1.2.2 Принципы заполнения атомных орбиталей.

1 Принцип минимальной энергии требует, чтобы электроны заселяли АО в порядке увеличения энергии элекронов на этих орбиталях (в основном состоянии каждый электрон располагается так, чтобы энергия системы была минимальной). Это отражает общее правило – максимуму устойчивости системы соответствует минимум ее энергии. В многоэлектронных атомах электрон находится не только в поле ядра, но и в поле других электронов. Поэтому энергия в многоэлектронных атомах определяется не только главным, но и орбитальным квантовым числом, а вернее их суммой..Энергия атомных орбиталей возрастает по мере увеличения суммы n + l (первое правило Клечковского); при одинаковой сумме сначала заполняется уровень с меньшим n и большим l (второе правило Клечковского) Энергия атомных орбиталей возрастает согласно ряду Клечковского:

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

Пример.

Какие орбитали атома заполняются раньше: а) 3d или 4s; б)3d или 4р; в) 6s или 4f?

Посчитаем сумму n + l во всех этих случаях:

а) так как сумма квантовых чисел меньше для 4s, чем для 3d, то первым будет заполняться электронами именно 4s- подуровень, хотя он и формально находится дальше от ядра, чем 3d;

б) так как сумма квантовых чисел одинакова, то первым будет заполняться 3d-подуровень, поскольку он характеризуется меньшим значением n;

в) так как сумма квантовых чисел одинакова, то первым будет заполняться 4f - подуровень, поскольку он характеризуется меньшим значением n.

Таблица 2 – Сумма n и l

Задание	Подуровень	n	l	Сумма
а	3d	3	2	5
	4s	4	0	4
б	3d	3	2	5
	4р	4	1	5
в	6s	6	0	6
	4f	4	0	6

Из всего вышеизложенного следует, что заполнение d- подуровня электронами запаздывает на один период, а f- подуровня - на два периода.

2. Принцип Паули: в многоэлектронном атоме не может быть даже двух электронов с одинаковым набором четырёх квантовых чисел. То есть, два любых электрона в атоме (ионе) должны отличаться друг от друга значением хотя бы одного квантового числа, поэтому на одной орбитали может быть не более двух электронов с противоположными спинами (спаренных электрона). Каждый подуровень содержит 2l + 1 орбитали, на которых размещаются не более 2(2l + 1) электронов. Следовательно, емкость s-орби–талей – 2, p-орбиталей – 6, d-орбиталей – 10 и f-орбиталей – 14 электронов.

3. Правило Гунда (Хунда): наименьшей энергией обладает электронная конфигурация с максимальным спином (то есть при заселении орбиталей с одинаковой энергией (например, трех p-орбиталей px, py и pz) электроны в первую очередь располагаются поодиночке на каждой орбитали и лишь потом начинается заполнение вторыми электронами.). Это означает, что если на p-орбитали три электрона, то они располагаются так: , и суммарный спин= 3/2, а не так:,= 1/2. Объясняется данный факт тем, что в соседних ячейках электроны меньше отталкиваются друг от друга, как одноименно заряженные частицы.