1626435914-6d29faf22cc9ba3862ba4ac645c31438 (844347), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Как мы увидим в дальнейшем, на примере атомов щелочных металлов (см. гл. 8, с. 217), прочность связи электрона может при этом увеличиваться в несколько раз. Наиболее значителен этот эффект для в-электронов; для них электронная плотность в начале координат отлична от нуля (см. б 6.3, с. 175), что особенно способствует упрочению их связи. $7.4. Ход звнолнення электронных слоев н оболочек Рассмотрим более детально ход заполнения слоев и оболочек для последовательных элементов, показанный в табл.
7.2 (с. 205). В этой таблице для каждого элемента указано в сокращенной записи число электронов в последних заполняюшихся оболочках (например, для Сг (Я = 24) авв означает наличие пяти электронов Зб и одного электрона 4в), и легко выписать полную электронную конфигурацию (для Сг 1вз2в 2р»Зв ЗрвЗав4в) Для первых трех периодов системы Менделеева заполнение идет в нормальном порядке !в, 2в, 2р, Зв, Зр и у Аг (Я = 18) заканчивается заполнение оболочек Зв 2 в 7.4. Ход заполнения элекгпронных слоев и оболочек 209 и Зр М-слоя (и = 3).
Аргон представляет аналог неона с заполненными внешними б оболочками 2в~ и 2рб. У К (Я = 19) начинается заполнение четырехквантовой оболочки (п = 4). Это указывает на то, что энергия электрона 4а меньше энергии электрона Зд. Оболочка 4а заполняется полностью, т. е. двумя электронами, у следующего элемента— Са (Я = 20), и затем, начиная с 8с (Я = 21), происходит заполнение «более внутренней» трехквантовой оболочки Зд (и = 3) — ее «достройка». При этом энергии связи электронов 4а и Зд близки друг к другу и между этими электронами происходит «конкуренция», что отмечено в табл.
7.2 скобками. В частности, для Сг (Я = 24) более выгодной конфигурацией оказывается такая, при которой в состоянии Зд связывается лишний электрон, а в состоянии 4а остается лишь один электрон. Здесь проявляется тенденция электрона Зд с меньшим и быть связанным прочнее электрона 4а с большим и. При этом особенно выражено стремление электронов Зд образовывать либо заполненную наполовину (Зд ), либо полностью укомплектованную (Зд'б) д-оболочку. У Сц (Я = 29) оболочка Зд уже полностью заполнена, но в состоянии 4в имеется лишь один электрон. У Яп (Я = 30) добавляется второй электрон 4в, после чего, начиная с Оа (Я = 31), заполняется оболочка 4р, заканчивающаяся у Кг (Я = Зб). Элементы от Оа до Кг аналогичны элементам от В до 1че и от А1 до Аг. Четвертый, большой период системы заканчивается у Кг и, таким образом, соответствует заполнению оболочек 4в, Зд и 4р.
С КЬ (Я = 37) начинается заполнение пятиквантовой оболочки 5в; дальнейшее заполнение происходит аналогично четвертому периоду. После оболочки 5г достраивается оболочка 4д, причем происходит конкуренция электронов 4д и 5а. Тенденция электрона 4д быть связанным прочнее электрона 5а проявляется весьма сильно. Для большинства элементов, у которых заполняется оболочка 4д, в оболочке 5а имеется лишь один электрон, а у Рд (Я = 46) стремление к образованию заполненной оболочки 5д'б настолько велико, что оболочка 5в остается вообще незаполненной. Оболочка 5а окончательно заполняется у Сд (Я = 48), после чего у элементов от 1и (Я = 49) до Хе (Я = 54) заполняется оболочка 5р.
Хе является последним элементом в пятом периоде. Пятый период аналогичен четвертому периоду и соответствует заполнению оболочек 5а, 4д и 5р. С Сз (Я = 55) начинается заполнение шестиквантовой оболочки ба, однако дальнейшее заполнение осложняется тем, что с электронами ба конкурируют, наряду с электронами 5д, и электроны 47. У Еа (Я = 57) один электрон попадает в оболочку 5д, однако у следующих элементов электроны 5д отсутствуют и достраивается оболочка 4/; только у Од (Я = 64) и, возможно, у ТЬ (Я = 65) в оболочку 5д попадает опять один электрон.
Заполнение «редкоземельной» оболочки заканчивается у ЪЬ (Я = 70), а начиная с 1ц (Я = 71) происходит окончательное заполнение оболочки 5д, которое заканчивается у Ац (Я = 79). При этом продолжается конкуренция злектб1зонов ба и 5д с выраженной тенденцией к образованию заполненной оболочки 5д' . Так, у Рг (Я = 78) в оболочке ба имеется один электрон. Шестой период заканчивается элементами от Т1 (Я = 81) ло йп (Я = 86), у которых заполняется оболочка брб. С искусственного элемента Ег (Я = 87) начинается заполнение семиквантовой оболочки 7ж Затем происходит конкуренция электронов 7а, бд и 5 7, причем, и отличие от конкуренции электронов бе, 5д и 47" в шестом периоде, тенденция к заполнению г-оболочки сперва выражена менее сильно.
Не только 210 Глава 7. Электронные оболочки и периодическая система у Ас (Я = 89), но и у Тй (Я = 90) еше нет 5г-электронов, один 64-электрон остается у !/ (Я = 92) и !Чр (Я = 93). бд-электроны уже отсутствуют у Рц (Я = 94) и Азп (Я = 95) [254а[. У далеких трансурановых элементов — эйнштейния Ез (Я = 99), фермия Ргп (Я = 100) и менделевия Мг! (Я = 1О!) — несомненно должна заполняться только оболочка 5!, а электроны бд отсутствуют. До сих пор мы говорили о ходе заполнения электронных слоев и оболочек нейтральных атомов. Спектроскопическими методами, наряду с нейтральными атомами, широко изучаются ионы. При ионизации атом сперва теряет наиболее слабо связанный электрон, превращаясь в однократно заряженный ион, затем теряет следующий по прочности связи электрон, превращаясь в двукратно заряженный ион, и т.д. Члены изоэлектронного ряда, состоящего из нейтрального атома с числом электронов Я и ионов с числом электронов Я вЂ” !е (а-кратность ионизации, !г = 1, 2, 3,...
), обладают значительным подобием. Они обычно имеют нормальные электронные конфигурации с одинаковым распределением электронов по слоям и оболочкам, аналогичным образом расположенные уровни энергии и схожие спектры. При этом с увеличением заряда ядра при том же числе внешних электронов увеличиваются расстояния между уровнями. Как мы видели лля простейшего изоэлектронного ряда (6.1) эти расстояния увеличиваются пропорционально Я' (см. (6.13)), Для,сложных атомов увеличение расстояний между уровнями определяется увеличением эффективного заряда Я' в формуле (7.6).
Если постоянные экранирования сохраняют свои значения при увеличении заряда ядра (что в ряде случаев имеет место с хорошей степенью приближения, особенно для внутренних электронных оболочек), то при переходе от нейтрального атома элемента с порядковым номером Я к изоэлектронному с ним !г-кратно заряженному иону элемента с порядковым номером Я+ а эффективный заряд Я' = Я вЂ” оы заменяется зарядом Я* = Я + !г — оы —— Я* + 7е.
Энергии уровней будут относиться, как Я„з (Я, + и)з (7.15) Так как Я* для разных уровней может быть разным (ббльшим для более глубоких уровней и меньшим для более высоких), то и масштаб расстояний между уровнями может меняться лля них различным образом. При наличии конкуренции между различными электронами, например в начале достройки 4- и Г-оболочек, при изменении заряда ядра может меняться относительная прочность связи этих электронов и последовательность уровней будет различной. Типичным примером является изоэлектронный ряд Сз!, Ва П, !л П1 и Се 1Ч (55 электронов); для Сз ! и Ва П нормальным состоянием внешнего электрона является состояние ба, для !.а ГП вЂ” состояние 5д и для Се 1Ч— состояние 47' (см.
подробнее гл. 8, с. 237). В 7.5. Свойства элементов с заполненными и незаполненными оболочками Физические и химические свойства элементов определяются в основном наиболее слабо связанными электронами во внешних оболочках. Элементы с аналогичными конфигурациями внешних электронов, отличающимися только главными квантовыми числами при тех же азимутальных числах, обладают схожими свойствами и относятся к той же химической группе. Так, для щелочных металлов характерно наличие одного внешнего а-электрона вне заполненных внутренних слоев: у !л— электрона 2з (заполнен слой и = 1 электронами 1а), у !Ча — электрона Зв (заполнен й 7.5.
Свойства элементов с заполненными и незаполненными оболочками 21! слой п = 2 электронами 2в и 2р), у К вЂ” электрона 4в (заполнен слой п = 3 электронами Зв и Зр) и т.д. Для элементов третьей группы характерно наличие трех внешних электронов пв пр: 2в 2р у В, Зв'Зр у А1, 4в'4р у Оа и т.д. Число внешних электронов определяет максимальную валентность элемента. В приведенных примерах она равна 1 и 3 соответственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
