Составители:
Рубрика:
10 11
А. И. Павлов. Избранные главы курса химии
ориентацию АО в пространстве. Число m
l
может принимать целые зна-
чения от –l до +l (включая 0). Число значений m
l
определяет число ор-
биталей данного (s-, p-, d-, f-) типа.
Для s-орбитали l = 0, следовательно m
l
= 0. Атомная орбиталь
1s-электрона обладает сферической симметрией, т. е. имеет форму шара.
Для p-орбиталей l = 1 и возможны три значения m
l
(+1, 0, –1). Это ука-
зывает на три возможные ориентации p-орбиталей (вдоль взаимных
перпендикулярных осей).
Спиновое квантовое число m
s
характеризует внутреннее дви-
жение электрона – спин. Оно связано с собственным магнитным мо-
ментом электрона, обусловленным его движением вокруг своей оси.
Это квантовое число может принимать только два значения: +1/2 или
–1/2. Два электрона, спиновые квантовые числа которых имеют проти-
воположные значения, называются электронами с антипараллельными
спинами.
Атомную орбиталь схематически изображают в виде квантовой
ячейки – прямоугольника, а энергетические состояния электронов –
в виде стрелок в этих ячейках:
Распределение электронов в атомах по АО определяется тремя
положениями: принципом Паули, принципом наименьшей энергии (пра-
вила Клечковского), правилом Хунда.
Принцип Паули: в атоме не может быть двух электронов
с одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел, или два любых
электрона в атоме должны отличаться по крайней мере значениями
одного квантового числа.
Так, первый энергетический уровень состоит из одной АО s (n,
m
s
, m
l
одинаковы), поэтому с учетом принципа Паули на нем могут раз-
меститься только два электрона с противоположными спинами. Гра-
фическое изображение АО 1s
2
будет иметь вид
Из принципа Паули вытекают два следствия. Максимальное число
электронов на энергетическом уровне N
n
= 2n
2
, где n − значение главного
квантового числа. Максимальное число электронов на энергетическом
подуровне N
l
= 2(2l + 1). Таким образом, на любом s-подуровне можно
максимально расположить два электрона [2(2 ⋅ 0 + 1) = 2]; на p-подуровне −
шесть электронов [2(2 ⋅ 1 + 1) = 6]; на любом d-подуровне максимально
можно расположить 10 электронов [2(2 ⋅ 2 + 1) = 10].
В качестве примера приведем схему электронной структуры атома
углерода: № 6 С 1s
2
2s
2
2p
2
. С помощью квантовых ячеек структура
записывается в следующем виде:
2p
2
2s
2
1s
2
Отметим, что заполнение электронами атомных p-орбиталей
одного энергетического подуровня происходит таким образом, чтобы
их суммарное спиновое число было максимальным (правило Хунда).
Суммарное спиновое число равно сумме m
s
всех электронов атома. Для
углерода оно будет максимальным, если p-электроны имеют значение
спинового квантового числа (m
s
) одного знака: 1/2 + 1/2 = 1 или –1/2 +
+ (–1/2) = –1. Если спины электронов антипараллельны, суммарный
спин равен нулю: 1/2 + (–1/2) = 0. Это условие впервые было сформу-
лировано Хундом и известно как правило Хунда.
Распределение электронов в атоме осуществляется в соответствии
с принципом наименьшей энергии. Так как энергия электрона в основ-
ном определяется значением главного (n) и побочного (l) квантовых
чисел, то сначала электронами заполняются те энергетические подуров-
ни, для которых сумма (n + l) меньше (первое правило Клечковского).
Например, можно было бы предположить, что 19-й электрон
в атоме калия размещается на 3d-подуровне. Однако энергия 4s-поду-
ровня оказывается меньше, чем подуровня 3d-, так как для 4s-подуров-
ня n + l = 4 + 0 = 4, а для 3d-подуровня n + l = 3 + 2 = 5. В случае если
сумма n + l для двух электронов одинакова (например, для 3d- и 4p-по-
дуровней n + l = 5), то сначала электроны занимают атомную орби-
таль, соответствующую меньшему n (второе правило Клечковского).
Таким образом, формирование электронных оболочек атома калия
происходит последовательно: 3s → 3p → 4s.
№ 19 K → 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
4s
1
.
Тема 2. Строение атома
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- …
- следующая ›
- последняя »
