часть 1 (Ф. Коттон, Дж. Уилкинсон - Основы неорганической химии (PDF)), страница 6

уравнение (1,22)!. Таким образом, например Зз., Зр- и 3|(-орбнтали должны иметь одинаковую энергию. (В деиствительности есть небольшое различие, обусловленное эффектами более высокого порядка.) Электрон на одной из тих орбнталей в атоме водорода нспытьваег влияние точно одного положительного заряда ядра. Далее; в атоме натрия электрон на Зз-орбнтали испытывает влияние большего заряда ядра.

Если бы З,-алек|ран находился все время в области, расположенной полное|ею ине абла|лсй, занимаемых электронами неонового остова, |а '|огда заряд ядри -! ! ! Ао||жен был бы экринироеаться зарядом неонового Остова — !О и Зв-электрон испытывал оы общий заряд |яра, равный |очно -1-1. Однако э|ого не происходит, тик гак Зэеолиоь.ш функция ях|еег конечное значение даже непосрсдщвеино у ||яра (рнс. 1 6) где эаеьтрое подвергается,воздействии| поднога, щряда ядра. На рнс. 1.!О показано, как Зз-электрон натрия праниьпсщ внутрь неонового остова. Заряд ядра вместо того, чтобы экрапироиаться полностью, так что его аффектпене|лг заряд Лв равнялси бы 1, фактически экраннруется частично и эффективный заряд ядра равен 2.

Далее, Зр-орбиталь также частично проникает ипутрь, но не настолько, насколько Зз-орбиталь; следовательно, она цсшитывает влияние эффективного заряда ядра по величине, лежап,ей между ! и 2, 3|(-Орбиталь практически не проникает внутрь ос|она, и Я' для нее очень близок к единице. Таким образом, когда неоновый остов заполнен, имеет место значителыюе различие и и|оргиях этих орбиталей, так что порядок их стабильности следующпн: За, Зр, Зд.

в ( в внннвнвв а„| Р и с. (,!О. Вроиикаиие Зе-орсе|тели и неоновый электронный остов ((в!е!) атома натрия. В последовательности элементов в области аргона и калия влияние экраннровапия внутренних, заполненных орбиталей таково, что 4з-орбнталь менее экраннрована, чем Зг(-орбиталн, и поэтому более стабильна, тогда как 4р-орбиталп обычно экранированы не только сильнее, чем 4з., иа н сильнее, чем Зг( арбитали. Таким образом, последовательность энергий такова: Зз, Зр, 4з, Зг(, 4р.

Аналогично 5з-орбнталь, следующая за 4р-орбиталью, стабильнее, чем 4|Е Далее, в четвертом слое имеются 1-орбиталн Однако онн не следуют за 4|(-орбиталями. Вместо этого опять, главным образом вследс|вие различия в степени проникания в остов атома, анн менее стабильны, чем 5р- и бз-орбиталн, Укажем теперь полный перечень орбиталей нейтральных атомов в том порядке, в котором они заполняются: 1з, 2з, 2р, Зз, Зр, 4з, Зв(, 4р, бз, 4Ы, 5р, бз, 4~, 5|(, Бр, уе, 6|( 51.... Электронные структуры большинства известных атомов можно составить, используя этот порядок н принцнеы, обсуждавшиеся выше.

Есть некоторые незначительные ачамалнн, которые будут отмечены в соответствукицих местах геке|а. Полный перечень элементов и их электронных конфигураций в основном состоянии приведен, ца первом форзаце книги;, ЗЛЕКТРОННОЕ СТРОЕНИЕ АТОМОВ 39 глзах 1 зв 1.7. Периодическая таблица Название «периодическая таблица», возможно, является неподходящим, так как были предложены буквальна сотки разных видов периодических таблиц элементов.

Первые нз них появились задолго до возникновения современной теории атомной структуры и были асиаваиы на сравнении химических свойств элементов. Менделеев был первым, кто разработал таблицу, в основном похожую на таблицы, используемые в наши дни. Общий, современный «расширенный» вид таблицы можно найти на втором форзаце книги. Вертикальные ряды в таблице называют группами, горизонтальные периодами. Некоторые группы приобрели тривиальные названия, употребление которых очень распространена.

Элементы группы 1а (за исключением водорода) называют и(вла«ными ме>паллами. Группа Па состоит из щелачназемельных металлов, группа 16 — из благородных металлов. Элементы группы >гПб — галаганы. Элементы нулевой группы называют ин«рп>ными газами, хотя также встречаются выражения «редкие газы» или «благородные газы». Элементы группы АТ16 иногда называют хальнагенами. Принципиальной основой, избранной Менделеевым для классификации элементов по группам, было сходство их валентности. Зто сходство теперь можно объяснить с точки зрения электронной структуры атомов. Можно понять также, почему металлы Ад, Сп и Ап, формально подобиь>е металлам 1л', аз, К, 1(Ь и Сз тем, что все они имеют стабильные состояния окисления +1, пе очень похожи на зти элементы.

В группе 1.! имеется адин валентный электрон вне очень устойчивого остова атома инертного газа, в то время как в атоме элемента группы Сп пад внешним электроном находится заполненный д-подуровень, который не особенно сопротивляется по-'~ тере электронов и является довольно рыхлым и деформируемым..~ Можно также понять, почему формальное сходство окислительных состояний элементов с частично заполненными д-подуровнями с окислительнымн состояниями атомов, которые имеют только в- и р-электроны во внешних уровнях, в действительности является только формальным.

Несомненно, Н н *Аг ие имеют подлинного химического сходства. В современных типах периодической таблицы элементы, у атомов которых заполняются д- и 1'-подуровни, называют переходными злвмвнглпми; их помещают отдельно от непереходных злемаипов. Последовательности элементов 1л — Хе и (А)а — Аг называют соответственно первым н вторым малыми периодами. Ряды Яс — %, У вЂ” Рд и Ьа — Р1 (за исключением четырнадцати элементов, следующих непосредственно за 1,а) называют соответственно первым, вторым и третьим рядами переходных элементов. Четырнадцать элементов, Се — 1п, у которых заполняются 4~-орбитали, называют редкоземельными злемен>ами или ланглонидплщ (поскольку 4езлектроньх оказываю> очень небольшое влияние па их хими> скис свойства, все опн химически подобны), Элементы ряда Т1> до элемент а 104* пазывюот пнтинидами, хотя в целая нх сходство с еьтинием ие так велико, как у лзнтана с лантанидзми.

Переходные элементы, у которых занолняю>ся д-подуровни, иногда назы>шют «д-злемеитамп». Лантаннды и ектиннды соответственно вазы веют <+элемента«>н». 1.8. Состояния, определяемые па отектроппых конфигураций В общем данная электронная конфигурация соответствует не единственному гася>аннин> атома или иона. Будем считать, чн> состояние характеризуется определенными значениями: 1) энергии, 2) орбитального углового момента н 3) спинавого Атлового момента.

Охарактеризованное таким образом состояние соответствует мульти>шепну В сипи росеоппи, Термин «мультиплет» употребля>от патону, >га существует ряд компонент одного состояния, которые обычно отличщагся па энергиям гораздо меньше, чем одно такое состояние атгпшается ат другага. Зги компоненты состояния, или мультиилегы, нчеюг разные значения полного углового момента, чта является результатомсложения орбита,тьного и спинавого угловых моментов. Итак, три характеристические величины сасгаяния снстемь> имеют некоторые значения, Которые определяются таким методом, при катарам каждая из трех величин, соответствующая атдельпыал электронам, складывается и дает резуль>ирующее значение для всей группы электронов. Даже в простейших случаях это сложная проблема, которую нельзя решить совер>пенно строго. Однако экспериментально найдена, что для более легких атомов (приблнзи>ельна вплоть до лантанидав) природа следует схеме, которую л>ажно составить на достаточно высоком уровне приближения„пользуясь рядом сравнительно простых правил.

Этот ряд правил называется схемой Расселла— Саундерса илн схемой Ы-езаи»>одействия и является темой данного раздела. Состояние каждого электрона в атоме характеризуется набором ква>ггавых чисел и, 1, >ип н>„причем три послсчних имеют особое значение. Точно так же как 1 в виде )' 1( 1+1) определяет орбнтальпьш угловой момент одного электрона, введено квантовое число Е, которое в виде г ь (1.->-1) дает общий орбитальный угловой момент атома. Обозначение М используют, чтобы представить комеаненты 1.

вдоль некоторого заданного направления аналогично обозна- ' Ке — куря«товий.— >>ри,«. »«д, ГЛАВА ! 4О злектРОннае стРОение 'АтамОВ М, 1 2 4/л '/2 /2 2 2 — 1/2 4/„ » Обозначение 4))~ Оьэ 4!) 4Т) чению т, для данного электрона Точна так же используют кван.