У кальция 1 электрон на подоболчке 4s, как у натрия на 3s и лития на 2s. Подобную аналогию можно провести между кальцием, магнием и бериллием.

Переходные элементы

Если бы у атома скандия, следующего за кальцием элемента, на 4р подоболочке был 1 электрон, то его s и р подоболочки были бы заполнены так же, как у алюминия (2 и 1 электрон). Этого, однако, не происходит. На 45 подоболочке атомов следующих за кальцием элементов 2 электрона (как у и кальция), а остальные электроны заполняют подоболочку 3d:

Подоболочки 3d и 4s перекрывают друг друга достаточно нечетко, поэтому количество электронов на 3d/4s можно представить и как 5/1, и как 4/2, или, скажем, и как 10/1, и как 9/2. Впрочем, в случае с хромом и медью принято считать, что у них по одному электрону на 4s, ну да это не столь важно.

А важно то, что различия между этими десятью элементами (от скандия до цинка) заключаются в количестве электронов на подоболочке 3d, в то время как на внешней 4s подоболочке у всех (или почти у всех) количество электронов одинаково. Эти элементы называются переходными элементами. Они мало отличаются друг от друга по свойствам, в то время как разница между элементами от водорода до кальция (у которых по-разному заполняется именно внешняя подоболочка) очевидна.

Кобальт, железо и никель настолько похожи друг на друга, что ученые объединяют их в одно семейство элементов.

Однако модель атома Льюиса — Ленгмюра не допускает изменения количества электронов на внутренних оболочках и поэтому неприменима к переходным элементам, а ведь ³/₅ всех элементов являются именно переходными.

У цинка третья электронная оболочка (18) и подоболочка 4s (6) заполнены полностью, поэтому в атомах элементов с большим атомным числом заполняется подоболочка 4p.

У этих шести элементов подоболочки s и p заполнены так же, как у соответствующих элементов от алюминия до аргона и от бора до неона, поэтому галлий обладает свойствами, схожими с алюминием и бором, германий — с углеродом и кремнием и т. д. У криптона на 4s два электрона, а на 4p — 6 электронов, значит, криптон является благородным газом.

4d (10 электронов) и 4f (14 электронов) подоболочки четвертой электронной оболочки перекрывают внутреннюю 55 под-оболочку пятой электронной оболочки.

У следующих элементов заполняется 4d подоболочка, значит, они так же, как и элементы от скандия до цинка, являются переходными.

У следующих шести элементов заполняется 5p подоболочка, они не являются переходными, а соотношение электронов на s и p у них такое же, как и группы элементов от бора до неона.

Ксенон также является благородным газом.

Оставшиеся подоболочки 4f (14 электронов), 5d (10), 5f (14) и 5g (18) перекрывают подоболочку 6s.

У элементов начиная с лантана электроны появляются на подоболочках 4f и 5d, и эти элементы представляют собой уже несколько иную группу переходных элементов. Если у предыдущих групп переходных элементов (от скандия до цинка и от иттрия до кадмия) заполняемая электронная подоболочка перекрывалась лишь одним или двумя электронами следующей оболочки, то 4f подоболочка лантаноидов перекрывается не только двумя электронами 5s подоболочки, но и шестью электронами 5p и двумя электронами 6s. То есть у лантаноидов, в отличие от других переходных элементов, заполняется «более глубокая» подоболочка атома, которая сильнее перекрывается другими подоболочками. Именно поэтому лантаноиды настолько между собой похожи.

У лютеция и последующих элементов заполняется подоболочка 5d (до 10 электронов). Электроны этой подоболочки перекрываются двумя электронами подоболочки 6s, т. е. эти элементы являются обычными переходными элементами.

У элементов начиная со ртути подоболочка 5d заполнена, подоболочки 5f и 5g остаются нетронутыми, а заполняется подоболочка 6p.