5.6. Диаграмма энергетических уровней

Диаграмма распределения электронов во всех атомах приведена на рис. 5.6.

Каждая орбиталь на ней представлена в виде квадрата. Наиболее устойчивая орбиталь (ее электроны прочнее всего удерживаются ядром) — это 1s-орбиталь, показанная в нижней части диаграммы. Чтобы перевести электрон со стабильной орбитали на менее стабильную, расположенную выше, необходимо затратить энергию.

На диаграмме пунктирными стрелками указана последовательность введения электронов; первый и второй электроны заполняют орбиталь 1s, следующие два — орбиталь 2s, затем шесть электронов занимают орбитали 2р и т. д. Символ и порядковый номер каждого элемента указан вблизи внешнего (наименее прочно удерживаемого) электрона в нейтральном атоме.

Электронная конфигурация представлена совокупностью всех электронов, введенных в диаграмму до символа данного элемента. Так, электронная конфигурация азота 1s²2s²2p³, а скандия 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d.

 В случае более тяжелых атомов две или несколько электронных конфигураций могут иметь почти одинаковую энергию, и поэтому диаграмма рис. 5.6 в известной степени произвольна. Конфигурация, приведенная для каждого элемента, относится к наиболее устойчивому состоянию свободного атома (в газовой фазе) или к состоянию, весьма близкому к наиболее устойчивому.

Пример 5.4.

Какова электронная конфигурация атома железа в нормальном состоянии (в основном состоянии)?

Решение. Из последовательности подоболочек, приведенной на рис. 5.6, видно, что электронная конфигурация железа 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁶.

Пример 5.5.

Сколько электронных пар в атоме железа? Какие орбитали они занимают? Сколько неспареняых электронов? Какие орбитали они занимают?

Решение. Воспользовавшись результатами решения примера 5.4 или обратившись к рис. 5.6 и подсчитав изображенные на нем клетки с электронньми парами, находим, что в атоме железа имеется 11 электронных пар, занимающих орбитали 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d². Кроме того, имеется четыре неспаренных электрона, занимающих четыре других Зd-орбитали.