Распределение электронов по уровням, подуровням и орбиталям во многоэлектронном атоме

Распределение характеризуется следующими правилами:

· принципом Паули;

· правилом Гунда;

· принципом наименьшей энергии и правилом Клечковского.

По принципу Паули в атоме не может быть двух и более электронов с одинаковым значением всех четырех квантовых чисел. Основываясь на принципе Паули можно установить максимальную емкость каждого энергетического уровня и подуровня.

№ уровня	Подуровень, ℓ	обозначение подуровня	магнитное квантовое число, m	спиновое квантовое число, s
n=1		1s
n=2		2s 2p	-1, 0, 1
n=3		3s 3p 3d	-1, 0, 1 -2,-1, 0, 1, 2
n=4		4s 4p 4d 4f	-1, 0, 1 -2,-1, 0, 1, 2 -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3

Таким образом, максимальное количество электронов на:

s-подуровне – 2,

p- подуровне – 6,

d-подуровне ­­– 10,

f-подуровне – 14.

В пределах квантового уровня n электрон может принимать значения 2n² различных состояний, что было установлено опытным путем с помощью спектрального анализа.

Правило Гунда: в каждом подуровне электроны стремятся занять максимальное число свободных энергетических ячеек, чтобы суммарный спин имел наибольшее значение.

Например:

правильно неправильно неправильно

↑

↑

↑

↓

↑

↓

↓↑

↑

3р³:

s = +1/2+1/2+1/2=1,5 s =-1/2+1/2+1/2=0,5 s = -1/2+1/2-1/2=-0,5

Принцип наименьшей энергии и правило Клечковского: электроны в первую очередь заселяют квантовые орбитали с минимальной энергией. Так как запас энергии в атоме определяется значением суммы главного и орбитального квантовых чисел (n + ℓ), то сначала электроны заселяют орбитали, для которых сумма (n + ℓ) наименьшая.

Например: сумма (n + ℓ) для 3d - подуровня равна n = 3, l = 2, следовательно, (n + ℓ) = 5;

для 4s-подуровня: n = 4, ℓ = 0, следовательно, (n + ℓ) = 4. В этом случае в первую очередь заполняется 4s-подуровень и только потом 3d-подуровень.

Если суммарные значения энергии равны, то заселяется тот уровень, который находится ближе к ядру.

Например: для 3d: n = 3, ℓ = 2, (n + ℓ) = 5;

для 4p: n = 4, ℓ = 1, (n + ℓ) = 5.

Так как n = 3 < n = 4, 3d заселится электронами раньше, чем 4 p.

Таким образом, последовательность заполнения уровней и подуровней электронами в атомах:

1s²<2s²<2p⁶<3s²<3p⁶<4s²<3d¹⁰<4p⁶<5s²<4d¹⁰<5p⁶<6s²<5d¹⁰≈4f¹⁴<6p⁶<7s²…..

Дата добавления: 2014-10-15