Правило на Клечковски

Правилото на Клечковски, известно също под имената правило на Маделунг и принцип на запълване (на немски: Aufbauprinzip) е принцип за обяснение на различните свойства на химическите елементи със строежа на съответните атоми. То най-общо гласи: Електроните в атома се стремят да заемат винаги онова състояние (онази атомна орбитала, АО), което е с най-ниска енергия. Тя на свой ред зависи от сбора на главното квантово число и орбиталното квантово число (n + l). Състояния с по-голяма сума имат по-висока енергия. Ако сумата на две състояния е равна, то състоянието с по-малко n има по-ниска енергия.

Графично представяне на правилото

Обяснение

Правилото на Клечковски най-общо показва къде се намират схематично електроните около ядрото при отделните химични елементи. Ако разгледаме периодичната система и следваме простата логика на нарастване на броя на електроните в електронните обвивки, то в четвърти период например би трябвало те да са:

Калий (19 е^-) – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

Калций (20 е^-) – ..........................3d²

Скандий (21 е^-) – .........................3d³

Титан (22 е^-) – .............................3d⁴ и т.н. до запълване на 3d – атомна орбитала (АО) със съответно 10 електрона, чак след което да се продължи към запълване на 4s подслой.

Но тъй като електроните винаги се стремят да заемат онова състояние (ако е възможно) което има най-ниска енергия, вместо след запълване на 3p⁶ подслоя електроните ще запълнят 4s подслоя и след това ще започнат да запълват 3d.

И така електроните запълват „празните“ АО на даден атом по правилото винаги да се намират в състоянието с най-ниска енергия, което е възможно.

Енергията на отделните АО нараства в следния ред:
1s< 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s и т.н. Това също може да се представи и в графичен вид, като отделните атомни орбитали са изписани една под друга. Правилото на Клечковски се извежда като се следва пътя на стрелката, задраскваща орбиталите по диагонал отгоре вдясно надолу наляво, като това е добър метод за извеждане на правилото, ако последователността бъде забравена.

И ако следване правилото електронната конфигурация на:

Калий (19 е^-) – 1s² 2s² 2p⁶ 3s²3p⁶ 4s¹

Калций (20 е^-) – .........................4s²

Скандий (21 е^-) – .......................4s² 3d¹

Титан (22 е^-) – ........................... 4s² 3d² т.н. до запълване на 4p АО при инертния газ криптон:

Криптон (36 е^-) – .........................4s² 3d¹⁰4p⁶ (макар че може да се запише и ....3d¹⁰ 4s² 4p⁶)

Изключения

Има обаче няколко изключения. В някои атоми запълването с електрони не се придържа към правилото и те имат странни електронни конфигурации:

Елемент	Предвидена конфигурация	Реална конфигурация
мед, Cu	[Ar] 3d9 4s2	[Ar] 3d10 4s1
сребро, Ag	[Kr] 4d9 5s2	[Kr] 4d10 5s1
злато, Au	[Xe] 4f14 5d9 6s2	[Xe] 4f14 5d10 6s1
паладий, Pd	[Kr] 4d8 5s2	[Kr] 4d10
хром, Cr	[Ar] 3d4 4s2	[Ar] 3d5 4s1
молибден, Mo	[Kr] 4d4 5s2	[Kr] 4d5 5s1

Вижте също

• Правило на Хунд
• Принцип на Паули