Порядок распределения электронов по энергетическим уровням и подуровням в оболочке атома называют его электронной конфигурацией. Состояние каждого электрона в атоме определяется четырьмя квантовыми числами:
1. Главное квантовое число n в наибольшей степени характеризует энергию электрона в атоме. n = 1, 2, 3….. Наименьшей энергией электрон обладает при n = 1, при этом он наиболее близок к ядру атома.
2. Орбитальное (побочное, азимутальное) квантовое число l определяет форму электронного облака и в незначительной степени его энергию. Для каждого значения главного квантового числа n, орбитальное квантовое число может принимать нулевое и ряд целочисленных значений: l = 0…(n-1)
Состояния электрона, характеризующиеся различными значениями l, принято называют энергетическими подуровнями электрона в атоме. Каждый подуровень обозначается определенной буквой, ему соответствует определенная форма электронного облака (орбитали).
3. Магнитное квантовое число ml определяет возможные ориентации электронного облака в пространстве. Число таких ориентаций определяется числом значений, которое может принимать магнитное квантовое число:
ml = -l, …0,…+l
Число таких значений для конкретного l: 2l+1
Сответственно: для s-электронов: 2·0 +1=1 (сферическая орбиталь может быть ориентирована только одним способом);
для p-электронов: 2·1+1= 3 (три «гантели» p-электронов ориентированы в 3-х направлениях);
для d-электронов: 2·2+1= 5 (d- орбитали ориентированы в 5 направлениях).
4. Спиновое квантовое число ms отражает наличие у электрона собственного момента движения.
Спиновое квантовое число может иметь только два значения:ms = +1/2 или –1/2
Распределение электронов в многоэлектронных атомах происходит в соответствии с тремя принципами:
1. Принцип Паули
В атоме не может быть электронов имеющих одинаковый набор всех четырех квантовых чисел.
2. Правило Хунда (трамвайное правило)
В наиболее устойчивом состоянии атома электроны размещаются в пределах электронного подуровня так, чтобы их суммарный спин был максимален. Аналогично порядку заполнения двойных кресел в подошедшем к остановке пустом трамвае – сначала незнакомые друг с другом люди рассаживаются на двойные кресла (а электроны на орбитали) по-одному, и только когда пустые двойные кресла закончатся по-двое.
3. Принцип минимума энергии (Правила В.М. Клечковского, 1954)
1) При увеличении заряда ядра атома поcледовательное заполнение электронных орбиталей происходит от орбиталей с меньшим.значением суммы главного и орбитального квинтовых чисел (n + l ) к орбиталям с большим значением этой суммы.
2) При одинаковых значениях суммы (n +l ) заполнение орбиталей происходит последовательно в направлении возрастания значения главного квантового числа.
Периодичность в изменении свойств химических элементов при возрастании заряда ядра их атомов, является результатом периодического повторения структуры внешнего электронного слоя, что связанно с последовательным заполнением атомных орбиталей в соответствии с изложенными принципами и правилами.
С позиции знаний о структуре электронных оболочек атомов и закономерностей их заполнения электронами стало возможным понять и структуру таблицы элементов.
Периодом называют горизонтальную совокупность элементов, расположенных в порядке возрастания заряда ядра. Каждый период начинается s-элементом с конфигурацией внешнего электронного уровня ns1 и завершается p-элементом с конфигурацией внешнего электронного уровня ns2np 6 (кроме первого периода, который заканчивается элементом гелием с конфигурацией внешнего электронного уровня 1s2). Номер периода определяется значением главного квантового числа внешнего электронного уровня. Первые три периода, называемые малыми, состоят только из s- и p- элементов. В составе больших четвёртого и пятого периодов появляются d- элементы, а в шестой и седьмой периоды входят f- элементы. В связи с разным числом элементов в периодах в пределах малых периодов свойства элементов изменяются резко, в больших периодах – медленно.
Группой называют совокупность элементов, расположенных в таблице вертикально в порядке возрастания заряда ядра. В периодической системе имеется 8 групп. Каждая группа состоит из главной и побочной подгрупп. В состав главных подгрупп входят только s- или p- элементы (элементы малых и больших периодов), а побочных – d- и f- элементы (элементы больших периодов, f- элементы вынесены в отдельные строки внизу таблицы). Атомы элементов одной подгруппы являются полными электронными аналогами, т.е. распределение внешних валентных электронов по уровням у них полностью совпадает (за немногими исключениями, например, конфигурация внешнего электронного уровня Nb – 5s14d4 вместо 5s24d3 у остальных элементов побочной подгруппы V группы). Атомы элементов группы в целом не являются полными электронными аналогами.
Ваша оценка?
