Основное и возбужденное состояние атома

Состояние атома, при котором его электроны находятся на таких энергетических уровнях, что их суммарная энергия является минимальной, называется основным или невозбужденным. Состояния с более высокими значениями энергии называются возбужденными.

При сообщении атому дополнительной энергии электроны могут переходить на обладающие большей энергией орбитали. Эти переходы с подуровня на подуровень возможны только в пределах одного внешнего энергетического уровня. Происходящее при этом распаривание электронов приводит к возрастанию у атома числа неспа-ренных электронов, т.е. к появлению новых валентных возможностей.

Например, при возбуждении у атома бериллия один электрон с внешнего подуровня 2 s переходит на обладающий большей энергией и ранее свободный (вакантный) подуровень 2 р. При этом валентность атома бериллия становится равной 2.

Электронная формула атома бериллия в возбужденном состоянии будет иметь вид:

₄ Bе٭ 1s² 2s¹ 2р¹.

Электронно-графическая формула атома бериллия в возбужденном состоянии:

2 Валентность II

1 p

s

Электронная формула атома бора в нормальном состоянии:

₅B 1 s ²2 s ²2 p ¹.

Электронно-графическая формулаатома бора имеет вид:

Валентность I

1 p

s

На втором энергетическом уровне у атома бора 3 электрона, поэтому он образует ион В⁺³.

Электронная и электронно-графические формулы атома углерода ₆С в нормальном состоянии имеют вид:

₆С 1s²2 s ²2 р ².

 

2 Валентность II

1 р

 

s

В возбужденном состоянии атом углерода ₆С٭ за счет перехода электрона с орбитали 2 s на орбиталь 2 р будет иметь следующие электронные и электронно-графические формулы:

Электронная формула:

₆С٭ 1 s ²2 s ¹2 р ³

Электронно-графическая формула:

 

2 Валентность IV

1 р

s

Поэтому, углерод в своих соединениях может быть либо двух-, либо четырехвалентен.

Следует обратить внимание на то, что при возбуждении
могут распариваться электроны только внешнего электронного уровня, если на нем есть свободные орбитали.

У атома углерода внешний энергетический уровень наполовину заполнен, поэтому возможна и отдача 4-х электронов с образованием иона С⁺⁴ (1 s ² 2 s ² 2 р ⁰) и присоединение электронов для максимального заполнения p -подуровня второго энергетического уровня с образованием иона С^-4 (I s ² 2 s ² 2 р ⁶).

Атом кислорода ₈ О 1 s ²2 s ²2 р ⁴ имеет на внешнем энергетическом уровне два неспаренных электрона, что обусловливает его валентность, равную двум. Это видно из электронно-графической формулы атома кислорода в нормальном состоянии:

 

 

1 p Валентность II

s

Атому кислорода ₈О, имеющему на внешнем энергетическом уровне 6 электронов (1 s ²2 s ²2 р ⁴) легче достроить внешнюю электронную оболочку, приняв два электрона. При этом у иона кислорода О^-2 появляется устойчивая завершенная электронная оболочка благородного газа неона - 1 s ²2 s ²2 р ⁶:

 

 

2

p

1

s

Второй энергетический уровень имеет два подуровня, поэтому возбуждение для атома кислорода невозможно и валентность атома кислорода имеет постоянное значение, равное двум.

Aтом фтора, образуя соединения с другими элементами, способен принимать только один электрон:

₉F 1 s ²2 s ²2 р ⁵_.

Атом неона имеет на внешнем энергетическом уровне 8 электронов:

₁₀Ne 1 s ²2 s ²2 р ⁶_.

Такая полностью завершенная (s ² р ⁶) оболочка (октет) характеризуется высокой инертностью, поэтому неон - малоактивное вещество, «благородный газ».

Начиная с III периода, у атомов идет заполнение третьего энергетического уровня, имеющего уже три подуровня – s, p и d.

Электронная конфигурация атома натрия, открывающего III период, который характеризуется наличием трех подуровней, будет иметь вид:

₁₁Na 1 s ²2 s ²2 р ⁶3 s ¹_.

 

 

d

 

p

s

Атом натрия имеет один неспаренный электрон на s подуровне, т.е. является s – элементом и проявляет валентность, равную I.

Электронная и электронно-графические формулы атома фосфора (p -электронное семейство) имеют вид:

₁₅ P 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ³,

3

2 d

 

1 p

s

Электронная конфигурация атома кальция (s-электронное семейство):

₂₀Ca 1 s ²2 s ²2 p ⁶ 3 s ²3 p ⁶4 s ².

Электронно-графическая формула атома кальция:

4

3

d

2

p

1

s

Следует заметить, что у атома кальция, в соответствии с принципом наименьшей энергии, сначала заполняется подуровень 4 s, а лишь затем подуровень 3 р.

Химические свойства атомов определяются, в основном, строением внешних энергетических уровней, которые называются валентными. На подуровнях этих уровней находятся или неспаренные электроны, или электроны, которые могут стать неспаренными в возбужденном состоянии.

Полностью завершенные энергетические уровни обусловливает малую химическую активность обладающих ими атомов.

Часто графически изображают не всю электронную формулу, а лишь те подуровни, на которых находятся валентные электроны (сокращенные электронные и электронно-графические формулы).

Например, для атома серы краткая электронная формула:

₁₆ S …3 s ² 3 p ⁴

Сокращенная электронно-графическая формула атома серы:

 

S p

Краткая электронная формула для атома ванадия:

₂₃ V …3 d ³4 s ².

При графическом изображении электронной конфигурации атома в возбужденном состоянии, наряду с заполненными, изображают вакантные валентные орбитали.

Например, в атоме фосфора на третьем энергетическом уровне имеются одна s -атомная орбиталь, три р -АО и пять d -АО. Электронная конфигурация атома фосфора в основном состоянии имеет вид:

Электронно-графическая формула атома фосфора (p -электронное семейство) имеет вид:

₁₅P 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ³,

3 s 3 p 3 d

Валентность фосфора, определяемая числом неспаренных электронов, в основном состоянии равна 3. При переходе атома в возбужденное состояние происходит распаривание электронов состояния 3 s и один из электронов с s-подуровня может перейти на 3 d -подуровень:

 

Р *… 3 s ² 3 p ³ 3 d ¹.

 

 

S p d

При этом валентность фосфора меняется с трех в основном состоянии до пяти в возбужденном.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: