§ 10. Периодический закон в свете теории строения атома

*Электронные конфигурации атомов элементов четвёртого периода

Согласно схеме распределения атомных орбиталей по энергии, изображённой на рисунке 18, энергия 3d-орбиталей выше, чем 4s-орбиталей, поэтому в атоме калия последний электрон занимает более низкую по энергии 4s-орбиталь с образованием электронной конфигурации 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹. Аналогично происходит и с последними двумя электронами атома кальция. При этом формируется электронная конфигурация 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s².

У атомов элементов, следующих за кальцием в 4-м периоде, энергетически предпочтительнее заполнение электронами не 4p-, а 3d-подуровня.

Принцип заполнения электронами 3d-орбиталей тот же, что для s- и p-орбиталей: по мере накопления электроны по очереди заполняют 3d-орбитали сначала по одному электрону, после заполнения всех орбиталей — по второму. Так, электронная конфигурация атома железа с шестью электронами на 3d-подуровне описывается формулой 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s².

Нарушается порядок заполнения электронами атомных орбиталей в атомах хрома и меди. Для них энергетически более устойчивы состояния с одним электроном на 4s-орбитали: Cr — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹, Cu — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹.

Электроны в атоме цинка завершают заполнение 3d-подуровня, и у следующего за ним элемента галлия начинает заполняться следующий по возрастанию энергии 4p-подуровень. Заполнение этого подуровня заканчивается у атома благородного газа криптона. Формула электронной конфигурации Kr — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶.

Так как у атомов от скандия до цинка происходит последовательное заполнение электронами 3d-подуровня, их называют d-элементами. Ввиду того что существует пять d-орбиталей, в 4-м и каждом последующем периоде имеется по десять d-элементов. Формулы электронных конфигураций для d-элементов 4-го периода приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Электронные конфигурации атомов элементов 4-го периода

Электронная схема	Формула электронной конфигурации
19K 2e–, 8e–, 8e–, 1e–	19K 1s22s22p63s23p64s1
20Са 2e–, 8e–, 8e–, 2e–	20Са 1s22s22p63s23p64s2
21Sc 2e–, 8e–, 9e–, 2e–	21Sc 1s22s22p63s23p63d14s2
22Тi 2e–, 8e–, 10e–, 2e–	22Тi 1s22s22p63s23p63d24s2
23V 2e–, 8e–, 11e–, 2e–	23V 1s22s22p63s23p63d34s2
24Cr 2e–, 8e–, 13e–, 1e–	24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1
25Mn 2e–, 8e–, 13e–, 2e–	25Mn 1s22s22p63s23p63d54s2
26Fe 2e–, 8e–, 14e–, 2e–	26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2
27Co 2e–, 8e–, 15e–, 2e–	27Co 1s22s22p63s23p63d74s2
28Ni 2e–, 8e–, 16e–, 2e–	28Ni 1s22s22p63s23p63d84s2
29Cu 2e–, 8e–, 18e–, 1e–	29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
30Zn 2e–, 8e–, 18e–, 2e–	30Zn 1s22s22p63s23p63d104s2
31Ga 2e–, 8e–, 18e–, 3e–	31Ga 1s22s22p63s23p63d104s24р1
32Ge 2e–, 8e–, 18e–, 4e–	32Ge 1s22s22p63s23p63d104s24р2
33As 2e–, 8e–, 18e–, 5e–	33As 1s22s22p63s23p63d104s24р3
34Se 2e–, 8e–, 18e–, 6e–	34Se 1s22s22p63s23p63d104s24р4
35Br 2e–, 8e–, 18e–, 7e–	35Br 1s22s22p63s23p63d104s24р5
36Kr 2e–, 8e–, 18e–, 8e–	36Kr 1s22s22p63s23p63d104s24р6