Принцип Паулі і заповнення електронних оболонок атомів

При заповненні електронних шарів крім принципу найменшої енергії виконується принцип (заборона) Паулі, згідно з яким

"В атомі не може бути 2-х електронів з однаковим значенням всіх квантових чисел".

З цього випливає, що на кожній орбіталі, яка характеризується певними значеннями головного (n), орбітального (l) і магнітного (ms) квантових чисел, може перебувати не більше 2-х електронів, спини яких мають протилежні знаки.

2 електрони, що знаходяться на одній орбіталі (і характеризуються протилежно спрямованими спинами), називаються спареними. Спини одного напрямку називають паралельними, а протилежно спрямовані - антипаралельними.

Принцип Паулі дозволяє розрахувати максимальне число електронів на кожному енергетичному рівні і підрівні в атомі. Максимальне число електронів на підрівні з орбітальним квантовим числом (l) дорівнює 2 (2l + 1). При l = 0 (s-підрівень) магнітне квантове число теж дорівнює нулю.

Отже, на s-підрівні є всього 1 орбиталь, і максимальне число електронів на s-підрівні кожного електронного шару дорівнює 2. При l = 1 (p-підрівень) магнітне квантове число (ms) може приймати 3 значення. На 3-х p-орбіталях може перебувати не більше 6 електронів. При l = 2 (d-підрівень) магнітне квантове число може приймати 5 значень і, отже, на 5 d-орбіталях може перебувати до 10 електронів.

Якщо на одній s-орбіталі може знаходитися не більше 2, на 3-х p-орбіталях - не більше 6, на 5 d-орбіталях - не більше 10, на 7 f-орбіталях - не більше 14 електронів.

Будова кожного електронного шару залежить від значення головного квантового числа. Так K-шар (n = 1) складається лише з 1-й s-орбіталі; L-шар (n = 2) містить 1 2s-орбіталь і 3 2p-орбіталі; M-шар (n = 3) складається з 1-й 3s-орбіталі, 3-х 3p-орбіталей і 5 3d-орбіталей і т. Д. Електронна ємність шару, що визначається максимальною кількістю електронів N в даному електронному шарі, описується формулою:

де n - головне квантове число. Розраховане за цією формулою максимальну кількість електронів в кожному шарі виявляється рівним: для K-шару - 2, для L-шару - 8, для M-шару - 18, для N-шару - 32 електронів.

Фізичні основи періодичної системи елементів таблиці Менделєєва

Періодична система Д. І. Менделєєва стала важливою віхою в розвитку атомно-молекулярного вчення. Завдяки їй склалося сучасне поняття охіміческой елементі, були уточнені уявлення про простих речовинах і з'єднаннях.

Прогнозуюча роль періодичної системи, показана ще самим Менделєєвим, в XX столітті проявилася в оцінці хімічних властивостей трансуранових елементів.

Розроблена в XIX в. в рамках науки хімії, періодична таблиця з'явилася готової систематизацією типів атомів для нових розділів фізики, які отримали розвиток на початку XX ст. - фізики атома і фізики ядра. В ході досліджень атома методами фізики було встановлено, що порядковий номер елемента в таблиці Менделєєва (атомний номер) є мірою електричного заряду атомного ядра цього елемента, номер горизонтального ряду (періоду) в таблиці визначає число електронних оболонок атома, а номер вертикального ряду - квантову структуру верхньої оболонки, чому елементи цього ряду і зобов'язані подібністю хімічних властивостей.

Поява періодичної системи відкрило нову, справді наукову еру в історії хімії і ряді суміжних наук - замість розрізнених відомостей про елементи і з'єднаннях з'явилася струнка система, на основі якої стало можливим узагальнювати, робити висновки, передбачати.