• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

S –, p –, d –, f – електрони.

Енергетична послідовність заповнення енергетичних підрівнів у багатоелектронних атомах

Характеристика стану електронів у атомі квантовими числами на прикладі 4р-підрівня

У багатоелектронних атомах зовнішні енергетичні підрівні можуть бути заповнені електронами не повністю, тобто вияви­тись недобудованими. Електрони та орбіталі таких підрівнів бе­руть участь в утворенні хімічних зв'язків.

У багатоелектронних атомах електрони розміщуються в нав-колоядерному просторі в послідовності поступового підвищення енергії. Енергія підрівнів зростає в міру збільшення головного квантового числа п та орбітального квантового числа l.

Відомий російський учений В. М. Клечковський запропонував два прості правила, згідно з якими відбувається заповнення енергетичних підрівнів електронами.

У міру збільшення заряду ядра атома послідовне запов­нення електронних орбіталей починається від орбіталей з меншим значенням суми головного та орбітального квантових чисел (п + l) до орбіталей з більшим значенням цієї суми(перше правило Клечковського).

У разі однакових значень суми (n + l) заповнення орбіта­лей відбувається послідовно в міру збільшення значення головного квантового числа п (друге правило Клечковського).

Приклад послідовності заповнення енергетичних підрівнів у міру збільшення енергії наведений у табл. 2.1.2.

Таблиця 2.1.2.

Слід зазначити, що наведена енергетична послідовність за­повнення підрівнів електронами не завжди повністю узгоджу­ється з реальною для багатоелектронних атомів. Особливо знач­ні відхилення спостерігаються для важких атомів. Однак з на­вчальною метою для написання електронно-конфігураційних формул атомів, а також під час вивчення періодичного закону та хімічних властивостей елементів залежно від електронної бу­дови атомів ця послідовність цілком придатна для використання.

Розподіл електронів на підрівнях у багатоелектронних атомах використовується під час складання електронно-конфігураційних формул.

Складаючи такі формули, треба враховувати: загальне число електронів у атомі, яке дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі; енергетичну послідовність заповнення підрівнів електронами; граничну електронну ємність підрівнів; підрівні одного рівня формують сумісно, але враховують енергетичну послідовність їх забудови. Наприклад, підрівень 4s (n+ l= 4 + 0 = 4) заповнюється електронами перед підрівнем 3d (n + l= 3 + 2 = 5), а в електронно-конфігураційній формулі його записують після нього; підрівень 6s (n + l= =6 + 0 = 6) заповнюється електронами перед підрівнем 4f (n + 2 = 4 + + 3 = =7), але його записують далеко за ним.

Як приклад наведемо електронно-конфігураційні формули елементів № 8 (кисень), № 20 (кальцій), № 26 (залізо), № 33 (арсен), № 60 (неодим):

₈О 1s²2s²2p⁴

₂₀Са 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²

₂₆Fe 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

₃₃As 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³

₆₀Nd 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f⁴5s²5p⁶6s²

(n+l) 1 2 3 3 4 5 4 5 6 7 5 6 6

Зупинимось на прикладі електронної конфігурації атома кальцію. Зауважимо, що після заповнення електронами 3p-підрівня атома кальцію далі забудовується 4s-, а не 3d-підрівень, оскільки сума n + l для 4s-підрівня дорівнює 4, а для 3d-підрівня — 5.

В атомі заліза формується 3d- підрівень, коли 4s-підрівень уже заповнений електронами. Це пов'язано з тим, що сума n + l для 4s-підрівня менша, ніж для 3d -підрівня, але всі підрівні од­ного рівня в цих конфігураціях потрібно записувати послідовно.

В атомі арсену заповнення підрівнів відбувається аналогічно атому заліза, а підрівень 3d записаний перед підрівнем 4s з тієї самої причини.

У досить складній формулі неодиму Nd заповнюється елек­тронами 4f-підрівень. Його записують по порядку, разом з інши­ми підрівнями четвертого енергетичного рівня, хоча всі підрівні, що записані після нього (5s, 5p, 6s), мають менші значення суми (n + l) й, отже, заповнюються електронами раніше.

Повністю сформовані (заповнені електронами) енергетичні рівні в електронно-конфігураційних формулах іноді з метою скорочення позначають великими літерами, наприклад:

₃₃As K L M 4s²4p³.

Нагадаємо, що енергетичному рівню К відповідає електронна конфігурація 1s², рівню L — 2s²2p⁶, рівню М — 3s²3p⁶3d¹⁰.

Застосовують також інший спосіб скороченого запису електронно-конфігураційних формул, у яких позначають електронні підрівні, що заповнюються, після хімічного символу попередньо­го інертного газу, взятого в квадратні дужки:

Для цього визначають різницю між числами електронів у атомі, що розглядається, й атомі попереднього інертного газу. Отрима­не число електронів розміщують на підрівнях, які мають забу­довуватись далі..

В електронних конфігураціях можна позначати підрівні енергетичного рівня, що формується, на яких ще відсутні електрони і вони залишаються вакантними. Такі підрівні часто беруть участь в утворенні хімічних зв'язків:

Якщо атом перетворюється на іон, то енергетична послідовність заповнення зовнішніх енергетичних підрівнів електронами зміню­ється. Тому електрони в процесі іонізації залишають ті підрівні, для яких головне квантове число п має максимальне значення:

Під час вивчення хімічних властивостей елементів та їх здатності утворювати хімічні зв'язки користуються спрощеним схематичним зображенням атомів або їхніх зовнішніх енергетичних підрівнів, що забудовуються. У разі, коли на підрівні число електронів менше за граничне і можна по-різному їх розмістити, використовують правило Хунда:

Переглядів: 2322