Как определить число неспаренных электронов?

Чтобы определить число неспаренных электронов в атоме или ионе, нужно проанализировать его электронную конфигурацию с учётом правил квантовой механики, особенно принципа запрета Паули и правила Хунда. Вот пошаговая инструкция, как это сделать:

1. Определи число электронов в атоме или ионе

Начни с определения общего числа электронов.

• У нейтрального атома число электронов = номеру элемента в таблице Менделеева.

• У иона прибавь или отними электроны в зависимости от заряда:

  • Если заряд положительный (например, Fe³⁺), то вычти соответствующее число электронов.

  • Если отрицательный (например, O²⁻), то прибавь.

2. Запиши электронную конфигурацию

Распредели электроны по орбиталям в порядке увеличения энергии:
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p и т.д.
Заполняй орбитали по правилу Хунда: сначала на каждую орбиталь подуровня по одному электрону с одинаковым спином, а потом добавляй вторые электроны.

3. Определи неспаренные электроны

После того как орбитали заполнены, посмотри, на каких из них остались электроны, не имеющие пары (то есть только один электрон на орбитали).
Каждый такой электрон считается неспаренным.

Пример 1: Кислород (O)

• Атомный номер: 8 → 8 электронов

• Электронная конфигурация: 1s² 2s² 2p⁴

  • 2p-орбиталь может вмещать до 6 электронов (3 орбитали по 2)

  • Распределение в 2p: ↑↓ ↑ ↑ → два неспаренных электрона
    Ответ: 2 неспаренных электрона

Пример 2: Железо (Fe)

• Атомный номер: 26 → 26 электронов

• Конфигурация: [Ar] 4s² 3d⁶

  • В 3d 6 электронов

  • Распределение в d-орбиталях: ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ → 4 неспаренных электрона
    Ответ: 4 неспаренных электрона

Пример 3: Ион Fe³⁺

• У Fe – 26 электронов, у Fe³⁺ – 23

• Конфигурация: [Ar] 3d⁵ (так как 4s-электроны уходят первыми)

  • Распределение: ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ → 5 неспаренных электронов
    Ответ: 5 неспаренных электронов

Итог:

Чтобы определить число неспаренных электронов:

1. Найди общее число электронов

2. Запиши электронную конфигурацию

3. Примени правило Хунда для распределения по орбиталям

4. Подсчитай орбитали, где только один электрон — это и есть неспаренные электроны

Число неспаренных электронов часто влияет на магнитные свойства вещества (например, парамагнетизм), поэтому этот навык важен не только в теории, но и в практике.