Принцип Паули и распределение электронов по энергетическим уровням атома

В. Паули установил (1925) квантово-механический закон, называемый принци­пом Паули или принципом исключения:

в любом атоме не может быть двух электронов, находящихся в двух одинаковых стационарных состояниях, определяемых набором четырех квантовых чисел: главного п, орбитального l, магнитного т и спинового m_s.

Применительно к системе электронов в атоме принцип Паули можно записать следующим образом:

где Z₁ (п, l, т, m_s) — число электронов, находящихся в состоянии, описываемом набором квантовых чисел n, l, т и m_s. Пользу­ясь принципом Паули, можно найти макси­мальное число электронов в атоме, имею­щих заданные значения трех (п, l, т), двух (n, l) и одного (п) квантовых чисел. Найдем максимальное число Z₂{n, l, m) электронов, находящихся в состояниях, определяемых набором трех квантовых чисел , т. е. отличающихся лишь ориентацией спи­нов электронов. Так как число m_s может принимать лишь два значения, т. е. и то, очевидно, имеем

.

Слой,	Число электронов в состояниях	Максимальное число электронов
,	,	,	,	,
,
,
,
,
,

31. Периодическая система элементов.:

1) порядковый номер химического элемента ра­вен общему числу электронов в атоме данного
элемента;

2) состояние электронов в атоме определяется набором их квантовых чисел . Распре­деление электронов в атоме по энергетическим состояниям должно удовлетворять принципу минимума потенциальной энергии: с возрастанием числа электронов каждый следующий электрон
должен занять возможное энергетическое со­ стояние с наименьшей энергией;

3) заполнение электронами энергетических состояний в атоме должно происходить в соответ­ствии с принципом Паули

Химические свойства эле­ментов и ряд их физических свойств объяс­няются поведением внешних, валентных, электронов их атомов. Поэтому периодич­ность свойств химических элементов долж­на быть связана с определенной периодич­ностью в расположении электронов в ато­мах различных элементов.

Электроны в атоме, занимающие сово­купность состояний с одинаковым значени­ем главного квантового числа п, образуют электронный слой. В зависимости от значе­ний п различают следующие слои: К при , L при , М при , N при , О при и т. д.

Макси­мальное число электронов, которые могут находиться в слоях: в К-слое — 2 электро­на, в слоях L, М, N и О — соответственно 8, 18, 32 и 50 электронов.

В каждом из слоев электроны распреде­ляются по оболочкам, каждая из которых соответствует определенному значению ор­битального квантового числа .

В атомной физике принято обозначать электронное состояние в атоме символом , указывающим значения двух квантовых чисел. Электроны, находящиеся в состояни­ях, характеризуемых одинаковыми кванто­выми числами п и , называются эквива­лентными. Число z эквивалентных электро­нов указывается "показателем степени в символе . Если электроны находятся в не­которых состояниях с определенными значе­ниями квантовых чисел п и , то считается заданной электронная конфигурация. На­пример, основное состояние атома кислоро­да можно выразить следующей символиче­ской формулой:

1s², 2s², 2p⁴.

Она показывает, что два электрона на­ходятся в состояниях с , два электрона имеют квантовые числа и и четыре электрона занимают состоя­ния с и .

Химические свойства эле­ментов и ряд их физических свойств объяс­няются поведением внешних, валентных, электронов их атомов. Поэтому периодич­ность свойств химических элементов долж­на быть связана с определенной периодич­ностью в расположении электронов в ато­мах различных элементов.

Дата добавления: 2015-04-24