Правила заполнения электронной структуры атома: принцип наименьшей энергии (правило Клечковского), правило Гунда, принцип Паули и следствия из него. Показать на примере.

Date: 2015-10-07; view: 870.

Вопрос 9

Правило Клечковского (также Правило n+l; также используется название правило Маделунга) — эмпирическое правило, описывающее энергетическое распределение орбиталей в многоэлектронных атомах.

Правило Клечковского гласит:

Заполнение электронами орбиталей в атоме происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел ~n+l. При одинаковой сумме раньше заполняется орбиталь с меньшим значением ~n.

Пример: заполнение Скандия:
Что должно заполняться первый 3d-или 4s-подуровне?

Подсчитаем сумму:
3d ^ (n = 3; l = 2, Z = 5); 4s ^ (n = 4; l = 0; Z = 4). Итак, 4s-подуровень должен заполняться раньше, чем 3d-.

Правило Гунда (Хунда) определяет порядок заселения электронами орбиталей, имеющих одинаковую энергию. Оно было выведено немецким физиком-теоретиком Ф. Гундом (Хундом) в 1927 г. на основе анализа атомных спектров.

Согласно правилу Гунда, заселение орбиталей, относящихся к одному и тому же энергетическому подуровню, начинается одиночными электронами с параллельными (одинаковыми по знаку) спинами, и лишь после того, как одиночные электроны займут все орбитали, может происходить окончательное заселение орбиталей парами электронов с противоположными спинами. В результате суммарный спин (и сумма спиновых квантовых чисел) всех электронов в атоме будет максимальным.

Принцип Паули - показывает максимально возможное число электронов на энергитическом уровне.

Принцип: В атоме состояние любых 2-х электронов должны различаться хотя бы по 1-м из 4-х квантовых чисел (Ml), (Ms).

Пример: n = 1; l = 0; Ml = 0; Ms = 1/2; -1/2 => (1S2)

n = 2; l = 0; Ml = 0; Ms = 1/2; -1/2 => (2S2)

n = 3; l = 1; Ml = 0; Ms = 1/2; -1/2

Ml = 1; Ms = 1/2; -1/2

Ml = - 1; Ms = 1/2; -1/2 => (2S2; 2p6) }-8(e).

n = 3; l = 0; Ml = 0; Ms = 1/2; -1/2 => (3S2)

l = 1; Ml = 1; 0; -1; Ms = 3 x (1/2; -1/2) => (3p6)

l = 2; Ml = -2; -1; 0; 1; 2; Ms = 5 x (1/2; -1/2) => (3d10) } - 18(e)

n = 3; l = 0; Ml = 0; Ms = 1/2; -1/2 => (4S2)

l = 1; Ml = 1; 0; -1; Ms = 3 x (1/2; -1/2) => (4p6)

l = 2; Ml = -2; -1; 0; 1; 2; Ms = 5 x (1/2; -1/2) => (4d10)

l = 3; Ml = -3; -2; -1; 0; 1; 2; 3; Ms = 7 x (1/2; -1/2) => (4f14) } -32(e)

n(e) = 2n^2 - (n-№ энергитического уровня).

n(e) = 2(2l + 1) - (l- орбитальное квантовое число).

n(e) = n^2 - (число орбиталей на энергитическом уровне).

Из этого следует, что максимальное количество электронов на энергетическом уровне – 32. По s, p, d и f подуровням распределяются следующим образом: 2+6+10+14=32.

Следствие из закона Паули: максимальное число электронов в уровне равно удвоенному значению квадрата главного квантового числа.

Следствием принципа является наличие электронных оболочек в структуре атома, из чего, в свою очередь, следует разнообразие химических элементов и их соединений.