Типтік есеп № 1

          Электрондық құрылымы 1s²2s²2p¹   атомы үшін негізгі күйдегі әрбір электронды анықтайтын төрт кванттық сандар n, l, m_l, m_s мәндерін табыңыз.

Шығарылуы

         Электрондық құрылымы 1s²2s²2p¹ болатын элемент – бор. Бор атомы электрондары үшін квант сандарының мәндерін Паули қағидасын негізге алып анықтау қажет. Бұл қағидаға сәйкес, бір атомдағы екі электронның төрт квант сандарының төртеуі де бірдей болмайды.

          Бор атомының 1-ші энергетикалық деңгейінде s –күйіндегі екі электрон бар.  Бұл электрондар квант сандарының келесі мәндерімен  сипатталады: 1, 0, 0, 1/2.

          s – күйіндегі 2-ші энергетикалық деңгейіндің электрондарының квант сандарының мәндері: 2, 0, 0, 1/2.

          2, 1, -1, +1/2 квант сандарының мәндері 2-ші энергетикалық деңгейіндің р – күйіндегі электрондарын сипаттайды. Бор атомының бес электронының квант сандарының мәндері келесі болады:

 

Квант саны	электрон
	1	2	3	4	5
n	1	1	2	2	2
l	0	0	0	0	1
ml	0	0	0	0	-1
ms	+1/2	-1/2	+1/2	-1/2	+1/2

 

3 Атомның электрондық формулалары

 

          Электрондық формулалар атомдағы электрондардың энергетикалық деңгейлерде, деңгейшелерде (атомдық орбитальдарда) таралуын көрсетеді. Электрондық конфигурация символдар топтарымен белгіленеді:

 ,                                                        (1.3)

         мұнда  n  -  бас квант саны;

          l - орбитальдік квант саны (оның орнына сәйкесінше әріппен белгіленетін s, p, d, f  қолданылады );

          х -   берілген деңгейшедегі (орбитальдегі) электрондар саны.

          Электрондық формуладағы үлкен араб сандары энергетикалық деңгейлерді (n),  s, p, d, f әріптері энергетикалық деңгейшелерді, ал кіші араб сандары (х) әрбір энергетикалық деңгейшедегі электрондар санын  сипаттайды.

          Электрондық формуланы құрастырғанда электрондардың атомдық орбитальдар бойынша орналасуының қағидаларын ескеру қажет.

1) Паули қағидасы: атомда төрт кванттық сандарының төртеуі де бірдей екі электрон болуы мүмкін емес.

2) Минималды энергия қағидасы: атомдағы әрбір электрон ядромен мықты байланыс беретін ең төменгі энергиясы бар бос орбитальда орналасады.

          Элементтің реттік нөмірі өскен сайын электрондар орбитальдар мен деңгейлерді энергияларының өсу ретімен толтырады. Минималды энергия қағидасы атомдардың тек негізгі күйлері үшін орындалады. Қозыған күйлерінде электрондар атомдардың кез келген орбитальдарында болуы мүмкін (Паули қағидасы орындалса).

3) Клечковский ережесі: энергияның артуы және орбитальдерді толтыру     (n + l) квант сандары қосындысының  өсу реті бойынша жүреді. Егер (n + l) қосынды мәні бірдей бірнеше деңгейшелер болса, онда алдымен бас квант санының кіші мәніндегі деңгейше электрондармен тола бастайды

          Бұл ережеге сәйкес энергетикалық деңгейшелердің электрондармен толтырылу реттілігі келесі болады: 1s< 2s < 2p < 3s < 3p < 4s ≈ 3d < 4p < 5s ≈ 4d<   5p <  6s ≈ 5d ≈ 4f < 6p < 7s   және т.б.

Толық және жарым-жартылай толтырылған деңгейшелері бар d-, f- элементтер ерекше болады, өйткені оларда электрон ns –деңгейшесінен

(n-1)d -, (n-2)f –деңгейшесіне «секіреді».

Мысалы, хром атомының электрондық формуласы келесі болуы керек:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁴4s².

          Бірақ, хром атомының соңғы деңгейінде 2 электрон емес, бір электрон болады. Ал екінші электрон алдындағы деңгейдің d –деңгейшесіне,  яғни (n-1) d –деңгейшесіне «секіріп кетеді». Хром атомының электрондары келесідей орналасады:  1s²2s²3s²3p⁶3d⁵4s¹.

          Электронның «секіруі» Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Ag, Au, Pt элемент атомдарында байқалады. Палладий (Pd) электрондары былай орналасады: 2, 8, 18, 18, 0 (берілген жағдайда бесінші энергетикалық деңгей болмайды – электронның екеуі де көрші деңгейге «секіріп кетті»).

          Электронның «секіруі» энергетикалық жағынан тиімді болады, өйткені тұрақтылығы жоғарырақ электрондық конфигурациялар түзіледі.

4) Гунд ережесі: берілген энергетикалық деңгейшедегі (p, d, f) электрондардың спин сандарының қосындысы  максималды болуы шарт. Бұл жағдайда атом тұрақты күйде болады.    

          Яғни, бір энергетикалық деңгейшедегі атомдық орбитальдардың электрондармен толтырылуы былай жүреді: алдымен әрбір атомдық орбитальға спиндері параллельді болатын бір-бір электроннан, одан  кейін спиндері қарама-қарсы болатын электрондар орналасады.

          Атомның электрондық құрылымын атомдық орбитальдардың (АО) сұлбасы болып келетін электрондардың кванттық ұяшықтар бойынша орналасуының сұлбалары түрінде көрсетуге болады. Квант ұяшығын тік бұрыш, дөңгелек немесе сызық түрінде белгілейді, ал бұл ұяшықтардағы электрондарды тілмен (стрелкамен) белгілейді.

          Әрбір квант ұяшығында қарама-қарсы синдері бар екі ғана электрон болуы мүмкін:

                                                                ,             ,