В условии задачи задано главное квантовое число n = 2. Диапазон изменения остальных квантовых чисел определяетсяэтим числом. Известно, что орбитальное квантовое число lпринимает значения 0, 1, 2, …, (n – 1). Таким образом, на уровне с n = 2 имеются орбитали с l = 0 и l = 1, то есть на втором энергетическом уровне есть s и р -подуровни. Магнитное квантовое число изменяется в пределах от –l до +l. В соответствии с принципом Паули, каждый электрон имеет в атоме единственный набор из четырех квантовых чисел. Указанную взаимосвязь квантовых чисел можно представить в виде таблицы:
n | ||||
l | 0(s) | 1(p) | ||
ml | –1 | +1 | ||
m | ↑↓ | ↑↓ | ↑↓ | ↑↓ |
2s2 | 2 p 6 |
Из данной таблицы видно, что второй энергетический уровень содержит s -подуровень (одна орбиталь) и p -подуровень (три орбитали). На каждой орбитали размещаются по два электрона, отличающихся значением спинового числа. Последовательно суммируя количество электронов на подуровнях, находим, что максимальное количество электронов на втором уровне равно 8.
|
|
Заполнение орбиталей в атомах происходит в соответствии с принципом минимума энергии. Известно, что основной запас энергии электрона в атоме определяется значением главного квантового числа n. Орбитальное квантовое числоlтакже влияет на величину энергии в многоэлектронных атомах, оно характеризует способность электрона проникать к ядру при наличии других электронов. Легче всего проникают к ядру и сильнее с ним взаимодействуют s -электроны, затем p-, d-, f - (и т. д.) электроны. Поэтому энергия электрона на атомных орбиталях возрастает в ряду s, p, d, f.
Последовательность заполнения уровней и подуровней в атомах определяется правилами Клечковского: заполнение подуровней происходит последовательно с увеличением суммы (n + l ), а при одинаковом значении этой суммы вначале заполняется уровень с меньшим значением n.
В соответствии с правилами Клечковского, последовательность энергетических подуровней в атоме может быть представлена рядом:
E (1 s) < E (2 s) < E (2 p) < E (3 s) < E (3 p) < E (4 s) <
< E (3 d) < E (4 p) < E (5 s) < E (4 d) < E (5 p) < E (6 s) … (5.1)
Распределение электронов по энергетическим уровням, подуровням и орбиталям описывают с помощью электронных формул атомов. Надстрочные индексы в формуле указывают число электронов, находящихся на подуровне. Общее количество электронов в атоме зависит от порядкового номера элемента в периодической системе, то есть от заряда ядра. Например, порядковый номер атома алюминия равен 13. С учетом емкости и последовательности энергетических подуровней (5.1) электронная формула алюминия имеет вид:
13Al 1 s 22 s 22 p 63 s 23 p 1.
|
|
Сумма надстрочных индексов здесь равна 13.
Пример 2. Постройте электронную формулу атома титана (Z = 22),используя взаимосвязь между квантовыми числами, а также правила Клечковского.