5. Принцип Паули. Определение электронной емкости уровней, подуровней и орбиталей. Правило Хунда.

Принцип паули:

В атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырёх квантовых чисел.

Правило хунда:

Сначала все орбитали заполняются лишь на половину, и лишь потом полностью.

Электронная емкость уровня определяется емкостью составляющих его энергетических подуровней и численно равна 2n² (максимальная емкость энергетического уровня)

Электронная емкость подуровня определяется числом атомных орбиталей в подуровне исходя из емкости каждой АО и численно равна 2(2l + 1) электронов (максимальная емкость энергетического подуровня) (примерный порядок: 2,6,10,14 — соответственно уровни: 2,8,18,32 и т.д., до 7 уровней, по числу периодов)

Согласно принципу (запрету) Паули, в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырёх квантовых чисел. Это означает, что любые два электрона должны иметь разным значение хотя бы одного квантового числа. Принцип Паули служит для определения электронной ёмкости атомной орбитали.

Конкретная атомная орбиталь представляет собой квантовую ячейку с конкретным набором чисел n, l и m. Поэтому, чтобы не входить в противовес с принципом Паули, атомная орбиталь может содержать максимум 2 электрона с противоположными (антипараллельными) спинами: для одного из электронов m_s=+1/2, для другого электрона m_s=-1/2. Электроны с антипараллельными спинами, принадлежащие одной и той же атомной орбитали, принято называть спаренными; если атомная орбиталь содержит один электрон, он называется неспаренным; атомная орбиталь, не содержащая электронов, называется вакантной.

6. Порядок заполнения подуровней электронами. Правила Клечковского, электронные и электронографические формулы.

Электронное строение многоэлектронных атомов обусловлено определенной последовательностью заполнения орбиталей. Эта последовательность, подчиняется принципу наименьшей энергии – любая система, в том числе и электроны в атоме, стремится занять положение с наименьшей энергией. Выгоднее всего электронам разместиться на 1s‑подуровне. Однако принцип Паули ограничивает емкость каждого энергетического подуровня, так как орбиталь может содержать не более двух электронов. Поэтому электроны будут занимать последовательно орбитали в порядке возрастания энергии. Энергия электронов в многоэлектронном атоме определяется двумя квантовыми числами n и l. Распределение энергий уровней и подуровней многоэлектронных атомов в зависимости от n и l подчиняется правилам клечковского:

1. из двух подуровней меньшей энергией обладают подуровни с наименьшей суммой n+l, поэтому заполнение подуровней происходит в порядке увеличения суммы (n+l)

2. если суммы n+l одинаковы, то наименьшей энергией обладает подуровень с меньшим числом n, т.е. при одинаковых значениях суммы (n+l) заполнение подуровней происходит в порядке возрастания главного квантового числа n.

Следствия из правил Клечковского:

• заполнение d–подуровня отстает на один уровень, т.е. 3d заполняется после 4s, 4d– после 5s и т.д.,

• заполнение f–подуровня отстает на два уровня, т.е. 4f заполняется после 6s, а 5f–после 7s-подуровня.

Порядок заполнения атомных орбиталей по мере увеличения энергии: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f ≈ 5d < 6p < 7s < 5f ≈ 6d < 7p < 8s (это правило Клечковского, также правило n + l и правило Маделунга).

Электронную формулу атома изображают следующим образом: каждому энергетическому уровню соответствует определенное главное квантовое число n, обозначаемое арабской цифрой; за каждой цифрой следует буква, соответствующая энергетическому подуровню и обозначающая орбитальное квантовое число. Верхний индекс у буквы показывает число электронов, находящихся в подуровне. Например, электронная формула атома натрия имеет следующий вид:

₁₁N 1s²2s²2p⁶3s¹

Электронно-графические формулы обычно изображают для валентных электронов. В такой формуле все электроны помечаются стрелочками, а ячейками (квадратиками) – орбитали. В одной ячейке не может находиться более двух электронов. Рассмотрим на примере ванадия. Сначала записываем электронную формулу и определяем валентные электроны:

+74 W)₂)₈)₁₈)₃₂)₁₂)₂