Химия \ Химия

Строение атома, главное квантовое число. Побочное (орбитальное) квантовое число. Магнитное квантовое число. Спиновое квантовое число

определяет пространственное расположение атомной орбитали и принимает целые значения от –l до + l через нуль, то есть 2l + 1 значений.

Изображение с помощью граничных поверхностей s-, p-, d- и f-орбиталей.

s-Орбитали сферически симметричны для любого n и отличаются друг от друга только размером сферы. Их максимально симметричная форма обусловлена тем, что при l = 0 и ml = 0.
p-Орбитали существуют при n ≥ 2 и l=1, поэтому возможны три варианта ориентации в пространстве: ml= –1, 0,+1. Все p-орбитали обладают узловой плоскостью, делящей орбиталь на две области, поэтому граничные поверхности имеют форму гантелей, ориентированных в пространстве под углом 90° друг относительно друга. Осями симметрии для них являются координатные оси, которые обозначаются px, py, pz.

d-Орбитали определяются квантовым числом l = 2 (n ≥ 3), при котором ml = –2, –1, 0, +1, +2, то есть характеризуются пятью вариантами ориентации в пространстве. d-Орбитали, ориентированные лопастями по осям координат, обозначаются dz² и dx²–y², а ориентированные лопастями по биссектрисам координатных углов – dxy, dyz, dxz. Называются условно бабочкой.
Семь f-орбиталей, соответствующих l = 3 (n ≥ 4), изображаются в виде граничных поверхностей, имеют сложную конфигурацию.

ms -спиновое квантовое число

Экспериментально установленно, что электрон имеет еще одно свойство – спин. Спиновое квантовое число ms имеет только два значения ms = ±1/2, определяет собственный момент количества движения электрона.
Упрощенно спин можно представить как вращение электрона вокруг собственной оси.
Электроны с разными ms обозначаются стрелками, направленными вверх и вниз .

Заполнение атомных орбиталей

Принцип наименьшей энергии

При застройке атома каждый электрон размещается на той обитали, которой соответствует минимальное значение энергии, т.е. ближе расположенной к ядру атома.
Принцип наименьшей энергии требует, чтобы электроны заселяли АО в порядке увеличения энергии электронов на этих орбиталях. Это отражает общее правило – максимуму устойчивости системы соответствует минимум ее энергии.

Принцип Паули

В атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел, или данными значениями квантовых чисел характеризуется только один электрон.
Отсюда на S-уровне может быть не более двух, p- шести, d- десяти, f- четырнадцати электронов.
На каждом энергетическом слое должно быть 2n2 электронов.

Последовательность застройки электронной оболочки многоэлектронного атома подчиняется следующим эмпирическим правилам:

при застройке на последнем слое не должно быть больше восьми электронов;
застройка любого слоя начинается с S-уровне;
р-уровни для элементов малых периодов периодической системы застраиваются после S-уровней, а для элементов больших периодов- после d-уровней предыдущего слоя;
d-уровни предыдущего слоя застраиваются после S- орбиталей последнего энергетического слоя;
f-уровни IV и V слоев застраиваются соответственно после S-уровня VI и VII слоев.

Правило Хунда:

суммарное спиновое число электронов данного уровня должно быть максимальным.
Иными словами, орбитали данного уровня заполняются сначала по одному, затем по второму электрону. Поскольку основной запас энергии электрона определяют квантовые числа n и l, то последовательность застройки атомных орбиталей определяется суммой n+l.

Электронные формулы 8О 1s22s22p4 16S 1s22s22p63s23p4

Электронно-графические конфигурации

В=2

В=4 *S 1s22s22p63s23p33d1

В=6 *S 1s22s22p63s13p33d2

правилa Клечковского

1. Минимумом энергии обладают обитали с наименьшей суммой главного и побочного квантовых чисел n+l.
Сравним 4S-орбиталь и 3d-орбиталь
4S : n+l = 4+0 = 4,
3d : n+l = 3+2 = 5.
n 1 2 3 4
l 0 1 2 3
s p d f
В соответствии правилом электроны в первую очередь заполняют 4S, а потом 3d-орбиталь

правилa Клечковского