Справочники / Врублевский А.И. Химия. Теоретический курс для подготовки к ЕГЭ
.pdf
Глава 2. Строение ядер и электронных оболочек атомов |
71 |
Запрещенными (невозможными) являются в |
принципе |
невозможные состояния атома. Таковыми являются состояния, в которых, например, нарушено правило 2:
тЛ |пт
Примеры электронных конфигураций других невозможных состояний атома: Ip1, 2s3, 2р10, 2б?2, Зй?11.
2.9. ЭЛЕКТРОННЫЕ КОНФИГУРАЦИИ ИОНОВ
Рассмотрим электронные конфигурации одноатомных ионов. Для аниона число электронов больше, а для катиона — меньше, чем для нейтрального атома. При этом число лишних (анион) или недостающих (катион) электронов равно заряду иона. В случае аниона «лишние» электроны заселяют после
дующие более высокие по энергии подуровни, например:
17С1 : l.s,22.s,22/?63.s'23p5 +1е> СТ": ls22s22p63s23p6.
Для катиона электроны «снимаются» с внешнего электрон ного слоя, например:
19К : Ls’22.s,22/?63.s'23/?64.s'1 К+ : ls22s22p63s23p6.
Соотношения между электронными конфигурациями атомов и ионов:
э° |
Э"~, Э"- |
Э°; |
Э° |
пе ■, эн+ эп+ -+^ эо |
|
Например, если электронная конфигурация аниона Э2~
I .v22.s'22p6, то электронная конфигурация электронейтрального атома будет 1522s22/>6~2 —> \s22s22p\ В случае катиона Э3+ с
электронной конфигурацией l.s'22.s,22p6 для нейтрального атома
имеем:
\s22s22p6 +Зе > l.s-22.s’22/p63.v23/?1.
76 |
Общая химия |
где h = h/2n (h — постоянная Планка), т. е. момент, возникающий при движении.
Число значений / равно числу энергетических подуровней,
на которые расщепляется данный энергетический уровень в случае атомов с Z > 1. Таким образом, первый энергетический уровень состоит из одного подуровня, второй — из двух, тре тий — из трех и т. д.
Энергетический подуровень можно охарактеризовать как совокупность электронных состояний с определенным набором квантовых чисел ни/.
В зависимости от значения / энергетические подуровни и отвечающие им АО имеют определенные буквенные обозначения
(табл. 2.3).
Таблица 2.3
Буквенные обозначения энергетических подуровней и АО для разных значений I
Значение / |
0 |
1 |
2 |
3 |
Обозначение |
S' |
р |
d |
f |
подуровня и АО |
|
|
|
|
Все АО, для которых I = 0, имеют сферическую форму,
I = 1 — гантелеобразную и т. д. (см. рис. 2.9).
Состояние электрона с определенными значениями ни/
записывается в виде сочетания цифры (номер энергетического уровня п) и буквенного обозначения /, например: 15 (и = 1, /= 0), 2р (п = 2, 1=1), 2d (п = 3, 1 = 2). Для данного энергетического уровня с увеличением значения / энергия электрона возрастает. Так, энергия 2р-подуровня выше энергии 25-подуровня, однако различие их энергии меньше, чем для 15- и 25-подуровней.
Несмотря на то что каждый атом имеет бесконечное число энергетических уровней и подуровней, в образовании химических связей участвуют электроны, находящиеся на наиболее близких по энергии внешних энергетических уровнях и подуровнях, на пример в атомах второго периода это 25- и 2р-электроны второ го (внешнего) энергетического уровня. Переход электронов на
третий энергетический уровень и вовлечение в образование химических связей 3s-, Зр- и 3J-AO затруднены из-за высокой
Глава 2. Строение ядер и электронных оболочек атомов |
79 |
Характер заполнения однотипных АО определяет правило Хунда: в пределах данного энергетического подуровня электроны заполняют АО так, чтобы их суммарный спин был максимальным.
Например, для трех электронов на 2р-подуровне:
П| Т I |
I Т I X | Т |
Xms = +1/2 - 1/2 + 1/2 = +1/2 |
Ж = +1/2 - 1/2 + 1/2 = -1/2 |
возбужденные состояния
Т | Т | Т
Yms = +1/2+1/2 + 1/2 = +3/2
основное состояние
Таким образом, энергия электрона зависит от значений кван товых чисел ни/. Логично предположить, что между энергией (с одной стороны) и значениями п и I (с другой стороны) суще ствует связь. Эту связь установил В. М. Клечковский; последо вательность заполнения электронами энергетических уровней и подуровней определяется двумя правилами Клечковского.
Первое правило Клечковского: заполнение электронами ор биталей происходит в направлении возрастания суммы п + /.
Второе правило Клечковского: при одинаковом значении суммы н +1 раньше заполняется подуровень с меньшим значе
нием п.
Например, для 4s- и Зс/-подуровней:
4s: п +1 = 4 + 0 = 4; 3<7: п + / = 3 + 2 = 5.
Поскольку для 45-подуровня сумма п + 1 меньше, то он за полняется раньше (первое правило Клечковского).
В случае 3d- и 4р-подуровней:
3d: п +1 = 3 +■ 2 = 5; 4р: п + I = 4 + 1 = 5,
т. е. суммы п +1 равны, но раньше будет заполняться Зо?-под- уровень, для которого значение п меньше (второе правило Клеч
ковского).