Г.А. Миронова - Конденсированное состояние вещества - от структурных единиц до живой материи. Т1 (1119317), страница 13
Текст из файла (страница 13)
1 — б). Однако учет межэлекчрон- Рис. 1-13. Слчешенне эиергеоггалкивзния приводит к тому, что тнческнх уровней водорода эне гия становится зависимой от значения подобных атомов в зависимобитального квантового числа 1, что при- сти от значения орбитального вопит к расщеплению энергетических уров- квантового числа С ней водородоподобных атомов, задаваемых только главным квантовым числом и. Энергетическая диаграмма орбиталей многоэлектронного атома представлена на рис.
1 — 13. Расщепление приводит к перекрытию энергетических состояний с разнымн главными квантовыми числами, то есть перекрытию электронных слоев. ЧАС77, ! "ч'-'""" '""" '"ч "'"' «г~ »в -. Р гч д чпя электранамн в атомах. цо не опрсдсляет соответс-ккву»ош»зе .'этим » значения энергии.
Крол»е того. энергетические урсзовии вооб»ле не и вяз, .аны к хакнм-яиба определенным значениям энерг» в» и и сме»лаются и .ив епрн. пе с р холе ат алнога атома к другому, а также при дабы. аленин»о»»» нзь и номе я при ьяткц электронов. Действительно. прн неизменном заряде ядра 2в н, з:»обавленл»» электро. на система энергетических уровней должна смешать~я в ерх, ласка лобавляется положительная энергия кулоновского от-талк»»ва»»»»я, превмишющая по величине энергию притяжения добавочног-"о электрона к пр практически экранированному другпмн электронамн заряхлзу ядра.
3 ак прансхолит. например, прп переходе от иона Не+ к атому Нкзе, котора»е оба имеют один и тот же заряд ядра, но разное число электроне:зэв (рис. 1-!2). При перекопе от атома к атому, с ростом заряда»мздра 2в. по мере заполнения электронамн свободных состояний вся кар тина расположения энергетических уровней смешается. На величину энер вгетнческцх измененийй спектра влияют, главнь»м образом, три механизма. Первый .иеханизм связан с ростом заряда ядра, у»з-аеличением энерги!» связи электронов с ядром и смешением энергетичес ких уровней (1.56) вниз (рнс. 1 — 1 2) вследствие увеличения снл пр»»тяжени»жзз к ядру.
Вгг»аро»1 механнзн определяется растущим числе» вм электронов. чта привалит к увеличению положительной энергии ог»аль-кнвання элелчронав друг от друга и сдвигу энергетических состояний вверх. 7репги) механизм является следствием спин-орбит — ального взаимодействия. Энергия спин-орбитального взаимодействия за=»висит ог взаимной ор»»енгапи»» слннавого и орбитального моментов элен--гранов, что прнв»' лнт к смешению н расщеплению (по спину) энергет»»чс ских урглцей элеи тронов в атомах.
молекулах н кристаллах. Благаларя конкуренщш первых двух механизыов цс:»се атомь» ~~~~~~р~ на значнтельныс различия в числе электронов, име»сэат приблнз»»тель"а олнцакавые атомные радиусы. За атомный радиус свободного атома пр»»нцмаетсяч я расстояние 'гг яд ра до главного максимума электронной плотности валю»е»»тнь»х электрона (радиус сферы.
ограничивающий — 30% электронной ггтзлотностц). В клас сн'»вской трактовке — это радиус боровской орбиты вьчцалентнь»" электр~ цов Атомные радиусы расположены в сравни льна уэжаком лнФР е значений: от ав — 0,53 А лля атома водорода до — 1.5 А д для многоэлелгрон ных атомов. У водародоподобных атомов средний атоь-вмный рад"ус "" релеляется атомным номером г. и главным квантовым ч жкислом л валент электронов: »;, =пв(и 72) 2/ „»парные чаете!ы. Ап»оны ,1Э, 77 В элема ментах каждого периола таблицы Менделеева по мере заполпетронной оболочки атомный ралнус сначала уменьшается (за счет ния электро аиия сил »»Рптяже»нн! к ядру).прохадцт через минимум в серели" преабладаи ода, а затем растет в Результате доминирующего влияния кулонов- не перлола галкцвання элект1»онов. ского отг 1.5.7, Запоя»»ен»»е электронами атомных орбцталей " а кая запись состояний электронов в атоме.
называемая элелтронКратк ил пгурацней данного атома, салержпт перечисление символов и най коич роиталей в порядке возрастания главного квантового числа, Верхним н Е орби сом справа ат квантовоГо числа ( указывается число элен!ранов в „ и орбитальном состоянии. Например:Н вЂ” 1з; Не — !з'; Ь! — !з зз г . г2,  — 1» 2з 2р. Прн Увеличении числа электРанов в атомах послелователы»а фпал- няются состояния 1х; 2».
2р, Зз н т.д. В атоме водорода электрон»»ах»5~ится в 1»-состоянии, у атома Не — в 1з-состоянии нахолятся два электрона Три электрона у Ь! находятся в !з- и 2»-состояниях. У берилгч=! а -! лвя 4 электрона заполняют 1гн и 2»-состояния. У бора 4 алек- ! г!' 2л трона заполняет 1»-, 2зсостояния н ! электрон — ад- С % на цз 2р-состояний. »в Однако для элементов с л большим числом электронов (начнная с углерода) появля- Рнс. ! †!4. Из лвух (а) н (б) ваз."ажностсй клея ш»~ тернам»в»!»»е !»особь» запал»!ец»»Я эле«тла»» углерола.
осуществляется вариант (и! на заполнения электронных опасна винни 1ц о правила Хупла стаял»»й. Например, у углерода »вестой электрон можно по»'сетить в два различных состояния, отличающиеся магнитным квантовым ~~»слом»п и направлением спина (рцс. ! — 14). Для определения основного состояния электронов в атоме кроме "Р""П'»па Паули используются правила Хунда. ПеРвое привила Хупдв.
«Электроны прн заданных значениях главного »г »» о к ' ор итально го »' квантовых чисел располагаются на нзоэнергетическнх "ях. соответствующих разным значениям магнитного квантового Уровн числа, а "' так, чтобы еумлтрпый спин выл мнкснмпльнымв. Это означает, чта эл "'лтроны стремятся заполнять орбитали с разными числамц гн. Таким образо ом у углерода реализуется вариант, показанньш на рис.
1 — 14а. Хот сгя состояния с разными значениями п! имеют одну и ту же энергию, существ ый вто "твует определе»н ый порядок заполнения эт х уровней, опр деляеторым прав» ЧАСТЫ 7)! -.( — -)- - -7 — гр -(4- Я- !а ! %%+ Ь~ %* — — — зр . 44414) -~-~-Ъ 1 ф-Т--Т-гр итпрпе привили Хуидп: % «Электроны при заданных знало ченнях главного и и орбнталь- Ь !а ного Г квантовых чисел и при максимальном значении суммарного спина Ул располагаются так, чтобы модуль сула,иар- % % Тф Тф.гр ипгп прдиииьчы!пгп .иптеитп Ъ Был лгпксилиьтьиьыоь Это озц~Ча начает, что максимальным % !а должно быть значение суммарного магнитного квантового числа ~ г.щ~ % % Прциенение привил Хундп Ь Ь зр при распределении электронов зл по состояниям можно проилфЯЯгр люстрировать на примере ато- % ° ма .кислорода.
При заполнена, ных 1з- и 2з-состояниях на 2рЬ циа и !а %" состояния приходится 4 электрона. Согласно первому праРнс. ! — 15. Зацоциецне электронных ео- вилу Хунда, 3 электрона заегояний в атомах элементов таблицы Монце- полняют орбитали с т = 1, О, — ' лееца: от азота хо аргоца ! с суммарным олином / = 3/2. Четвертый электрон может !анять состояние илн с и = О.
или с н! =+!. И в том, и в другол1 случае / уменьшается зо единицы Е„= !. Олнако в первом случае сул!марный ороитальный момент равен нулю: /4 = Ц+1) + 2(0)+ + Ц-1) = О, а во втором: /-! — — 2(+!)+ НО) + Ц вЂ” 1) = 1 (нли — !). Согласно второму правилу Хунда, осуществляется второй вариант, с бо'пылим значением суммарного орбитальногоо момента.
На рис. 1 — 15 приведены примеры заполнения атомных орбиталей в атомах элементов, следующих в таблице Менделеева за углеродом: азота Ь), кислорода О, фтора Г, неона Ие, натрия )л)а, аргона Аг. Перекрытие электронных слоев приводит к тому, что в следующих за Аг элементах — калии и кальции (!«К, гьСа) — при незаполненном 3-и слое начинают заполняться 4«-состояния 4-го электронного слоя. Только после заполнения 4исостояний, начиная с 21 элемента и по 30 (г!Бс— .айп), заполняются 3!/-орбитали (рис. 1 — 16).
В атоме „Сг (рнс.! — !6) к электронному состоянию предыдущего атома — ванадиЯ гзч', котоРый хаРактеРизУетсЯ сУмл1аРным спином 3(1/2) = 3/2 и суммарным орбитальным моментом /л. / Элеиеитпрные частицы. Атоны пт 1, = Ц+2) + Ц+1) + ЦО) = 3, добавляется еще олин электрон на Зт/- орбиталь с т = — 1, а не с и! = — 2 (согласно 2-му правилу Хунда). Это приводит к уменьшению /.! до /.! = 2. Однако в действительности одновременно происходит переход олного нз электронов с 4л-орбитали в состояние Зг) с и! = — 2.
Таким образом, суммарный спин Ст увеличивается в 2 раза по сравнению с гзУ: 6(1/2) = 3, хотя орбитальный люмент при этом уменьшае ядонуля/.1=0. Приведенные примеры показывают, что второе правило ЯЯф~- зр Хунда «начинает действоваты> з Я только после выполнения первого правила. Схемы заполнения элелтронами энергетических уровней в ++ — $- многоэлектронных атомах элементов таблицы Менделеева ЯЯ ф~-зр првведены в таблице ! — 9. Энергетические уровни подразделяются на электронные оболочки, соответствующие различным значениям главного -ф-+--ф- — — зи квантового числа и. Под бук- 4,Я венными обозначениями электронных оболочек (К, 1., М, ) Я указана их емкость, а также обозначение и емкость атомных орбиталей, входящих в каждую электронную оболочку.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
