kvantna broja su ista kao kod prvog elektrona, jer su oba elektrona na istoj orbitali), m s = -1/2 (samo se ovdje pojavljuje razlika, zahtijeva Paulijevo načelo);
n=3, L=1 (ovo je p-elektron), m l =+1 (od tri moguće vrijednosti m l = 1, 0 za prvu p-orbitalu biramo maksimum, ovo je p x orbitala ), m s = +1/2;
n=3, L=1, m l = +1, m s =-1/2;
n=3, L=1, m l = 0 (ovo je p y orbitala), m s = +1/2;
n=3, L=1, m l = -1 (ovo je p z orbitala), m s = +1/2.
Razmotrimo valenciju i oksidacijska stanja sumpora. Na valentnom sloju u osnovnom stanju atoma nalaze se dva elektronska para, dva nesparena elektrona i pet slobodnih orbitala. Prema tome, valencija sumpora u ovom stanju je II. Sumpor je nemetal. Nedostaju mu dva elektrona prije nego što završi sloj, tako da u spojevima s atomima manje elektronegativnih elemenata, kao što su metali, može pokazati minimalno oksidacijsko stanje od -2. Sparivanje elektronskih parova je moguće jer se na ovom sloju nalaze slobodne orbitale. Dakle, u prvom pobuđenom stanju (S *)
U spojevima s atomima više elektronegativnih elemenata, kao što je kisik, svih šest valentnih elektrona može biti istisnuto iz atoma sumpora, pa je njegovo maksimalno oksidacijsko stanje +6.
2). Željezo.
Redni broj željeza je 26. Nalazi se u četvrtoj periodi, u osmoj skupini, sekundarnoj podskupini. Ovo je d-element, šesti u nizu d-elemenata četvrte periode. Valentni elektroni željeza (osam) nalaze se na 3d podrazini (šest, u skladu s njihovim položajem u nizu d elemenata) i na 4s podrazini (dva):
Pogledajmo ih redom:
n=3, L=2, m l = +2, m s = +1/2;
n=3, L=2, m l = +2, m s = -1/2;
n=3, L=2, m l = +1, m s = +1/2;
n=3, L=2, m l = 0, m s = +1/2;
n=3, L=2, m l = -1, m s = +1/2;
n=3, L=2, m l = -2, m s = +1/2;
n=4, L=0, m l = 0, m s = +1/2;
n=4, L=0, m l = 0, m s = -1/2.
Valencija
Na vanjskom sloju nema nesparenih elektrona, pa se minimalna valencija željeza (II) pojavljuje u pobuđenom stanju atoma:
Nakon što se koriste elektroni vanjskog sloja, 4 nesparena elektrona 3d podrazine mogu biti uključena u stvaranje kemijskih veza. Stoga je maksimalna valencija željeza VI.
Oksidacijsko stanje
Željezo je metal, pa ga karakteriziraju pozitivna oksidacijska stanja od +2 (uključeni su elektroni podrazine 4s) do +6 (uključeni su 4s i svi nespareni 3d elektroni).
