13. Энергетическое состояние электрона в атоме. Квантовые числа.

Главное квантовое число (n) определяет радиус квантового уровня и общую энергию электрона на данном уровне. Оно может принимать целые значения от1 до бесконечности.

Электроны в атоме образуют электронные слои или энергетические уровни, которым соответствует определенное значение n.

Орбитальное квантовое число (ℓ) характеризует запас энергии электрона на энергетическом подуровне и форму электронного облака. Орбитальное квантовое число может принимать целочисленные значения от 0 до (n – 1).

Электроны, находящиеся на соответствующих подуровнях, называют s-, p-, d-, f- электронами. Орбиталь s– подуровня(s–орбиталь) имеет форму шара, p–орбиталь– форму гантели, а d– и f– орбитали имеют более сложную форму.

Магнитное квантовое число(m) определяет положение (ориентацию) электронного облака в пространстве. Оно зависит от орбитального квантового числа и может принимать

целочисленные значения от– ℓ до+ ℓ, включая 0.

Спиновое квантовое число(ms) характеризует магнитный момент, возникающий при вращении электрона вокруг своей оси. Это квантовое число может принимать только два значения + ½ и– ½, соответствующие противоположным направлениям вращения. Для обозначения электронов с различными спинами используются символы: ↑ и ↓.

13. Электронная структура многоэлектронных атомов. Правила Клечковского, Хунда, Паули.

Принцип Паули: В атоме не может быть электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел.

Из принципа Паули следует, что на одной орбитали не может находиться более двух электронов, причем они должны иметь разные спины.

Правило Хунда: На каждом подуровне сумма спинов электронов должна быть максимальной по абсолютному значению(модулю).

Иными словами, электроны сначала заполняют вакантные орбитали по одному.

Принцип наименьшей энергии: Электрон всегда занимает орбиталь с наименьшей энергией.

Последовательность заполнения атомных электронных орбиталей была исследована В.М. Клечковским, который установил, что энергия электрона возрастает по мере увеличения суммы главного и орбитального квантовых чисел(n + ℓ). В соответствии с этим было сформулировано два правила Клечковского.

Первое правило Клечковского: при увеличении заряда ядра атома последовательное заполнение электронных орбиталей происходит от орбиталей с меньшим значением суммы(n + ℓ) к орбиталям с большим значением этой суммы.

Например, запас энергии на подуровне 4s(n + ℓ= 4 + 0 = 4) меньше, чем на 3d(n + ℓ = 3 + 2 = 5).

Второе правило Клечковского: при одинаковых значениях суммы (n + ℓ) заполняется подуровень с меньшим значением главного квантового числа.

Например, на подуровнях 3d, 4p, 5s суммы значений (n + ℓ) равны пяти. В этом случае сначала заполняются подуровни с меньшими значениями главного квантового числа n, т.е. в следующей последовательности: 3d →4p→5s

Таким образом, заполнение энергетических уровней и подуровней

идет в следующей последовательности:

1s²→2s²→2p⁶→3s²→3p⁶→4s²→3d¹⁰→4p⁶→5s²→4d¹⁰→5p⁶→6s²→5d¹→4f¹⁴→5d^2-10 →6p⁶→7s²→6d¹→5f¹⁴→6d^2-10→7p⁶