Теория:
Электрон — это очень маленькая частица, которая движется с огромной скоростью. Для описания движения электрона нельзя применить законы механики. Когда характеризуют движение электрона, то говорят о вероятности его нахождения в той или иной области пространства.
Электроны занимают в атоме пространство вокруг ядра и перемещаются в нём с большой скоростью в разных направлениях. Говорят, что они образуют электронное облако.
Пространство, занятое электронами, огромно по сравнению с объёмом ядра. Но это не означает, что каждый электрон может находиться в любой точке пространства. Оказалось, что электроны передвигаются только в ограниченных объёмах. Эти объёмы назвали электронными слоями или энергетическими уровнями. Число таких уровней совпадает с номером периода, в котором химический элемент располагается в периодической системе. На каждом уровне может разместиться только определённое количество электронов.
Для любого электрона можно выделить область пространства, где он бывает с вероятностью не менее \(90\) %. Такую область пространства называют атомной или электронной орбиталью. Орбитали различаются формой и размерами.
Орбитали различной формы обозначают буквами: \(s\), \(p\), \(d\), \(f\). Так, \(s\)-орбиталь шарообразная, а \(p\)-орбиталь напоминает объёмную восьмёрку или гантель. У \(d\)- и \(f\)-орбиталей более сложная форма.
 |  |
Рис. \(1\). \(s\)-орбиталь | Рис. \(2\). \(p\)-орбиталь |
На одной орбитали не может быть более двух электронов. Если там два электрона, то они называются спаренными.
Энергетические уровни принято нумеровать, начиная с самого близкого к ядру. Номер обозначают числом (\(1\), \(2\), \(3\)… \(7\)).
На энергетических уровнях выделяют подуровни, образованные орбиталями одного вида. На первом энергетическом уровне всего один подуровень, на втором — два и т. д. Подуровни обозначают теми же буквами, что и орбитали: \(s\), \(p\), \(d\), \(f\).
Число орбиталей на подуровнях: \(s\)-орбиталь — \(1\), \(p\)-орбителей — \(3\), \(d\)-орбиталей — \(5\), а \(f\)-орбиталей — \(7\).
Удобно показывать распределение электронов по орбиталям с помощью графических схем. Орбиталь в таких схемах принято рисовать в виде квадрата, а электрон — в виде стрелки. Орбитали первых четырёх энергетических уровней можно показать следующим образом.
Уровень | Подуровни | Орбитали |
\(n=4\) | \(s\), \(p\), \(d\), \(f\) |  |
\(n=3\) | \(s\), \(p\), \(d\) |  |
\(n=2\) | \(s\), \(p\) |  |
\(n=1\) | \(s\) |  |
На первом уровне — одна \(s\)-орбиталь. Второй уровень состоит из одной \(s\)-орбитали и трёх \(p\)-орбиталей и т. д.
Чем дальше от ядра находится энергетический уровень, тем большую энергию имеют электроны.
Источники:
Рис. 1. s-орбиталь © ЯКласс
Рис. 2. p-орбиталь © ЯКласс