Принцип наименьшей энергии. 
Правила Клечковского

При заполнении электронами уровней и подуровней последовательность размещения электронов должна отвечать как наименьшей энергии электрона, так и наименьшей энергии атома в целом. Этот принцип отражает общее термодинамическое требование к устойчивости системы: максимуму устойчивости системы соответствует минимум ее энергии.

Для выполнения этого принципа применяют правила Клечковского.

Первое правило Клечковского. При заполнении электронных оболочек в атоме в первую очередь заполняются те подуровни, для которых сумма главного и побочного квантовых чисел (п + ?) минимальна.

В четвертом периоде идет заполнение 45-подуровня п + I = 4 + + 0 = 4, а потом лишь 3d, для которого п +? = 3 + 2 = 5. По этому правилу заполнение ^/-подуровней запаздывает на один период, а заполнение /-подуровней — на два периода (4/-подуровень заполняется лишь в шестом периоде, а 5/-подуровень — лишь в седьмом).

Второе правило Клечковского. Если для двух подуровней одного или разных уровней суммы (п + ?) равны, то сначала заполняется подуровень с меньшим значением п.

Рассмотрим применение этого правила при рассмотрении заполнения подуровней 3d, Ар и 5s. Для этих подуровней:

следовательно, последовательность заполнения будет: 3d^>Ap^> 5s.

Руководствуясь правилами Клечковского, можно составить ряд и последовательность заполнения электронами орбиталей атомов элементов в периодической системе. Она будет иметь вид.

Правила Клечковского отражают строгую закономерность последовательного заполнения электронных уровней атомов с ростом порядкового номера элемента. Они позволяют установить причину появления переходных d- и /-элементов, дают возможность предсказать строение элементов восьмого и последующих периодов, которые пока не открыты.

Экспериментально установлено, что последовательность заполнения d и /-подуровней в шестом и седьмом периодах у лантана и актиния нарушается, т. е. у этих элементов заполняется не /-подуровень, а один электрон заполняет^{-подуровень} предвнешнсго уровня. Такой проскок энергетически выгоден, так что реально имется следующая последовательность заполнения: