ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Спиновое квантовое число Распределение электронов в многоэлектронных атомах из "Общая химия 2000" У этого элемента заканчивается заполнение ближайшего к ядру А -слоя и тем самым завершается построение первого периода системы элементов. [c.64] Элементы, у атомов которых последней заполняющейся электронной подобо-лочкой является -подоболочка, называются -элементами. Так Ве, Mg, Са, 8г, Ва и Еа относятся к -элементам. Аналогичным образом выделяются р-, и /-элементы. [c.65] Этой схеме соответствует формула 18 2з 2р . [c.66] 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-элементпов. [c.66] Причина такой последовательности заполнения электронных энергетических подуровней заключается в следующем. Как уже указывалось, энергия электрона в многоэлектронном атоме определяется значениями не только главного, но и орбитального квантового числа. Так же была указана последовательность расположения энергетических подуровней, отвечающая возрастанию энергии электрона (табл. 2.3). Как показывает табл. 2.3, подуровень 4з характеризуется более низкой энергией, чем подуровень 3 , что связано с более сильным экранированием -электронов в сравнении с з-электронами. В соответствии с этим размещение внешних электронов в атомах калия и кальция на 4в-подуровне соответствует наиболее устойчивому состоянию этих атомов. Электронное строение атомов калия и кальция соответствует правилу Клечковского. Действительно, для З -орбиталей (п = 3, / = 2) сумма (п + I) равна 5, а для 45-орбитали (п = 4, / = 0) — равна 4. Следовательно, 4з-подуровень должен заполняться раньше, чем подуровень 3 , что в действительности и происходит. [c.67] После заполнения Зd-пoдypoвня (п = 3, / = 2) электроны, в соответствии со вторым правилом Клечковского, занимают подуровень 4р (п = 4, / = 1), возобновляя тем самым построение Л -слоя. Этот процесс начинается у атома галлия (2 = 31) и заканчивается у атома криптона Е = 36), электронное строение которого выражается формулой 1з 2з 2р 38 Зр Зс °4з Ар . Как и атомы предшествующих благородных газов — неона и аргона, атом криптона характеризуется структурой внешней электронной оболочки пз пр , где тг — главное квантовое число (неон — 2з 2р , аргон — 3в23р , криптон — Аз Ар ). [c.68] У атома стронция [Е = 38) подуровень 5з занят двумя электронами, после чего происходит заполнение 4й-подуровня, 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-элементов, которыми и завершается пятый период. Таким образом, четвертый и пятый периоды по своей структуре оказываются вполне аналогичными. [c.69] Шестой период, как и пpeдыдyш e, начинается с двух й-элементов (цезий и барий), которыми завершается заполнение орбиталей с суммой (п + 1), равной 6. Теперь, в соответствии с правилами Клечковского, должен заполняться подуровень 4/ (тг = 4, = 3) с суммой (п + 1), равной 7, и с наименьшим возможным при этом значении главного квантового числа. На самом же деле у лантана (2 = 57), расположенного непосредственно после бария, появляется не 4/-, а 5 -электрон, так что его электронная структура соответствует формуле 15 25 2р 3з 3р 3 °4й 4р 4с °55 5р 5 б5 . Однако уже у следующего за лантаном элемента церия (2 = 58), действительно, начинается застройка подуровня 4/, на который переходит и единственный 5с -электрон, имевшийся в атоме лантана в соответствии с этим электронная структура атома церия выражается формулой 15 25 2р 3з 3р 3й °45 4р 4 °4/ 55 5р б5 . Таким образом, отступление от второго правила Клечковского, имеющее место у лантана, носит временный характер начиная с церия, происходит последовательное заполнение всех орбиталей 4/-подуровня. Расположенные в этой части шестого периода четырнадцать лантаноидов относятся к f-элементам и близки по свойствам к лантану. Характерной особенностью построения электронных оболочек их атомов является то, что при переходе к последующему /-элементу новый электрон занимает место не во внешнем (га = 6) и не в предшествующем (п = 5), а в еще более глубоко расположенном, третьем снаружи электронном слое (п = 4). [c.69] Благодаря отсутствию у атомов лантаноидов существенных различий в структуре внешней и предвнешней электронных оболочек, все лантаноиды проявляют большое сходство в химических свойствах. [c.69] Заполнение 5 -подуровня, начатое у лантана, возобновляется у гафния (2 = = 72) и заканчивается у ртути (2 = 80). После этого, как и в предыдущих периодах, располагаются шесть р-элементов. Здесь происходит построение бр-подуровня оно начинается у таллия (2 = 81) и заканчивается у благородного газа радона (2 = 86), которым и завершается шестой период. [c.69] Седьмой, пока незавершенный период системы элементов, построен аналогично шестому. После двух з-элементов (франций и радий) и одного -элемента (актиний) здесь расположено 14 /-элементов, свойства которых проявляют известную близость к свойствам актиния. Эти элементы, начиная с тория (2 = 90) и кончая элементом 103 — лоуренсием, обычно объединяют под общим названием актиноидов. Непосредственно за актиноидами расположены -элементы от дубния (2 = 104) до мейтнерия (2 = 109), которые и завершают известную пока часть периодической системы элементов. [c.69] Распределение электронов по энергетическим уровням (электронным оболочкам) в атомах всех известных химических элементов приведено в периодической системе элементов, помещенной в приложении. [c.69] Упомянутые выше нарушения типичного порядка заполнения энергетических состояний в атомах лантана (появление 5 -, а не 4/-электрона) и церия (появление сразу двух 4/-электронов) и аналогичные особенности в построении электронных структур атомов элементов седьмого периода объясняются следующим. При увеличении заряда ядра электростатическое притяжение к ядру электрона, находящегося на данном энергетическом подуровне, становится более сильным, и энергия электрона уменьшается. При этом энергия электронов, находящихся на разных подуровнях, изменяется неодинаково, поскольку по отношению к этим электронам заряд ядра экранируется в разной степени. В частности, энергия 4/-электронов уменьшается с ростом заряда ядра более резко, чем энергия 5 -элeктpoнoв (см. рис. 2.24). [c.70] Поэтому оказывается, что у лантана 2 = 57) энергия 5й-электронов ниже, а у церия 2 = 58) выше, чем энергия /-электронов. В соответствии с этим, электрон, находившийся у лантана на подуровне 5 , переходит у церия на подуровень 4/. [c.70] Обобщенная конфигурация записана в порядке заполнения электронных подоболочек электронами в нейтральных атомах. Одновременно приведены и электронные конфигурации трех атомов с незаполненными полностью ( открытыми ) подоболочками Ьа, Ас и Mt. Последнее связано с тем, что после Ьа и Ас изменяется привычный порядок заполнения электронных подоболочек, а Mt — последний тяжелый известный элемент. Отсюда, например, видно, что элементы Ве, Mg, Са, 8г, Ва и Ка имеют одинаковую электронную конфигурацию внещних электронных подоболочек. Поэтому они располагаются в одной подгруппе ПС. [c.71] В последней записи электронная конфигурация представлена по электронным оболочкам все подоболочки с одним и тем же значением главного квантового числа сгруппированы вместе. Вьщелены различной заливкой 5-, р-, -и /-электронные подоболочки всех энергетических уровней. Приведенная схема расположения электронных оболочек, подоболочек и орбиталей справедлива для атомов и ионов любого элемента периодической системы. [c.71] В этом ряду сделано исключение только для калия, который должен был бы стоять впереди аргона. Как следует из разд. 2.2.1, это исключение находит полное оправдание в современной теории строения атома. Не останавливаясь на водороде и гелии, посмотрим, какова последовательность в изменении свойств остальных элементов. [c.72] Литий — одновалентный металл, энергично разлагающий воду с образованием щелочи. За литием идет бериллий — тоже металл, но двухвалентный, медленно разлагающий воду при обычной температуре. После бериллия стоит бор — трехвалентный элемент со слабо выраженными неметаллическими свойствами, проявляющий, однако, некоторые свойства металла. Следующее место в ряду занимает углерод — четырехвалентный неметалл. Далее идут азот — элемент с довольно резко выраженными свойствами неметалла кислород — типичный неметалл наконец, седьмой элемент фтор — самый активный из неметаллов, принадлежащий к группе галогенов. [c.72] Вернуться к основной статье