Вопрос 6 Принципы заполнения а о . Электронные формулы атомов элемента

Оболочка нейтрального атома получается размещением электронов на АО. Эффекты взаимной корреляции, определяющие структуру атомных уровней, учитываются косвенно в виде качественных принципов построения электронной оболочки Выделяют 4 принципа заполнения АО. Их иерархия следующая: А) Принцип водородоподобия (орбитальное приближение).

Б) Принцип минимума энергии. В) Запрет Паули. Г) Правило Хунда.

Заселение электронами атомных орбиталей (АО) осуществляется согласно принципу наименьшей энергии, принципу Паули и правилу Гунда. Принцип наименьшей энергии требует, чтобы электроны заселяли АО в порядке увеличения энергии элекронов на этих орбиталях. Это отражает общее правило – максимуму устойчивости системы соответствует минимум ее энергии. Принцип Паули запрещает в многоэлектронном атоме находиться электронам с одинаковым набором квантовых чисел. Это означает, что два любых электрона в атоме (или молекуле, или ионе) должны отличаться друг от друга значением хотя бы одного квантового числа, то есть на одной орбитали может быть не более двух электронов с различными спинами (спаренных электронов). Каждый подуровень содержит 2l + 1 орбитали, на которых размещаются не более 2(2l + 1) электронов. Отсюда следует, что емкость s-орбиталей – 2, p-орбиталей – 6, d-орбиталей – 10 и f-орбиталей – 14 электронов. Если число электронов при заданном l просуммировать от 0 до n – 1, то получим формулу Бора–Бьюри, определяющую общее число электронов на уровне с заданным n: Эта формула не учитывает межэлектронное взаимодействие и перестает выполняться при n ≥ 3. Орбитали с одинаковыми энергиями (вырожденные) заполняются в соответствии с правилом Гунда: наименьшей энергией обладает электронная конфигурация с максимальным спином. Это означает, что если на p-орбитали три электрона, то они располагаются так: , и суммарный спин S = 3/2, а не так: , S = 1/2.

Принципы заполнения атомных орбиталей: 1 Принцип наименьшей энергии. Отражает стремление электрона находится на энергетическом уровне с меньшей энергией

2 Принцип Паули: На одной атомной орбитали не может находится двух электронов с одинаковым набором квантовых чисел. Главное, орбитальное и магнитное квантовые числа всегда одинаковые а спиновое квантовое число – разное. 3 Правило Клечковчкого: Заполнение атомных орбиталей осуществляется в сторону увеличения суммы главного квантового числа и орбитального квантового числа. Если сумма главного и орбмтального квантовых чисел одинакова, то прежде всего заполняется тот энергетический уровень, где главное квантовое число минимально. 1Правило Хунда: При заполнении атомных орбиталей спин орбиталей должен быть минимальным. Электронные формулы элементов. Рассмотрим последовательное заполнение электронных оболочек атомов в соответствии с приведенными правилами. В записи электронных формул (или конфигураций), отражающих эту последовательность, первая цифра равна n, буква после нее соответствует l, а правый верхний индекс равен числу электронов в этом состоянии (табл. 2.1). Например, электронная формула лития – 1s22s1, углерода – 1s22s22p2, хлора – 1s22s22p63s23p5. Заселенность электронных оболочек может быть представлена в виде квантовых ячеек (квадратов или горизонтальных линий) (рис. 2.2). В отличие от электронных формул, здесь используются не два, а все четыре квантовых числа. Видно, что энергия электронов в многоэлектронных атомах определяется как квантовым числом n, так и l; электроны отличаются значениями ml, а у спаренных электронов различны только спины. Свободная ячейка в нашем примере означает свободную p-орбиталь, которую может занимать электрон при возбуждении атома