Физика. Строение и физические свойства вещества. Барсуков В.И - 11 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

2
2
2
2
,
n
RZ
k
RZ
nk
−=ν , (1.14)
где каждое слагаемое называется спектральным термом. Разность термов двух орбит k и n даёт частоту спектральной
линии, возникающей при переходе с одной орбиты на другую, в соответствии с (1.14).
1.6. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ ПО ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ
УРОВНЯМ В АТОМЕ. ПРИНЦИП ПАУЛИ.
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ
Четвёрка квантовых чисел n, l, m и S полностью характеризует состояние одного электрона в поле атомного ядра. В
многоэлектронном атоме нужно учитывать ещё и взаимодействие электронов друг с другом, а также весьма важный
принцип Паули.
Частицы, подчиняющиеся принципу Паули, не могут быть одновременно в одном и том же состоянии. Любое воз-
можное состояние либо вакантно, либо занято одной частицей.
Принцип Паули утверждает:
никакие два электрона в атоме не могут обладать одинаковыми значениями всех че-
тырёх квантовых чисел
(n, l, m, S).
Рассмотрим многоэлектронный атом, заряд ядра которого равен
Ze; вокруг ядра движется Z электронов. Электроны
будут занимать, в соответствии с запретом Паули, различные «орбиты» – состояния, характеризуемые квантовыми чис-
лами
n, l, m, S. Разобьём их по слоям, в соответствии со значением главного квантового числа n. Эти слои орбит, или, луч-
ше, электронные оболочки, имеют следующие наименования:
n = 1 K-оболочка; n = 5 O-оболочка;
n
= 2 L-оболочка; n = 6 P-оболочка;
n
= 3 M-оболочка; n = 7 Q-оболочка.
n
= 4 N-оболочка;
Состояния с разными значениями l, отвечающие данному квантовому числу n, имеют обозначения, указанные в
табл. 1.1.
Энергия электрона в многоэлектронном атоме определяется главным образом значениями
n и l. Поэтому состояния
атома для краткости часто отмечают двумя индексами: значением
n и буквой, отвечающей значению l. Например, состоя-
ние 2
p означает состояние с n = 2 и l = 1; 4s – состояние
с
n = 4 и l = 0 и т.д.
Таким образом:
K-слой – 2 электрона 1s;
L-слой – 2 электрона 2s, 6 электронов 2p;
M-слой – 2 электрона 3s, 6 электронов 3p, 10 электронов 3d и т.д., что даст общее их число, равное 2n
2
.
Таблица 1.1
l = 0 1 2 3 4
n
s p d f g
Максимальное число
электронов 2n
2
K 1 2 2
L 2 2 6 8
M 3 2 6 10 18
N 4 2 6 10 14 32
O 5 2 6 10 14 18 50
Рассмотрим, как объясняются закономерности в свойствах атомов, которые были открыты Д.И. Менделеевым.
Z = 1. Водород. 1 электрон в 1s-состоянии.
Z = 2. Гелий. 2 электрона в 1
s-состоянии (с противоположными спинами). В атоме гелия единственный K-слой ока-
зывается заполненным. Атомы гелия очень устойчивы, не вступают ни в какие соединения с другими атомами гелия или
другими элементами.
Z = 3. Литий. В
K-слое лития «вакансий» для трёх электронов нет. Третий электрон будет находиться в L-слое. Этот
электрон экранирован двумя электронами
K-слоя, и сравнительно слабо связан с атомом.
Z = 4…10 – от бериллия до неона идёт заполнение второго
L-слоя, т.е. 2s- и 2p-состояний, завершающееся на неоне.
Неон, как и гелий, оказывается инертным газом, а натрий с Z = 11, у которого имеется один электрон в
M-слое (состояние
3
s), химически сходен с водородом и литием.
Очевидно, что при химическом взаимодействии атомов внутренние электронные оболочки, защищённые от воздей-
ствия при соприкосновении с другими атомами, не играют заметной роли.
Химические свойства атомов определяются количеством внешних электронов, входящих в состав наиболее удалён-
ного от ядра слоя
.

Страницы