§ 31. Строение электронных оболочек атомов

Электронная оболочка не является пустым пространством с шариками на строго определённых круговых дорожках. Электроны обладают особенностями микромира, поэтому в школьной модели используют энергетические уровни и электронные облака. Уровни различаются энергией и удалённостью от ядра. Для понимания химии особенно важно, сколько электронов находится на внешнем уровне: именно они обычно участвуют в образовании связей и определяют многие свойства элемента.

Число занятых электронных слоёв у атома элемента в основном состоянии связано с номером периода. Первый уровень может содержать максимум два электрона, второй — восемь. Общая максимальная вместимость уровня задаётся выражением 2n², где n — его номер. Но эта формула не означает, что все уровни заполняются строго целиком один за другим: порядок заполнения сложнее и зависит от энергии электронных состояний.

Для первых двадцати элементов удобно использовать послойную запись. У кислорода восемь электронов, распределение 2,6. У натрия одиннадцать: 2,8,1. У хлора семнадцать: 2,8,7. У кальция двадцать: 2,8,8,2. Последний пример показывает, почему нельзя механически заполнять третий уровень до восемнадцати, прежде чем начинать четвёртый. Сумма чисел в записи должна совпадать с порядковым номером нейтрального атома; это простая проверка правильности схемы.

У элементов главных подгрупп сходное число внешних электронов объясняет похожие свойства. Атомы натрия и калия имеют по одному внешнему электрону, а атомы галогенов — по семь. У благородных газов внешняя оболочка в рассматриваемой модели устойчива: у гелия два электрона, у следующих представителей восемь. При химическом взаимодействии атомы могут отдавать, принимать или совместно использовать электроны. Это связывает положение элемента в таблице с механизмами образования веществ.