Электроны заполняют орбитали атома в порядке увеличения энергии. Чем ближе к ядру находится орбиталь (энергетический уровень с меньшим номером), тем сильнее электрон притягивается к ядру, тем выгоднее для него такое расположение.
Например, порядковый номер атома углерода равен шести, это означает, что заряд ядра +6, количество электронов также равно шести. Данные электроны располагаются на двух энергетических уровнях (номер периода). Первый энергетический уровень атома углерода полностью заполнен: на единственной орбитали находятся два электрона с противоположными спинами (1s2 ) (см. табл. 7). Оставшиеся четыре электрона занимают второй энергетический уровень, причем два находятся на более предпочтительной для них s орбитали и два на p орбиталях (2s22p2).
Распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням подчиняются:
1. Принципу Паули
2. Правилу Клечковского
3. Правилу Хунда.
Принцип Паули. В 1925 году П. Паули постулировал принцип, согласно которому в атоме не может быть двух электронов, обладающих абсолютно одинаковым набором квантовых чисел: n, l, m, s. Отсюда следует, что на каждой орбитали не может быть более двух электронов, причем они должны иметь противоположные спины, т.е. допускается заполнение¯ и не допускается заполнение и ¯¯.
|
|
Правило В. Клечковского. Увеличение энергии и соответственно заполнение орбитали происходит в порядке возрастания суммы квантовых чисел n + l, а при равной сумме n + l в порядке возрастания числа n.
Например, Са+20 )))) 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d
последовательность энергетических подуровней
если s = 0, p = 1, d = 2
n l | 1s | 2s | 2p | 3s | 3p | 3d | 4s |
n+ l | 1+0 | 2+0 | 2+1 | 3+0 | 3+1 | 3+2 | 4+0 |
S |
Следовательно, заполнение электронами уровней и подуровней происходит в порядке возрастания суммы n и l: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d0 4s2
Исключение составляют некоторые d и f элементы, у которых наблюдается так называемый провал (провал электрона с s подуровня на предвнешний d или f). Например, Cu, Ag, Cr, Pd, Pt.
Правило Хунда. Заполнение орбиталей p, d, f подуровней в нормальном состоянии атома начинается одиночными электронами с одинаковыми спинами. После того как одиночные электроны займут все орбитали подуровня, заполняются орбитали вторыми электронми с противоположными спинами. Например, электронная структура атома азота имеет следующее строение 1s¯2s¯2p
Свойства элементов зависят от электронной конфигурации валентных электронов. Валентные электроны, как правило, находятся на внешнем энергетическом уровне (номер периода), количество валентных электронов можно определить по номеру группы (за исключением d элементов VIII группы). Например, атом азота имеет пять валентных электронов (V группа), которые располагаются на втором энергетическом уровне (элемент находится во втором периоде).
|
|
Все элементы ПСЭ по строению валентных электронов можно разделить на s-, p-, d-, f- элементы иначе их называют семействами:
s -элементы находятся в I, II группах (главные подгруппы)
p -элементы находятся в III-VIII группах (главные подгруппы)
d -элементы находятся в I-VIII группах (побочные подгруппы)
f -элементы относят к лантаноидам и актиноидам.
Все элементы семейства имеют сходное строение:
s-элементы в невозбужденном состоянии имеют валентные электроны только на s- подуровне.
p-элементы в невозбужденном состоянии имеют валентные электроны на внешнем s и p- подуровнях.
d-элементы в невозбужденном состоянии имеют валентные электроны на внешнем s и предвнешнем d- подуровнях.
Сходная электронная конфигурация элементов семейства обеспечивает сходство химических свойств элементов данного семейства.