6. Законы, определяющие положение электронов в атоме

6.1.. Любая частица стремится к минимальному запасу потенциальной энергии.

6.2. Запрет Паули. В атоме не может быть двух электронов, имеющих одинаковые значения всех четырёх квантовых чисел. Запрет Паули определяет электронную ёмкость орбиталей, подуровней и уровней. Электронная ёмкость уровней рассчитывается по формуле:N = 2n², где N – число электронов на данном уровне, n – главное квантовое число.

6.3. Принцип Хунда На данном энергетическом подуровне электроны располагаются таким образом, чтобы модуль их суммарного спина был максимальным.

6.4. Первый закон Клечковского. Электронами в первую очередь заполняются орбитали с меньшим значением суммы главного и орбитального чисел, а затем уже орбитали с большим значением суммы этих двух чисел. Согласно первому закону Клечковского, в первую очередь заполняются электронами nS-орбитали, а затем (n-1)d, которые имеют больший запас потенциальной энергии.

6.5. Второй закон Клечковского. Если две орбитали имеют одинаковое значение суммы главного и орбитального чисел, то в первую очередь электронами заполняется та орбиталь, у которой главное квантовое число имеет меньшее значение.

7. Порядок заполнения атомных орбиталей.

Заполнение электронами энергетических уровней и подуровней происходит в соответствии с принципом минимальной энергии, правилами Гунда и Клечковского:

(2.3):

Пример 1. Напишите электронную формулу элемента Al и иона Al³⁺.Какие значения квантовых чисел n, l, m _l, m _s имеют валентные электроны атома ?

Решение. 1. Электронную формулу атома алюминия составим согласно формуле (2.3):

.

Ион Al³⁺имеет на три электрона меньше. чем нейтральный атом. При образовании иона в данном случае уходят электроны с внешнего третьего уровня. Таким образом, электронная формула иона алюминия будет выглядеть следующим образом: Al³⁺: .

2. Известно, что валентными для s и p- элементов являются электроны внешнего слоя. Для атома алюминия это 3s²3p¹.

Состояние электрона в атоме описывается набором четырех квантовых чисел в виде групп символов nl^x:

а) n- главное квантовое число, определяется по номеру заполненного уровня;

б) l- побочное (орбитальное) квантовое число. Для s-подуровня l=0; для р-подуровня – l=1; для d-подуровня – l=2 и т.д.; х - число электронов на этом подуровне;

в) m _l – магнитное квантовое число, принимающее следующие значения: ;

г) m _s - спиновое квантовое число, принимающее значения 1/2.

Для определения квантовых чисел необходимо распределить валентные электроны по квантовым ячейкам:

13 Al	3s2					3p1
							
n=	3 3						3 1 -1
l=	0 0
ml = ms=	0 0

 

8.Упражнения для самоконтроля направлены на закрепление следующих понятий:

1. определение количества элементарных частиц в атоме, составление уравнений ядерных реакций.

2. Составление электронных формул атомов и ионов элементов

3. Определение квантовых чисел электронов.