Ca (+20) 2ē 8ē 8ē 2ē, Ni (+28), I (+53), Am (+95), Ag (+47)

Короткий ответ

Цифра перед буквой в записи подуровня — это и есть номер слоя \(n\). Чтобы сгруппировать, нужно сложить показатели степеней у всех подуровней с одинаковой цифрой:

\[ \text{слой } n = \sum (\text{электроны всех подуровней, начинающихся с цифры } n) \]

Например, у никеля \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{8}4s^{2}\):

\[ n=3:\quad 3s^{2}+3p^{6}+3d^{8} = 2+6+8 = 16 \]

Пошаговый алгоритм

Шаг 1. Записать конфигурацию полностью. Если она дана через благородный газ, «раскрыть» его ядро. Например, для иода \([Kr]4d^{10}5s^{2}5p^{5}\) — сначала выписываем все 36 электронов криптона: \[ 1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{10}4s^{2}4p^{6} \] и только потом добавляем \(4d^{10}5s^{2}5p^{5}\).

Шаг 2. Разложить подуровни по цифрам \(n\). Смотреть только на первую цифру, буква (\(s,p,d,f\)) роли не играет:

Шаг 3. Сложить показатели внутри каждой группы.

Шаг 4. Проверить: сумма по слоям должна быть равна \(Z\), а внешний слой — не больше 8, предпоследний — не больше 18.

Разбор на примерах из задания

Никель, \(Z=28\): \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{8}4s^{2}\)

\[ \begin{aligned} n=1 &: 2\\ n=2 &: 2+6=8\\ n=3 &: 2+6+8=16\\ n=4 &: 2 \end{aligned} \] Проверка: \(2+8+16+2=28\) ✓

Иод, \(Z=53\): \([Kr]4d^{10}5s^{2}5p^{5}\)

\[ \begin{aligned} n=1 &: 2\\ n=2 &: 2+6=8\\ n=3 &: 2+6+10=18\\ n=4 &: 2+6+10=18\\ n=5 &: 2+5=7 \end{aligned} \] Проверка: \(2+8+18+18+7=53\) ✓

Америций, \(Z=95\): \([Rn]5f^{7}7s^{2}\). Ядро радона даёт по слоям \(2,\ 8,\ 18,\ 32,\ 18,\ 8\), значит:

\[ \begin{aligned} n=5 &: 18+7=25\\ n=6 &: 8\\ n=7 &: 2 \end{aligned} \] Проверка: \(2+8+18+32+25+8+2=95\) ✓

Серебро, \(Z=47\): \([Kr]4d^{10}5s^{1}\) (у серебра «проскок» электрона: \(5s^{2}4d^{9}\rightarrow 5s^{1}4d^{10}\))

\[ n=5:\ 1 \qquad n=4:\ 2+6+10=18 \] Проверка: \(2+8+18+18+1=47\) ✓

Главная ошибка, которую здесь делают

Нельзя относить \(3d\)-электроны к четвёртому слою только потому, что \(3d\) заполняется после \(4s\). Порядок заполнения — это одно, а номер слоя — совсем другое:

\[ \text{порядок заполнения: } 4s \text{ раньше } 3d, \quad \text{но } 4s \in n=4, \ 3d \in n=3 \]

Именно поэтому у никеля третий слой имеет 16 электронов, но внешним всё равно остаётся четвёртый слой с 2 электронами. Номер слоя определяется цифрой, а не очерёдностью.

Проверь себя

Сгруппируй самостоятельно, ответы — ниже.

1. Железо, \(Z=26\): \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{6}4s^{2}\)
2. Бром, \(Z=35\): \([Ar]3d^{10}4s^{2}4p^{5}\)

Правило в одну строку

Цифра перед буквой подуровня — это номер слоя \(n\); показатель степени — сколько в этом подуровне электронов. Складываем показатели с одинаковой цифрой.

То есть \(3p^{6}\) означает: слой 3, вклад 6 электронов.

Алгоритм

Шаг 1. Записать полную конфигурацию в порядке заполнения (Ауфбау):

\[1s\,2s\,2p\,3s\,3p\,4s\,3d\,5s\,4d\,5p\,6s\,4f\,5d\,6p\,7s\,5f\ldots\]

Шаг 2. Разложить каждую запись по «своей» цифре \(n\):

Шаг 3. Сложить показатели внутри каждой строки.

Шаг 4. Проверить: сумма всех слоёв \(=Z\), каждый слой не больше \(2n^{2}\).

Пример целиком

Бром, \(Z=35\):

\[1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,3d^{10}\,4s^{2}\,4p^{5}\]

Раскладываем:

• \(n=1\): \(1s^{2}\to 2\)
• \(n=2\): \(2s^{2}+2p^{6}=2+6=8\)
• \(n=3\): \(3s^{2}+3p^{6}+3d^{10}=2+6+10=18\)
• \(n=4\): \(4s^{2}+4p^{5}=2+5=7\)

Итог: \(2,\ 8,\ 18,\ 7\). Сумма \(35\) ✓, слой 3 ровно 18 (предел) ✓.

Главная тонкость: порядок заполнения ≠ порядок слоёв

Электроны заполняют \(4s\) раньше, чем \(3d\), но группируются они по цифре. Поэтому в брому \(3d^{10}\) попадает в третий слой, а \(4s^{2}\) — в четвёртый, хотя \(4s\) заполнился первым. Это самая частая ошибка: «раз \(4s\) раньше, значит в слой 3».

Ещё пример — железо, \(Z=26\):

\[1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{6}4s^{2}\;\Rightarrow\; 2,\ 8,\ 14,\ 2\]

Не \(2,8,16\): \(3d^{6}\) в третьем слое даёт \(2+6+6=14\).

Если запись через благородный газ

Сначала «раскрыть» ядро по таблице:

\[[Ar]=1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}\;\Rightarrow\;2,\ 8,\ 8\]

Тогда, например, свинец \([Xe]4f^{14}5d^{10}6s^{2}6p^{2}\):

\[[Xe]=2,8,18,18,8;\quad 4f^{14}\to n=4:\ 18+14=32;\] \[5d^{10}\to n=5:\ 8+10=18;\quad 6s^{2}6p^{2}\to n=6:\ 4\]

\[2,\ 8,\ 18,\ 32,\ 18,\ 4\quad(\text{сумма }82\ \checkmark)\]

Проверь себя

1. \(Z=30\) (Zn): \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{10}4s^{2}\)
2. \(Z=17\) (Cl): \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{5}\)

Ответы: 1) \(2,\ 8,\ 18,\ 2\); 2) \(2,\ 8,\ 7\).

Пришли свои конфигурации — проверю группировку и сумму.

Короткий ответ

Потому что \(4p\) по энергии выше \(3d\). Электроны идут не «по слоям подряд» (\(4s \to 4p \to 4d\)), а по возрастанию энергии:

\[ 4s \;<\; 3d \;<\; 4p \]

У элементов до цинка (\(Z \le 30\)) очередь до \(4p\) просто не доходит — после \(4s\) заполняется \(3d\). \(4p\) появляется только с галлия (\(Z=31\)): \(\mathrm{Ga}\): \(4s^{2}4p^{1}\).

Почему именно такой порядок

Работает правило Клечковского: сначала заполняется подуровень с меньшей суммой \(n+l\), а при равной сумме — с меньшим \(n\).

У \(3d\) и \(4p\) суммы равны (5), поэтому решает номер слоя: \(3<4\), значит \(3d\) раньше \(4p\).

Физически: \(3s\,3p\,3d\)-электроны сильно экранируют ядро, и \(4p\)-облако оказывается заметно выше по энергии, чем компактный \(3d\).

Что из этого получается в 4-м периоде

Период состоит из 18 элементов именно потому, что между \(4s\) и \(4p\) «вклинивается» десять \(3d\)-электронов:

Например: \(\mathrm{Zn}\): \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{10}4s^{2}\) — в 4-м слое всего 2 электрона, а \(4p\) вообще не записан.

Важно не путать слой и период

Ёмкость 4-го слоя — \(2n^{2}=32\), но он заполняется до конца очень поздно, у иттербия (\(Z=70\)): \(4s^{2}4p^{6}4d^{10}4f^{14}=32\). А 4-й период заканчивается на криптоне, когда замкнут \(4p\) — в 4-м слое там всего 8 электронов. Период кончается не когда «набит слой», а когда замкнут его \(p\)-подуровень.

Проверь себя

Сколько электронов в 4-м слое у элементов: а) \(Z=26\) (Fe); б) \(Z=33\) (As)?

Ответ: а) 2 (\(4s^{2}\), а \(3d^{6}\) идёт в 3-й слой); б) 5 (\(4s^{2}4p^{3}\)).

Если хочешь, разберём так же, почему после \(4p\) идёт \(5s\), а не \(4d\).