Fiecare orbită atomică corespunde unei anumite energii. Ordinea AO pentru energie este determinată de două reguli Klechkovsky:
1) o energie de electroni este determinată în principal de valorile principale (n) și orbitală (l) numerele cuantice, deci electronii umple primele subnivele cele pentru care suma (n + l) mai puțin.
De exemplu, s-ar putea presupune că sub-subsolul este mai mic decât energia de 4 s. Cu toate acestea, conform regulii Klechkovskii, energia 4s-stat este mai mică decât 3d, 4s deoarece pentru suma (n + l) = 4 + 0 = 4, iar pentru 3d - (n + l) = 3 + 2 = 5.
2) Dacă suma (n + l) pentru cele două sublevels este aceeași (de exemplu, pentru subsilele 3d și 4p această sumă este 5), nivelul cu n mai mic este mai întâi umplut cu electroni. Prin urmare, formarea nivelelor energetice ale atomilor elementelor din a patra perioadă are loc în următoarea secvență: 4s - 3d - 4p. De exemplu:
21 Sc 1s 2s 2 2 2 2p 6 3s 3p 6 4s 3d 1. 2 31 2 Ga 1s 2s 2p 2 6 2 3s 4s 3p 6 3d 10 2 1 4p
Astfel, ținând seama de regulile Klechkovsky, energia orbitalilor atomici crește în funcție de serie
1s <2s <2p <3 <3p <4s ≤3d <4p <5s ≤ 4d <5p <6s ≤ 4f ≤ 5d <6p <7s ≤ 5f ≤ 6d <7p
Notă. Semnul ≤ înseamnă că energiile AO sunt apropiate, astfel încât este posibilă o încălcare a regulilor Klechkovsky.
Folosind această serie, putem determina structura electronică a oricărui atom. Pentru aceasta, este necesar să se adauge și să se introducă electroni în subsilele și orbitele atomice succesiv. Este necesar să se ia în considerare principiul Pauli și cele două reguli Hund.
3. Principiul Pauli determină capacitatea AO: nu pot exista doi electroni într-un atom cu același set dintre cele patru numere cuantice.
Cu alte cuvinte, pe un AO, caracterizat prin trei numere cuantice, se pot plasa doar doi electroni cu rotiri opuse; pentru un AO puteți scrie două opțiuni posibile pentru completarea acestuia:
4. Două reguli din Hund descriu ordinea umplerii unui subsol de către electronii AO:
Prima regulă: în acest subsol, electronii tind să umple stările energetice (AO) în așa fel încât suma rotirilor lor în magnitudine absolută să fie maximă. În același timp, energia sistemului este minimă.
De exemplu, luați în considerare configurația electronică a unui atom de carbon. Numărul atomic al acestui element este 6. Aceasta înseamnă că există 6 electroni în atom și sunt localizați la 2 niveluri de energie (atomul de carbon este în a doua perioadă), adică 1s 2s 2p 2p 2. Grafic 2p-subsub poate fi reprezentat în trei moduri:
m 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1
Suma rotirilor din varianta a este zero. În variantele b și în suma rotirilor este egală cu: 1 + 1 = 1 (doi electroni perechi din sumă dau întotdeauna zero, deci luăm în considerare electronii neparticipați).
Când alegem între variante, suntem ghidat de a doua regulă a lui Hund: energia minimă este o stare cu o valoare maximă (în valoare absolută) a numerelor magnetice cuantice.
În conformitate cu regula lui Gund, opțiunea b are avantajul (suma | 1 + 0 | este egală cu 1). deoarece în varianta în suma | + 1-1 | este egal cu 0.
Să determinăm, de exemplu, formula electronică a unui element de vanadiu (V). Din moment ce numărul său atomic este Z = 23, este necesar să se plaseze 23 de electroni pe subsoluri și nivele (există patru dintre ele, deoarece vanadiul se află în a patra perioadă). Completarea secvențială: 1s 2s 2s 2s 6s 3s 2s 3s 6s 4s 2 3d 3 (subliniate nivelurile și sublevels sunt subliniate). Plasarea electronilor pe 3d-AAO conform regulii Gund va fi:
Pentru seleniu (Z = 34), formula electronică totală: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4, al patrulea nivel este incomplet.
Umplerea acestui subsol în conformitate cu regula Gund: 4p
Un rol special în chimie îl joacă electronii ultimelor nivele și subsoluri, care sunt numite valențe (în formulele V, Se - subliniate). De exemplu, în vanadiu, se află electronii al patrulea nivel 4s nefolosit 4s 2 și nealimentat 3d 3 subsol. valența va fi de 5 electroni 4s 2 3d 3; seleniu 6 electroni - 4s 2 4p 4.
Cu numele ultimei subsoluri umplut, elementele se numesc s-elementele, p-elementele, d-elementele și elementele f.
Formulele de electroni de valență găsite prin metodele descrise se numesc formule canonice. În realitate, formulele reale, determinate prin experiment sau prin calculul cuantic-mecanic, diferă oarecum de cele canonice, Normele lui Klechkovski, principiul Pauli și regulile Gund sunt uneori încălcate. Motivele acestor încălcări sunt discutate mai jos.
Exemplul 1. Notați formula electronică a atomului atomului cu numărul atomic 16. Electronii de Valence sunt reprezentați grafic și unul dintre aceștia este caracterizat prin numere cuantice.
Soluția. Numărul atomic 16 are un atom de sulf. În consecință, sarcina nucleului este 16, în general, atomul de sulf conține 16 electroni. Formula electronică a atomului de sulf este scrisă: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4. (se evidențiază electroni de valență).
Formula grafică a electronilor de valență:
Starea fiecărui electron dintr-un atom este caracterizată de patru numere cuantice. Formula electronică dă valorile numărului principal cuantic și numărul cuantal orbital. Astfel, pentru un electron marcat, starea 3p înseamnă că n = 3 și l = 1 (p). Formula grafică oferă valoarea a încă două numere cuantice, magnetice și spin. Pentru electronul marcat, m = -1 și s = 1/2.
Exemplul 2. Caracterizați electronii de valență ai atomului de scandiu prin patru numere cuantice.
Soluția. Scandiul se află în a patra perioadă, i. E. Ultimul strat cuantic este al patrulea, din al treilea grup, adică trei electroni de valență.
Formula electronică a electronilor de valență: 4s 2 3d 1.
Numărul de electroni 1 2 3
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: