Правило Клечковского

Принцип Паули. Следствие из принципа Паули. Правило Хунда

Многоэлектронные атомы. Правило Клечковского.

Спиновое квантовое число

Атомные орбитали

Магнитное квантовое число

Магнитное квантовое число m_l характеризует пространственную ориентацию электронного облака. Магнитное квантовое число

m_l = - l ¸l.

При l = 0; m _l = 0, т.е. у s-электронного облака отсутствует ориентация.

При l = l, m_l = -1, 0, 1. Три значения m_l соответствуют трем ориентациям р-электронных облаков в пространстве по направлениям координатных осей X, Y, Z:: р_x, р_у, р_z.

При l = 2; m _l = - 2, -1, 0, 1, 2. Этим пяти значениям m _l соответствует пять пространственных положений d-электронных облаков, причем три d-орбитали имеют диагональное расположение между осями X, Y, Z (d_xy, d_xz d_yz;); две остальные d-орбитали направлены вдоль осей координат (d_x2y2, d_z2).

При l = 3; m _l = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3. Этим семи значениям m_l соответствуют семь пространственных положений f –электронных облаков.

Совокупность положений электрона в атоме, характеризуемых тремя квантовыми числами п, l, m_l, называется атомной орбиталыо.

На s-подуровне содержится только одна атомная орбиталь, на р-подуровне - 3, на d-подуровне - 5, а на f -подуровне - 7.

Наличие у электронов собственного механического момента, связанного с его вращением вокруг собственной оси, получило название спина (spin, англ. - веретено).

Величину и ориентацию этого спина характеризует спиновое квантовое число

m _l = - 1/2, 1/2.

Поскольку спин - величина векторная, то электроны, имеющие одинаковое направление, называют параллельными, противоположное - антипараллельными.

Таким образом, состояние электрона в атоме однозначно характеризуется четырьмя квантовыми числами.

Если атом находится в основном (т.е. в невозбужденном) состоянии, то его электроны занимают самые низкие по энергиям орбитали. Однако в многоэлектронном атоме энергия орбитали зависит не только от притяжения электронов к ядру, но и от отталкивания каждого из них от остальных. В многоэлектронном атоме внутренние электронные слои экранируют (заслоняют) внешние электронные слои от действия заряда ядра, поэтому энергия притяжения электронов внешних уровней меньше, чем энергия притяжения электронов внутренних уровней.

Взаимное влияние электронов друг на друга приводит к изменению последовательности заполнения орбиталей в многоэлектронном атоме по сравнению с последовательностью заполнения орбиталей в атоме водорода.

Заполнение энергетических подуровней происходит в порядке возрастания суммы двух квантовых чисел (п + I), а при равенстве этих сумм - в порядке возрастания п:

1s<2s<2p<3s<3p<4s≈3d<4p<5s≈4d<5p<6s≈4f≈5d<6p<7s≈5f≈6d<7p

Исключения из правила Клечковского наблюдаются для атомов элементов с полностью или наполовину заполненными d - и f -подуровнями.

Принцип Паули (принцип запрета)

В атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором квантовых чисел.

Согласно принципу Паули на одной орбитали, характеризуемой тремя квантовыми числами п, l, m_l могут находиться только два электрона, отличающиеся значением спинового квантового числа.

На первом, состоящем из одной s-орбитали энергетическом уровне, могут находиться только два электрона, на втором уровне, включающем одну s- и три р-орбитали, могут находиться 2+6=8 электронов.

На третьем уровне, состоящем из одной s-, трех р- и пяти d- орбиталей, могут находиться 2 + 6 + 10 = 18 электронов.

На четвертом уровне максимальное число электронов равно 32.

Следствие из принципа Паули: максимально возможное число электронов на каждом энергетическом уровне равно

N_max = 2n².

Энергетические уровни и подуровни, которые содержат максимальное число электронов, называются завершенными или замкнутыми.

Дата добавления: 2014-01-06