Основні принципи розподілу електронів в атомі

2.1.6. Основні принципи розподілу електронів в атомі.

Розглянута електронна оболонка атома заповнюється електронами відповідно трьом принципам: принципу найменшої енергії, принципу Паулі / правилу / Гунда.

Принципом найменшої говорить, що електрон в атомі займає той вільний підрівень, на якому він матимуть мінімальне значення енергії. Інакше, електрон залишається на тому підрівні, на якому забезпечується найбільш міцний зв'язок з ядром.

Заповнення підрівнів відповідає наведеному вище фактичному розташуванню підрівнів в структурі електронної оболонки атома:

1sà2sà2pà3sà3pà4sà3d - ... і т.д. / См. вище /.

Принцип Паулі / заборона Паулі / говорить про те, що в атомі не може бути навіть двох електронів з однаковими значеннями чотирьох квантових чисел.

Слідство. На орбитале може знаходиться два електрона з різними спинами (тобто з різними значеннями спинового квантового числа: ms = +1/2 і ms = -1/2).

Третій принцип - це принцип або правило Гунда / Хунда /. Він пояснює порядок заповнення електронами квантового подуровня. В межах підрівня електрони розподіляються так, що їх сумарна квантове число мало максимальне значення / спочатку по одному електрону на орбиталь, а потім спарювання /. Правильним буде розподіл, наприклад, трьох р-електронів таким чином:

Залежно від того, який підрівень заповнюється останніми електронами, розрізняють s-, p-, d-, f-елементи.

s-елементами називають такі елементи, в атомах яких останні електрони займають s-підрівень зовнішнього квантового рівня. / Наприклад, натрій, магній, калій, кальцій і ін. /.

р-елементами називають такі елементи, в атомах яких останні електрони займають р-підрівень зовнішнього квантового рівня. / Наприклад, вуглець, кисень, хлор та ін. /.

d-підрівень, що заповнюється останніми електронами, відносить елементи до d-елементів. / Наприклад, d-елементами є титан, хром, залізо, мідь, тому що у цих елементів останні електрони займають d-підрівень передостаннього рівня /.

f-елементами називають такі елементи, в атомах яких останні електрони займають f-підрівень другого від поза квантового рівня. / Наприклад, празеодим, європій, ербій і ін. /.

2.1.7. Зображення електронної структури атомів за допомогою електронних формул і квантових осередків.

Електронну структуру будь-якого атома зображують електронними формулами. В електронних формулах квантовий електронний рівень позначають чисельним значенням головного квантового числа n, підрівень записують буквеним позначенням відповідного подуровня, а число електронів на підрівні вказують ступенем, що стоїть у позначення підрівні. Наприклад, 3d5 позначає, що на d-підрівні 3-го квантового рівня перебуває п'ять електронів. Електронна формула будь-якого елементу складається з повного набору таких фрагментів, як зазначено в прикладі. Так, електронна формула атома титану / №22 / має вигляд: 1s22s22p63s23p64s23d2. Сума всіх ступенів дорівнює 22, це означає, що атом титану, маючи заряд ядра +22, містить на електронної оболонці 22 електрона, які своїм сумарним негативним зарядом (-22) компенсують позитивний заряд ядра атома, роблячи атом складної електронейтральної системою.

Електронні формули зручніше складати після розгляду структури періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва. Забігаючи вперед і грунтуючись на знаннях, отриманих у середній школі, уявімо періодичну систему елементів у вигляді електронних формул. (Рис.2.10.) Про написанні електронних формул конкретного елемента, що знаходиться в періодичній системі, повернемося пізніше і розглянемо алгоритм за яким легко навчитися писати електронну формулу будь-якого елементу. По-друге, структуру електронної оболонки атома зображують за допомогою квантових осередків.

IV 4s2 3d10 4p6

VI 6s2 5d1 4f14 5d9 6p6

VII 7s2 6d1 5f14 6d9 7p6

Квантовими осередками ми вже користувалися хоча й вводили поняття "квантова осередок". Квантова осередок - це не що інше як графічне зображення орбіталі. Її показують клітинкою. а електрони на орбитали зображують стрілкою, що стоїть в клітинці. Для s-підрівні відведена одна клітинка, так як s-підрівень має тільки одну орбіталь. Для р-підрівні виділено три осередки бо р-підрівень містить три р-орбіталі. d-підрівень зображують п'ятьма осередками, а f-підрівень - сім'ю осередками.

Електронна структура атома титану, для якого ми вже писали електронну формулу, зображена за допомогою квантових осередків, виглядає так: