ЭнергияЭнергия (от греч. ενέργεια - действие, активность, сила, мощь) — одно из основных свойств материи, способность к движению и совершению работы. (E) атомной орбитали (АО) характеризует прочность связывания электронаЧем выше энергия АО, тем слабее удерживается электрон в этом состоянии. с ядром атома и определяет положение этой АО в структуре многоэлектронной оболочки.
Энергия АО может быть как рассчитана, исходя из уравнения Шрёдингера (ЕΨ = Ψ), так и определена экспериментально c помощью спектроскопических методов. Абсолютные значения энергии АО в химии используются редко, обычно рассматриваются относительные характеристики АО, основанные на квантовых числах.

• Энергия АО возрастает по мере удаления электрона от ядра атома, то есть с увеличением номера энергетического уровня, который характеризуется главным квантовым числом n.
Так, энергия s-АО увеличивается в ряду: 1s < 2s < 3s и т.д. (цифры соответствуют числу n). Аналогично изменяется энергия р-АО: 2p < 3p < 4p и т.п.

каждому значению главного квантового числа отвечает определенное значение энергии электрона.
• Энергетический уровень с номером n имеет равное n число подуровней, отличающихся значением орбитального квантового числа ℓ (s, p, d и т.д.) [скрыть]
  Энергетические уровни (n) и подуровни (nℓ) электронной оболочки
  в атомах элементов 3-го периода
  
  Число АО (занятых электронами и/или вакантных)  на   nℓ-подуровне  равно 2ℓ + 1.
  Cледовательно, суммарное количество АО на n-уровне составляет:
  [пример]. [скрыть]
Энергия АО на подуровнях одного n-уровня тем выше, чем больше орбитальное число ℓ: Число ℓ характеризует форму АО, так как зависит от амплитуды волновой Ψ-функции и количества её узловых поверхностей, влияющих на энергию.
Чем выше ℓ, тем больше узлов и тем выше энергия орбиталей данного подуровня.
ℓ=0 (s-АО) - нет узловых поверхностей;
ℓ=1 (p-АО) - одна узловая плоскость;
ℓ=2 (d-АО) - две узловых плоскости и т.д.
2s (ℓ=0) < 2p (ℓ=1);      3s (ℓ=0) < 3p (ℓ=1) < 3d (ℓ=2). Каждый nl-подуровень с одинаковыми квантовыми числами n и ℓ содержит энергетически равноценные (вырожденные) АО, число которых равно (2ℓ + 1).
Например, значениям n=2 и ℓ=1 соответствуют три АО на 2р-подуровне: 2p_x, 2p_y, 2p_z.
Равные по энергии орбитали 2p_x, 2p_y, 2p_z отличаются значениями магнитного квантового числа m (–1, 0, +1) и имеют разную пространственную ориентацию.
• В общем случае энергия АО определяется значениями как главного, так и орбитального квантовых чисел (правило Клечковского):
  1. Энергия АО тем выше, чем больше величина суммы главного и орбитального квантовых чисел (n+ℓ).
  2. При одинаковой сумме (n+ℓ) более низкой энергией обладает орбиталь с меньшим значением n [скрыть]

     АО	3s	3p	4s	3d	4p
     n+ℓ	3+0 = 3	3+1 = 4	4+0 = 4	3+2 = 5	4+1 = 5
     —— Увеличение энергии АО

     [пример]
• 
  Энергия атомных орбиталей определяет строение электронной оболочки, окружающей ядро атома (схема).
  энергия связанного электрона, в частности электрона в атоме, может принимать только вполне определенные значения.
  

Электронная оболочка атома состоит из электронных квантовых слоёв, расположенных относительно ядра в порядке увеличения номера энергетического уровня, начиная с n = 1.
В соответствии с разрешенными (дискретными, квантовыми) значениями энергий орбиталей электронную оболочку атома составляют электронные квантовые слоиКвантовый слой – совокупность АО с одинаковым значением главного квантового числа n., расположенные относительно ядра в порядке увеличения номера энергетического уровня, начиная с n = 1. Наиболее высокой энергией, необходимой для удержания электрона в атоме, обладают АО внешнего уровня с максимальным значением n.
Энергия орбиталей внешнего электронного уровня с более подвижными электронами определяет способность атомов:

• переходить из основного в возбуждённое состояние за счёт переноса электрона с более низкой по энергии АО на более высокую [скрыть]
  Состояния атома углерода C (атомный номер элемента 6)
  [показать пример]; [скрыть]
• отдавать электрон и превращаться в катион при соответствующей энергии ионизации, Энергия ионизации — энергия, необходимая для отрыва электрона от атома, находящегося в основном состоянии.
• присоединять электрон с образованием аниона, проявляя сродство к электрону.Сродство к электрону — энергия, выделяющаяся при присоединении электрона к атому.
Среднее арифметическое значений энергии ионизации атома и его сродства к электрону Малликен предложил использовать как количественную характеристику электротрицательности элемента (шкала Малликена).
В зависимости от условий и природы атома перенос электрона e^– может происходить с преобладанием одного из направлений: Эти свойства атомов играют основную роль в химических превращениях, сопровождающихся образованием и разрывом химических связей.

Заполнение орбиталей электронами происходит последовательно от низшего энергетического уровня к высшему с соблюдением ряда правил.