ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Принцип Паули. Электронная структура атомов и периодическая система элементов из "Общая химия 1982" Пользуясь принципом Паули, подсчитаем, какое максимальное число электронов может находиться на различных энергетических уровнях и подуровнях в атоме. [c.87] Наконец, на /-подуровне I — 3) может размещаться 14 электронов вообще, максимальное число электронов на подуровне с орбитальным квантовым числом I равно 2(2/ 1). [c.87] Первый энергетический уровень (/(-слой, п = I) содержит только -подуровень, второй энергетический уровень ( -слой, п = 2) состоит из - и р-подуровней и т. д. Учитывая это, составим таблицу максимального числа электронов, размещающихся в различных электронных слоях (табл. 2 на стр. 88). [c.87] В L-слое — 8 электронов (2-22 = 8), в Л1-слое—18 электронов (2-3 = 18) и т. д. Отметим, что полученные числа совпадают с числами элементов в периодах периодической системы. [c.88] У этого элемента заканчивается заполнение ближайшего к ядру /С-слоя и, тем самым, завершается построение первого периода системы элементов. [c.89] Число и взаимное расположение квантовых ячеек на последней схеме показывает, что 1) электроны в атоме лития расположены на двух энергетических уровнях, причем первый из них состоит из одного подуровня (1 ) и целиком заполнен 2) второй — внешний — энергетический уровень соответствует более высокой энергии и состоит из двух подуровней (2 и 2р) 3) 2 -подуровень включает одну орбиталь, на которой в атоме лития находится один электрон 4) 2р-подуровень включает три энергетически равноценные орбитали, которым соответствует более высокая энергия, чем энергия, отвечающая 2 -орбитали в невозбужденном атоме лития 2р-орбитали остаются незанятыми. [c.89] Согласно схеме (1), оба 2р-электрона в атоме углерода занимают одну и ту же орбиталь, т. е. их магнитные квантовые числа одинаковы, а направления спинов противоположны схема (2) означает, что 2р-электроны занимают разные орбитали (т. е. обладают различными значениями т) и имеют противоположно направленные спины наконец, из схемы (3) следует, что двум 2р-электронам соответствуют разные орбитали, а спины этих элек-тронов направлены одинаково. [c.90] Анализ атомного спектра углерода показывает, что для невозбужденного атома углерода правильна именно последняя схема, соответствущая наибольщему возможному значению суммарного спина атома (так называется сумма спинов всех входящих в состав атома электронов для схем атома углерода (I) и (2) эта сумма равна нулю, а для схемы (3) равна единице). [c.90] Такой порядок размещения электронов в атоме углерода представляет собой частный случай общей закономерности, выражаемой правилом Хунда устойчивому состоянию атома соответствует такое распределение электронов в пределах энергетического подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина атома максимально. [c.90] Отметим, что правило Хунда не запрещает другого распределения электронов в пределах подуровня. Оно лишь утверждает, что максимальное значение суммарного спина атома соответствует устойчивому, т. е. невозбужденному состоянию, в котором атом обладает наименьшей возможной энергией при любом другом распределении электронов энергия атома будет иметь большее значение, так что он будет находиться в возбужденном, неустойчивом состоянии. [c.91] Наконец, у атома неона (2 = 10) заканчивается заполнение 2р-подуровня, а тем самым заполнение второго энергетического уровня ( -слоя) и построение второго периода системы элементов. [c.91] Таким образом, начиная с бора (2 = 5) и заканчивая неоном (2 = 10), происходит заполнение р-подуровня внешнего электронного слоя элементы этой части второго периода относятся, следовательно, к семейству р-элементов. [c.91] Таким образом, третий период, подобно второму, начинается с двух s-элементов, за которыми следует шесть р-элементов. Структура внешнего электронного слоя соответствующих элементов второго п третьего периодов оказывается, следовательно, аналогичной. Так, у атомов лития и натрия во внешнем электронном слое находится по одному s-электрону, у атомов азота и фосфора — по два S- и по три р-электрона и т. д. Иначе говоря, с увеличением заряда ядра электронная структура внешних электронных слоев атомов периодически повторяется. Ниже мы увидим, что это справедливо и для элементов последующих периодов. Отсюда следует, что расположение элементов в периодической системе соответствует электронно.пу строению их атомов. Но электронное строение атомов определяется зарядом их ядер и, в свою очередь, определяет свойства элементов п lix соединений. В этом и состоит сущность периодической зависимости свойств элементов от заряда ядра их атомов, выражаемой периодическим законом. [c.92] Причина такой последовательности заполнения электронных энергетических подуровней заключается в следующем. Как указывалось в 31, энергия электрона в многоэлектронном атоме определяется значениями не только главного, но и орбитального квантового числа. 1ам же была указана последовательность расположения энергетических подуровней, отвечающая возрастанию энергии электрона. Эта же последовательность представлена на рнс. 22 (стр. 94). [c.93] Как показывает рис. 22, подуровень 4х характеризуется более нпзки] энергией, чем подуровень Зй, что связано с более сильным экранированием -электронов в сравнении с 5-электронами. В со-от1 егствип с этим размещение внешних электронов в атомах калпя и кальция на 45-подуровне соответствует наиболее устойчивом - состоянию этих атомов. [c.93] Начиная с рубидия, заполняется 55-подуровень это тоже соответствует второму правилу Клечковского. У атома рубидия (2 = = 37) появляется характерная для щелочных металлов структура с одним -электроном во внешнем электронном слое. Тем самым начинается построение нового — пятого — периода системы элементов. При этом, как и при построении четвертого периода, остается незаполненным -подуровень предвнешнего электронного слоя. Напомним, что в четвертом электронно.м слое имеется уже и /-подуровень, заполнения которого в пятом периоде тоже не происходит. [c.96] У атома стронция (2 = 38) подуровень 5 занят двумя влектронами, после чего происходит заполнение 4 -пoдypoвня, так что следующие десять элементов — от иттрия (2 = 39) до кадмия (2 = 48)—принадлежат к переходным -элементам. Затем от индия до благородного газа ксенона расположены шесть р-элемеи-тов, которыми и завершается пятый период. Таким образом, четвертый и пятый периоды по своей структуре оказываются вполне аналогичными. [c.96] Вернуться к основной статье