Jakelulle on ominaista seuraavat säännöt:

Paulin periaate;

Gundin sääntö;

vähiten energian periaate ja Klechkovsky-sääntö.

Tekijä: Paulin periaate Atomilla ei voi olla kahta tai useampaa elektronia, joiden kaikkien neljän kvanttiluvun arvo on sama. Pauli-periaatteella voit asettaa kullekin energiatasolle ja alatasolle maksimikapasiteetin.

	Alataso, ℓ	Alatason nimitys	Magneettinen kvanttiluku, m	Spin kvanttiluku, s
			3, -2, -1, 0, 1, 2, 3

Tällä tavalla, elektronien enimmäismäärä per:

s -alataso - 2,

p - alataso - 6,

d -alataso - 10,

f -alataso - 14.

Kvanttitason n sisällä elektroni voi ottaa 2n 2 eri tilan arvot, mikä määritettiin empiirisesti spektrianalyysillä.

Gundin sääntö : kullakin alatasolla elektroneilla on taipumus miehittää maksimimäärä vapaita energiakennoja, joten kokonaisspin arvo on suurin.

Esimerkiksi:

oikein väärin väärin

3r 3:

s = +1/2+1/2+1/2=1,5 s = -1/2+1/2+1/2=0,5 s = -1/2+1/2-1/2 = -0,5

Vähiten energian periaate ja Klechkovsky-sääntö: elektronit täyttävät ensisijaisesti kvanttiradat minimienergialla. Koska atomin energiavarasto määräytyy pää- ja kiertoradan kvanttilukujen summan (n + ℓ) perusteella, elektronit täyttävät ensin kiertoradat, joiden summa (n + ℓ) on pienin.

Esimerkiksi: summa (n + ℓ) 3d-alatasolle on n = 3, l = 2, eli (n + ℓ) = 5; 4s-alitasolle: n = 4, ℓ = 0, joten (n + ℓ) ) = 4. Tässä tapauksessa 4s-alitaso täytetään ensin ja vasta sitten 3d-alitaso.

Jos kokonaisenergia-arvot ovat yhtä suuret, niin taso, joka on lähempänä ydintä, asutetaan.

Esimerkki: 3d: n=3, ℓ=2 , (n + ℓ) = 5 ;

4p:lle: n = 4, ℓ = 1, (n + ℓ) = 5.

Koska n = 3 < n = 4, 3d täytetään elektroneilla ennen 4 p.

Tällä tavalla, täyttötasojen ja alitasojen järjestys elektroneilla atomeissa:

1 s 2 <2 s 2 <2 p 6 <3 s 2 <3 p 6 <4 s 2 <3 d 10 <4 p 6 <5 s 2 <4 d 10 <5 p 6 <6 s 2 <5 d 10 ≈ 4 f 14 <6 p 6 <7s 2 …..

Elektroniset kaavat

Elektroninen kaava on graafinen esitys elektronien jakautumisesta atomin tasoilla ja alatasoilla. Kaavoja on kahdenlaisia:

kirjoitettaessa käytetään vain kahta kvanttilukua: n ja ℓ. Pääkvanttinumero on merkitty numerolla ennen alitason kirjainmerkintää. Ratakvanttiluku on merkitty kirjaimella s, p, d tai f. Elektronien lukumäärä ilmaistaan ​​numerolla eksponenttina.

Esimerkiksi: +1 H: 1s 1; +4 Be: 1s 2 2s 2 ;

2 Hän: 1s 2 ; +10 Ne: 1s 2 2s 2 2p 6 ;

3 Li: 1 s 2 2 s 1; +14 Si: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 .

Eli sarja

1 s 2 <2 s 2 <2 p 6 <3 s 2 <3 p 6 <4 s 2 <3 d 10 <4 p 6 <5 s 2 <4 d 10 <5 p 6 <6 s 2 <5 d 10 ≈ 4 f 14 <6 p 6 <7s 2 …..

graafinen elektroninen kaava - kaikkia 4 kvanttilukua käytetään - tämä on elektronien jakautuminen kvanttisoluissa. Pääkvanttiluku on kuvattu vasemmalla, kiertorata - alareunassa kirjaimella, magneettinen - solujen lukumäärä, spin - nuolien suunta.

Esimerkiksi:

8 O:…2s 2 2p 4

Graafista kaavaa käytetään vain valenssielektronien kirjoittamiseen.

Harkitse elementtien elektronisten kaavojen kokoamista jaksoittain.

I-jakso sisältää 2 elementtiä, joissa I-kvanttitaso ja s-alataso ovat täysin täynnä elektroneja (maksimi elektronien määrä alatasoa kohti on 2):

2 Hän: n = 1 1 s 2

Elementit, joissa s-alataso täytetään viimeksi, määritetään s -perhe ja soita s -elementtejä .

II-jakson elementit täyttävät II-kvanttitason, s- ja p-alatason (maksimi elektronien määrä p-alatasolla on 8).

3 Li: 1 s 2 2 s 1; 4 Ole: 1s 2 2s 2 ;

5 B: 1s 2 2s 2 2p 1; 10 Ne: 1s 2 2s 2 2p 6

Elementit, joissa p-alitaso on täytetty viimeksi, määritetään p-perhe ja soita p-elementtejä .

III jakson elementit alkavat muodostaa III kvanttitason. Na ja Mg täyttävät 3s-alitason elektroneilla. Elementeille 13 Al - 18 Ar täytetään 3p-alitaso; 3d-alitaso jää tyhjäksi, koska sen energiataso on korkeampi kuin 4s-alataso, eikä sitä täytetä jakson III elementeillä.

3d-alataso alkaa täyttyä IV-jakson elementeistä ja 4d - V-jakson elementeistä (sekvenssin mukaisesti):

19 K: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1; 20 Ca: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2;

21 Sc: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 ; 25 kk: 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4s 2 3d 5 ;

33 As: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p3; 43 Tc: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p6 5s 2 4d 5

Elementit, joissa d-alataso täytetään viimeksi, määritetään d -perhe ja soita d -elementtejä .

4f täytetään vasta VI-jakson 57. elementin jälkeen:

57 La: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3p 10 4p 5 5s 2 4p 10 5p 6 6s 2 5d 1 ;

58 Ce: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3p 10 4p 5 5s 2 4p 10 5p 6 6s 2 5d 1 4f 1 ;

Kvanttitason V populaatio elektronien mukaan etenee samalla tavalla kuin jakso IV. Siten havaitaan aiemmin esitetty tasojen ja alatasojen populaation sarja elektronien mukaan:

6s 2 5p 10 4f 14 6p 6

uuden kvanttitason populaatio elektronien avulla alkaa aina s-alatasolta. Tietyn jakson elementtien osalta vain ulomman kvanttitason s- ja p-alatasot ovat täyttyneet elektroneista;

d-alatason populaatio viivästyy jaksolla I; 3d-alataso täytetään jakson IV elementeille, 4d - alataso periodin V elementeille jne.;

alitason elektronipopulaatio f viivästyy 2 jaksoa; 4f-alataso on asutettu ajanjakson VI elementeillä, 5f-alitaso on täytettävä jakson VII elementeillä ja niin edelleen.

Mendelejevin jaksollinen elementtijärjestelmä.

Jaksottainen kemiallisten alkuaineiden järjestelmä (jaksollinen järjestelmä) - kemiallisten alkuaineiden luokitus, joka määrittää alkuaineiden eri ominaisuuksien riippuvuuden atomiytimen varauksesta.

ryhmät

Ryhmä tai perhe on yksi jaksollisen taulukon sarakkeista. Ryhmille on yleensä ominaista selvemmät jaksolliset trendit kuin jaksot tai lohkot.

Kansainvälisen nimeämisjärjestelmän mukaisesti ryhmille annetaan numerot 1-18 suunnassa vasemmalta oikealle - alkalimetalleista jalokaasuihin.

Jaksot

Jakso - rivi jaksollisessa taulukossa. Elementit näyttävät tietyn ajanjakson sisällä tiettyjä kuvioita kaikissa kolmessa edellä mainitussa aspektissa (atomisäde, ionisaatioenergia ja elektronegatiivisuus) sekä elektronien affiniteetin energiassa.

Lohkot

Atomin ulomman elektronikuoren merkityksen vuoksi jaksollisen järjestelmän eri alueita kuvataan joskus lohkoiksi, jotka nimetään sen mukaan, missä kuoressa viimeinen elektroni on. S-lohko sisältää kaksi ensimmäistä ryhmää, eli alkali- ja maa-alkalimetallit sekä vedyn ja heliumin; P-lohko koostuu kuudesta viimeisestä ryhmästä (13 - 18 IUPAC-nimistandardin mukaan tai IIIA - VIIIA amerikkalaisen järjestelmän mukaan) ja sisältää muun muassa kaikki metalloidit. D-lohko - nämä ovat ryhmiä 3 - 12 (IUPAC), ne ovat myös amerikkalaiseen tyyliin IIIB - IIB, jotka sisältävät kaikki siirtymämetallit. F-lohko, joka yleensä otetaan pois pöydästä, koostuu lantanideista ja aktinideista.

D. I. Mendelejevin jaksollisesta järjestelmästä on tullut tärkeä virstanpylväs atomi- ja molekyylitieteen kehityksessä. Hänen ansiostaan ​​muodostui moderni käsite kemiallisesta alkuaineesta, selvennettiin ajatuksia yksinkertaisista aineista ja yhdisteistä.

Atomiytimen koostumus ja ominaisuudet.

Atomiydin- atomin keskusosa, johon sen päämassa on keskittynyt (yli 99,9%). Ydin on positiivisesti varautunut, ytimen varaus määrittää kemiallisen alkuaineen, johon atomi on osoitettu.

Atomiydin koostuu nukleoneista - positiivisesti varautuneista protoneista ja neutraaleista neutroneista, jotka ovat yhteydessä toisiinsa vahvan vuorovaikutuksen avulla.

Atomiydintä, jota pidetään hiukkasluokana, jossa on tietty määrä protoneja ja neutroneja, kutsutaan yleisesti nuklidi.

Protonien lukumäärää ytimessä kutsutaan sen varausnumeroksi - tämä luku on yhtä suuri kuin sen elementin järjestysnumero, johon atomi kuuluu, Mendelejevin taulukossa (jaksollinen elementtijärjestelmä). Protonien lukumäärä ytimessä määrää neutraalin atomin elektronikuoren rakenteen ja siten vastaavan alkuaineen kemialliset ominaisuudet. Neutronien lukumäärää ytimessä kutsutaan ytimeksi isotooppinen numero. Ydintä, jossa on sama määrä protoneja ja eri määrä neutroneja, kutsutaan isotoopeiksi. Ydintä, jossa on sama määrä neutroneja mutta eri määrä protoneja, kutsutaan isotoneiksi.

Ytimen nukleonien kokonaismäärää kutsutaan sen massaluvuksi () ja se on suunnilleen yhtä suuri kuin jaksollisessa taulukossa ilmoitettu atomin keskimääräinen massa. Nuklideja, joilla on sama massaluku mutta eri protoni-neutronikoostumus, kutsutaan isobaariksi.

Paino

Neutronien lukumäärän erosta johtuen alkuaineen isotoopeilla on eri massat, mikä on tärkeä ytimen ominaisuus. Ydinfysiikassa ytimien massa mitataan yleensä atomimassayksiköissä ( a. syödä.), yhdelle a. e. m. ota 1/12 nuklidin massasta 12 C [sn 2] . On huomattava, että nuklidille tavallisesti annettu standardimassa on neutraalin atomin massa. Ytimen massan määrittämiseksi on välttämätöntä vähentää kaikkien elektronien massojen summa atomin massasta (tarkempi arvo saadaan, jos otamme huomioon myös elektronien sitoutumisenergian ytimeen) .

Lisäksi ydinfysiikassa käytetään usein massan energiaekvivalenttia. Einsteinin suhteen mukaan jokainen massa-arvo vastaa kokonaisenergiaa:

Missä on valon nopeus tyhjiössä.

Suhde a. e.m ja sen energiaekvivalentti jouleina:

ja koska 1 elektroni voltti \u003d 1,602176 10 −19 J, niin energiaekvivalentti a. e.m to MeV on yhtä suuri kuin

Säde

Raskaiden ytimien hajoamisen analyysi tarkensi Rutherfordin arviota [SN 3] ja yhdisti ytimen säteen massalukuun yksinkertaisella suhteella:

missä on vakio.

Koska ytimen säde ei ole puhtaasti geometrinen ominaisuus ja liittyy ensisijaisesti ydinvoimien vaikutussäteeseen, arvo riippuu prosessista, jonka analyysissä arvo on saatu, m:n keskiarvo, siis säde. ytimestä metreinä

Lataa

Protonien määrä ytimessä määrää suoraan sen sähkövarauksen, isotoopeilla on sama määrä protoneja, mutta eri määrä neutroneja. .

Henry Moseley määritti atomiytimien varaukset ensimmäisen kerran vuonna 1913. Tiedemies tulkitsi kokeellisia havaintojaan röntgenaallonpituuden riippuvuudella tietystä vakiosta, joka muuttui yhdellä elementistä elementtiin ja yhtä vedyn osalta:

, missä

Ja - pysyvä.

Ydinten sitoutumisenergia.

Ytimen sitoutumisenergia on yhtä suuri kuin vähimmäisenergia, joka on käytettävä ytimen täydelliseen jakautumiseen yksittäisiksi hiukkasiksi. Energian säilymisen laista seuraa, että sitoutumisenergia on yhtä suuri kuin energia, joka vapautuu ytimen muodostuessa yksittäisistä hiukkasista.

Minkä tahansa ytimen sitoutumisenergia voidaan määrittää mittaamalla tarkasti sen massa. Tällä hetkellä fyysikot ovat oppineet mittaamaan hiukkasten - elektronien, protonien, neutronien, ytimien jne. - massoja erittäin suurella tarkkuudella. Nämä mittaukset osoittavat sen minkä tahansa ytimen massa M i on aina pienempi kuin sen protonien ja neutronien massojen summa:

Tämä energia vapautuu ytimen muodostumisen aikana y-kvanttien säteilyn muodossa.

Ydinvoimat.

ydinvoimat ovat lyhyen kantaman voimat. Niitä esiintyy vain hyvin pienillä etäisyyksillä nukleonien välillä ytimen luokkaa 10–15 m. Pituus (1,5–2,2) 10–15 m on ns. ydinvoimien valikoima.

Ydinvoimat löytävät maksun riippumattomuus : kahden nukleonin välinen vetovoima on sama riippumatta nukleonien varaustilasta - protoni tai neutroni. Ydinvoimien varausriippumattomuus nähdään sidosenergioiden vertailusta peiliytimiä . Mitä ytimiä kutsutaan?,jossa nukleonien kokonaismäärä on sama,mutta protonien lukumäärä yhdessä on yhtä suuri kuin neutronien määrä toisessa.

Ydinvoimat ovat kylläisyysominaisuus , joka ilmenee, että ytimessä oleva nukleoni on vuorovaikutuksessa vain rajoitetun määrän sitä lähimpänä olevien naapurinukleonien kanssa. Tästä syystä ytimien sitoutumisenergiat riippuvat lineaarisesti niiden massaluvuista A. Lähes täydellinen ydinvoimien kyllästyminen saavutetaan α-hiukkasessa, joka on erittäin vakaa muodostuma.

Ydinvoimat riippuvat pyörityssuunnat vuorovaikutuksessa olevia nukleoneja. Tämän vahvistaa orto- ja paravetymolekyylien neutronien sironnan erilainen luonne. Ortovetymolekyylissä molempien protonien spinit ovat yhdensuuntaisia ​​toistensa kanssa, kun taas paravetymolekyylissä ne ovat antirinnakkaiset. Kokeet ovat osoittaneet, että neutronien sironta paravedyssä on 30 kertaa suurempi kuin ortovedyssä. Ydinvoimat eivät ole keskeisessä asemassa.

Joten luetellaan ydinvoimien yleiset ominaisuudet :

lyhyt kantama ydinvoimat ( R~ 1 fm);

suuri ydinvoimapotentiaali U~ 50 MeV;

· ydinvoimien riippuvuus vuorovaikutuksessa olevien hiukkasten spineistä;

· nukleonien vuorovaikutuksen tensoriluonne;

· ydinvoimat riippuvat nukleonin spin- ja kiertoratamomenttien keskinäisestä suunnasta (spin-ratavoimat);

ydinvuorovaikutuksella on kyllästymisominaisuus;

ydinvoimien riippumattomuus;

ydinvuorovaikutuksen vaihtoluonne;

vetovoima nukleonien välillä suurilla etäisyyksillä ( r> 1 fm), korvataan torjunnalla pienellä ( r < 0,5 Фм).

Koska reagoivien atomien ytimet pysyvät muuttumattomina kemiallisten reaktioiden aikana, riippuvat atomien kemialliset ominaisuudet ensisijaisesti atomien elektronikuoren rakenteesta. Siksi käsittelemme yksityiskohtaisemmin elektronien jakautumista atomissa ja pääasiassa niitä, jotka määräävät atomien kemialliset ominaisuudet (ns. valenssielektronien) ja siten atomien ominaisuuksien ja niiden jaksollisuuden. yhdisteet. Tiedämme jo, että elektronien tilaa voidaan kuvata neljän kvanttiluvun joukolla, mutta atomien elektronikuorten rakenteen selittämiseksi sinun on tiedettävä seuraavat kolme pääehtoa: 1) Paulin periaate, 2) pienimmän energian periaate ja 3) osui Hundiin. Paulin periaate. Vuonna 1925 sveitsiläinen fyysikko W. Pauli vahvisti säännön, jota myöhemmin kutsuttiin Paulin periaatteeksi (tai Paulin poissulkemiseksi): atomissa voi olla kaksi elektronia, joilla on samat ominaisuudet. Kun tiedetään, että elektronien ominaisuuksia kuvaavat kvanttiluvut, Paulin periaate voidaan muotoilla myös näin: atomissa ei voi olla kahta elektronia, joissa kaikki neljä kvanttilukua olisivat samat. Ainakin yhden kvanttiluvuista l, /, mt tai m3 on välttämättä oltava erilainen. Eli elektronit, joilla on sama kvantti - Seuraavassa suostumme merkitsemään graafisesti elektroneja, joiden arvot ovat s = + lj2> nuolella T ja elektroneja, joiden arvot ovat J- ~ lj2 - nuolella Kaksi elektronia joilla on samat spinit, kutsutaan usein elektroneiksi, joilla on rinnakkaiset spinit, ja niitä merkitään ft:llä (tai C:llä). Kahta elektronia, joilla on vastakkaiset spinit, kutsutaan elektroneiksi, joilla on aptiparallel spin ja niitä merkitään | J:nnet luvut l, I ja mt ovat välttämättä erilaisia ​​spinissä. Siksi atomissa voi olla vain kaksi elektronia, joilla on sama n, / ja m, joista toinen m = -1/2, toinen m = + 1/2. Päinvastoin, jos kahden elektronin spinit ovat samat, yhden kvanttiluvuista on oltava erilainen: n, / tai mh n= 1. Silloin /=0, mt-0 ja t voivat olla mielivaltaisia ​​arvoja: +1/ 2 tai -1/2. Näemme, että jos n - 1, tällaisia ​​elektroneja voi olla vain kaksi. Yleisessä tapauksessa mille tahansa n:n arvolle elektronit eroavat ensisijaisesti sivukvanttiluvusta /, joka ottaa arvot välillä 0 - n-1. Annetulle, voiko/ voiko olla (2/+1) elektroneja, joilla on erilaiset magneettisen kvanttiluvun m arvot. Tämä luku on kaksinkertaistettava, koska annetut arvot l, / ja m( vastaavat kahta eri spin-projektion arvoa mx. Summalla ilmaistaan ​​siis maksimimäärä elektroneja, joilla on sama kvanttiluku l. Tästä on selvää, miksi ensimmäisellä energiatasolla voi olla enintään 2 elektronia, toisella 8, kolmannella 18 jne. Tarkastellaan esimerkiksi vetyatomia iH. Vetyatomissa iH on yksi elektroni ja tämän elektronin spin voidaan suunnata mielivaltaisesti (eli ms ^ + ij2 tai mt = -1 / 2), ja elektroni on s-co-tilassa ensimmäisellä energiatasolla. l-1:llä (Muista vielä kerran, että ensimmäinen energiataso koostuu yhdestä alatasosta - 15, toinen energiataso - kahdesta alatasosta - 2s ja 2p, kolmas - kolmesta alatasosta - 3 *, Zru 3d jne.). Alataso puolestaan ​​on jaettu kvanttisoluihin * (energiatilat määräytyy m:n mahdollisten arvojen lukumäärällä (ts. 2 / 4-1). Solu on tapana esittää graafisesti suorakulmiona , elektronin spinin suunta on nuolet, joten elektronin tila vetyatomissa iH voidaan esittää muodossa Ijt1, tai mikä on sama, "kvanttikennolla" tarkoitat * kiertorataa, jota luonnehtii sama joukko Kvanttilukujen n, I ja m arvoista * jokaiseen soluun mahtuu korkeintaan kaksi elektronia ayati-rinnakkaisspinnillä, mikä on merkitty ti:llä - Elektronien jakautuminen atomeissa Heliumatomissa 2He kvanttiluvut n -1, / \u003d 0 ja m (-0) ovat samat molemmille sen elektroneille, ja kvanttiluku m3 on erilainen. Heliumelektronin spinin projektiot voivat olla mt \u003d + V2 ja ms \u003d - V2 Heliumatomin 2He elektronikuoren rakenne voidaan esittää muodossa Is-2 tai, mikä on sama, 1S JA Kuvataan jaksollisen järjestelmän toisen jakson alkuaineiden viiden atomin elektronikuoren rakenne. : Elektronikuoret 6C, 7N ja VO on täytettävä juuri tällä tavalla, se ei ole itsestään selvää. Annettu spinien järjestely määräytyy ns. Hundin säännön mukaan (ensimmäisenä vuonna 1927 muotoiltu saksalainen fyysikko F. Gund). Gundin sääntö. Tietylle I:n arvolle (eli tietyn alitason sisällä) elektronit on järjestetty siten, että kokonaissata * on maksimi. Jos esimerkiksi on tarpeen jakaa kolme elektronia typpiatomin kolmeen / ^-kennoon, ne sijoittuvat kukin erilliseen kennoon, eli sijoitetaan kolmelle eri p-orbitaalille: Tässä tapauksessa kokonaissumma spin on 3/2, koska sen projektio on m3 - 4-1/2 + A/2 + 1/2 = 3/2 * Samaa kolmea elektronia ei voida järjestää näin: 2p NI koska silloin projektio kokonaismäärästä spin on mm = + 1/2 - 1/2+ + 1/2 = 1/2. Tästä syystä, kuten edellä, elektronit sijaitsevat hiili-, typpi- ja happiatomeissa. Tarkastellaanpa vielä seuraavan kolmannen jakson atomien elektronisia konfiguraatioita. Alkaen natrium-uNa:sta, kolmas energiataso pääkvanttiluvulla n-3 täyttyy. Kolmannen jakson kahdeksan ensimmäisen alkuaineen atomeilla on seuraavat elektroniset konfiguraatiot: Tarkastellaan nyt kalium 19K neljännen jakson ensimmäisen atomin elektronikonfiguraatiota. Ensimmäiset 18 elektronia täyttävät seuraavat orbitaalit: ls12s22p63s23p6. Näyttäisi siltä; että kaliumatomin yhdeksännentoista elektronin täytyy pudota 3d-alitasolle, joka vastaa n = 3 ja 1 = 2. Itse asiassa kaliumatomin valenssielektroni sijaitsee kuitenkin 4s-radalla. Kuorien lisätäyttö 18. elementin jälkeen ei tapahdu samassa järjestyksessä kuin kahdessa ensimmäisessä jaksossa. Elektronit atomeissa on järjestetty Paulin periaatteen ja Hundin säännön mukaisesti, mutta siten, että niiden energia on pienin. Vähimmän energian periaate (suurimman panoksen tämän periaatteen kehittämiseen antoi kotimainen tiedemies V. M. Klechkovsky) - atomissa jokainen elektroni sijaitsee niin, että sen energia on minimaalinen (mikä vastaa sen suurinta yhteyttä ytimeen) . Elektronin energian määrää pääasiassa pääkvanttiluku n ja sivukvanttiluku /, joten ensin täytetään ne alitasot, joilla kvanttilukujen arvojen summa pi / on pienin. Esimerkiksi elektronin energia 4s-alitasolla on pienempi kuin 3d-alitasolla, koska ensimmäisessä tapauksessa n+/=4+0=4 ja toisessa n+/=3+2= 5; alatasolla 5* (n+ /=5+0=5) energia on pienempi kuin Ad (l + /=4+ 4-2=6); 5p:llä (n+/=5 +1 = 6) energia on pienempi kuin 4/(l-f/= =4+3=7) jne. V. M. Klechkovsky muotoili ensimmäisen kerran vuonna 1961 yleisen väitteen, että elektroni perustila ei ole tason pienimmällä mahdollisella arvolla n, vaan summan pienimmällä arvolla n + / « Siinä tapauksessa, että pi / arvojen summat ovat yhtä suuret kahdelle alatasolle, alitaso pienempi arvo n. Esimerkiksi alitasoilla 3d, Ap, 5s pi/-arvojen summa on yhtä suuri kuin 5. Tällöin ensin täytetään alatasot, joilla on pienempi arvo n, ts. , 3dAp-5s jne. Mendelejevin jaksollisessa elementtijärjestelmässä elektronien tasoilla ja alatasoilla täyttymisjärjestys on seuraava (kuva 2.4). Elektronien jakautuminen atomeissa. Kaavio energiatasojen ja alitasojen täyttämisestä elektroneilla Siksi pienimmän energian periaatteen mukaan elektronin on monissa tapauksissa energisesti kannattavampaa miehittää "päällisen" tason alataso, vaikka "alemman" tason alataso. ei ole täytetty: Siksi neljännellä jaksolla täytetään ensin alataso 4s ja vasta sen jälkeen alataso 3d .

Jokainen atomikiertorata vastaa tiettyä energiaa. AO:n järjestys energiassa määräytyy kahdella Klechkovsky-säännöllä:

1) elektronin energia määräytyy pääasiallisen (n) ja kiertoradan ( l) kvanttilukuja, joten ensin elektronit täyttävät ne osatasot, joille summa (n + l) vähemmän.

Voidaan esimerkiksi olettaa, että 3d-alataso on energialtaan pienempi kuin 4 sekuntia. Kuitenkin Klechkovsky-säännön mukaan 4s-tilan energia on pienempi kuin 3d, koska 4s:lla summa (n + l) = 4 + 0 = 4 ja 3d:lle - (n + l) = 3 + 2 = 5.

2) Jos summa (n + l) on sama kahdelle alatasolle (esimerkiksi 3d- ja 4p-alitasoille tämä summa on 5), taso pienemmällä n. Siksi neljännen jakson alkuaineiden atomien energiatasojen muodostuminen tapahtuu seuraavassa järjestyksessä: 4s - 3d - 4p. Esimerkiksi:

21 Sc 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3p 1, 31 Ga 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1

Siten, ottaen huomioon Klechkovsky-säännöt, atomikiertoradan energia kasvaa sarjan mukaan

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

Merkintä. Merkki ≤ tarkoittaa, että AO-energiat ovat lähellä, joten tässä Klechkovsky-sääntöjen rikkominen on mahdollista.

Tämän sarjan avulla voidaan määrittää minkä tahansa atomin elektroninen rakenne. Tätä varten sinun on lisättävä ja sijoitettava elektroneja peräkkäin alitasoille ja atomikiertoradalle. Tässä tapauksessa on otettava huomioon Pauli-periaate ja kaksi Hundin sääntöä.

3. Paulin periaate määrittää AO:n kapasiteetin: Atomilla ei voi olla kahta elektronia, joilla on sama sarja kaikista neljästä kvanttiluvusta.

Toisin sanoen yksi AO, jolle on ominaista kolme kvanttilukua, mahtuu vain kaksi elektronia vastakkaisilla kierroksilla, ts. yhdelle AO:lle voidaan kirjoittaa kaksi mahdollista vaihtoehtoa sen täyttöön:

yksi elektroni ja kaksi elektronia ↓ .

Tässä tapauksessa yhden elektronin spinin suunnalla kiertoradalla ei ole väliä, on vain tärkeää, että kahden elektronin spineillä yhdessä AO:ssa on päinvastaiset merkit. Paulin periaate ja n:n arvojen keskinäinen riippuvuus, l, ja m määrittävät suurimman mahdollisen elektronien lukumäärän kiertoradalla, alatasolla ja tasolla (taulukko 2.4):

-yhdellä AO-2 elektroni;

- alatasolla l- 2 (2l+1) elektroni;

- tasolla n - 2n 2 elektroneja.

Taulukko 2.4

Elektronien jakautuminen

energiatasojen, alatasojen ja kiertoradojen mukaan

Energiataso	Pääkvanttiluku	Energian alataso	atomikiertoradat	Elektronien enimmäismäärä
				alataso	taso
1		s( l= 0)
		s( l= 0)
2		p( l= 1)
		s( l= 0)
3		p( l= 1)
		d( l=2)

4. Kaksi Hundin sääntöä kuvaavat järjestystä, jossa elektronit täyttävät yhden alitason AO:n:

Ensimmäinen sääntö: tietyllä alatasolla elektronit pyrkivät täyttämään energiatiloja (AO) siten, että niiden spinien summa absoluuttisena arvona on maksimi. Tässä tapauksessa järjestelmän energia on minimaalinen.

Harkitse esimerkiksi hiiliatomin elektronista konfiguraatiota. Tämän alkuaineen atominumero on 6. Tämä tarkoittaa, että atomissa on 6 elektronia ja ne sijaitsevat 2 energiatasolla (hiiliatomi on toisessa jaksossa), ts. 1s 2 2s 2 2p 2 . Graafisesti 2p-alitaso voidaan esittää kolmella tavalla:

m 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1

A B C

Vaihtoehdossa olevien kierrosten määrä a on yhtä kuin nolla. Vaihtoehtoissa b ja sisään spinien summa on yhtä suuri kuin: ½ +½ = 1 (kaksi parillista elektronia laskevat aina yhteen nollan, joten parittomat elektronit otetaan huomioon).

Valittaessa vaihtoehtojen välillä b ja sisään noudata Hundin toista sääntöä : tilalla, jossa on suurin (absoluuttinen) magneettisten kvanttilukujen summa, on pienin energia.

Hundin säännön mukaan optiolla on etu b(summa |1+ 0| on yhtä suuri kuin 1) , koska muunnelmassa sisään summa |+1–1| on yhtä kuin 0.

Määritellään esimerkiksi elementin vanadiini (V) elektroninen kaava. Koska sen atomiluku on Z = 23, alitasoille ja tasoille on sijoitettava 23 elektronia (niitä on neljä, koska vanadiini on neljännessä jaksossa). Täytämme peräkkäin: 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4s 2 3d 3 (alleviivattu keskeneräiset tasot ja alatasot). Elektronien sijoitus 3d-AO:lle Hundin säännön mukaan on:

Seleenin (Z = 34) täydellinen elektroninen kaava on: 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3p 10 4s 2 4p 4, neljäs taso on kesken.

Tämän alatason täyttäminen Hundin säännön mukaan: 4p

Erityinen rooli kemiassa on viimeisten tyhjien tasojen ja alatasojen elektroneilla, joita ns. valenssi(kaavoissa V, Se on alleviivattu). Esimerkiksi vanadiinissa nämä ovat täyttämättömän neljännen tason 4s 2 ja täyttämättömän alitason 3d 3 elektronit, ts. 5 elektronia on valenssi 4s 2 3d 3 ; seleenissä on 6 elektronia - 4s 2 4p 4 .

Viimeisen täytettävän alitason nimellä elementtejä kutsutaan s-elementeiksi, p-elementeiksi, d-elementeiksi ja f-elementeiksi.

Kuvattujen sääntöjen mukaisesti löydettyjä valenssielektronien kaavoja kutsutaan kanoninen. Itse asiassa kokeella tai kvanttimekaanisella laskennalla määritetyt todelliset kaavat eroavat jonkin verran kanonisista, koska Klechkovskyn sääntöjä, Paulin periaatetta ja Gundin sääntöjä rikotaan joskus. Näiden rikkomusten syitä käsitellään alla.

Esimerkki 1. Kirjoita muistiin alkuaineen, jonka atominumero on 16, atomin elektroninen kaava. Piirrä valenssielektronit graafisesti ja luonnehdi yksi niistä kvanttiluvuilla.

Ratkaisu. Atominumerolla 16 on rikkiatomi. Siksi ydinvaraus on 16, yleensä rikkiatomi sisältää 16 elektronia. Rikkiatomin elektroninen kaava on kirjoitettu: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4. (Valenssielektroni alleviivattu).

Valenssielektronien graafinen kaava:

Jokaisen atomin elektronin tilalle on ominaista neljä kvanttilukua. Elektroninen kaava antaa pääkvanttiluvun ja kiertoradan kvanttiluvun arvot. Joten merkitylle elektronille tila 3p tarkoittaa, että n = 3 ja l= 1 (p). Graafinen kaava antaa vielä kahden kvanttiluvun arvon - magneettisen ja spinin. Merkitylle elektronille m = -1 ja s = 1/2.

Esimerkki 2. Kuvaile skandiumatomin valenssielektroneja neljällä kvanttiluvulla.

Ratkaisu. Scandium on 4. periodissa, ts. viimeinen kvanttikerros on neljäs, 3. ryhmässä, ts. kolme valenssielektronia.

Valenssielektronien elektroninen kaava on: 4s 2 3d 1 .

Graafinen kaava:

Jos identtisillä hiukkasilla on samat kvanttiluvut, niin niiden aaltofunktio on symmetrinen hiukkasten permutaation suhteen. Tästä seuraa, että kaksi identtistä fermionia, jotka sisältyvät yhteen järjestelmään, eivät voi olla samoissa tiloissa, koska fermioneille aaltofunktion on oltava antisymmetrinen. Yhteenvetona kokeelliset tiedot V. Pauli muodosti periaate poikkeuksia , Jonka mukaan fermionijärjestelmiä löytyy luonnosta vain osavaltioissa,kuvataan antisymmetrisillä aaltofunktioilla(Pauli-periaatteen kvanttimekaaninen muotoilu).

Tästä asennosta seuraa Paulin periaatteen yksinkertaisempi muotoilu, jonka hän toi kvanttiteoriaan (1925) jo ennen kvanttimekaniikan rakentamista: identtisten fermionien järjestelmässä kumpikaan niistä ei voi samanaikaisesti olla samassa tilassa . Huomaa, että identtisten bosonien määrää samassa tilassa ei ole rajoitettu.

Muista, että elektronin tila atomissa määräytyy yksiselitteisesti joukon mukaan neljä kvanttilukua :

pää n ;

kiertoradalla l , yleensä nämä tilat tarkoittavat 1 s, 2d, 3f;

magneettinen ();

· magneettinen spin ().

Elektronien jakautuminen atomissa tapahtuu Paulin periaatteen mukaisesti, joka voidaan muotoilla atomille yksinkertaisimmassa muodossa: samassa atomissa ei voi olla enempää kuin yksi elektroni, jolla on sama neljän kvanttiluvun sarja: n, l, , :

Z (n, l, , ) = 0 tai 1,

missä Z (n, l, , ) on kvanttitilassa olevien elektronien lukumäärä, jota kuvaa neljän kvanttiluvun joukko: n, l, , . Näin ollen Paulin periaate sanoo, että kaksi elektronia ,samaan atomiin sitoutuneet eroavat arvoltaan ,vähintään ,yksi kvanttiluku .

Kolmen kvanttiluvun joukon kuvaamissa tiloissa olevien elektronien enimmäismäärä n, l ja m, ja ero vain elektronien spinien suunnassa on yhtä suuri kuin:

,

(8.2.1)

koska spin-kvanttiluku voi ottaa vain kaksi arvoa 1/2 ja –1/2.

Kahden kvanttiluvun määräämissä tiloissa olevien elektronien enimmäismäärä n ja l:

.

(8.2.2)

Tässä tapauksessa elektronin kiertoradan kulmamomentin vektori voi ottaa avaruuden (2 l+ 1) eri suunnat (kuva 8.1).

Pääkvanttiluvun arvon määräämä elektronien enimmäismäärä tiloissa n, vastaa:

.

(8.2.3)

Elektronijoukko monielektronisessa atomissa,joilla on sama pääkvanttiluku n,nimeltään elektronikuori tai kerros .

Jokaisessa kuoressa elektronit ovat jakautuneet pitkin alikuoret tätä vastaava l.

avaruuden alue,jossa on suuri todennäköisyys löytää elektroni, nimeltään alikuori tai kiertoradalla . Näkymä kiertoradan päätyypeistä on esitetty kuvassa. 8.1.

Koska kiertoradan kvanttiluku saa arvot välillä 0 - , osakuorten määrä on yhtä suuri kuin järjestysluku n kuoret. Osakuoressa olevien elektronien lukumäärä määräytyy magneettisten ja magneettisten spinkvanttilukujen perusteella: elektronien enimmäismäärä alikuoressa tietyllä l on yhtä kuin 2(2 l+ 1). Taulukossa on esitetty kuorien nimitykset sekä elektronien jakautuminen kuorien ja osakuorten yli. yksi.

pöytä 1

Pääkvanttiluku n

kuoren symboli

Suurin määrä elektroneja kuoressa

Ratakvanttiluku l

Subshell-merkki

Enimmäismäärä elektroneja sisään alikuori