Configurația electronică a atomilor

Deoarece reacțiile chimice de reacție a atomilor nucleului rămân neschimbate (cu excepția transformărilor radioactive), proprietățile fizice și chimice ale atomilor depind în primul rând de structura cochilii de electroni ai atomilor. Prin urmare, vom insista asupra distribuției electronilor în atom și mai ales cele care provoacă proprietățile chimice ale atomilor (așa-numiții electroni de valență) și deci frecvența proprietăților atomilor și compușii acestora.

Știm deja că starea electronului poate fi descrisă printr-un set de patru numere cuantice, dar pentru a explica structura cojile de electroni din atomii trebuie să știe următoarele trei puncte principale: 1) principiul de excluziune al lui Pauli, 2) principiul energiei minime, și 3), în general, Gunda.

Principiul Pauli.

În 1925, un fizician elvețian a stabilit o regulă, mai târziu numit principiul de excluziune al lui Pauli (Pauli sau ban):

Atomul nu poate fi doi electroni ale căror numere cuantice toate cele patru ar fi egale.

Cel puțin unul dintre numerele cuantice trebuie să fie neapărat diferit. Astfel, electronii cu numere cuantice identice trebuie să varieze în mod necesar de proiecție din spate. Prin urmare, atomul poate fi doar doi electroni cu acelasi pe de altă parte în sens contrar, în cazul în care proiecțiile a doi electroni de spin identice trebuie să fie diferită de una sau numere cuantice

Cunoscând principiul de excluziune, acum să vedem cât de mulți electroni dintr-un atom poate fi, în special, „orbita“, cu un cuantic principal n cea mai mare.

Primul „orbita“ corespunde. Apoi, puteți avea orice valoare, fie. Vedem că, dacă acești electroni poate fi doar două.

În general, pentru orice valoare dată de n electroni diferă în primul rând parte număr cuantic l, luând valori între 0 Pentru n dat și că pot fi electroni cu valori diferite ale numărului magnetic Numărul cuantic trebuie să fie dublat, deoarece valorile date corespund celor două valori diferite este proiecția spinului.

În consecință, numărul maxim de electroni cu același număr cuantic n este exprimat prin suma

Prin urmare, este clar de ce în primul nivel de energie poate fi nu mai mult de 2 electroni, al doilea - 8, - al treilea 18, etc.

Să considerăm, de exemplu, un atom de hidrogen QI. Intr-un atom de hidrogen are electroni și spinul unui electron poate fi direcționat în mod arbitrar (adică sau), iar electronul este în on-stat cu primul nivel de energie (de notat din nou că primul nivel de energie este format dintr-un strat inferior - o a doua energie nivel - de două substraturilor - a treia - trei subnivele - etc.). . Subnivel, la rândul său, este împărțit în celule cuantice (stări energetice, determinată de numărul de valori posibile pe care celula se face descrie grafic dreptunghiului, direcția electronică de spin - săgeți.

Prin urmare, starea electronului într-un atom de hidrogen poate fi reprezentat ca sau, echivalent

Numerele atom de heliu cuantice sunt aceleași pentru ambele electronii, iar numărul cuantic diferă. Electron proiecție de spin heliu poate fi structura electronică cochilie atomului de heliu poate fi reprezentat ca sau echivalent

Descrie structura cojilor de electroni de atomi din cele cinci elemente în a doua perioadă a tabelului periodic:

Faptul că cojile de electroni să fie umplut în acest fel nu evident anterior. Aranjamentul de mai sus a rotirilor este determinată de regula așa-numita lui Hund (formulată pentru prima dată în 1927 de fizicianul german F. Gund).

regula Hund. Pentru o valoare dată (adică, într-un anumit subnivel) electronii sunt aranjate astfel încât rotirea totală a fost maximizat.

Dacă, de exemplu, trei p-celule au nevoie pentru a distribui un atom de azot de trei electroni, ele vor fi localizate în fiecare celulă individuală, adică plasate pe trei p-orbitali diferite:

În acest caz, spinul total este de 3/2, deoarece este o proiecție. Același trei electroni nu pot fi aranjate după cum urmează:

pentru că atunci proiecția spinului totală Din acest motiv, exact, așa cum sa menționat mai sus, electronii sunt aranjate la atomii de carbon, azot și oxigen.

Luați în considerare acum configurația electronică a patra perioadă a atomului. Primele 18 electroni umple următoarea orbital :. S-ar părea că nouăsprezecelea atom de potasiu electron trebuie să ajungă pe subnivelul, care corespund însă de fapt valență atom de electroni de potasiu este localizat pe coji de umplere orbitale după elementul suplimentar al 18-lea nu se află în secvența, ca în primele două perioade. Electronii din atomii sunt aranjate în conformitate cu principiul lui Pauli și regula lui Hund, dar astfel încât energia lor a fost cel mai mic.

Principiul de energie cel mai puțin

(Cea mai mare contribuție la dezvoltarea acestui principiu a făcut un om de știință sovietic VM Klechkovskii) - în atom, fiecare electron este localizat, astfel încât energia a fost minimă (care corespunde la maximum a legăturii sale cu kernel-ul).

Energia electronilor este determinată în principal de numărul n principal cuantic, și un număr cuantic secundar l, astfel încât prima umple aceste subnivele pentru care suma numerelor cuantice de valori este cel mai mic.

De exemplu, energia electronilor la 4s subnivel mai puțin decât 3d subnivel, ca și în primul caz, iar al doilea este subnivelul mai puțină energie decât la energie mai mic decât etc.

Ea V. M. Klechkovsky prima dată în 1961 a formulat o dispoziție generală care să ateste că electronul ocupă nivelul solului de stat este valoarea minimă posibilă a n și cu cea mai mică cantitate

În cazul în care cele două subnivele pentru suma valorilor l și n sunt, în primul rând subnivel este umplut cu o valoare mai mică de n. De exemplu, în suma subnivele de l și n este egal cu S. În acest caz, primele subnivele de umplere la valori mai mici ale lui n, m. e și t ... In sistemul periodic electroni secventa de umplere nivelurile și subnivele după cum urmează (Fig. 2.3).

Principiul cel mai scăzut de energie este valabilă numai pentru statele de la sol ale atomilor. Stările excitate de electroni pot fi pe orice atom de orbitali, în cazul în care acest lucru nu este rupt Pauli principiu de excludere.