Электронная конфигурация атомов 2-го периода

Для элементов от 3 до 10 (от ₃Li до ₁₀Ne) заполняется второй слой, относительно второго первый слой (полностью заполненный) оказывается внутренним. Внутренние электроны находятся очень близко от ядра, прочно связаны с ним и поэтому не участвуют в химических превращениях. Для химии важны электроны с наибольшим (для основного состояния!) значением n – электроны внешнего(как показано далее, для d- и f-электронов и предвнешнего) слоя, называемые валентными.

Заполнение электронами АО элементов с Z от 11 до 18 (от Na до Ar) происходит аналогично элементам с Z от 3 до 10, только при полностью заполненном втором (здесь – внутреннем) электронном слое происходит последовательное заполнение АО третьего, валентного, слоя, так что электронные конфигурации меняются от 1s²2s²2p⁶3s¹ для Na до 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ для Ar, периодически пробегая те же самые комбинации квантовых чисел, что и для элементов с атомным номером, отличающимся на 8. Логично, что последовательности элементов от 1 до 2, от 3 до 10, от 11 до 18 назвали периодами (первым, вторым, третьим соответственно). Графически периоды занимают горизонтальные строки в длинной форме периодической системы.

Казалось бы, что в третьем периоде должно быть не 8, а 18 (2 + 6 + 10) элементов вследствие появления 3d-АО. Это действительно могло бы быть так, если бы не изменение относительного расположения энергетических уровней 3d-АО и 4s-АО. Взаимное отталкивание находящихся в одном слое s,- p-, d- и f‑электронов различно, а энергии ns-, (n – 1)d-, (n – 2)f‑электронов близки, и поэтому энергия 4s-электронов оказывается ниже, чем 3d (см. рис. 10), и десять элементов, у которых происходит последовательное заполнение 3d‑АО, – это элементы четвертого периода, с Z от 21 до 30, от Sc, [Ar]3d¹4s², до Zn [Ar] 3d¹⁰4s². А начинается четвертый период c ₁₉K, [Ar] 4s¹ и ₂₀Ca, [Ar]4s².

Далее вы можете сами потренироваться в построении ПС. Четвертый период закончится ₃₆Kr, [Ar]3d¹⁰4s²4p⁶. Пятый также включает 18 элементов: два s-элемента, Rb и Sr, десять d-элементов (от Y до Cd), шесть p-элементов (от In до Xe).

Элементы с одинаковой электронной конфигурацией объединяют в группы (подгруппы) (табл. 5; см. также таблицы Периодической системы элементов на обложке).

В табл. 5 арабскими цифрами приведена современная международная нумерация групп, римскими – традиционная. В традицион­ной восемь групп подразделяют на главные (А) и побочные (В) подгруппы. В главные входят s- и p-элементы (имеющие валентные либо только s-электроны, либо s- и p-), называемые непереходными.

В побочные подгруппы относят d- и f-элементы. Эти элементы называются переходными. Все переходные элементы – металлы.

В шестом и седьмом периодах заполняются 4f- и 5f-АО соответственно. Эти f-элементы выделяют в два отдельных семейства лантаноидов и актиноидов по 14 f-элементов (Ce – Lu и Th – Lr). Фактическая электронная конфигурация La [Xe]5d¹6s², а не предсказанная из правила n + ℓ [Xe]4f¹6s², поэтому обычно лантан относят к подгруппе IIIB и d-элементам (с. 2 и 3 обложки). Но по правилу n + ℓ лантан должен быть первым f-элементом, а лютеций с полностью заполненным f-подуровнем и конфигурацией [Xe]4f¹⁴5d¹6s², т. е. (n-1)d¹ns², логичнее было бы отнести к d‑элементам и включить в международную группу 3 или IIIВ. Такой вариант классификации указан на с. 4 обложки в сверхдлинной форме ПС, поэтому не следует удивляться тому, что Lа отнесён нами в одном месте к d-, а в другом к f-элементам. Аналогичная ситуация и с актиноидами. Эта возможность неоднозначной классификации никак не сказывается на свойствах элементов и не имеет большого значения.

Таблица 5