§ 10. Перыядычны закон у святле тэорыі будовы атама
*Электронныя канфігурацыі атамаў элементаў чацвёртага перыяду
Паводле схемы размеркавання атамных арбіталей па энергіі, як на малюнку 18, энергія 3d-арбіталей вышэйшая, чым 4s-арбіталей, таму ў атаме калію апошні электрон займае больш нізкую па энергіі 4s-арбіталь з утварэннем электроннай канфігурацыі 1s22s22p63s23p64s1. Аналагічна адбываецца і з апошнімі двума электронамі атама кальцыю. Пры гэтым фарміруецца электронная канфігурацыя 1s22s22p63s23p64s2.
У атамаў элементаў, якія ідуць за кальцыем у 4-м перыядзе, энергетычна больш пажадана запаўненне электронамі не 4p-, а 3d-падузроўню.
Прынцып запаўнення электронамі 3d-арбіталей той самы, што для s- і p-арбіталей: па меры назапашвання электроны па чарзе запаўняюць 3d-арбіталі спачатку па адным электроне, пасля запаўнення ўсіх арбіталей — па другім. Так, электронная канфігурацыя атама жалеза з шасцю электронамі на 3d-падузроўні апісваецца формулай 1s22s22p63s23p63d64s2.
Парушаецца парадак запаўнення электронамі атамных арбіталей у атамах хрому і медзі. Для іх энергетычна больш устойлівыя станы з адным электронам на 4s-арбіталі: Cr — 1s22s22p63s23p63d54s1, Cu — 1s22s22p63s23p63d104s1.
Электроны ў атаме цынку завяршаюць запаўненне 3d-падузроўню, і ў наступнага за ім элемента галію пачынае запаўняцца наступны па ўзрастанні энергіі 4p-падузровень. Запаўненне гэтага падузроўню заканчваецца ў атама высакароднага газу крыптону. Формула электроннай канфігурацыі Kr — 1s22s22p63s23p63d104s24p6.
Паколькі ў атамаў ад скандыю да цынку адбываецца паслядоўнае запаўненне электронамі 3d-падузроўняў, іх называюць d-элементамі. З прычыны таго, што існуе пяць d-арбіталей, у 4-м і кожным наступным перыядзе ёсць па дзесяць d-элементаў. Формулы электронных канфігурацый для d-элементаў 4-га перыяду прыведзены ў табліцы 5.1.
Табліца 5.1. Электронныя канфігурацыі атамаў элементаў 4-га перыяду
Электронная схема | Формула электроннай канфігурацыі |
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 |
Парадак размяшчэння 3d- і 4s-арбіталей у атамах вызначаны эксперыментальна. Зыходзячы з гэтых дадзеных, пры адрыве ад атама электронаў ns2-электроны адрываюцца раней, чым (n–1)d-электроны, што прыводзіць да звычайнай для d-элементаў ступені акіслення +2. З гэтага вынікае, што ns-электронны слой з’яўляецца знешнім у адносінах да (n–1)d-электроннага слоя.