А.Н. Матвеев - Атомная физика (1120551), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Последовательность заполнения электронных состояний в пределах подгруппы, т..е. при одном и том же !, определяется приаилом Хуг!да: сначала зало.чняются состояния с различными значениями квантового числа нт!(пт! = — !, — !+1,...,! — 1,!) при одинаковом значении проекции спина (например, при т, =!/2); после того как все 2!+ 1 состояний по квантовому числу и!! оказываются заполненными электронами с одинаковой проекцией спина, начинается их заполнение элекгронами с противоположной проекцией спина (при и!, = — 1/2).
Например, в р-состояние (! = 1) может быть помещено всего 2(2!+ + 1) = б электронов. Последовательность заполнения состояний может 0-(„') (,'„) (-„,') ( '„.) — !!2 — 1!2 Пернолнчность химических свойств элементов. Химические свойства элементов определяются внешними электронами. Поскольку при заполнении очередной оболочки повторяется порядок заполнения предыдущей оболочки, химические свойства элементов от оболочки к оболочке меняются периодически: заполнение каждой оболочки начинается со щелочного 288 11.
Многоэпнктронныв атомы металла и заканчивается благородным газом. Следовательно, элементы, образующиеся при заполнении оболочки, составляют период системы Менделеева. Из табл. 4 видно, что число элементов в последовательных периодах идеальной схемы заполнения оболочек должно быть 2, 8, 18, 32, 50. В действительности в периодической системе Менделеева число элементов в последовательных периодах равно 2, 8, 18, 18. Таким образом, построение периодической системы элементов существенно отличается от идеальной схемы заполнения оболочек, представленной в табл. 6. Причина различия между реальной и идеальной схемами заполнения оболочек состоит в том, что предпосылки, при которых была построена идеальная схема„для большинства элементов не соблюдаются.
Взаимодействием электронов между собой и отклонением поля от кулоновского пренебрегать нельзя. 55. Периодическая система элементов Мевделеевв Дастся ингерпретаюы основных закономерностей периодической системы тлементов Мсндс пеева и описываются ее строение и конфигГрапия электронных оболочек атома. Обозначение электроянгых состояний. Учет взаимодействия электронов позволяет полностью объяснить периодическую систему элементов. При этом основные принципы, которыми определяется порядок заполнения различных состояний, остаются без изменения-это принцип минимума энергии и принцип Паули.
Однако взаимодействие между электронами значительно усложняет расчеты (см. ч 53). При наличии взаимодействия между электронами состояние каждого электрона можно по-прежнему характеризовать четырьмя квантовыми числами. Электронная конфигурация обычно записывается символически следующим образом. Сначала указывает главное квантовое число, затем символ состояния по орбитальному числу (а р, гl, ('и т. д.) и в виде степени у этого символа число электронов в данном состоянии. Например, 1тэ указывает два электрона в к-состоянии (( = О) с главным кванз оным числом п = 1; Зр'- пять электронов в р-состоянии с главным квантовым числом л = 3 и т.д.
Любая электронная конфигурация может быть записана с помощью этого правила, Например, 1т'2тэЗла показывает, что имеется два электрона в .т-состоянни с и = 1, два электрона -в э-состоянии с л = 2, четыре электрона †р-состоянии с и = 3. Это электронная конфигурация атома кислорода. Аналогично записываются электронные конфигурации других атомов, Заполнение электронных состояний в первых трех периодах. Рассмотрим строение периодической системы элементов. В начале системы, когда число электронов невелико, роль взаимодействия между ними несущественна и заполнение электронных состояний происходит в соответствии с идеальной схемой.
У водорода Н имеется один электрон, который находится в состоянии с минимальной энергией, т.е. при и = 1, поэтому электронная конфигурация этого атома 1э ( если электрон один, то он в виде степени у символа орбитального состояния не указывается). У гелия Не добавляется еще один электрон в состоянии 1э, но с противоположно направленным спином, поэтому электронная конфигурация гелия в основном состоянии 1ээ. Это парагелий. У ортогелия спин второго электрона совпадает по на- 'т 55.
Периодическая система элементов Менделеева правлению со спином первого электрона, и принцип Паули запрещает этому электрону находиться в состоянии 1д Ближайшее по энергии допустимое принципом Паули состояние второго электрона есть 2з. Электронная конфигурация основного состояния ортогелия — 1з2з.
Гелием (инертным газом) заканчивается заполнение первой оболочки и завершается первый период периодической системы. Затем начинается построение следующего периода заполнением второй оболочки. Литий 1.1 образуется добавлением к электронной конфигурации парагелия электрона в 2гесостоинии, потому что добавление третьего электрона в 1к-состоянии запрещено принципом Паули. Электронная конфигурация лития — 1зг2гс Затем идет берилий Ве с конфигурацией 1хг2у~ и бор В -1т'2эг2р. В гг-состоянии может находиться шесть электронов (2(2 + 1) = 63.
Шесть элементов ог бора до неона Хе включительно образуются в результате заполнения 2р-состояний. Соответствующие электронные конфигурации записываются следующим образом: 1 г2тг2 г ),г 1 г2зг2 з О 1аг2 г2,ч Б 1зг2эг2рэ 1Че 1тг2тг2гг На неоне (инертном газе) заканчивается заполнение второй оболочки н завершается построение второго периода, в котором всего восемь элементов. Третий период начинается с щелочного металла натрия Ха, электронную конфигурацию которого можно условно изобразить так: ()ч)а) = ()Че) Зд Это означает, что электронная конфигурация натрия получается из электронной конфигурации а е Квантовая механика удовлетворительно объясняет все аакономерности лериодической системы элементов Менделеева.
)ч)е путем добавления электрона Згс Восемь элементов от натрия до аргона Аг получаются вследствие заполнения состояний Зу и Зр. Конфигурация аргона дается схемой (Аг) = ()Че) ЗагЗре. Отклонения от идеальной схемы заполнения оболочек. До сих пор заполнение состояний совпадало с идеальной схемой заполнения состояний. Следующим элементом после аргона является калий К. По идеальной схеме его конфигурация (К) = (Аг) Згг. Но в действительности это не так. Энергетически более выгодным оказывается присоединение следующего электрона не в состоянии Зг(, а в состоянии 4з.
Это подтверждается как прямым расчетом, так и рядом экспериментальных данных. о которых сказано позднее. Таким образом, в третьем периоде оказывается только восемь элементов, а с калия начинается заполнение четвертой оболочки, т, е. четвертый период периодической системы. Конфигурация следующего после калия элемента Са есть (Аг) 4эг. После этого энергетически более выгодным оказывается заполнение Згг'-состояний, которые остались незаполненными, а не 4р-состояний, идущих по порядку после 4з-состояний. У последующих элементов до никеля происходит заполнение Зг(-состояний, при этом оболочка 4у не остается все время заполненной двумя электронами.
Иногда оказывается энергетически более выгодным перебросить один из электронов из 4у-оболочки в Згг'-оболочку. У никеля получается такая конфигурация: ()к)1) = (КБ) ЗзгЗреЗг(е4хг, причем символ КЕ, означает полностью заполненные К- и Е-оболочки. Максимальное число электронов в с(-состоянии равно 1О. Поэтому у никеля для полного заполнения М-оболочки не хватает двух электронов в с(-состоянии. У следующего за нике- 288 11. Многоапактронныв атомы лем элемента меди Сц добавляется один электрон, при этом энергетически более выгодным является перераспределение электронов, в результате которого Зет'-состояние оказывается полностью заполненным, а в 4т-состоянии остается лишь один электрон, и конфигурация меди имеет вид (Сп) = (К(.М) 4го т.
е. ее конфигурация аналогична конфигурации щелочных металлов. У последующих элементов происходит заполнение 4ки 4р-оболочки (всего восемь элементов), т.е. конфигурации внешних электронов повторяют конфигурации 2-го и 3-го периода. У криптона Кг завершается заполнение 4я- и 4р-состояний, в результате чего криптон является инертным газом. На криптоне завершается первый болыпой период периодической системы элементов, состоящий из 10 + 8 = 18 элементов. Затем повторяется четвертый период. У рубидия тхЬ, идущего после криптона, начинается заполнение 5х-состояния, поскольку это оказывается энергетически более выгодным, чем заполнение 4г(- и 4)'-состояний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
