Периодический закон и периодическая система. Принципы электронного строения и периодическая система элементов Д.И.Менделеева

Лекция 4

По видимости периодическому закону –

будущее не грозит разрушением, а только

надстройки и развитие обещает …

Д.И.Менделеев

Вероятно, это самый компактный и полный

значения сгусток знания, когда-либо

изобретенный человеком

Х.Шепли

Принцип исключения (Принцип Паули)

Атом не может существовать в таком квантовом состоянии, при котором два электрона данного атома имели бы одинаковый набор квантовых чисел.

Это равносильно утверждению, что два электрона могут занимать одну и ту же орбиталь лишь в том случае, если их спины противоположны.

Два электрона, с противоположными спинами, занимающие одну и ту же орбиталь, называются электронной парой или спаренными электронами (завершенная орбиталь).

Например, пусть

1) l=0, то есть s- подуровень, при этом m _l =0. В этом случае имеется одна орбиталь, на которой могут находиться 2 электрона с противоположными спинами; принятое обозначение

квантовая ячейка

2) l =1, следовательно m_l = 1, 0, -1, то есть имеется 3 р -орбитали, на которых могут находиться 6 электронов:

3) l =2, следовательно m_l = 2, 1, 0, -1, -2 то есть имеется 5 d -орбиталей, на которых могут находиться 10 электронов;

4) l =3, следовательно m_l = 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3 то есть имеется 7 f -орбиталей, на которых могут находиться 14 электронов.

Таким образом, максимально возможное количество электронов на одном подуровне равно 2(2 l +1);

максимальное количество электронов на одном электронном уровне (число электронов в атоме с одинаковым значением n ) равно 2 n².

Обозначение орбиталей

s

Z=1 H 1s 1

s I период

Z=2 He 1s² 1

p

s

s 2

Z=3 Li 1s²2s 1 II период

Наиболее устойчивое состояние электрона в атоме соответствует минимально возможному значению его энергии, в соответствии с этим происходит заполнение электронных слоев.

Последовательность энергетических уровней в порядке возрастания энергии:

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

Правило Хунда:

при заполнении одного подуровня наиболее устойчивому состоянию отвечает такое распределение электронов в пределах энергетического подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина атома максимально.

Следовательно, для углерода

2 s p

Z=6 C 1s²2s²2p² 1 s

1 правило Клечковского: при увеличении заряда ядра атома последовательное заполнение электронных орбиталей происходит от орбиталей с меньшим значением суммы главного и орбитального квантовых чисел (n +l) к орбиталям с большим значением этой суммы,

как, например,

Z=19 K 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s, так как

для 3d: n =3; l =2; n +l =5, а

для 4s: n =4; l =0; n +l = 4

2 правило Клечковского: при одинаковых значениях суммы главного и орбитального квантовых чисел (n +l) заполнение орбиталей происходит последовательно в направлении возрастания главного квантового числа,

как, например,

Z=21 Sc 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 3d¹ 4s², так как

для 3d: n =3; l =2; n +l =5

для 4р: n =4; l =1; n +l = 5

для 5s: n =5; l =0; n +l = 5

Энергетические характеристики атомов:

энергия ионизации – энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома, находящегося в основном состоянии; измеряется в электронвольтах. Многоэлектронные атомы имеют несколько энергий ионизации I₁, I₂ …, соответствующих отрыву первого, второго и т.д. электронов, при этом I₁ < I₂ < I₃ < I₄ <…;

сродство к электрону – энергия, выделяющаяся при добавлении электрона к нейтральному атому, измеряется в электронвольтах.

Дата добавления: 2014-01-06