ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Принцип Паули. Электронная структура атомов и периодическая система элементов из "Общая химия Издание 18" Пользуясь принципом Паули, подсчитаем, какое максимальное число электронов может находиться на различных энергетических уровнях и подуровнях в атоме. [c.84] 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.84] Первый энергетический уровень (/С-слой, п = 1) содержит только 5-подуровень, второй энергетический уровень ( -слой, п = 2) состоит из 5- и р-подуровней и т. д. Учитывая это, составим таблицу максимального числа электронов, размещающихся в различных электронных слоях (табл. 2). [c.84] Как показывают приведенные в табл. 2 данные, максимальное число электронов на каждом энергетическом уровне равно 2п , где п — соответствующее значение главного квантового числа. Так, в К-слое может находиться максимум 2 электрона (2-12 = 2), в -слое — 8 электронов (2-2 = 8), в М-слое—18 электронов (2-32= 18) и т. д. Отметим, что полученные числа со.впадают с числами элементов в периодах периодической системы. [c.84] У этого элемента заканчивается заполнение ближайшего к ядру /С-слоя и, тем самым, завершается построение первого периода системы элементов. [c.85] 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 (15) и целиком заполнен 2) второй — внешний — энергетический уровень соответствует более высокой энергии и состоит из двух подуровней (25 и 2р) 3) 25-подуровень включает чздну 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 25-орбитали в невозбужденном атоме лития 2/ -орби-тали остаются незанятыми. [c.86] И может быть выражена формулой 8 2з 2р . [c.86] Согласно верхней схеме, оба 2/ -электрона в атоме углерода находятся на одной и той же орбитали, т. е. их магнитные квантовые числа одинаковы, а спины противоположно направлены средняя схема означает, что 2р-электроны находятся на разных орбиталях (т. е. обладают различными значениями т) и имеют противоположно направленные спины наконец, из нижней схемы следует, что двум 2/э-электронам соответствуют разные орбитали, а спины этих электронов направлены одинаково. [c.87] Анализ атомного спектра углерода показывает, что для невозбужденного атома углерода правильна именно последняя схема, соответствующая наибольшему возможному значению суммарного спина атома (так называется сумма спинов всех входящих в состав атома электронов для двух верхних схем атома углерода эта сумма равна нулю, а для нижней — 1). [c.87] 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.87] 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.87] Этой схеме соответствует формула 1з 2з 2р . [c.88] Наконец, у атома неона Z = Ю) заканчивается заполнение 2р-подуровня, а тем самым заполнение второго энергетического уровня ( -слоя) и построение второго периода системы элементов. [c.88] 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.88] Таким образом, третий период, подобно второму, начинается с двух 5-элементов, за которыми следует шесть р-элементов. Структура внешнего электронного слоя соответствующих элементов второго и третьего периодов оказывается, следовательно, аналогичной. Так, у атомов лития и натрия во внешнем электронном слое находится по одному -электрону, у атомов азота и фосфора — по два 5- 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 электронному строению их атомов. Но электронное строение атомов определяется зарядом их ядер и, в свою очередь, определяет свойства элементов и их соединений. В этом и состоит сущность периодической зависимости свойств элементов от заряда ядра их атомов, выражаемой периодическим законом. [c.89] Причина такой последовательности заполнения электронных энергетических подуровней заключается в следующем. Как указы валось в 32, энергия электрона в многоэлектронном атоме определяется значениями не только главного, но и орбитального квантового числа. Там же была указана последовательность расположения энергетических подуровней, отвечающая возрастанию энергии электрона. Эта же последовательность представлена на рис. 22. [c.89] ЛИЯ и кальция на 4 -подуровне соответствует наиболее устойчивому состоянию этих атомов. [c.90] Последовательность заполнения атомных электронных орбита-лей в зависимости от значений главного и орбитального кванто вых чисел была исследована советским ученым В. М. Клечков-ским, который установил, что энергия электрона возрастает но мере увеличения суммы этих двух квантовых чисел, т. е. величины (п-1-/). В соответствии с этим, им было сформулировано следующее положение (первое правило Клечковского) при. увеличении заряда ядра атома последовательное заполнение электронных орбиталей происходит от орбиталей с меньшим значением суммы главного и орбитального квантовых чисел (я + /) /с орбиталям с большим значением этой суммы. [c.91] Электронное строение атомов калия и кальция соответствует йтому правилу. Действительно, для З -орбиталей ( = 3, 1 = 2) сумма ( + 1) равна 5, а для 4 -орбитали (п=4, 1=0) —равна 4. Следовательно, 45-подуровень должен заполняться раньше, чем подуровень 3 , что в действительности и происходит. [c.91] у атома кальция завершается построение 4 -подуровня. Однако при переходе к следующему элементу — скандию (2 = = 21) — возникает вопрос какой из подуровней с одинаковой суммой (п + /) —34 (п = 3, 1 = 2), Ар (п = 4, /= 1) или 5 ( = 5,, / = 0)—должен заполняться Оказывается, при одинаковых величинах суммы (м + О энергия электрона тем выше, чем больше значение главного квантового числа п. Поэтому в подобных случаях порядок заполнения электронами энергетических подуровней определяется вторым правилом Клечковского, согласно которому при одинаковых значениях суммы (п +1) заполнение орбиталей происходит последовательно в направлении возрастания значения главного квантового числа п. [c.91] Вернуться к основной статье