Спиновые квантовые числа

Спиновое квантовое число характеризует энергетическое состояние электрона в зависимости от спина, т.е. направления вращения электрона вокруг собственной оси (по часовой или против часовой стрелки).

m_s имеет значения +1/2 и -1/2.

Поэтому в атоме на каждой орбитали могут вращаться либо только один, либо два электрона. Больше быть не может.

На основе анализа атомных спектров в 1925 году ученый Паули сформулировал правило известное под названием "принцип Паули":

В атоме не может быть двух электронов с одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел.

Распределение электронов в атомах по энергетическим уровням и подуровням записывают при помощи электронных формул: сначала записывают цифрой номер уровня (главное квантовое число n). Затем буквой (s, p, d, f) указывают подуровень и, наконец, в виде показателя степени проставляют число электронов, находящихся в этом подуровне.

Так, например, формула аргона имеет вид:

1s² 2s² 2p⁶ 3s²3p⁶

Распределение электронов по уровням определяется несколькими правилами:

Энергетический принцип:

Наиболее устойчивое состояние электрона в атоме соответствует минимальному значению его энергии.

Правило Гунда:

Устойчивому состоянию атома соответствует такое распределение электронов в пределах подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина атома максимально:

Правило Гунда можно рассмотреть на примере атома азота:

1s² 2s² 2p³.

Электронно – графическая схема атома азота

­

­

­

­

­¯

1) n =2

	2р3

2s²

­¯

1s2

n =1 Суммарный спин

 

­

­¯

2) n =2

2р3

­¯

	2s2

 

1s2

­¯

n =1 Суммарный спин

 

т.е верным является первый вариант электронно – графической схемы.

Первое правило Клечковского

При увеличении заряда ядра атома последовательное заполнение электронных орбиталей происходит от орбиталей с меньшим значением суммы главного и орбитального квантовых чисел (n + 1). К орбиталям с большим значением этой суммы.

 

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

(n + l)= (1+0) (2+0) (2+1) (3+0) (3+1) (4+0) (3+2)

1 2 3 3 4 4 5

В соответствии с этим правилом электроны в первую очередь заселяют 4s – орбиталь, потому что (n + l)= (4+0) = 4, а затем одну из 3d, для которой (n + l)= (3+2) = 5, несмотря на большее значение главного квантового числа.

Второе правило Клечковского

При одинаковых значениях суммы (n + l) меньшей энергией обладает орбиталь с меньшим значением главного квантового числа n, поэтому она заселяется раньше.

В рассмотренном примере электроны вначале заселяют 3d – орбиталь, где (n + l) = (3+2) = 5, а не 4р, где (n + l) = (4+1) = 5, т.е. сумма

(n + l) в обоих случаях одинакова и равна 5, но заполняется 3d – орбиталь, для которой главное квантовое число меньше.