Tři pravidla pro výstavbu elektronového obalu
Atom kyslíku (O) má 8 protonů, z čehož Ize odvodit, že má i 8 elektronů.
2 elektrony se nacházejí v orbitalu 1\mathrm{~s},2 v orbitalu 2 \mathrm{~s} a 4 v orbitalu 2p. Rozložení elektronů do jednotlivých orbitalů se říká elektronová konfigurace atomu. Ta stejná informace se v chemii obvykle zapisuje pomocí tzv. elektronového diagramu:
Každá šipka znázorňuje jeden elektron. Směr šipky znázorňuje jeho spin (nahoru =+\frac{1}{2}, dolů =-\frac{1}{2}). Všimni si také, že orbital p se skládá ze tří zmíněných podorbitalů, které mají stejnou energii - p_{x^{\prime}} p_{y^{\prime}} p_{z^{\prime}}. Existuje ještě jeden způsob, jak elektronovou konfiguraci zapsat:
A proč vypadá elektronová konfigurace zrovna takto a nejsou obsazeny například orbitaly 4 d nebo 5f? To proto, že pro odvození elektronové konfigurace platí tři důležitá pravidla:
Zaprvé, Pauliho princip výlučnosti říká, že v elektronovém obalu atomu nemohou být dva elektrony, které mají všechna čtyři kvantová čísla stejná. Takže pokud by dva elektrony měly stejnou energii (hlavní kvantové číslo) a byly ve stejném typu orbitalu (vedlejší kvantové číslo), který by navíc měl stejnou orientaci, musejí se lišit alespoň spinem. Z toho plyne, že každý orbital, respektive podorbital, „pojme” maximálně dva elektrony. Ty se označují dvěma opačnými šipkami.
Nezapomeň, že orbital d se vždy skládá z pěti degenerovaných podorbitalů, takže pojme celkem 10 elektronů, a že orbital f se skládá ze sedmi degenerovaných podorbitalů, tudíž pojme až 14 elektronů.
Zadruhé, výstavbový princip (též známý pod německým označením aufbau) říká, že orbitaly musejí být obsazovány postupně od těch s nejnižší energií, až po ty s nejvyšší energií. Takže pokud má atom 5 elektronů, obsadí orbitaly 1s{,}\:\:2s a 2p a neskočí rovnou do 3s nebo 3d. Pro elektrony je nejvíce energeticky výhodné, pokud se mohou pohybovat na co nejnižší energetické hladině. Jsou totiž přitahovány jádrem a mají tendenci mu být co nejblíž. Z tohoto pravidla nicméně existuje několik výjimek, o kterých ti povím v příští kapitole.
A zatřetí, Hundovo pravidlo říká, že degenerované orbitaly (tj. se stejnou energií, například p_{x^{\prime}} p_{y}, p_{z}) se zaplňují nejprve po jednom elektronu. Teprve až jsou všechny degenerované orbitaly zaplněné jedním elektronem, začne se do každého orbitalu přidávat druhý elektron.
Teď tedy znáš základy výstavby elektronového obalu. Ještě jednou se k ní však vrátíme a podíváme se na složitěji příklady. Ale to až se dozvíš něco o periodické soustavě prvků.