ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Состояния атомов, символы термов и правило Хунда Периодическая система элементов из "Неорганическая химия" Электронные конфигурации атомов. Электронная конфигурация атома (распределение электронов по уровням и подуровням) может быть определена на основе принципа Паули и принципа минимума энергии. [c.35] Подобное (теоретическое) заполнение уровней можно составить и для атомов последующих элементов. Электронные конфигурации атомов всех элементов приведены в табл. 2.2 (экспериментальные данные). Имеется лишь несколько различий между экспериментальными и теоретическими конфигурациями. Например, (п— l)d- и ns-подуровни при их заполнении оказываются близко лежащими друг к другу. Если имеет место стабилизация заполненных или полузаполненных подуровней (см. разд. 2.5 и 10.2), конфигурация (п — l)d ns может оказаться и не самой устойчивой, как у атомов Сг и Си (3flf4s и 3d °4s вместо предсказываемых теорией Зd 4s и соответственно). [c.36] Однако не следует придавать таким различиям слишком большого 3ifa4eHHH, их влияние на химию элементов минимально. Хотя медь и может проявлять степень окисления Си (3d 4s°), но состояние Си все же более устойчиво. У хрома наиболее устойчивый в водном растворе — ион Сг +, ионы Сг и Сг оГ также вполне устойчивы, тогда как состояние Сг практически неизвестно. [c.36] Для лантаноидов 5d- и 4/-подуровни близки по энергии. В атоме лантана (Z = 57) последний электрон попадает на 5й-подуровень. В атомах последующих элементов происходит заполнение 4/-подуровня, а 5 -подуровень остается свободным. Однако эти детали не заслуживают слишком большого внимания, так как различие в энергии конфигураций 5d +4f и 5й Ч/ + очень мало. Можно полагать, что все лантаноиды ведут себя так, как будто их атомы имеют электронную конфигурацию [Хе] 6s 5 i 4/ , т. е. наиболее устойчивое состояние окисления всегда отвечает потере трех электронов (6s 5ii ). [c.36] Часто используется понятие мультиплетности, первоначально выведенное из числа линий, видимых в спектре. Она определяется числом неспаренных электронов я в общем случае дается выражением 25- -1. Так, если 5 = 0, мультиплетность равна единице, такое состояние атома называется синглет-ным если 5 == /2, то мультиплетность равна двум, и состояние будет дублетным, при 5=1— триплетным и т. д. [c.38] Правило Хунда, или принцип максимальной мультиплетности, утверждает, что основным состоянием атома будет то, в котором его мультиплетность наивысшая (т. е. значение 5 — наивысшее). [c.38] Рассмотрим основное состояние атома углерода (1в 2з 2р , заполненные подуровни 15 и 25 можно не учитывать). Два р-электрона могут быть спарены на одной и той же орбитали (5 = 0) или иметь параллельные спины на различных орбиталях (5 = 1). Правило Хунда предсказывает, что основным состоянием будет последнее (триплетное) с Е = 1 его обозначают (произносится триплет-Р ), и это обозначение называют символом терма (см. Приложение 2). [c.38] Однако при неправильном использовании такая запись может вводить в заблуждение, особенно при нахождении символов термов. [c.39] Современная Периодическая система элементов, так необходимая в работе каждому химику, — это результат труда большого числа ученых. Теперь известно, что существует квантовомеханическая основа периодичности элементов. Но благодаря открытию Д. И. Менделеева и усилиям многих других химиков девятнадцатого столетия Периодическая система элементов была создана почти за полстолетия до открытия электрона [1]. [c.39] Обычную длиннопериодную форму Периодической системы (рис. 2.12) можно рассматривать как графическое изображение правил заполнения электронами энергетических уровней, подуровней и атомных орбиталей. [c.39] Группы элементов могут быть охарактеризованы следующим образом. Группы 1А и ПА включают щелочные и щелочноземельные элементы (секция х-элементов). Они имеют электронные конфигурации соответственно и Группы Б содержат переходные, или -элементы, атомы которых в основных состояниях имеют частично заполненные -орбитали. Например, в 4 периоде -элементы начинаются со скандия 5с(45 3й ) и кончаются цинком гп(45 3 ). Под каждым из этих десяти элементов находятся остальные -элементы, например У1Б группа— хром Сг, молибден Мо, вольфрам элемент 106. Секцию /-элементов обычно выделяют из П1Б группы вследствие их особых электронных и химических свойств у атомов этих элементов заполняются 4/- и 5/-подуровни соответственно. Секция р-элементов состоит из шести групп (П1А—УП1А), соответствующих заполнению электронами р-орбиталей. [c.39] Ломаная вертикальная линия на рис. 2.12 указывает на общепринятое условное деление всех элементов на металлы (слева от линии) и неметаллы. [c.39] Следует отметить, что некоторые химики определяют переходные элементы как те, у которых атомы в основном состоянии имеют частично заполненные -орбитали. Такое определение исключает цинк из переходных элементов 4 периода. И действительно, по многим свойствам ион отличается от ионов типичных переходных элементов — он никогда не бывает парамагнитным, не окрашен, образует неустойчивые комплексы (вследствие своих малых размеров), и т. д. Однако если цинк (вместе с другими элементами ПБ группы — кадмием и ртутью) исключить из секции переходных элементов, тогда и благородные газы не следовало бы относить к р-элементам. Общепринятая точка зрения такова (см. разд. 15), что отделение благородных газов от галогенов задержит развитие их химии. Можно также лютеций и лоуренсий исключить из секции /-элементов, однако вряд ли это будет полезным. [c.39] Иногда встречаются и иные обозначения групп — первые семь из них слева отмечают буквой А, УИ1Б группу оставляют вообще без буквы, последующие семь групп отмечают буквой Б, а VI ПА группу называют нулевой. Химического смысла в этом мало. В обозначениях групп на рис. 2.12 буква Б относится к группам -элементов . [c.41] Проследим по Периодической системе принципы заполнения уровней электронами. Рассмотрим элементы от цезия s (Z = 55) до радона Rn (Z = 86). В атомах s и Ва электроны заполняют б5-подуровень. Следующий, третий электрон поступает на 5 -подуровень атома La (Z==57), первого переходного элемента 6 периода. В атомах элементов от Се до Lu электроны заполняют 4/-подуровень, поэтому они f-элементы. После завершения 4/-подуровня у Lu (4/ ) следующие электроны продолжают заполнять 5 -орбитали (атомы переходных элементов от Hf до Hg), и, наконец, заполняется бр-подуровень в атомах элементов от Т1 до Rn (ср. с табл. 2.2). [c.41] Вернуться к основной статье