ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Распределение электронов в атомах. Правило Клечковского из "Неорганическая химия" При химических реакциях ядро атома остается неизменным. Изменяются лишь электронные оболочки атомов, строением которых объясняются многие свойства элементов, в том числе их периодичность. Поэтому распределению электронов в атомах всегда уделяется большое внимание при изучении химии. [c.43] Так как основную часть энергии электрона определяет п, то сначала заполняется электронами К-оболочка, затем L-оболочка, М-обо-лочка и т. д. Однако при достаточно большом числе электронов наименьшее количество энергии электрона обусловливается не только числом п, но и /, точнее их суммой п + /. Как уже отмечалось, число электронов, размещающихся на уровнях и подуровнях, не может превышать определенного значения. Поэтому с ростом порядкового номера элемента электроны размещаются с учетом принципа Паули на более удаленных от ядра орбиталях. [c.44] Последовательное распределение электронов в атомах элементов периодической системы Д. И. Менделеева показано в табл. 4. [c.44] Рассмотрим табл. 4 несколько подробнее. У атома водорода один электрон. Он расположен на ls-орбитали /С-оболочки — первой от. ядра. [c.44] У атома гелия два электрона. В соответствии с принципом Паули оба они размещаются на ls-орбитали. Если на орбитали находится один электрон, то он называется неспаренным, если два, то это спаренные электроны. Оболочка атома водорода состоит из одного неспаренного электрона, гелия — из двух спаренных электронов. У гелия оболочка застроена, этот элемент завершает первый период системы Д. И. Менделеева. [c.44] У атомов элементов второго периода заполняется L-оболочка (п = 2), причем сначала 25-подуровень, а затем три орбитали 2/7-подуровня. Так, у Li третий электрон располагается на наиболее энергетически выгодной на втором уровне 25-орбитали. На Is- и 25-орбиталях размещаются электроны атома Ве. Поскольку 25-орбиталь заполнена, то пятый электрон у атома В занимает одну из трех 2р-орбиталей. Далее у атомов С, N, О, F идет заполнение 2р-орбиталей, которое завершается у атома Ne. [c.44] Начиная с элементов третьего периода у атомов идет заполнение третьего уровня (М-оболочки), состоящего из. 3s-, Зр- и. З -подуровней. Так, из 11 электронов натрия 10 размещаются на первом и втором уровнях, как и у атома неона, а одиннадцатый на Зз-орбитали (Na открывает третий период системы Д. И. Менделеева). Вторым на Зз-орбитали размещается двенадцатый электрон атома Mg. Затем, начиная с атома А1, идет заполнение электронами Зр-подуровня, которое завершается у атома Аг. Как видно, третий период завершается заполнением Зр-орбиталей, хотя у атомов остается пять Зс -орбиталей, на которых могут разместиться еще 10 электронов. Тем не менее -девятнадцатый электрон атома элемента калия, следующего за аргоном, помещается на четвертом уровне (Л -оболочке) на 45-орбитали (калием открывается четвертый период системы Д. И. Менделеева). [c.44] Криптоном завершается четвертый период, хотя и остались незаполненными Ы- и 4/-орбитали (сравните с третьим периодом). [c.47] Пятый период содержит элементы от рубидия (2 = 37) до ксенона (2 = 54). Заполнение электронами оболочек атомов этих элементов аналогично заполнению оболочек элементов четвертого периода после НЬ и 5г у 10 элементов — с иттрия (2 = 39) по кадмий (2 = = 48) — заполняются 4й-орбитали, после чего электроны занимают 5р-орбитали. [c.47] Седьмой период — незавершенный. Распределение электронов в атомах аналогично шестому периоду. После заполнения 75-орбитали у франция (Z = 87) и радия (Z = 88) у актиния электрон поступает на 6 -орбиталь, затем начинается заполнение 5/-орбиталей 14 электронами. Это происходит у атомов актиноидов с Z = 90—103. После 103-го элемента заполняются 6 -орбитали — у курчатовия (Z = 104) и нильсбория (Z = 105). [c.48] Как видим, распределение электронов в атомах с ростом порядкового номера усложняется. Наиболее просто можно усвоить последовательность заполнения электронами уровней исходя из правила В. М. Клечковского заполнение электронных уровней атомов с увеличением порядкового номера элемента происходит последовательно с ростом суммы п + I, а при равных значениях п -j- I осуществляется то, которому соответствует больиюе число I. [c.48] орбиталь Is (п -f I = 1 -Ь О = 1) энергетически более выгодна, чем орбиталь 2s (га - - = 2 + О -Ь 2), а потому заполняется электронами раньше. Точно так же 25-орбиталь энергетически более выгодна, чем 2р-орбиталь (га -f- / = 2 -f- 1 =3). [c.48] У атома калия девятнадцатый электрон начинает заполнять четвертый уровень, оставив незаполненным третий (d-орбитали). Куда станет электрон — в М- или 45-подуровень По правилу Клечковского, надо сопоставить суммы га -f I для девятнадцатого электрона. В первом случае (Зб -орбитали) га-Ь/ = 3 + 2 = 5, во втором случае (45-орбитали) ra + i = 4 + 0 = 4. Следовательно, должно осуществиться состояние 4s, т. е. электрон станет в 4 -подуровень (см. также р ис. 8). [c.48] Еще пример со скандием. Скандий (Z = 21) следует за кальцием, у которого 4з-подуровень заполнен. Для двадцать первого электрона скандия теоретически возможны два состояния — 3d и 4р. Для первого состояния сумма га+/ = 3 + 2 = 5, для второго га -j- / = 4 + -f 1 = 5. Согласно правилу Клечковского, при равных значениях п + I должно осуществиться состояние с большим числом I, т. е. двадцать первый электрон разместится на Зй -подуровне. [c.48] Руководствуясь правилом Клечковского, можно составить ряд последовательного заполнения электронами орбиталей атомов периодической системы элементов Д. И. Менделеева (табл. 5). [c.48] Таким образом, правило Клечковского отражает строгую закономерность последовательного заполнения электронных уровней атомов с ростом порядкового номера элемента. Оно позволяет установить причину появления переходных элементов — семейства скандия М), иттрия (Ас1), лантана (Ы), лантаноидов (4/) и актиноидов (5/) в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Кроме того, на основании этого правила можно предсказать строение восьмого и девятого периодов и свойства их элементов, если изотопы этих элементов будут открыты. В седьмом периоде должно быть 32 элемента, он будет заканчиваться экарадоном (2 = 118). В восьмом периоде —50 элементов (М = 2 -5 ), он будет начинаться элементом 2 = 119 и заканчиваться элементом с 2 = 168. В девятом периоде также 50 элементов, он начнется элементом с 2 = 169 и закончится элементом с 2 = 218. В настоящее время предсказаны структуры атомов элементов вплоть до 134-го элемента. [c.49] Правило Клечковского и его работы в этой области — крупнейший вклад в развитие теории периодической системы за последние 25 лет. [c.49] Вернуться к основной статье