Спаренные электроны

Неспаренный электрон

Электроны с различными значениями спиновых квантовых чисел обычно обозначаются противоположно направленными стрелками:

Если на орбитали находится один электрон, то он называется неспаренным, а если два – то это спаренные электроны.

Четыре квантовых числа n, l, m, m_s полностью характеризуют энергетическое состояние электрона в атоме.

Рассматривая строение электронной оболочки многоэлектронных атомов различных элементов, необходимо учитывать три основных положения:

· принцип Паули,

· принцип наименьшей энергии,

· правило Гунда.

Согласно принципу Паули в атоме не может быть двух электронов с одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел.

Принцип Паули определяет максимальное число электронов на одной орбитали, уровне и подуровне. Так как АО характеризуется тремя квантовыми числами n, l, m, то электроны данной орбитали могут различаться только спиновым квантовым числом m_s. Но спиновое квантовое число m_s может иметь только два значения +¹/₂ и –¹/₂. Следовательно, на одной орбитали может находиться не более двух электронов с различными значениями спиновых квантовых чисел.

Рис. 4.6. Максимальная емкость одной орбитали – 2 электрона.

Максимальное число электронов на энергетическом уровне определяется как 2 n ², а на подуровне – как 2(2 l + 1). Максимальное число электронов, размещающихся на различных уровнях и подуровнях, приведено в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

Максимальное число электронов на квантовых уровнях и подуровнях

Энергети-ческий уровень	Энергети-ческий подуровень	Возможные значения магнитного квантового числа m	Число орбиталей на	Максимальное число электронов на
подуровне	уровне	подуровне	уровне
K (n =1)	s (l =0)
L (n =2)	s (l =0) p (l =1)	–1, 0, 1
M (n =3)	s (l =0) p (l =1) d (l =2)	–1, 0, 1 –2, –1, 0, 1, 2
N (n =4)	s (l =0) p (l =1) d (l =2) f (l =3)	–1, 0, 1 –2, –1, 0, 1, 2 –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3

Последовательность заполнения электронами орбиталей осуществляется в соответствии с принципом наименьшей энергии.

Согласно прнципу наименьшей энергии электроны заполняют орбитали в порядке повышения их энергии.

Очередность заполнения орбиталей определяется правилом Клечковского: увеличение энергии и, соответственно, заполнение орбиталей происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел (n + l), а при равной сумме (n + l) – в порядке возрастания главного квантового числа n.

Например, энергия электрона на подуровне 4s меньше, чем на подуровне 3 d, так как в первом случае сумма n + l = 4 + 0 = 4 (напомним, что для s -подуровня значение орбитального квантового числа l = = 0), а во втором n + l = 3 + 2= 5 (d - подуровень, l = 2). Поэтому, сначала заполняется подуровень 4 s, а затем 3 d (см. рис. 4.8).

На подуровнях 3 d (n = 3, l = 2), 4 р (n = 4, l = 1) и 5 s (n = 5, l = 0) сумма значений п и l одинаковы и равны 5. В случае равенства значений сумм n и l сначала заполняется подуровень с минимальным значением n, т.е. подуровень 3 d.

В соответствии с правилом Клечковского энергии атомных орбиталей возрастает в ряду:

1 s < 2 s < 2 р < 3 s < 3 р < 4 s < 3 d < 4 р < 5 s < 4 d < 5 p < 6 s < 5 d»

»4 f < 6 p < 7 s ….

В зависимости от того, какой подуровень в атоме заполняется в последнюю очередь, все химические элементы делятся на 4 электронных семейства: s-, p-, d-, f-элементы.

4 f

4 4d

4 p

3d

3 4s

3 p

3 s

2 p

1 2 s

1 s

Дата добавления: 2015-05-26