2014-01-31
1475
Распределение электронов в многоэлектронных атомах основано на трех положениях: принципе минимума энергии, принципе В. Паули и правиле Ф Хунда.
1. Заполнение энергетических уровней и подуровней происходит согласно принципу минимальной энергии: минимальной энергией обладают уровни и подуровни, ближайшие к ядру: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d и т. д.
Правила Клечковского:
1). Минимальной энергии соответствует минимальное значение суммы n + ℓ.
2). Если эта сумма для двух электронов одинакова, то минимальная энергия (Emin) соответствует минимальному значению n.
| nℓ | n + ℓ |
| 1s | 1 + 0 =1 |
| 2s | 2 + 0 = 2 |
| 2p | 2 + 1 = 3 |
| 3s | 3 + 0 = 3 |
| 3p | 3 + 1 = 4 |
| 3d | 3 + 2 = 5 |
| 4s | 4 + 0 = 4 |
| 4p | 4 + 1 =5 |
| 4d | 4 + 2 = 6 |
| 4f | 4 + 3 = 7 |
| 5s | 5 + 0 = 5 |
| 5p | 5 + 1 = 6 |
| 5f | 5 + 2 = 7 |
| 5f | 5 + 3 = 8 |
| 6s | 6 + 0 = 6 |
| 6p | 6 + 1 =7 |
Emin: 1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f≈5d<6p.
2. Принцип Паули состоит в том, что
в атоме не может быть электронов, имеющих одинаковый набор всех четырех квантовых чисел.
Вспомним, что электрон может характеризоваться только одним набором 4-х квантовых чисел (n, l,ml и ms), а одной пространственной атомной орбитали (АО) соответствует состояние с фиксированными значениями 3-х квантовых чисел (n, l, ml). Тогда по принципу Паули для конкретной АО возможно лишь столько состояний электрона, сколько различных значений возможно для четвертого квантового числа ms. Для последнего возможны лишь два значения. Поэтому максимальное количество электронов для одной АО – 2. Два электрона, находящихся на одной орбитали и обладающие противоположно направленными спинами, называются спаренными. Согласно принципу Паули максимально возможное количество электронов на подуровне Nmax =2(2ℓ + 1), так как каждому значению ℓ соответствует (2ℓ + 1) значение магнитного квантового числа, т.е. (2ℓ + 1) АО, а на каждой может находиться по 2 электрона.
На s - подуровне Nmax = 2;
На р - подуровне Nmax = 6;
На d - подуровне Nmax = 10;
На f - подуровне Nmax = 14.
Максимально возможное число таких комбинаций всех 4-х квантовых чисел при заданном значении n, чтобы не было двух одинаковых, дает нам максимальное число электронов на уровне Nmax=2n2.
3. Правило Хунда. Это правило определяет порядок размещения электронов в пределах одной электронной подоболочки для наиболее устойчивого состояния атома.
Оно гласит: в наиболее устойчивом состоянии атома электроны размещаются в пределах электронной подоболочки так, чтобы их суммарный спин был максимален.
Например: для электронной конфигурации 2р3 возможны следующие варианты размещения электронов
 |  | | | |  | | |||||||||||
 | |||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||
1 2
1.Суммарный спин электронов: ½ +½ +½ = 3/2
2. Суммарный спин электронов: ½ - ½ +½ = ½
3. Суммарный спин электронов: ½ - ½ +½ = ½
Только в первом случае, когда каждой АО соответствует электрон со спином +1/2, достигается максимальный суммарный спин. Значит, это и есть энегетически самое выгодное состояние системы.
Правило Хунда не запрещает другого распределения электронов в пределах электронной подоболочки. Состояние атома с меньшими значениями суммарного спина электронов будут энергетически менее выгодными и, в отличие от первого, называемого основным, будут относиться к возбужденным состояниям.
