Строение электронной оболочки атома. Квантовые числа. Принцип Паули
Важные понятия
- Электронное облако – пространство около ядра атома, где сосредоточены вся масса электрона и электронная плотность
- Атомная орбиталь – часть э.о., где сосредоточено 90% электронной плотности
- Радиус АО – расстояние от ядра атома до максимальной электронной плотности
Квантовые числа
- Квантовые числа описывают состояние электрона в атоме
- n – главное квантовое число, хар-т общую энергию электрона данного уровня, номер периода в ПСХЭ соотв-т к-ву энергетических уровней в атоме, n принимает целые значения
Квантовые числа
- l – побочное квантовое число; уточняет запас энергии электрона на энергетическом уровне, хар-т связь e с ядром, а так же форму АО. Значения от 0 до n-1
- l=0 – подуровень s , форма орбитали сферическая
- l=1 – подуровень p , объёмная форма орбитали
- l=2 – подуровень d , более сложная форма орбитали
- l=3 – подуровень f , более сложная форма орбитали
- Номер э.у. соответствует к-ву подуровней на данном энергетическом уровне
1 = 2: d -орбитали;
1 = 3: f -орбитали.
s- орбиталь
p- орбиталь
Квантовые числа
- m 1 – магнитное орбитальное квантовое число
- соответствует распределению АО в пространстве около ядра
- Определяет количество АО
- Принимает значения -1, 0, +1
Квантовые числа
- m s – магнитное спиновое квантовое число характеризует чисто квантовое свойство электрона
- Это собственный момент импульса электрона
- Абсолютное значение спина = ½
- Проекция спина на ось может иметь лишь два значения: m s =+1/2; m s =-1/2
2
N орб= n
- Магнитное квантовое число принимает все значения от
- ( - l ,0,+ l) .
- Число значений m соответствует числу орбиталей на подуровне.
Принципы заполнения электронных оболочек
- Принцип минимальной энергии:
- принцип Паули правило Хунда правило Клечковского
- принцип Паули
- правило Хунда
- правило Клечковского
- В соответствии с принципом наименьшей энергии, наиболее устойчивым состоянием атома считается то, при котором суммарная энергия всех его электронов минимальна.Это значит, что при заполнении электронами орбиталей в многоэлектронном атоме в первую очередь заполняются все максимально возможные свободные орбитали с наименьшей энергией.
Российский ученый Всеволод Маврикеевич Клечковской высказал гипотезу, что энергия электронных орбиталей должна увеличиваться по мере увеличения суммы главного и орбитального квантовых чисел. При равенстве суммы n+l в первую очередь заполняются орбитали с наименьшим значением главного квантового числа. В соответствии с правилом Клечковского распределение орбиталей по энергии выглядит следующим образом.
- Швейцарский ученый Вольфганг Паули cформулировал принцип заполнения электронных орбиталей. В атоме не может быть двух электронов с одинаковым значением всех четырех квантовых чисел. Это означает, что на каждой электронной орбитали может максимум находиться два электрона, имеющих различные значения спинового квантового числа (антипараллельные спины). Принцип Паули позволяет определить не только максимальную емкость электронной орбитали, но и уровнeй целом.
- Заполнение электронами орбиталей внутри подуровня происходит в соответствии с правилом, сформулированным немецким физиком Фридериком Хундом, чтобы алгебраическое значение суммарного спина было максимальным, т.е. внутри подуровней электроны заполняют все максимально возможные свободные орбитали.
Принцип Паули
Два электрона, которые н аходятся на одной орбитали,называются спаренными (или неподеленной электронной парой).
Электронные семейства
- s -элементы, если заполняется s -подуровень
- p -элементы, если заполняется p -подуровень
- d -элементы, если заполняется d -подуровень
- f -элементы, если заполняется f -подуровень
Электронная формула
- Электронная формула атома химического элемента показывает как распределяются электроны в атоме, учитывая их характеистику квантовыми числами
- 109 Mt мейтнерий 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 6d 7
« Провал » электрона
- В атомах некоторых элементов электрон с s -подуровня внешнео энергетического уровня переходит на d -подуровень предвнешнего энергетического уровня. Идёт выигрыш в энергии. Атом считается симметричным, т.е. либо большинство электронов становятся неспаренными либо спаренными
Между положением элемента в периодической системе и строением его атома существует определенная взаимосвязь:
- Порядковый номер элемента соответствует заряду атома и общему электронов.
- Номер периода элемента соответствует числу электронных уровней атома.
- У электронов главных подгрупп число электронов на внешнем электронном уровне равно номеру группы.
Задание
- Составить электронные и электронно-графические формулы элемента:
I вариант
№ 15; 40
II вариант
III вариант
№ 20; 35
№ 12; 28
- Определить элемент:
I вариант
4s 2 3d 6
II вариант
III вариант
4s 2 4p 3
5s 2 4d 1
Вопросы
- Назвать химический элемент и написать электронную формулу
- I вариант
- II вариант
4
4
d
d
5
5
- III вариант
s
s
?
?
E
E
4
d
5
s
?
E
