1626435910-98d12f7c1a67c8f6e5fdab7067ff707a (844345), страница 28
Текст из файла (страница 28)
А критерием такой прочной связи является глубина терма, определяемая по правилу Гунда. Теперь конкретно рассмотрим образование электронных конфигураций и атомных термов отдельных элементов. Нейтральным атомом с одним электроном является водород (Н). Самой глубокой орбитой его электрона будет орбита !з. Так как при этом ? = О и 5 = з = — и 25 -1- 1 = 2, то основным состоянием является 1 2 состояние з517з. Увеличивая заряд на единицу и добавляя один электрон, получим атом гелия (Не), На основании принципа Паули оба электрона с антипараллельными спинами могут находиться в первой оболочке (К-оболочка, и:=1). Поэтому в основном состоянии й =-т,=О, 5=т,,+ т,,=0,25+! =-!и, следовательно, основным состоянием является '5 (синглетное состояние).
По принципу Паули в первой оболочке с главным квантовым числом и =- 1 может быть максимум два электрона. Поэтому эта оболочка с электронной конфигурацией основного состояния гелия будет замкнутой оболочкой. В периодической системе элементов (см. табл. ?) водород и гелий образуют первый период. Схематическое изображение основного состояния элементов первого периода можно представить в следующем виде Н Д~ »з з5, Не (»»)' !зз '5,, Следующий (второй) период включает в себя 8 элементов: ! 1, Ве, В, С, Х, О, Е и !че. Схематические изображения основных со- стояний этих элементов даются в виде 1з 2в 2р 1з'2з з5ыз 1зз2зз ~5 1з'2зз 2р 'Р ! зз 2зз 2р' зР 1зз2з 2рзв5згз 1зз 2зз 2р' зр 1зз 2зз 2Р "Рз1з 1зз 2зз 2рв з5 Кй!йзз~::Л ццгцц~~'тШ НЖЛШШ КШцг1зПП Хе ~»- »-~~:~Б»»~»»! 17Э Увеличивая заряд ядра на единицу и вводя третий электрон, получим литий (1.!).
Так как К-оболочка замкнута, то третий электрон может попасть в 0-оболочку (п=2). В основном состоя- 1 нии (1з'28) 1=0, 1.=0, 5=8= — 25+ 1=2 и, отсюда, атомный 2 терм будет '54/з (дублет). Следующим элементом с четырьмя электронами будет бериллие, (Ве). В самом глубоком состоянии четвертый электрон помещается в оболочке и =- 2, 1 == О. Согласно принципу Паули последний 28-электрона должны иметь противоположные спины. Отсюда следует, что основным состоянием (/. = О, 5 = 0) является состояние 454. Так как 28-оболочка заполнена, то пятый электрон у атома бора (В) должен находиться в состоянии с более высоким значением 1. В данном случае наиболее глубоким является состояние при 1 = 1.
Так как, за исключением одного электрона, все электроны бора находятся в замкнутых оболочках (все онн образуют пары), !о нор- 1 мальному состоянию (1. = 1 = 1, 5 = з = — ) отвечает дублетный терм 'Р /,. У бора (как и ряда других элементов) может осуществляться и другая конфигурация, а именно 18', 282р', т. е, один электрон помещается в 2з-оболочке, а два других — в оболочке 2р (или на более высоких орбитах).
Так как в этом случае квантовое число результирующего спина 5 равно 3/2 (и 25 + 1 = 4), то должны быть и квартетные термы (экспериментально эти термы еще не обнаружены). Следующим элементом с шестью электронами является углерод (С), В незамкнутой 2р-оболочке находится два эквивалентных электрона, Согласно таблице 5, это дает три терма: 'Р, '0 и '5, которые соответствуют электронной конфигурации 18'28'2р'. По правилу Гунда из них 4Р является самым низким и отвечает основному состоянию атома углерода, что подтверждается спектроскопическим методом. Основному состоянию 'Р всегда сопутствуют два метастабильных состояния '0 и '5, из которых, согласно правилу Гунда, первое отвечает более низкому уровню энергии. Кроме указанных термов спектроскопичсским методом обнаружен еше терм '5м обусловленный возбужденным состоянием, Появление такого терма может быть объяснено тем, что электрон из 28-орбиты переходит в 2р-орбиту, в результате чего получается конфигурация 184282р".
Для понимания образования состояния '54 сначала мы найдем возможные термы для трех эквивалентных 2р-злектронов. Согласно таблице 5, этими термами являются '5, 40 и 'Р. По правилу Гунда 45-состояпие должно быть наиболее устойчивым состоянием; ему соответствуют /. ~ =- 0 и 54 = "/,, Последние квантовь1е числа должны комбинироваться с квантовыми числами 28-электрона со значе- 180 пнями; 1.4 — 0 и 54 = '/,. Таким образом, возможные значения 1. и 5 для всей конфигурации будут: 1 =~,+/.,=0 5=5,+5,=2,1.
Так как мультиплетность определяется выражением 25 ",— 1, то этп результирующие квантовые числа приводят к термам '5 и '5, из которых по правилу Гунда наиболее устойчивому состоянию отвечает '5. Важность терма 45 и, следовательно, конфигурации 1842з2р,' состоит в том, что он обусловливает четырехвалентность углерода. Следу!ишим элементом по порядку является азот (!1/) с электронной конфигурацией !з'2842рз. Здесь в низких оболочках мы имеем три эквивалентных 2р-электрона.
По таблице 5 состояния этого атома могут быть определены следующими термами: '5, '0 и 'Р. Из этих термов по правилу Гунда основному состоянию азота отвечает '5, которому сопутствуют метастабильные состояния 40 и 'Р. В состоянии '5 все три 2р-электрона должны иметь параллельные спины. Остальными элементами второй группы являются кислород (О) с электронной конфигурацией 1з'28'2р', фтор (Г) с электронной конфигурацией 1828'2р' и неон (Ие) с замкнутыми электронными оболочками !з'28'2р'. У кислорода в незамкнутой 2р-оболочке находится 4 эквивалентных электрона, из которых два являются холостыми. По таблице 5 состояния определяются 4Ръ '0-, 45-термах!и. Основному состоянию отвечает терм 'Р.
У фтора (Г) имеются 5 эквивалентных 2р-электронов; следовательно, для заполнения 2роболочкп не хватает только одного электрона. Поэтому основной терм будет такой же, как терм для конфигурации с одним 2р-электроном (как, например, у бора), т. е. терм 'Р. Последний элемент второго периода, исон (Ие), характерен своими замкпутымп оболочками.
Все результирующие моменты равны нул!о, поэтому основным состоянием его, как у гелия, будет '5,. Как и в случае гелия, энергия, необходимая для перехода в возбужденное состояние, очень большая, ибо при этом должно быть изменено главное квантовое число. Опыт показывает, что химическая инертность обусловлена наличием терма '5„ т. е.
замкнутостью всех электронных оболочек и большой величиной потенциала возбуждения или ионизации. Поэтому гелий, неон и вообще все последние элементы периодов, обладающие замкнутыми оболочками, отличаются химической инертностью. Валентность элементов в общем случае определяется числом холостых (песпаренных) электронов в основном состоянии. Это видно из электронных конфигураций рассмотренных элементов. Так, например, у водорода, лития и фтора имеется один холостой элек- 18! 18 25 2р с~г>тт3 18» 282Р» '5.
Точно так же двухвалентность бериллия и трехвалентность бора свя- заны с электронными конфигурациями возбужденного состояния 1з 28 2р в. 8 ~В Ш~ ] „,, „,, П1~'«Ш 3~ «2»''», Третий период состоит также из восьми элементов, а именно Иа, Мд, А!, 51, Р, Б, С1, Лг, со следующими копфигурацпямп: Зз Зр !з 28 2р на 11 !1 11 11 11 18«28»2р'Зз «5~>» ! 8» 28» 2Р« Ззв '5« !з'28»2р'Зз»ЗР «РО 18» 28«2Р' 38«ЗР» «Р 18«28 2р«38»ЗР» «5»1 ! зв 28« 2рв 38«ЗР« 'Р 1з»28«2р«38«Зрв «Р» !8»28«2Р«38»3)>в '5«. мц 11 !1 11 д! !11111 Аг Согласно принципу Паули в Е-оболочке могут находиться не больше восьми электронов (Не); поэтому девять<й электрон в атоме натрия (!4а) должен войти в Л4-оболочку. Самое низкое состояние при этом будет ! = О; следовательно, основным состоянием натрия является !8»28«2Р«38»5ы«.
Таким образом, начиная с натрия, происходит заполнение Зз- и Зр-оболочек и заканчивается аргоном (Лг). Элементы третьего периода в основном состоянии имеют такие же элск- 182 трон и эти элементы действительно только одновалентны. Кислород имеет два холостых электрона, азот — три холостых электрона и, соответственно с этим, кислород двухвалентен, азот трехвалентен и т. д. В некоторых случаях валентность элемента определяется холостыми электронами возбужденного состояния атома.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
