4.2. Электронные слои и оболочки и их заполнение.

Электроны с заданным nобразуют определённыйслой, содержащий при полном его заполненииэлектронов.

Электроны с различными при заданномnобразуютоболочку, содержащую, при полном её заполнении, эквивалентных электронов.

В соответствии с таблицей 3.1 имеем такую картину:

• Самый внутренний слой соответствует n=1 и состоит только из одной оболочки . Он заполняется 2-мя электронами.

• Следующий слой n=2, состоит из 2-х оболочек и и заполняется 8-ю электронами.

• Последующие слои n=3, 4, 5 … состоят из 3-х, 4-х, 5-ти оболочек, заполняются 18, 32, 50…электронами.

Слои с n=1, 2, 3, 4, 5, 6 часто называют K, L, M, N, O, P – слоями.

Электроны стремятся заполнить состояния с наименьшей энергией. Энергия электрона тем меньше, чем меньше n (из (4.4)); с уменьшениемnне только уменьшается знаменатель , но и увеличивается , т.к. эффективный заряд ядра будет больше из-за уменьшения экранирования. Слои заполняются сn=1, 2…

Заполнение слоёв с последовательными значениями nопределяет общую структуру периодической системы элементов.

Начало каждого периода (горизонтальная строка) соответствует началу заполнения соответствующего слоя. В начале периодической системы происходит полное заполнение слоёв (это 1-й и 2-й периоды, и 8).

Дальнейшее заполнение слоёв осложняется тем, что, наряду с зависимостью энергии электрона от n, существенна и её зависимость от при заданномnи поэтомунужно учитыватьне только порядок заполнения слоёв, но и порядок заполнения оболочек.

Как уже знаем, в сложных атомах энергия электрона тем меньше при заданном n, чем меньше . Эффективный заряд , входящий в (4.4), при заданномnувеличивается с уменьшением , а постоянная экранирования уменьшается;s-электроны экранируют меньше, чемp–электроны;p-электроны меньше, чемd–электроны, т.е.

Вследствие того, что энергия электронов при заданном nтем меньше, чем меньше, сначала заполняется оболочка ns, затем np, nd, nf и т.д.

В силу зависимости энергии от приэлектроны с большимиnи меньшимиоказываются связанными прочнее, чем электроны с меньшимиnи большими. Электрон 4s оказывается связанным прочнее, чем электрон 3d, электрон 5sпрочнее, чем электроны 4dи 4f, а 6sпрочнее 5d, 5f, 5gи 4f.

Это приводит к тому, что действительный порядок заполнения слоёв и оболочек оказывается следующим:

1s²; 2s²2p6 ; 3s²3p6 ; 4s²3d¹°4p6; 5s²4d¹°5p6; 6s²4f¹45d¹°6p6…

2 8 8 18 18 32

Цифрами указано количество электронов в периодах.

Тогда для периодической системы можно расписать:

Периоды	Оболочки
1 2 3 4 5 6 7	1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d

В длинных периодах 4 и 5 имеется заполнение “более внутренней” (с меньшим n) оболочкиdдесятью электронами, а в 6-ом периоде, кроме того, оболочкиf14-тью электронами. Заполнение оболочкиndприводит к появлению характерныхгрупп переходных элементовотScдоN(в 4 периоде,n=3), отYдоPd(в 5 периоде,n=4) и отLnдоPt(в 6-ом периоде,n=5), а заполнение оболочки 4f– к появлению группы редких земель –лантаноидов, состоящей из 14 элементов. В 7-ом периоде происходит заполнение оболочки 5f; ей соответствует вторая редкоземельная группа –актиниды, в которую входят урановые и трансурановые элементы.

Итак, благодаря тому, что электроны с меньшим связаны более прочно, чем электроны с большим, даже если для нихnбольше, порядок заполнения оказывается более сложным.