4.4. Свойства элементов с заполненными и незаполненными оболочками.

Физические и химические свойства элементов определяются слабо связанными электронами во внешних оболочках. Элементы с аналогичными конфигурациями внешних электронов, отличающимися только главными кв. числами при тех же орбитальных числах, обладают схожими свойствами и относятся к той же химической группе.

Так, для Щелочных металлов характерно наличие одного внешнего s- электрона: у Li – 2s электрон, у Na – 3s… Для элементов III-ей группы – 3 внешних электрона: : B – 2sІ2p; Al – 3sІ3p…

Число внешних электронов определяет максимальную валентность элемента.

Особой устойчивостью обладают элементы с заполненными внутренними оболочками, у которых отсутствуют слабо связанные внешние электроны – это инертные газы с конфигурациями электронов последней заполненной оболочки . Эти элементы химически неактивны.

С точки зрения спектроскопических свойств важную роль играет отличие заполненных и незаполненных оболочек.

Утверждение 1. Для заполненной оболочки (или совокупности таких оболочек) значения орбитального, спинового и полного моментов количества движения=нулю, и ей соответствует один невырожденный уровень энергии; т.е. L=0, S=0, J=0 (4.6)

С точки зрения наглядных представлений можно сказать, что для заполненной оболочки происходит полная компенсация орбитальных и спиновых моментов отдельных электронов.

Состояние (4.6) обозначается .

S – указывает на значения L=0;

Индекс 1 – даёт мультиплетность χ=2S+1 – число возможных ориентаций полного спинового момента, равного в данном случае 1.

Индекс 0 – указывает значение J=0.

Утверждение 2. Для неполностью заполненной оболочки (или совокупности таких оболочек) получается ряд возможных значений, характеризующих её моментов количества движения, и ей соответствует ряд уровней энергии.

Это объясняется тем, что полной компенсации орбитальных и спиновых моментов электронов уже не происходит. Они могут складываться различным образом, и получится ряд состояний.

Вследствие взаимодействия моментов эти состояния будут обладать различной энергией, т.е. получается ряд уровней энергии.

Определение: основными характеристиками уровней энергии является чётность уровней и значения квантового числа J, определяющего значения полного механического момента атома.

I Чётность всех уровней и соответствующих им состояний определённой электронной конфигурации одинакова. Так можно говорить о чётных и о нечётных конфигурациях.

Правило:

• если конфигурация содержит чётное число электронов с нечётным , то она является чётной;

• если конфигурация содержит нечётное число электронов с нечётным , то она является нечётной;

• конфигурации, содержащие только электроны с чётным всегда чётные. [нечётные : p, f…; чётные : s, d…]

Все конфигурации, состоящие только из заполненных оболочек, являются чётными, т.к. содержат всегда чётное число электронов любого рода.

Конфигурации с незаполненными оболочками могут быть как чётными, так и нечётными, причём их чётность определяется только электронами в незаполненных оболочках.

Например, кремний: - чётная конфигурация, как содержащая чётное число нечётных р – электронов в незаполненной оболочке 3р.

фосфор: - нечётная конфигурация, т.к. содержит нечётное число нечётных р – электронов в оболочке 3р.

Уровни нечётных конфигураций принято в атомной спектроскопии обозначать индексом “О” справа сверху от символа уровня, а уровни чётных конфигураций пищутся без индекса.

II Квантовое число J для уровней конфигурации с незаполненными оболочками всегда принимает ряд значений, причём при чётном числе электронов в атоме все значения J будут целыми, а при нечётном числе электронов – полуцелыми.