Заповнення електронами атомних орбіталей (АО) підпорядковується трьом правилам:
1. Прінціпмінімальной енергії (принцип стійкості). Орбіталі заповнюються, починаючи з мають найнижчу енергію, в порядку її підвищення. Такий стан називається основним. У цьому випадку енергія атома є мінімальною, а стійкість - максимальної.
Як з'ясувалося, в підвищенні енергії АТ є закономірність, яка визначається за допомогою правила Клечковского: нижче за енергією знаходиться та орбиталь, для якої сума значень головного і орбітального квантових чисел (n + l) мінімальна. Наприклад, орбиталь 4s. для якої n + l = 4 + 0 = 4. заповнюється раніше, ніж 3d. де сума n + l = 3 + 2 = 5. У разі рівного розподілу сум нижче по енергії знаходиться орбиталь з меншим значенням головного кантовиє числа. Так, орбиталь 3d має нижчу енергію, ніж 4р.
Звичайний порядок заповнення атомних орбіталей має наступний вигляд:
1s <2s <2p <3s <3p <4s <3d <4p <5s <4d <5p <6s <4f =5d <6p <7s <5f=6d …
2. Принцип Паулі. Згідно з цим принципом (заборони), в атомі не може бути двох електронів з однаковими наборами значень квантових чисел n, l, ml, ms. На будь-який орбіталі може знаходитися не більше двох електронів і то лише в тому випадку, якщо вони мають антипаралельні спини.
3. Правила Гунда (Гунда). У кожному квантовому шарі однойменні орбіталі (орбіталі одного підрівня) спочатку заповнюються одноразово електронами з паралельними спинами, з тим, щоб сумарний спин атома був максимальним; лише після цього починається спарювання електронів.
Ці три правила характеризують електронну конфігурацію атомів різних елементів в основному стані. Електрони зовнішнього енергетичного рівня іноді називають валентними електронами. Г.Н.Льюіс запропонував зображати валентні електрони за допомогою точок, які ставляться поряд із хімічним знаком елемента:
Такі позначення отримали назву символів Льюїса.
Будь-яка атомна орбіталь, в тому числі і валентна, може мати тільки три стани:
- орбиталь не зайнята електронами - вільна або вакантна орбіталь;
- орбиталь зайнята одним електроном (неспарених електронів), спина не компенсований;
- орбиталь зайнята парою електронів з компенсованими спинами (неподіленої електронної парою).
Наведені вище зображення атомних орбіталей (рис. 1-5) і відповідні їм набори квантових чисел справедливі, незалежно від того, чи є на них неспарених електронів, неподіленої електронної пари або не міститься жодного електрона.
Якщо атом в межах одного квантового шару має неподілену електронну пару і вільну орбіталь, він може переходити в збуджений стан, переводячи один електрон на наступний підрівень зі зміною спина. У хімічного знака атома в збудженому стані ставиться зірочка (*), наприклад, С *.
Дуже важливими характеристиками атома є його магнітні властивості, зокрема - диамагнетизм і парамагнетизм. Парамагнітним називаються частинки, що мають неспарені електрони (некомпенсовані спини) і володіють власним магнітним моментом. Вони взаємодіють із зовнішнім магнітним полем (втягуються в нього). Діамагнітні частки не мають неспарених електронів, всі їхні спини компенсовані. У них відсутня власний магнітний момент, тому вони не взаємодіють з магнітним полем.