2.1.9. Послідовність заповнення електронами енергетичних рівнів у багатоелектронних атомах

На основі сучасної теорії будови атома встановлені електронні структури атомів усіх елементів.

Найстійкішим є такий стан атома, у якому електрони перебувають у найнижчих енергетичних станах, тобто розміщуються на найближчих до ядра енергетичних рівнях. Енергія електрона визначається квантовими числами n і l.

Послідовність заповнення атомних електронних орбіталей залежно від головного та орбітального квантових чисел дослідив учений Клечковський. Він установив, що енергія електрона зростає зі збільшенням суми цих двох квантових чисел, тобто величини (n+l). Відповідно до цього вчений сформулював таке положення (перше правило Клечковського): під час збільшення заряду ядра атома послідовне заповнення електронних орбіталей відбувається від орбіталей з меншим значенням суми головного й орбітального квантових чисел (n+l) до орбіталей з більшим значенням цієї суми. У разі однакових величин суми (n+l) енергія електрона тим вища, чим більше значення головного квантового числа n. У подібних випадках заповнення електронами енергетичних підрівнів визначається другим правилом Клечковського: за однакових значень суми (n+l) заповнення орбіталей відбувається послідовно в напрямі зростання значення головного квантового числа n. Коли значення енергії близьких підрівнів дуже мало відрізняються між собою, то порядок заповнення підрівнів ускладнюється, і електрони можуть перебувати то на одному, то на іншому підрівні.

У багатоелектронних атомах заповнення електронами всіх енергетичних рівнів і підрівнів залежно від їх енергії відбувається в такій послідовності:

1s–2s–2p–3s–3p–4s–3d–4p–5s–4d–5p–6s–5d–4f–6p–7s–6d–5f–7p.

Відповідно до наведеної схеми послідовності заповнення енергетичних рівнів електронами змінюватиметься і енергія електронів. На кожному наступному енергетичному рівні енергія електронів більша, ніж на попередньому, а зв’язок із ядром відповідно менший. У межах певного енергетичного рівня енергія електронів збільшується під час переходу із s- на p-орбіталь і з p- на d-орбіталь.

Заповнення електронами еквівалентних орбіталей відбувається згідно з правилом Гунда: сумарне спінове число електронів певного підрівня має бути максимальним. Наприклад, якщо атом має три електрони на р-підрівні, то вони розміщуються на р_x-, p_y-, p_z-орбіталях, тобто на кожній орбіталі буде по одному електрону. У разі іншого розміщення електронів (двох на одній орбіталі та третього на іншій) сумарне спінове число буде меншим, ніж у першому варіанті.

Отже, електрони певного підрівня займають максимально можливу кількість еквівалентних орбіталей. При цьому на орбіталях розміщуються електрони з паралельними спінами, після чого заповнюються орбіталі електронами з антипаралельними спінами.

Підсумки

Необхідно зрозуміти

1.Атом має складну будову.

2.Мікрооб’єкти характеризуються єдністю визначених і невизначених властивостей.

3. Електрон може знаходитися у будь-якій частині простору, який оточує ядро атома, однак імовірність його перебування в тій чи іншій частині атома неоднакова.

4. Згідно з квантово-механічною теорією стан електрона в атомі характеризується значеннями чотирьох квантових чисел: n – головного, l – орбітального, m_l – магнітного, s – спінового.

Треба вміти

1. Записувати електронні та графічні формули атомів елементів I-ІІІ періодів та їх простих іонів (катіонів, аніонів), атомів неметалічних елементів II і III періодів у збудженому стані.

2. Визначати склад електронних оболонок (енергетичних рівнів та підрівнів) атомів елементів I-III періодів.

Слід запам’ятати

1.Правила заповнення електронами енергетичних рівнів у багатоелектронних атомах.

2.Значення і фізичний зміст квантових чисел.

2.2. ПЕРІОДИЧНА CИСТЕМА ЕЛЕМЕНТІВ

І ПЕРІОДИЧНИЙ ЗАКОН

2.2.1. Періодичний закон Д.І.Менделєєва

Аналізуючи дані про внутрішній взаємозв'язок між групами подібних за властивостями речовин, Д.І.Менделєєв дійшов висновку, що хімічні й фізичні властивості обумовлюються фундаментальними й загальними характеристиками хімічного елемента. Однією з таких учений обрав атомну масу елемента. Із цього приводу він писав, що вся суть і природа елементів виражається в їх масі.

Розташувавши відомі на той час 63 елементи в порядку зростанняїх атомних мас, тобто склавши перший варіант своєї таблиці, Д.І.Менделєєв помітив, що хімічні властивості елементів закономірно змінюються. Елементи з однаковими властивостями періодично повторюються через певну кількість елементів, а їх хімічні й фізичні властивості є періодичною функцією атомної маси.