Правило Гунда (или Хунда).

Строение атома (продолжение)

Состояние электрона в атоме: квантовые числа.

В современной модели атома состояние в нем электрона определяется четырьмя параметрами – квантовыми числами.

n – главное квантовое число,

l – орбитальное квантовое число,

m_l – магнитное квантовое число,

m_s – спинное квантовое число.

n – соответствует энергетическому уровню (или периоду ПСХЭ).

Главное квантовое число n характеризует энергию и размеры орбитали и электронного облака, принимает значения целых чисел – от 1 до бесконечности (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6…). Орбитали, имеющие одинаковые значения n, близки между собой по энергии и по размерам, они образуют один энергетический уровень.

l – соответствует энергетическому подуровню: l = n – 1.

Если n = 1,	то l = 0	0 – это s -подуровень
Если n = 2,	то l = 0 l = 1	0 – это s -подуровень 1 – это p -подуровень
Если n = 3,	то l = 0 l = 1 l = 2	0 – это s -подуровень 1 – это p -подуровень 2 – это d -подуровень
Если n = 4,	то l = 0 l = 1 l = 2 l = 3	0 – это s -подуровень 1 – это p -подуровень 2 – это d -подуровень 3 – это f -подуровень

 

Побочное (орбитальное) квантовое число l характеризует формы орбиталей и облаков, принимает значения целых чисел от 0 до n – 1.

m_l – соответствует положению электронной орбитали в пространстве на энергетическом подуровне и принимает значения «-», «0», «+».

 

0 (на s -подуровне)	0 (1 положение в пространстве)
1 (на p -подуровне)	-1,0,+1 (3 положения в пространстве)
2 (на d -подуровне)	-2,-1,0,+1,+2 (5 положений в пространстве)
3 (на f -подуровне)	-3,-2,-1,0,+1,+2,+3 (7 положений в пространстве)

Магнитное квантовое число m_l характеризует ориентацию орбиталей (электронных облаков) в пространстве и принимает значения целых чисел от – l через 0 до + l. Число значений m_l определяет число орбиталей на подуровне.

m_s – соответствует спину (вращение электрона вокруг своей оси по часовой или против часовой стрелки) и обозначается: +1/2 и -1/2.

Спиновое квантовое число m_s, спин (от англ. spin – кружение, вращение) – характеризует вращение электрона вокруг своей оси и принимает только два значения: +1/2 и -1/2. Электрон со спином +1/2 – это первичный на орбитале электрон, условно изображают так:

↑

; со спином -1/2 – это повторный на орбитале электрон, условно изображают так:

↑↓

.

Помните: Квантовыми числами описывается только последним поставленный электрон.

l 0 1 2 3

s p d f

n 4

-1

+1

-2

-1

+1

+2

-3

-2

-1

+1

+2

+3

 

m_l

	↑	или	↑↓
ms	+1/2			-1/2
	↑	↑	↑	или	↑↓	↑	↑

Примеры:

По электронной формуле и энергетическим ячейкам	По квантовым числам
12Mg 1s22s22p63 s2   3 s2 3p0 3d0 ↑↓                     2s2 2p6 ↑↓   ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s2 ↑↓	12Mg 3 n l 0 ml 0 ms -1/2   3 n l 0   3 s2 3p0 3d0 ↑↓                     ml 0 ms -1/2
14Si 1s22s22p63s23 p2   3 s2 3p2 3d0 ↑↓   ↑ ↑               2s2 2p6 ↑↓   ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s2 ↑↓	14Si 3 n l 1 ml 0 ms +1/2   3 n l 1 3 s2 3p2 3d0 ↑↓   ↑ ↑               ml 0 ms +1/2

Различные состояния электронов в атоме неравноценны, и электронные орбитали заполняются электронами строго определенным образом, подчиняясь следующим основным закономерностям:

 

Принцип минимума энергии. Правило Клечковского.

Электрон поступает на ту орбиталь, энергия которой минимальна. Согласно правилу В. М. Клечковского, порядок заполнения энергетических состояний определяется стремлением атома к минимальному значению суммы главного и побочного (орбитального) квантовых чисел, причем в пределах фиксированного значения (п + l) в первую очередь заполняются состояния, отвечающие минимальным значениям п.

Электроны заполняют энергетические подуровни и орбитали в порядке увеличения их энергии. Этот порядок определяется значением суммы главного и побочного квантовых чисел (n + l): 1 s, 2 s, 2 p, 3 s, 3 p, 4 s, 3 d, 4 p, 5 s, 4 d, 5 p, 6 s, 4 f, 5 d, 6 p, 7 s, 5 f, 6 d.

Например, для атома кальция при распределении электронов по орбиталям предпо­чтительнее 4 s -орбиталь (п + l = 4 + 0 = 4), чем 3 d -орбиталь (n + l = 3 + 2 = 5). А для атома скандия предпочтение следует отдать 3 d -орбитали (п + l = 3 + 2 = 5), а не 4 р -орбитали (п + l = 4 + 1 = 5), так как при одинаковых суммах квантовых чисел (п + l) З d -орбиталь имеет меньшее значение п = 3.

 

Принцип Паули.

В атоме не может быть двух электронов с одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел.

Поэтому на каждой орбитали может находиться не более двух электронов (у которых главное, орбитальное и магнитное квантовые числа одинаковы), но обязательно с противоположными спинами. Используя этот принцип, можно подсчитать максимальное число электронных состояний N, соответствующих различным значениям главного квантового числа п: N = 2п².

 

Правило Гунда (или Хунда).

Электроны располагаются на одинаковых орбиталях таким образом, чтобы суммарное спиновое число их было максимальным.

Таким образом, наиболее устойчивому состоянию атома соответствует максимально возможное число неспаренных электронов с одинаковыми спинами. Например, на р -подуровне 3 электрона будут занимать орбитали так

↑

↑

↑

, но не так

↑↓

↑

и не так

↑

↓

↑

(+1/2)+(-1/2)+(+1/2)= (+1/2)+(-1/2)+(+1/2)= (+1/2)+(-1/2)+(+1/2)=

=(+3/2) =(+1/2) = (+1/2)

В этой записи каждая электронная орбиталь обозначена клеткой (квантовой ячейкой), а электрон — стрелкой, направление которой соответствует направлению спина.

 

Структура ПСХЭ Д. И. Менделеева

 

₃Li 1s² 2s¹

₄Be 1s² 2s²

₅B 1s² 2s² 2p¹

₆C 1s² 2s² 2p²

₇N 1s² 2s² 2p³

 

Периоды ПСХЭ – это отдельные горизонтальные ряды, объединяющие элементы, у которых одинаковое число внутренних энергетических уровней, но разное число электронов на внешнем энергетическом уровне.

 

₁H 1s¹

₃Li 1s² 2s¹

₁₁Na 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

₁₉K 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

₃₇Rb 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s¹

 

Группы ПСХЭ –это отдельные вертикальные столбцы, объединяющие элементы, у которых разное число внутренних энергетических уровней, но одинаковое число электронов на внешнем энергетическом уровне.

 

Внешний энергетический уровень образуется только s- или s-и p- подуровнями.

Номер периода соответствует номеру энергетического уровня (по s- и p- подуровням).

Число электронов на внешнем энергетическом уровне для элементов s- и p- подуровней соответствует номеру группы.

Количество электронов на внешнем уровне элементов у d- и f- подуровней равно от 0 до 2 электронов (смотри ПСХЭ).

 

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: