Составители:
Рубрика:
10 11
Важнейшие главы курса химии
Магнитное квантовое число m
l
связано с магнитным моментом
электрона, обусловленным его движением в поле ядра, и указывает на
ориентацию атомной орбитали в пространстве. Число m
l
может прини-
мать целые значения от –l до +l (включая 0). Число значений m
l
опреде-
ляет число орбиталей 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 взаимно пер-
пендикулярных 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 и –1/2.
Два электрона, спиновые квантовые числа которых имеют противополож-
ные 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 оди-
наковыми 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 атомной
орбитали s (n, m
s
, m
l
одинаковы), поэтому с учетом принципа Паули на
нем могут разместиться только два электрона с противоположными спи-
нами. Графическое изображение атомной орбитали 1s
2
будет иметь вид
Из принципа Паули вытекают два следствия. Максимальное чис-
ло электронов на энергетическом уровне N
n
= 2 ⋅ n
2
, где n – значение
главного квантового числа. Максимальное число электронов на энер-
гетическом 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 – 6 электронов [2 ⋅ (2 ⋅ 1+ 1) = 6];
на любом d-подуровне максимально можно расположить 10 электро-
нов [2 ⋅
(2 ⋅ 2 + 1)] = 10.
В качестве примера приведем схему электронной структуры ато-
ма углерода: № 6 С 1s
2
2s
2
2p
2
. С помощью квантовых ячеек структура
записывается в следующем виде:
2s
2
2p
2
1
s
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 параллель-
ные спины (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 сформулировано Хундом и
известно как правило Хунда.
Распределение электронов в атоме осуществляется в соответствии
с принципом наименьшей энергии. Так как энергия электрона, в ос-
новном, определяется значением главного (n) и побочного (l) кванто-
вых чисел, то сначала электронами заполняются те энергетические
подуровни, для которых сумма (n + l) меньше (первое правило Клеч-
ковского).
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. Если сумма
(n + l) для двух электронов одинакова (например, для 3d- и 4p-поду-
ровней n + l = 5), то сначала электроны занимают атомную орбиталь,
соответствующую меньшему n (второе правило Клечковского).
Таким образом, формирование электронных оболочек атома калия
происходит последовательно: 3p → 4s → 3d.
Глава 2. Строение атома
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- …
- следующая ›
- последняя »
