4.2. Электронные слои и оболочки и их заполнение.

Электроны с заданным n образуют определённый слой, содержащий при полном его заполнении, электронов.

Электроны с различными при заданном n образуют оболочку, содержащую, при полном её заполнении, эквивалентных электронов.

В соответствии с таблицей 6.1 (?!) имеем такую картину:

• Самый внутренний слой соответствует n=1 и состоит только из одной оболочки . Он заполняется 2-мя электронами.

• Следующий слой n=2, состоит из 2-х оболочек и и заполняется 8-ю электронами.

• Последующие слои n=3, 4, 5 … состоят из 3-х, 4-х, 5-ти оболочек, заполненяются 18, 32, 50…электронами.

Слои с n=1, 2, 3, 4, 5, 6 часто называют K, L, M, N, O, P – слоями.

Электроны стремятся заполнить состояния с наименьшей энергией. Энергия электрона тем меньше, чем меньше n (из (6.4)); с уменьшением n не только уменьшается знаменатель , но и увеличивается , т.к. эффективный заряд ядра будет больше из-за уменьшения экранирования. Слои заполняются с n=1, 2…

Заполнение слоёв с последовательными значениями n определяет общую структуру периодической системы элементов.

Начало любого периода (горизонтальная строка) соответствует началу заполнения соответствующего слоя. В начале периодической системы происходит полное заполнение слоёв (это 1-й и 2-й периоды, и 8).

Дальнейшее заполнение слоёв осложняется тем, что, наряду с зависимостью энергии электрона от n, существенна и её зависимость от при заданном n и поэтому нужно учитывать не только порядок заполнения слоёв, но и порядок заполнения оболочек.

Как уже знаем, в сложных атомах энергия электрона тем меньше при заданном n, чем меньше . Эффективный заряд , входящий в (6.4) (?!), при заданном n увеличивается с уменьшением , а постоянная экранирования уменьшается; s-электроны экранируют меньше, чем p–электроны; p-электроны меньше, чем d–электроны, т.е.

Вследствие того, что энергия электронов при заданном n тем меньше, чем меньше , сначала заполняется оболочка ns, затем np, nd, nf и т.д.

В силу зависимости энергии от при , электроны с большими n и меньшими оказываются связанными прочнее, чем электроны с меньшими n и большими . Электрон 4s оказывается связанным прочнее, чем электрон 3d, электрон 5s прочнее, чем электроны 4d и 4f, а 6s прочнее 5d, 5f, 5g и 4f.

Это приводит к тому, что действительный порядок заполнения слоёв и оболочек оказывается следующим:

1 s²; 2s²2p⁶ ; 3s²3p⁶ ; 4s²3d¹⁰4p⁶; 5s²4d¹⁰5p⁶; 6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶…

2 8 8 18 18 32

Периоды	Оболочки
1 2 3 4 5 6 7	1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d

Числа 2,8,8,18,18,32-количество электронов в периодах

Тогда для периодической системы можно расписать:

В длинных периодах 4 и 5 имеется заполнение “более внутренней” (с меньшим n) оболочки d десятью электронами, а в 6-ом периоде, кроме того, оболочки f 14-тью электронами. Заполнение оболочки nd приводит к появлению характерных групп переходных элементов от Sc до N (в 4 периоде, n=3), от Y до Pd (в 5 периоде, n=4) и от Ln до Pt (в 6-ом периоде, n=5), а заполнение оболочки 4f – к появлению группы редких земель – лантаноидов, состоящей из 14 элементов. В 7-ом периоде происходит заполнение оболочки 5f; ей соответствует вторая редкоземельная группа – актиниды, в которую входят урановые и трансурановые элементы.

Итак, благодаря тому, что электроны с меньшим , связаны более прочно, чем электроны с большим , даже если для них n больше, порядок заполнения оказывается более сложным.