Основные принципы заполнения электронной оболочки атомов

Основные принципы заполнения электронной оболочки атомов представлены тремя принципами:

1. Принцип минимальной энергии требует, чтобы электроны заселяли АО в порядке увеличения энергии электронов на этих орбиталях (в основном состоянии каждый электрон располагается так, чтобы энергия системы была минимальной). Это отражает общее правило– максимуму устойчивости системы соответствует минимум ее энергии. Энергия атомных орбиталей возрастает по мере увеличения суммы n + l (первое правило Клечковского); при одинаковой сумме сначала заполняется уровень с меньшим n и большим l (второе правило Клечковского) Энергия атомных орбиталей возрастает согласно ряду Клечковского:

Пример.

Какие орбитали атома заполняются раньше: а) 3d или 4s; б)3d или 4р?

Посчитаем сумму n + l во всех этих случаях:

а) так как сумма квантовых чисел меньше для 4s, чем для 3d, то первым будет заполняться электронами именно 4s- подуровень, хотя он и формально находится дальше от ядра, чем 3d;

б) так как сумма квантовых чисел одинакова, то первым будет заполняться 3d-подуровень, поскольку он характеризуется меньшим значением n;

Из всего вышеизложенного следует, что заполнение d- подуровня электронами запаздывает на один период, а f- подуровня - на два периода.

2. Принцип Паули: в многоэлектронном атоме не может быть даже двух электронов с одинаковым набором четырех квантовых чисел. То есть, два любых электрона в атоме (ионе) должны отличаться друг от друга значением хотя бы одного квантового числа, поэтому на одной орбитали может быть не более двух электронов с противоположными спинами (спаренных электрона). Каждый подуровень содержит 2 l + 1 орбитали, на которых размещаются не более 2(2 l + 1) электронов. Следовательно, емкость s-орбиталей – 2,       p-орбиталей – 6, d-орбиталей – 10 и f-орбиталей – 14 электронов.

3. Правило Хунда: наименьшей энергией обладает электронная конфигурация с максимальным спином (то есть при заселении орбиталей с одинаковой энергией (например, трех p-орбиталей px, py и pz) электроны в первую очередь располагаются поодиночке на каждой орбитали и лишь потом начинается заполнение вторыми электронами.). Это означает, что если на p-орбитали три электрона, то они располагаются так: , и суммарный спин  = 3/2, а не так: , = 1/2. Объясняется данный факт тем, что в соседних ячейках электроны меньше отталкиваются друг от друга, как одноименно заряженные частицы.