Третій енергетичний рівень (М-рівень)

Атоми Натрія (№11) і Магнія (№12) так само, як і атоми Літія (№3) та Берилія (№4), містять на зовнішньому рівні один і два 3s-електрони відповідно. Починаючи з Алюмінія (№13) відбувається заповнення 3р-підрівня. Воно закінчується у благородного газу Аргона (№18), електронна будова якого виражається формулою: Таким чином, у Аргона заповнені 3s і 3р-підрівні, але залишилися незаповненими все орбіталі 3d-підрівня. У наступних за Аргоном елементів ― Калія (№19) і Кальція (№20) ― заповнення третього енергетичного рівня тимчасово припиняється і починає формуватися s-підрівень четвертого рівня: електронна будова атома Кальція виражається формулою: Причина такої послідовності полягає у тому, що, як було зазначено вище, підрівень 4s характеризується більш низькою енергією, ніж підрівень 3d. Тому такий стан зовнішніх електронів Калія і Кальція більш стійкий. Що ж відбувається після Кальція у Скандія (№21)? Який підрівень почне заповнюватися: 3d або 4р? Знову подивимося на шкалу порівняння енергій: 1s < 2s < 2 p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f ≈ 5d < 6p < 7s < 5f ≈ 6d.. Як бачимо, енергія 3d < 4p, тому, у елементів в ряду Sc – Zn заповнюється 3d-підрівень. Ці елементи називаються, відповідно, d-элементами .

Зверніть увагу, у Скандія підкреслені і 4s-, і 3d-електрони. Це не помилка! Просто запам'ятайте, що у d-елементів валентними є також електрони і «передзовнішнього» d-підрівня. Послідовне заповнення 3d-підрівня відбувається до Ванадія (№23). За логікою, електронна конфігурація Хрома (№24) має бути: Проте, було встановлено, що стійкою конфігурацією Хрома є: Виявляється, що найбільш стійкими є конфігурації: $d^{0}$;$d^{5}$;$d^{10}$;$f^{0}$;$f^{7}$;$f^{14}$. Не будемо вдаватись у подробиці, чому. Є таке «всеосяжне» пояснення: «энергетично вигідне» і все ... Ним дуже часто користуються фізики, а особливо хіміки, коли не можуть або не хочуть пояснити причину того чи іншого явища! «Прагнення» атомів елементів придбати велику енергетичну стійкість призводить до явища, що зветься «провалом» або «прострибом» електронів. У вигляді наближеної моделі це можна представити просто як «провал» одного електрона з вищого енергетичного рівня на нижчий: Електронний провал спостерігається у IV періоді у Хрома і Купрума (№ 29). Він також спостерігається у таких елементів, як Молібден (№42), Рутеній (№44), Паладій (№46), Аргентум (№47), Аурум (№79), і у багатьох f-елементів. Заповнення 3d-підрівня закінчується на Цинку (№30), потім, починаючи з Галлія (№31) і закінчуючи Криптоном (№36), заповнюється 4р-підрівень. Таким чином, електронна формула Кріптона: Для великих періодів (особливо шостого і сьомого) будова електронних конфігурацій атомів має більш складних характер. Наприклад, 4f-електрон з'являється не в атомі Лантана, а в атомі наступного за ним Церія. Послідовне заповнення 4f-підрівня переривається в атомі Гадолінія, де є 5d-електрон. Для стислості запису електронної конфігурації атома замість орбіталей, повністю заповнених електронами, іноді записують символ шляхетного газу, що має відповідну електронну формулу: $1s^2 = [He]$ $1s^22s^22p^6 = [Ne]$ $1s^22s^22p^63s^23p^6 = [Ar]$ Наприклад: $Cl – 1s^22s^22p^63s^23p^5$ або $Cl – [Ne]3s^23p^5$ $Cl – 1s^22s^22p^63s^23p^63d^5$ або $Cr – [Ar] 3d^54s^1$ Ми бачимо, що за дужки винесені валентні електрони, які беруть участь в утворенні хімічних зв'язків, про які ми поговоримо у наступних розділах. Узагальнимо: