Правила заполнения электронных орбиталей
1. Принцип минимума энергии: из множества возможных состояний электрона реализуется то, в котором энергия атома минимальна. Этот принцип конкретизируется правилами Клечковского. 1). Из множества свободных орбиталей электрон займет ту, где меньше значение суммы (n+L). 2). Из множества свободных орбиталей с одинаковыми значениями сумм (n+L) электрон займет ту, где меньше n. Элементарный анализ дает следующую последовательность заполнения электронных подуровней: 1s® 2s®2p® 3s®3p® 4s®3d®4p® 5s®4d®5p® 6s®4f®5d®6p® 7s®5f®6d®7p 2. Принцип Паули: в атоме не могут одновременно находиться электроны, состояние которых описывается одинаковыми значениями всех квантовых чисел. Следствие: на одной орбитали могут находиться максимум два электрона, у которых значения ms обязательно различны. 3. Правило Гунда:при заполнении подуровня модуль суммы спиновых квантовых чисел электронов должен быть максимально возможным. На практике это выполняется последовательным размещением на каждой орбитали подуровня сначала по одному электрону с параллельными спинами, а затем по второму с антипараллельными спинами.
Существуют некоторые нарушения правил заполнения электронных орбиталей, связанных с тем, что разница в энергиях электронов, расположенных на соседних электронных подуровнях, невелика. Это относится к подуровням 4s и 3d; 5s и 4d; 6s, 5d и 4f; 7s, 6d и 5f. Пример 1 Написать электронное строение атомов азота и титана. Решение Атом азота имеет №7, следовательно, в его атоме находится 7 электронов. На первом слое могут находиться максимум два электрона
Следовательно, на втором слое будут находиться оставшиеся 5 электронов, два на 2s-орбитали и три на 3р-орбитали, причем, в соответствии с правилом Гунда, каждый р-электрон занимает отдельную орбиталь:
В итоге электронное строение атома азота будет иметь вид
В символьном виде 1s22s22p3. В последнем случае не видно, как расположены 2р- электроны. Если слой полностью заполнен, его можно указать с помощью буквы, обозначающей этот слой. В нашем примере полностью заполнен первый слой, поэтому электронное строение атома азота может быть записано в виде К2s22p3. Атом титана имеет №22. В соответствии с правилами заполнения в атоме титана сначала полностью заполняются первый и второй электронные слои:
Затем идет заполнение 3s- и 3p-подуровней:
После этого заполняется 4s-подуровень
и лишь после этого недостающие два электроны поступают на 3d-подуровень:
Таким образом, электронное строение атома титана может быть описано схемой:
В символьном виде КL3s23p63d24s2. Электронное строение атомов и таблица химических элементов
S-Элементами называются элементы, в атомах которых последний электрон поступает на s-подуровень. Аналогично определяются p-элементы, d-элементы и f-элементы. Начало каждого периода соответствует открытию нового электронного слоя. Номер периода равен номеру открываемого электронного слоя. Каждый период, кроме первого, заканчивается заполнением р-подуровня слоя, открытого в начале этого периода. В первом периоде содержатся только s-элементы (два). В четвертом и пятом периодах между s-(два) и р-элементами (шесть) расположены d-элементы (десять). В шестом и седьмом за парой s-элементов расположен (в нарушение правил Клечковского) один d-элемент, затем четырнадцать f-элементов (они помещены отдельными строками в нижней части таблицы - лантаноиды и актиноиды), затем девять d-элементов и, как всегда, периоды заканчиваются шестью р-элементами. По вертикали таблица делится на 8 групп, каждая группа - на главную и побочную подгруппы. В главных подгруппах находятся s- и р-элементы, в побочных - d-элементы. Главную подгруппу определить легко- в ней находятся элементы 1-3 периодов. Строго под ними расположены остальные элементы главной подгруппы. Элементы побочной подгруппы располагаются в стороне (слева или справа).
|
