Принципы и правила построения электронной оболочки атома



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Принципы и правила построения электронной оболочки атома



Для полного объяснения строения электронных оболочек атомов нужно знать четыре основных положения: 1) принцип минимума энергии, 2) принцип Паули, 3) правило Гунда, 4) правило Клечковского.

Принцип минимума энергии: электронная оболочка атома должна строится таким образом, чтобы ее энергия была минимальна.

Это фундаментальный принцип природы, он широко применяется и в человеческом обществе, каждый из Вас стремится выполнить работу, которую Вас заставили сделать, затратив минимальную энергию и минимальное время, правда качество такой работы не всегда оптимально и если Вас потом заставляют ее переделать, то этот принцип нарушается, рационально все делать быстро и качественно, если качество начинает страдать, то работу следует замедлить.

Принцип Паули. В 1925 г. швейцарский физик Вольфганг Паули (в 1945 г. ему была присуждена Нобелевская премия по физике) установил принцип, впоследствии названный его именем, Паули (или запрет Паули): в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором квантовых чисел.

Если есть два электрона с одинаковым набором квантовых чисел, то они могут занимать одно и тоже место в пространстве, энергия такой системы была бы бесконечно велика, что противоречит принципу минимума энергии.

При построении электронной оболочки атомов первого и второго периодов вначале заполняется 1s орбиталь, так как она имеет минимальную энергию, потом заполняется 2s- орбиталь, поскольку у нее энергия меньше, чем у 3p-орбиталей, а как заполняются они?

P-орбитали имеют одинаковую энергию, поэтому электрону все равно, какую из них занимать, их заполнение регулирует правило Гунда (впервые сформулировано в 1927 г. немецким физиком Ф. Гундом).

Правило Гунда: электроны заполняют вырожденные орбитали (орбитали с одинаковой энергией), таким образом, чтобы суммарный спин электронов по абсолютной величине был бы максимален.

Согласно правилу Гунда первые при электрона заполняют р-орбиталь следующим образом:

 или

или

или .

Если, например, на трех p-орбиталях атома азота необходимо распределить три электрона, то они будут располагаться каждый на отдельной орбитали (стрелки могут быть повернуты в противоположную сторону):

В этом случае суммарный спин равен 3/2, поскольку ms = +1/2 + 1/2 + 1/2 = 3/2. Эти же три электрона не могут быть расположены таким образом:

потому что тогда ms = + 1/21/2 + 1/2 = 1/2. По этой же причине именно так, как приведено выше, расположены электроны в атомах углерода, азота и кислорода.

Рассмотрим далее электронные конфигурации атомов третьего периода. Начиная с натрия 11Na, заполняется третий энергетический уровень с главным квантовым числом n = 3. Атомы первых восьми элементов третьего периода обладают следующими электронными конфигурациями:

11Na 1s22s22p63s1,

12Mg 1s22s22p63s2,

13Al 1s22s22p63s23p1,

14Si 1s22s22p63s23p2,

15P 1s22s22p63s23p3,

16S 1s22s22p63s23p4,

17Cl 1s22s22p63s23p5,

18Ar 1s22s22p63s23p6.

Рассмотрим теперь электронную конфигурацию первого атома четвертого периода калия 19К. Первые 18 электронов заполняют следующие орбитали: 1s22s22p63s23p6. Казалось бы, что девятнадцатый электрон атома калия должен начать заполнить 3d-орбиталь, которой соответствуют n = 3 и l = 2. Однако на самом деле валентный электрон атома калия располагается на орбитали 4s. Дальнейшее заполнение оболочек после 18-го элемента происходит не в такой последовательности, как в двух первых периодах.

Энергия электрона в основном определяется главным квантовым числом n и орбитальным квантовым числом l, поэтому сначала заполняются те подуровни, для которых сумма значений квантовых чисел n и l является наименьшей. Например, энергия электрона на подуровне 4s меньше, чем на подуровне 3d.

Правило Клечковского. В. М. Клечковский впервые в 1961 г. сформулировал общее положение, гласящее: в начале заполняются орбитали с меньшим ( n + l ), если значение ( n + l ) для них одинаково, то вначале заполняются орбитали с меньшим n .

Рассмотрим теперь порядок заполнения орбиталей, которые последовательно заполняются у химических элементов периодической системы:

Орбиталь 1s  2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d

(n + l)   1 2 3 3 4 5 4 5 6 7 5 6 7

5f 6s 6p 6d 7s 7p 

8 6 7 8 7 8 

Следовательно, по правилу Клечковского, атомные орбитали заполняются в следующем порядке: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p.

Кроме этого при заполнении d и f-орбиталей, есть еще одна особенность, они стабилизируются в состояниях наполовину или полностью заполненном d5 и d10, f7 и f14, для образования которых может осуществляться перескок с внешней валентной орбитали, так

Cr должен иметь электронную конфигурацию:

1s22s22p63s23p64s23d4, а имеет 1s22s22p63s23p64s13d5.

Cu 1s22s22p63s23p64s23d9 имеет 1s22s22p63s23p64s13d10.

Nb 1s22s22p63s23p64s23d105s24d3 имеет 1s22s22p63s23p64s23d105s14d4.

Mo 1s22s22p63s23p64s23d105s24d4 имеет 1s22s22p63s23p64s23d105s14d5.

Ru 1s22s22p63s23p64s23d105s24d6 имеет 1s22s22p63s23p64s23d105s14d7.

Rh 1s22s22p63s23p64s23d105s24d7 имеет 1s22s22p63s23p64s23d105s14d8.

Pd 1s22s22p63s23p64s23d105s24d8 имеет 1s22s22p63s23p64s23d105s04d10 (перескок двух электронов).

Ag 1s22s22p63s23p64s23d105s24d9 имеет 1s22s22p63s23p64s23d105s14d10.

Pt 1s22s22p63s23p64s23d105s24d105p64f146s25d8 имеет 1s22s22p63s23p64s23d105s24d105p64f146s15d9

Au 1s22s22p63s23p64s23d105s24d105p64f146s25d9 имеет 1s22s22p63s23p64s23d105s24d105p64f146s15d10

Особенности заполнения f-орбиталей мы не будем рассматривать в данном учебнике. Наиболее удобный способ написания электронной формулы химического элемента заключается в ее считывании из периодической системы, где каждый вид элементов выделен определенным цветом, s-элементы ¾ красные и их по два в периоде, p-элементы ¾ оранжевые или желтые и их по шесть, d-элементы синие и их по десять, f-элементы черные и их по четырнадцать, они вынесены в конец периодической системы, при этом еще надо помнить, что d-элементы опаздывают в заполнении на один период, а f-элементы ¾ на два.



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-05; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 35.172.223.30 (0.007 с.)