Строение многоэлектронных атомов

При составлении электронных формул многоэлектронных атомов учитывают: принцип минимальной энергии, принцип запрета Паули, правило Гунда и правила Клечковского.

Принцип минимальной энергии. Согласно этому принципу электроны в основном состоянии заполняют орбитали в порядке повышения уровня энергии орбиталей. Первыми заполняются орбитали с минимальными уровнями энергии.

Принцип запрета Паули. В 1925 г. В. Паули постулировал принцип запрета, согласно которому в атоме не может быть двух электронов, обладающих одинаковым набором квантовых чисел п, /, W/ и m_s. Отсюда следует, что на каждой орбитали может быть не более двух электронов, причем они должны иметь противоположные (антипараллельные) спины.

Максимальное число электронов на энергетическом уровне: N =2п².

Правило Гунда. Распределение электронов по различным орбиталям обусловливается отталкиванием электронов. Электроны одного подуровня в атоме располагаются так, что суммарное спиновое число их максимально. Например, для орбиталей р-подуровня:

В соответствии с этим правилом, сформулированным немецким физиком Ф. Гундом в 1925 г., заполнение орбиталей одного подуровня в основном состоянии атома начинается одиночными электронами с одинаковыми спинами. При этом распределение электронной плотности в пространстве будет наиболее симметричным, что уменьшает отталкивание электронов. После того как одиночные электроны займут все орбитали в данном подуровне, начинается их заполнение вторыми электронами с противоположным спином.

Правила Клечковского. В многоэлектронных атомах электроны испытывают не только притяжение ядер, но и отталкивание электронов, находящихся ближе к ядру. Поэтому последовательность возрастания энергий орбиталей в многоэлектронных атомах изменяется. В таких случаях заполнение последующих энергетических уровней начинается до того, как завершается заполнение электронами предыдущих уровней. Так, 4х-элекгропы появляются в атомах при незаполненных еще З^-орбиталях.

Правила заполнения электронных орбиталей в многоэлектронных атомах были сформулированы отечественным агрохимиком В. М. Клечковским в 1952 г.

1. Заполнение электронных орбиталей в атомах с увеличением порядкового номера происходит последовательно, в порядке возрастания суммы (п + /).

As 3d

и+/=4+0=4 «+/=3+2=5.

• 2. При одинаковых значениях сумм (п + /) сначала заполняется орбиталь с меньшим значением главного квантового числа.
• 3d Ар 5 s
• 3+2=5 4+1=5 5+0=5

Порядок заполнения электронами подуровней происходит в следующей последовательности: 1 s 2s 2р 35 3р As 3d Ар 5л* Ad 5р 6л А/ 3d 6р 7л 5/ 6d 1р.

Некоторые отклонения в строении энергетических уровней, наблюдаемые в атомах хрома (₂₄Сг), меди (₂дСи), молибдена (₄₂Мо), палладия (₄₆Рс1), серебра (₄₇Ag), гадолиния (₆₄Ос1), золота (₇₉Аи), могут быть объяснены особой устойчивостью наполовину и полностью заполненных орбиталей подуровня. Так, устойчивыми конфигурациями б/-подуровня являются d⁵ и г7¹⁰, а у /-подуровня —/⁷ и /¹⁴. Устойчивая конфигурация достигается промотированием (провалом) электрона на эти подуровни из 5-подуровня более высокого энергетического уровня.

Для успешного составления электронной формулы изолированных атомов различных химических элементов нужно учитывать их положение в Периодической системе.