Строение атомных ядер. Изотопы. Принцип минимума энергии

Правила Клечковского.

Правило Хунда.

Принцип Паули.

Принцип минимума энергии.

Принцип минимума энергии определяет порядок заселения атомных орбиталей, имеющих различные энергии. Согласно принципу минимума энергии, электроны занимают в первую очередь орбитали, имеющие наименьшую энергию. Энергия подуровней растет в ряду:

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

Принцип Паули, который часто называют еще принципом запрета, ограничивает число электронов, которые могут находиться на одной орбитали. Согласно принципу Паули, на любой орбитали может находиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если они имеют противоположные спины (неодинаковые спиновые числа). Поэтому в атоме не должно быть двух электронов с одинаковыми четырьмя квантовыми числами (n, l, ml, ms).

Правило Гунда (Хунда) определяет порядок заселения электронами орбиталей, имеющих одинаковую энергию. Оно было выведено немецким физиком-теоретиком Ф. Хундом в 1927 г. на основе анализа атомных спектров.

Согласно правилу Гунда, заселение орбиталей, относящихся к одному и тому же энергетическому подуровню, начинается одиночными электронами с параллельными (одинаковыми по знаку) спинами, и лишь после того, как одиночные электроны займут все орбитали, может происходить окончательное заселение орбиталей парами электронов с противоположными спинами. В результате суммарный спин (и сумма спиновых квантовых чисел) всех электронов в атоме будет максимальным.

Первое правило Клечковского: при увеличении заряда ядра атома последовательное заполнение электронных орбиталей происходит от орбиталей с меньшим значением суммы главного и орбитального квантовых чисел (п + /) к орбиталям с большим значением этой суммы.

Второе правило Клечковского гласит: при одинаковых значениях суммы («+/) заполнение орбиталей, происходит последовательно в направлении возрастания значения главного квантового числа п.

Идея о строении атомных ядер из протонов и нейтронов вскоре после открытия нейтрона была высказана советским физиком Дмитрием Дмитриевичем Иваненко (р. 1904) и немецким физиком Вернером Гейзенбергом (1901 —1976). Справедливость протонно-нейтронной модели ядра была доказана работами ряда ученых.

Поскольку массовое число протона и нейтрона есть единица, массовое число ядра равно полному числу частиц (протонов и нейтронов) в составе ядра. Заряд же ядра, выраженный в элементарных единицах, равен, очевидно, числу протонов в ядре. Таким образом, согласно протонно-нейтронной модели, атомное ядро с массовым числом A и зарядом Z содержит в своем составе А частиц, в том числе Z протонов и А—Z нейтронов. Так, например, ядро кислорода ¹⁶₈О состоит из 8 протонов и 16—8=8 нейтронов. Ядро изотопа свинца ²⁰⁶₈₂Pb содержит 82 протона и 206—82=124 нейтрона и т. д.

Изотопы — атомы хим. элемента, обладающие разными массовыми числами, но имеющие одинаковый заряд атомных ядер и поэтому занимающие одно место в периодической системе Менделеева.

22. Энергия связи. Дефект массы.

Дата добавления: 2015-04-24