Правила заполнения орбиталей

Орбитальная модель атома водорода пригодна и для описания атома следующего элемента – гелия, имеющего два электрона. При этом следует учитывать, что в соответствии с принципом Паули на каждой атомной орбитали может находиться не более двух электронов.

Если в атомной обитали находится только один электрон (как в атоме водорода), то говорят об однократно занятой или полузаполненной, полузаселенной атомной орбитали. Если же в атомной орбитали находится два электрона (как в атоме гелия), то говорят о двукратно занятой или полностью заполненной, полностью заселенной атомной орбитали. Полузаселенные АО играют важнейшую роль при формировании химических связей.

В соответствии с квантово-механическим описанием состояния электрона
в атоме, каждый электрон является индивидуальной частицей. Такие его свойства, как масса и заряд не выявляют различий между электронами, особенно между теми электронами, которые находятся на одной атомной орбитали (как в атоме гелия). Собственной характеристикой каждого электрона в атоме является спин.

Два электрона, находящиеся в одной атомной орбитали, различаются по спину.

Спин – квантово-механическое свойство электрона, которое невозможно
точно объяснить с помощью традиционных представлений. Без учета волновых свойств электрона спин можно интерпретировать путем сравнения элёктрона с шаром, вращающимся вокруг выбранной оси. Спин характеризует направление вращения и, следовательно, при двух возможных направлениях механического вращения должно существовать два разных спина электрона.

Спин – неотъемлемая характеристика электрона в атоме; два электрона на одной атомной орбитали обладают антипараллельными спинами.

Атомную орбиталь удобно изображать в виде квадрата, называемого квантовой ячейкой, а каждый электрон – вертикальной стрелкой, обозначающей один из двух возможных спинов электрона. Квантовая ячейка с одной стрелкой означает полузаселенную орбиталь, с двумя стрелками – полностью заселенную орбиталь, без стрелок – вакантную орбиталь.