Н.С. Ахметов - Общая и неорганическая химия (1109650), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Для характеристики спина электрона вводится четвертое квантовое число тв, называемое сниновы.и. Оно имеет значения +1/2 и -1/2 в зависимости от одной из двух возможных ориентаций спина в магнитном поле. * Спин по-английски "веретено", овертть". 26 Г Л А В А 3. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА КАК ЕСТЕСТВЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПО ЭЛЕКТРОННЫМ СТРУКТУРАМ АТОМОВ э 1.
ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА АТОМОВ Конфигурация электронной оболочки невозбужденного атома определяется зарядом его ядра. Электроны с одинаковым значением главного квантового числа и образуют квантовый слой близких по размерам облаков. Слои с и = 1, 2, 3, 4, ... обозначают соответственно буквами К, Х, М, К, .... По мере удаления от ядра емкость слоев увеличивается и в соответствии со значением 2нх составляет: 2 (и = 1, слой К), 8 (и = 2, слой 5), 18 (и = 3, слой М), 32 (п = 4, слой Ж), ...
электронов (табл. 2). Квантовые слои в свою очередь построены из нодслоев, объединяющих электроны с одинаковым значением орбитального квантового числа 1. Подслой состоит из орбиталей. Наиболее устойчиво состояние атома, в котором электроны имеют самую низкую энергию, т.е, находятся в ближайших к ядру слоях. Последовательность энергетических состояний в порядке возрастания энергии орбиталей многоэлектронного атома можно представить в виде следующего ряда; 1в < 2в < 2р < Зв < Зр < 4в н За < 4р < 5в 4а < < 5р < 6в н 5Б н 4/и т.д.
(рис. 10). Порядок заполнения орбиталей данного подслоя подчиняется 27 + ! п- 1 2 3 4 5 б х о й + ! + ! + ! + ! С + ! + ! + ! ьН 14 о хохх охи б,'и х сь н ь х х я ( х х ч л о хо х О х О. о Б н х О 1 о н о и х $ х В .о 3„х хи я х й 3 .О '8. ~ ой 5 х ~ о 8 о и х х о о " 3' о Ф ь х о е х х Х О о ь $ 3 3 и $ 3 $ п р а в и л у Х у н д а: сушшарное спиновое Е число электронов донноьо поделом должно бить шаксишальнььи. Это правило означает, что энергетически выгодно, когда в орбитали находится один электрон.
Иными словами, орбитали данно- го подслоя заполняются сначала по одному, затем по второму электрону. Электроны с противоположными спинами на одной и той же орбитали образуют двухэлектронное облако и их суммарный спин равен нулю. Электронные конфигурации атомов эле- ментов в основном состоянии приведены в табл. 3. Порядок формирования электронных оболочек атомов можно проследить также по помещенным на форзацах книги вариан- там периодической таблицы элементов Д.И. Менделеева, При составлении схем распределения электронов в атоме пользуются следующими обозначениями: горизонтальная черта орбиталь, стрелка — электрон, направление стрелки — ориентация его спина. Р и с.
1О. П н р мерная схема Элеме энергетических уровней лементы малых периодов. Первый пери- многоэлектронного атома од состоит из двух элементов. В невозбуж— денном атоме водорода электрон находится на первом энергетическом уровне, т.е. электронная формула невозбужденного атома водорода 14'. Поскольку в-электронное облако имеет форму шара, модель атома водорода можно представить схемой В соответствии с принципом Паули в одной орбитали могут находиться два электрона с противоположными спинами.
Следовательно, электронная формула следующего после водорода элемента — гелия два в-электрона образуют двухэлектронное облако: 29 Продолжение табл. Я Пери- од о Элемент Электронная конфигурация Пери- од Элемент Электронная конфигурация 2Не 1аг 5~бобФбрг 5<бобФбр4 5агобдбрг 54гобдбро В1 Ро Аг Вп 83 84 85 86 Т а б л и ц а 3. Электронные конфигурации атомов элементов Электронная конфигурация Элемент Пери- од Электронная конфигурация Элемент Пери- од 34240 34444"" 34о4В ЗФо4И Збго44-"4рг Заго4 г4р 3 сг" о4 04рг Згбо4~4р4 ЗР~4424ро 34го484ро Со М! Сц 2п Са Сс Аа Яе Вг Кг Н 28 29 30 Нс [Не]2а' 2Ф 2422р' 24-"2рг 2У2рг 24-'2р4 2И2ро 24-'2ро Ь1 Ве В С М 0 Р Ме 3 4 6 7 8 9 10 31 32 ЗЗ 34 35 36 [Ме) За' Зэг 3423рг ЗЗЗр~ ЗгЗр 3~3р ЗФЗро Ма Мб А1 Б! Р Б С! Аг 11 12 13 14 15 16 17 18 Второй и третий периоды содержат по 8 элементов (см.
табл. 3). У элементов 2-го периода заполняется слой 5 (а = 2); сначала 2эчгрби- [Аг)4В 4И 3244т 3 бг44-' 34243 3424аг Заэ4И 34а4 о-" К Са Бс Т! У Сг Мп Ре 19 20 21 22 23 24 25 26 таль, затем последовательно три 2р-орбитали: Ниже приведены электронные формулы, а также модели некоторых атомов элементов 2-го периода: 31 30 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 4Т 48 49 50 51 52 53 54 ВЬ Бг г' 2г МЬ Мо Тс Вц ВЬ Рд Аб Сг! 1п Яп БЬ Те 1 Хе [Кг)5аг 5аг 415аг 4гйбт" 4445В 44253 44253 4425В 44454-' 4гбо5Р 48го5В 4фобф 4Уо5агбрг 44о5Ибрг 44 о5Ф5р 48обФ5р : 4,боб. 5р~ ) 4ро5Фбр~ 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 7Т 78 79 80 81 82 Сэ Ва 1л Се Рг Мс! Рт Бт Ец Сг! ТЬ Пу Но Ег Тт г'Ь Ьц НГ Та % Ве Оэ 1г Р! Ап Нб Т1 РЬ [Хе)ба' бт" 5Фбт 4гобУ 41абЯ 42464-' 4!абд 4габФ 4ггбо-' 4)гЫ 6Ф 4гобУ 4ггобФ 4гггбаг 4)г 26 ф 4гг2 6т" 4ггобт' 4гг45а16т 5бгбя баебФ 5Р6Ф 5426Ф 54эбт 54263 5Убг' 58гобаг 58гобУ 58гобагбр' 5 <Нберг 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 Рг Ва Ас ТЬ Ра Мр Рп Ат Сгп В!с СТ Еа Ггп Мг! (Мо) (1.г) Кц МБ [Вп)744 ТФ 6 2473" 64270 5227873 5/гбагТт 5/46~670 5га7 И 5)гТФ 52264гТФ 5)абУТФ 5гг оТ о-' 574 г742 5гггТФ 5гггут 5)! 4742 6~6М 64273 6УТИ 6 447 У 6447Ф 64оТФ 64270 ббоТЗ вп 1аз2в ар + + 2р + 1в За Зв ++++ за Зр Зв ц 11 1г 11 за Зр Зв ниа [Зввзвв2рв~звг г14 1вв2ав2р +++ + ай ~Ь»взввгрв)З»вэрв маг (вв 2»вэрв~эввэрв Начиная с рону; вО 1вв2вв2рв .
+++ + 2р ~+++ 1в 33 32 2 Онщн» н н рлн н»»нн»»нн кислорода, 2р-орбитали заполняются по второму элект- У неона восемь внешних электронов образуют высокосимметричную структуру из четырех двухэлектронных облаков: а вар!в 1аэ2аэ2рв В атоме неона достигается максимально возможное число электронов во втором квантовом слое. Таким образом, общее число элементов во 2-м периоде соответствует максимально возможному числу электронов во втором слое атома. У элементов 3-го периода заполняется слой М (я = 3), состоящий из Зэ-, Зр- и 3 г'-орбиталей. Как и во 2-и периоде, у двух первых элементов ()йа и Мх) заполняются эорбитали, у шести последних (А!— Аг) — р-орбитали, например: У атомов Ха, Р и Аг в двух первых слоях (К и Х) повторяется структура атома неона, поэтому на приведенных схемах показан характер заполнения только внешнего слоя ЛХ.
У последнего элемента 3-го периода — аргона Аг (как и у !не) за— вершается заполнение,э- и р-орбиталей, т.е. внешний слой представляет собой совокупность четырех двухзлектронных облаков (одного в форме ивара, трех других — в форме гантели). Распределение радиальной электронной плотности в атоме аргона показано на рис. 11. На этом рисунке по максимумам распределения электронной плоскости можно различить А=, Ь- и М-слои атома аргона. Элементы, в атомах которых заполня- 1 ются энэрбитали, называются э-эле,аея- „ тами, а элементы, в атомах которых „ » заполняются р-орбитали, — р-элелвея- ьг талвгв. М Элементы больших периодов.
Периоды 4-й и 5-й содержат по 18 элементов (см. табл, 3). У атомов элементов 4-го периода начинает заполняться 4э-орби- г таль слоя гв' (в = 4). Появление электро- Р и с. 1!. Распределение элекна в 4э-состоянии при наличии свобод — тронной плотности в атоме арных 3»~-орбиталей обусловливается экра- нирование,а (заслонением) ядра плотным и симметричным электронным слоем Зв Зр . связи с . отталкиванием от этого слоя для 19-го электрона атома калия и -го эл 20- ектрона атома кальция оказывается энергетически выгодным 4в-состояние: шК 1вг2вг2реЗвгЗре4вг гоСа 1е-"2вг2реЗвгЗре4вг При дальнейшем возрастании заряда др у ду я а сле ющего после кальция элемента — скандия состояние 3 Зд становится энергетически более выгодным, чем 4р. онов, ЗдПоскольку в д-состоянии может находиться десять электронов, орбитали заполняются и в атомах следующих элем нт е ов 4-го пе иода: Р г18с 1вг2Ф2реЗвгЗреЗдг4вг ггТ| л 3 дг4вг гвМп 3 де4И гвГе 3 дв4вг зоЕп .
У Здго4вг Элементы, в атомах которых заполняются л зр и л з б тали, называются Ы-злеженталеи, У д-элементов 4-го периода, следовательно, достраивается слой М до 18 электронов. После заполнения З~Ырбиталей у последуюши х шести элементов (Оа — Кг) заполняются р-орбитали внешнего слоя.
Таким образом, 4-й период начинается двумя в-элементами и заканчив рается шестью рэлементами, но в отличие от 2-го и 3-го периодов между о- и р-элементами располагаются десять д-элементов. В 5-м периоде заполнение электронных слоев и подслоев происхо- НЪ и дит, как и в 4-м периоде, а именно: у двух первых (в-элементов Н Яг) и шести последних (р-элементов 1и — Хе) заполняется внешний слой, Между в- и р-элементами располагаются десять д-элементов (У вЂ” Сд), у которых заполняются ~Ырбитали предвнешнег .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
