Лекція № 6

Отже, наведене вище правило Гунда можна сформулювати і так: стійкому стану атома відповідає такий розподіл електронів у межах енергетичного підрівня, за якого абсолютне значення сумарного спіна атома максимальне.

Правило Гунда стверджує, що максимальне значення сумарного спіна атома відповідає стійкому, незбудженому стану, в якому атом має найменшу можливу енергію, але воно не забороняє іншого розподілу електронів в межах підрівня. За будь-якого іншого розподілу електронів енергія атома буде більшою, й атом перебуватиме у збудженому, нестійкому стані.

За правилом Гунда легко скласти схеми електронної будови атомів Нітрогену (Z = 7), Оксигену (Z = 8), Флуору (Z = 9) тощо (тут і далі для спрощення вказуватимемо тільки незавершені енергетичні рівні атомів:

В атома Неону (Z = 10) завершується заповнення 2/?-підрівня, а разом з ним і другого енергетичного рівня; електронна формула атома Неону 1s²2s²2p⁶.

Елементи третього періоду мають три електронні шари. Атоми Натрію (Z = 11) і Магнію (Z = 12), подібно до перших елементів другого періоду (Li,Be), містять у зовнішньому електронному шарі відповідно один або два s-електрони. Схеми електронної будови й електронні формули атомів Натрію і Магнію такі:

Починаючи з атома Алюмінію (Z= 13), відбувається заповнення 3p-підрів-ня (електронна формула 1s²2s²2p⁶3s²3p^l);у атомів наступних елементів число р-електронів наростає до елемента Аргону, що має протонне число Z= 18:

Складніше заповнюються електронні оболонки атомів елементів четвертого періоду — в них є по чотири енергетичних рівні. Атомам Калію і Кальцію передує атом Аргону, у якого повністю заповнені електронами 3s- і 3р-підрівні, але залишилися вільними всі орбіталі 3 d-підрівня. В атомів Калію (Z= 19) і Кальцію (Z = 20) заповнення третього електронного шару тимчасово припиняється і починається заповнення s-підрівня четвертого енергетичного рівня. Електронні формули і схеми електронних структур атомів Калію і Кальцію такі:

Пояснити ці електронні формули можна, виходячи з того, що енергія електрона в багатоелектронному атомі визначається величинами не тільки головного, а й орбітального квантових чисел. Електронна будова атомів Калію і Кальцію відповідає першому правилу Клечковського; справді, для 3d-підрівня (п = 3, l = 2) сума п + l дорівнює 5, а для 4s-підрівня (n = 4,l = 0) ця сума дорівнює 4. Отже, енергія 4s-підрівня менша, ніж 3d-підрівня, тому 4s-підрівень повинен заповнюватись раніше. Звідси випливає, що порушення послідовності заповнення електронами електронних орбіталей в атомів елементів четвертого періоду зумовлене енергетичними причинами.

Послідовність заповнення електронами енергетичних підрівнів атомів наступних за Кальцієм елементів, зокрема Скандію (Z = 21), визначається за другим правилом Клечковського. Це пояснюється тим, що енергію електрона більшою мірою визначає не побічне, а головне квантове число. Ось чому спочатку повинен заповнюватись електронами Зіі-підрівень (п = 3, l= 2, п + l=5), а потім 4р-підрівень (п = 4, l= 1, п + l= 5) і електронна формула атома Скандію буде ls²2s²2p⁶3s²3d⁶3d¹4s², або [Ar]3d¹4s². Далі число електронів на 3d-підрівні наростає аж до остаточного його заповнення в атома Купруму: ₂₂Ті [Ar]3d²4s²; ₂₃V[Ar]3d²4s² і т.д. до ₂₉Cu[Ar]3d^l⁰4s¹; ₃₀Zn[Аr]3d¹⁰4s².У решти атомів елементів четвертого періоду електрони заповнюють зовнішній електронний шар включно до елемента № 36 — Криптону:

₃₆Кr 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3 d¹⁰4s²4p⁶.

Заповнення електронних шарів атомів елементів п'ятого періоду відбувається так само, як і атомів елементів четвертого періоду. Заповнення електронних шарів атомів елементів шостого періоду має свою особливість. Як і в двох попередніх великих періодах, після заповнення електронами зовнішнього електронного шару атомів Цезію і Барію в атомі Лантану починає заповнюватись d-підрівень передостаннього енергетичного рівня, і його електронна формула така: ₅₇La 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁶5d¹6s², або [Xe]5d¹6s².Проте в атомах наступних елементів з протонними числами 58—71 (лантаноїдів) з'являються 4f-електрони. В атомі останнього елемента цієї родини четвертий електронний шар досягає повного завершення і стабілізації; електронна формула 71 -го елемента — Лютецію — така:

₇₁Lu 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d^l⁰4f ¹⁴5s²5p⁶5d^l6s².

Заповнення 5d-підрівня, розпочате в атомі Лантану, відновлюється в атомі Гафнію, 72-го елемента, і закінчується в атомі 80-го елемента — Меркурію; у наступних елементів — з 81-го по 86-й — відбувається заповнення 6р-підрівня. Період закінчується інертним елементом Радоном, електронна формула атома якого така: ₈₆Rn 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d^]04s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5p⁶5d¹⁰6s²6p⁶.

Структура електронних оболонок атомів елементів сьомого періоду (поки ще незавершеного) має такий самий характер і атомів елементів шостого періоду. На рис. 9 наведено схему послідовності заповнення електронами енергетичних рівнів і підрівнів атомів елементів згідно з правилами Клечковського.

За допомогою електронних формул можна зображувати стан атомів, що перебувають як у збудженому, так і в не-збудженому стані. Так, електронна формула атома Алюмінію, який перебуває в незбудженому стані: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹, а в збудженому — 1s²2s²2p⁶3s¹3p².

Рис. 2.1.3.Послідовність заповнення електронами енергетичних рівнів і підрівнів атомів елементів

За допомогою електронних формул можна записувати і йони. Так, йон Натрію Na⁺ має електронну формулу 1s²2s²2p⁶3s⁰, у нього відсутній 3s-електрон; йон Титану Ті²⁺ має електронну Формулу 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4.s⁰, в нього відсутні 4s-електрони, які є у нейтральному атомі.

Завдання для самоконтролю:

1. У якій групі і в якому періоді періодичної системи елементів Д.І.Менделеєва розміщений елемент з порядковим номером 42?

2. Який елемент ІV періоду періодичної системи Д.І.Менделеєва є найтиповішим металом? Чому?

3. Які сполуки з гідрогеном утворюють елементи головної підгрупи ІV групи? Назвіть найбільш і найменш міцну з них.

4. Напишіть електронну формулу елемента йоду. Вкажіть розподіл електронів по орбіта лях.

5. Скільки електронних рівнів містять атоми елементів з порядковими номерами 15, 29, 51?

6. Електронна формула елемента має таке закінчення …3d⁵4s²? (Хомченко. Збірник задач).

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Електронні конфігурації атомів перших двадцяти елементів періодичної системи Д. І. Менделeєва	\|	Тема 2.2. Періодичний закон і періодична система хімічних елементів Д.І.Менделеєва

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.