ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Принцип Паули. Электронная структура атомов и периодическая система элементов из "Общая химия Издание 22" Пользуясь принципом Паули, подсчитаем, какое максимальное число электронов может находиться на различных энергетических уровнях и подуровнях в атоме. [c.87] Наконец, на /-подуровне (/ = 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 (/С-слой, = 1) содержит только -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 на стр. 88). [c.87] В -слое — 8 электронов (2-22 = 8), в Л -слое—18 электронов (2-32= 18) и т, д. Отметим, что полученные числа совпадают с числами элементов в периодах периодической системы. [c.88] 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 2/ -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 электронов 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 лищь утверждает, что максимальное значение суммарного спина атома соответствует устойчивому, т. е. невозбужденному состоянию, в котором атом обладает наименьщей возможной энергией при любом другом распределении электронов энергия атома будет иметь большее значение, так что он будет находиться в возбужденном, неустойчивом состоянии. [c.91] Этой схеме соответствует формула 18 28 2р . [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, следо вательно, к семейству р-элементов. [c.91] Таким образом, третий период, подобно второму, начинается с двух 5-элементов, за которыми следует шесть р-элементов. Структура внешнего электронного слоя соответствующих элементов второго н 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.92] Электронное строение атомов калия и кальция соответствует этому правилу. Действительно, для 3 /-орбиталей (п = 3, / == 2) сумма (п + 1) равна 5, а для 45-орбитали (п = 4, 1 = 0)—равна 4. Следовательно, 45-подуровень должен заполняться раньше, чем подуровень Зd, что в действительности и происходит. [c.93] Начиная с рубидия, заполняется бх-подуровень это тоже соответствует второму правилу Клечковского. У атома рубидия (Z = = 37) появляется характерная для щелочных металлов структура с одним s-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 электронном слое имеется уже и /-подуровень, заполнения которого в пятом периоде тоже не происходит. [c.96] У атома стронция (Z = 38) подуровень 5s занят двумя электронами, после чего происходит заполнение 4 -пoдypoвня, так что следующие десять элементов — от иттрия (Z = 39) до кадмия (Z = 48) — принадлежат к переходным -элементам. Затем от индия до благородного газа ксенона расположены шесть р-элементов, которыми и завершается пятый период. Таким образом, четвертый и пятый периоды по своей структуре оказываются вполне аналогичными. [c.96] Благодаря отсутствию у атомов лантаноидов существенных различий в структуре внешнего и предвнешнего электронных слоев, все лантаноиды проявляют большое сходство в химических свойствах. [c.97] Вернуться к основной статье