ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расположение электронов в многоэлектронных атомах из "Общая и неорганическая химия" Каждая конкретная атомная орбиталь описывается набором значений трех квантовых чисел. Например, атомная орбиталь 2р имеет п==2, = 1и7П = -1. Если бы состояние электрона в атоме определялось значениями также только трех квантовых чисел, то в каждой АО (как в области пространства, где вероятность нахождения электрона максимальна) могло бы находиться не более одного электрона. Действительно, при совпадении значений всех квантовых чисел у двух электронов они, находясь в одной области пространства, должны стать неразличимыми. Это учитывается принципом Паули (1925) в атоме не бывает двух электронов, описываемых набором одинаковых квантовых чисел. [c.44] Поскольку полная энергия Е электрона является его основной характеристикой, учитываемой волновым уравнением, ее значение и определяет вероятность нахождения электрона на той или иной атомной орбитали. В зависимости от энергии электрон в атоме занимает определенный уровень (К, Ь, М, N и т. д.), отождествляемый со слоем (1,2,Зит.д.), на который указывает значение главного квантового числа п. [c.45] В невозбужденном атоме электроны обладают минимальной энергией и, следовательно, находятся в атомных орбиталях, расположенных ближе к ядру. Точнее говоря, электрон занимает ту атомную орбиталь, пребывание в которой позволяет ему большую часть времени находиться у ядра атома. Каждая АО характеризуется определенной энергией, уровень которой зависит от пи I. [c.45] Орбитали по возрастанию энергии соответствующего им электрона располагаются в следующем порядке 1з 2з 2р Зз Зр 4з Зй 4р 5з 4(1 5р 6з == 4f 6р 7в и т. д. Соотношение между уровнями энергии электрона при его нахождении в различных атомных орбиталях показано на рис. 10. [c.45] Сравнивая значения п и I, х 1рактеризующие различные атомные орбитали, можно отметить, что сумма (1,5п + I) показывает порядок их расположения по энергетическим уровням. Чем больше полученная сумма, тем выше уровень энергии данной АО. [c.46] Приведенное выражение является обобщением двух правил В. М. К л ечк о век ого при увеличении заряда ядра атома последовательное заполнение орбиталей происходит от орбиталей с меньшим значением суммы (п + ) к орбиталям с большим значением этой суммы, и при одинаковых значениях этой суммы в первую очередь происходит заполнение орбита-лей с меньшими значениями п. [c.46] При графическом построении порядок заполнения АО электронами определяется последовательностью расположения АО по их энергиям, так как в нейтральном атоме, находящемся в нормальном состоянии, электроны располагаются на низших возможных энергетических уровнях. [c.46] В атоме марганца = 25) первый и второй слои полностью заселены электронами в третьем М-слое целиком заняты з- и р-орбита-ли, после которых происходит заполнение з-орбитали (п = 4, / = 0) четвертого ЛГ-слоя. Затем заполняются оставшимися пятью электронами -орбитали М-слоя (п = 3, I = 2), так как им приписывается больший уровень энергии (1,5л 1 = 6,5), чем 4з-орбитали (1,5л -Ь / = = 6,0). Электронная формула атома Мп — ls 2s 2p Зs ЗpHs Зd . [c.46] Для ответа на вопрос, какой из вариантов предпочтительнее для многоэлектронного атома, состоящего из 2 электронов, следует найти полное магнитное квантовое число к 1к сумму всех /п, каждого электрона М, = т, -1- от, -Н. .. f тп — и аналогичным образом подсчитать возможные значения полного спинового числа М, = + + +. .. + т,. При этом вклад электронов, находящихся в заполненных подоёолочках (для атома С 1з и 2з , для атома Мп в значения М, и М, всегда ргшен нулю. Поэтому для нахождения М, и в случае атома углерода расчет достаточно вести для двух 2р-электронов, а для атома Мп — для пяти Зй-элект-ронов. [c.47] Результаты подсчета значений М, и М, для каждого варианта удобно свести в табл. 2, из которой видно, что для атома углерода М, принимает значение от +2 до -2 (варианты а и в), а М, — от -1-1 до -1 (варианты г, ж, к, е, и, ж). [c.48] Для решения вопроса о размещении электронов используют правило Ф. Хунда в пределах одного незавершенного подуровня электроны располагаются по одному в свободных АО, ориентируя свои спины параллельно (т. е. по абсолютному значению должно быть максимальным). [c.48] Этому условию для атома, содержащего два электрона в р-подуровне, удовлетворяют шесть вариантов г, к, ж, е, и, м. При равенстве из нескольких вариантов выбирается состояние с наибольшим значением М . Следовательно, возможное расположение электронов в р-орбиталях атома углерода представлено в вариантах г, к, е, м, являющихся равноценными. [c.48] Пользуясь правилом Хунда, можно сделать заключение о том, что расположение электронов в -орбиталях атома марганца Мп соответствует варианту в. [c.49] Правильное изображение размещения электронов в атомных орбиталях в пределах одного подуровня является важной задачей, решение которой позволяет оценивать способность атома образовывать химические связи с другими атомами и в конечном итоге предугадывать химические свойства элемента и главные свойства веществ, образованных с его участием. [c.49] Электронная структура может быть представлена и с помощью электронной формулы. Для атома ванадия V ее можно записать следз ющим образом ls 2s 2p Zs Zp Zd i.s . Так как в электронной оболочке атома ванадия (2 = 23) сохраняется расположение электронов, присущее предшествующему благородному газу аргону 2 = 18) — , то для краткости в электронной формуле заменяют начальные электроны символом соответствующего благородного газа. Для ванадия (Аг)3й 4 2. [c.49] Для объяснения и предсказания свойств как уже существующих соединений, число которых исчисляется миллионами, так и еще не полученных веществ требовалось свести многочисленные экспериментальные факты в единую систему. Такую систематизацию химических элементов и их соединений удалось создать на основании открытого в 1869 г. Д. И. Менделеевым периодического закона, в котором была вскрыта зависимость свойств химических элементов от их атомных масс. [c.50] В настоящее время этот закон формулируется так свойства химических элементов, так же как и их соединений, находятся в периодической зависимости от зарядов ядер их атомов (в формулировке Менделеева от их атомных весов ). [c.50] На учении о периодичности свойств элементов и их соединений строится вся современная химия. Периодический закон Д. И. Менделеева поставил работы по изучению свойств химических веществ, по синтезу новых соединений, т. е. все химические исследования, на научную основу. [c.50] Изучение взаимопревращения веществ, получение новых материалов, теоретическое исследование связей между атомами, ионами и молекулами в веществах, предвидение практического использования новых элементов — все это базируется на знании периодичности в изменении свойств элементов и их соединений. [c.50] С рассмотрения периодической зависимости наиболее важных свойств элементов от зарядов ядер их атомов начинается вторая часть этой книги. [c.50] Вернуться к основной статье