Многоэлектронные атомы и периодический закон Менделеева

Четыре квантовых числа полностью характеризуют состояние одного электрона в поле атомного ядра. В многоэлектронном атоме нужно учитывать еще и взаимодействие электронов друг с другом.

Для того, чтобы качественно разобраться в строении и свойствах сложных атомов необходимо упомянуть следующие положения:

– согласно принципу Паули, в одном и том же атоме не может быть двух электронов, у которых были бы одинаковыми все четыре квантовых числа;

– в основном состоянии атом и электрон в нем обладают наименьшей энергией.

Учитывая это, можно установить связь между строением электронных оболочек атома и его местом в периодической системе Менделеева.

Наименьшее значение главного квантового числа , следовательно, . Согласно определению, величина , а . В соответствии со схемой, рассмотренной нами ранее, можно сказать, что электрон в атоме водорода находится в состоянии .

В атоме гелия (порядковый номер ) его второй электрон также может находиться в состоянии , то есть иметь такие же квантовые числа , но спин второго электрона должен быть ориентирован противоположно спину первого (для одного из них , для другого ). Группа состояний с образует заполненную -оболочку атома, соответствующую завершению первого периода системы Менделеева.

Следующий за гелием элемент – литий – содержит три электрона. По принципу Паули третий электрон атома лития уже не может разместиться в заполненной -оболочке и занимает низшее состояние в оболочке с или - оболочке. Таким состоянием является состояние (). Литием начинается второй период системы Менделеева.

Четвертый элемент – бериллий. В бериллии четвертый электрон отличается от третьего только значением спина. Он тоже попадает в состояние .

В атоме бора пять электронов. Пятый электрон уже не может попасть в состояние , он оказывается в состоянии . Таким образом, у бора два электрона находятся в состоянии , 2 электрона - в состоянии и один – в состоянии , так как при , а в каждом из этих состояний .

В последующих четырех элементах C, N, O, F электроны заполняют постепенно все состояния. У неона вся оболочка с заполнена. У натрия одиннадцатый электрон должен находиться в оболочке с (M - оболочка). Так как по определению принимает только целочисленные значения, лежащие в интервале от 0 до , то при квантовое число может иметь три разных значения . При l=0 в состоянии могут быть два электрона с противоположными спинами. При l=1 в состоянии может быть 6 электронов. При l=2 в состоянии квантовое число имеет пять значений . В каждом из них могут находиться по два электрона с противоположными спинами, то есть всего в состоянии могут быть 10 электронов.

Изложенное выше, позволяет понять, чем определяется периодичность свойств установленная Менделеевым.

У атомов гелия, неона и аргона (строка в таблице Менделеева) оболочки целиком заполнены и свойства этих элементов схожи. У атомов Li, Na, K (столбец в таблице Менделеева) имеется по одному электрону сверх заполненных оболочек. Эти элементы также обладают схожими свойствами. Таким образом, сходство физических и химических свойств есть следствие сходства строения электронных оболочек атомов.

Создание периодической системы Менделеева и ее теоретическое объяснение явилось величайшим достижением современной физики. Оно оказалось возможным лишь на основе квантовой механики.

Дата добавления: 2014-01-05