5.Многоэлектронные атомы

Многоэлектронные атомы
В многоэлектронных атомах заселение электронами уровней и
подуровней осуществляется не произвольно, а в строгом соответствии
с
тремя основными принципами квантовой механики:
- принципом минимума энергии,
- принципом (запретом) Паули,
- правилом Хунда.
Принцип минимума энергии: максимальная устойчивость атома
достигается при его минимальной энергии.
Заполнение энергетических уровней и подуровней идет в следующей
последовательности:
1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s 
 (5d1)  4f  5d  6p  7s (6d1-2)  5f  6d  7p
Связь порядка заполнения орбиталей электронами с положением
элемента в периодической системе.
Принцип минимума энергии отражает стремление любого атома
находиться в основном (невозбужденном) состоянии.
Принцип (запрет) Паули
Принцип (запрет) Паули: в атоме не может быть двух электронов
с одинаковым значением всех четырех квантовых чисел.
Из этого следует, что на каждой орбитали, характеризующейся
определенными значениями главного, орбитального и магнитного квантовых
чисел, может находиться не более двух электронов, спины которых имеют
противоположные знаки. Два электрона, находящиеся на одной орбитали и
характеризующиеся противоположно направленными спинами, называются
спаренными, суммарный спин их равен нулю. Спины одного направления
называются параллельными, а противоположных – антипараллельными.
Квантовую ячейку (условное обозначение атомной орбитали)
соответствии
с
требованием
принципа
Паули
можно
символически
представить следующей схемой:
Из принципа Паули вытекает:
Максимальная емкость
подуровня:
s– 2ē
p– 6ē
d – 10 ē
уровня:
2 n2
n - главное квантовое число
в
f – 14 ē
Правило Хунда
Правило Хунда:
занять
максимальное
в пределах подуровня электроны стремятся
число
свободных
орбиталей
так,
чтобы
суммарный спин имел наибольшее значение.
Пусть, например, необходимо распределить три
электрона по
квантовым ячейкам p-подуровня. Это можно сделать тремя способами:
Правилу Хунда удовлетворяет второй способ.
Действительно, если во втором случае суммарный спин электронов
равен 3/2, то в первом и третьем случаях - всего лишь ½.
Из правила Хунда следует, что наполовину заполненные электронами
атомные орбитали (в каждой квантовой ячейке по одному электрону)
являются наиболее устойчивыми.
Распределение
электронов
по
различным
называется электронной конфигурацией атома.
атомным
орбиталям