ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Строение электронных оболочек атомов и химические свойства элементов из "Новые элементы в периодической системе Д И Менделеева Издание 2" Раздел, к которому мы сейчас переходим, является, пожалуй, наиболее трудным для простого и наглядного объяснения. Однако опустить этот раздел было бы нецелесообразно, ибо дальше мы будем обсуждать место, занимаемое заурановыми элементами в периодической системе Менделеева, и в связи с этим — строение наружных электронных оболочек атомов этих элементов. Поэтому мы должны хотя бы в общих чертах осветить строение электронных оболочек и показать его непосредственную связь с периодическим законом Менделеева. [c.13] Квантовые числа. Вопрос о расположении электронов вокруг атомного ядра в количественной, точной форме был впервые поставлен теорией Бора. В рамках этой теории первому уровню, т. е. ближайшему к ядру электрону, наиболее прочно связанному электрическими силами с ядром, отвечает первая дозволенная орбита с радиусом Гд, второму уровню — вторая дозволенная орбита с радиусом 2 2 Гд = 4гд, третьему уровню — третья дозволенная орбита с радиусом 3 Ло = 9Го и т. д. Номер орбиты п, соответствующий данному электронному уровню и радиусу получил название первого (или главного) квантового числа. Число п может принимать значения 1, 2, 3,. .., т. е. равняться любому целому числу. [c.13] электроны, окружающие ядро, расположены в нескольких электронных оболочках, причём чем больше номер такой оболочки, чем больше главное квантовое число п, тем дальше находится оболочка от ядра, тем слабее связаны с ядром входящие в состав оболочки электроны. [c.14] что по мере увеличения порядкового номера элемента в периодической системе, по мере возрастания числа электронов, окружающих ядро, наступает момент, когда заканчивается заполнение данной электронной оболочки и начинается заполнение следующей оболочки. [c.14] При этом элементы с одним, двумя, тремя и т. д. электронами в новой оболочке воспроизводят химические свойства элементов, имевших тоже один, два, три и т. д. электрона в наружной оболочке, но число электронных оболочек которых было на единицу меньше. [c.14] Таким образом, номер наружной электронной оболочки, или число всех электронных оболочек, окружающих атомное ядро данного элемента, равняется номеру периода, в котором располагается этот элемент в периодической системе Менделеева. [c.15] Здесь I — второе (азимутальное) квантовое число, определяющее форму эллиптической орбиты. Если главное квантовое число равняется п, то I может принимать только целочисленные значения от л— 1 до О, т. е. [c.15] Если бы атом и электрон не обладали магнитными свойствами, то два квантовых числа исчерпывали бы возможные состояния окружающих ядро электронов. Но всякое движение электрического заряда связано с возникновением электромагнитного поля. Поэтому движение электронов округ ядра обусловливает наличие магнитного момента у атома, а вращение электронов вокруг собственной оси — наличие собственного магнитного момента у электрона. [c.16] Благодаря наличию у атома магнитной оси возможны различные состояния у электронов даже при равенстве главного и азимутального квантовых чисел это происходит потому, что плоскости электронных орбит могут иметь различные наклоны (различные ориентации) относительно магнитной оси атома. Эти ориентации тоже квантованы. [c.16] Из рис. 4, на котором приведён пример /=2, видно, что всего от - - / до — I, включая О, возможно 2/ 1 целочисленных значений т. [c.17] Строение электронных оболочек. В соответ-стми со строением периодической системы элементов швей-1 кий физик В. Паули выдвинул принцип, согласно которому в атоме не может быть двух (и более) электронов, у которых были бы одинаковыми все четыре квантовых числа. Рассмотрим, принимая во внимание принцип Паули, сколько может быть электронов в разных электронных оболочках. [c.17] Таким образом, закон Менделеева явился основой для изучения строения электронных оболочек атомов. Планетарная модель атома и особенно дальнейшее развитие представлений о строении атома на основе квантовой механики раскрыли глубокий физический смысл периодического закона. [c.18] Рассмотрим теперь последовательность заполнения электронных оболочек по мере перехода от лёгких элементов к тяжёлым. При этом надо учесть лишь главное и азимутальное квантовые числа. Магнитное и спиновое квантовые числа практически не сказываются на энергии электронов в обычных условиях и проявляются в основном в эффектах расщепления спектральных линий в электрическом и магнитном полях. [c.18] Наиболее просто можно усвоить последовательность заполнения электронных оболочек, исходя из эмпирического правила, согласно которому заполнение происходит в порядке возрастания суммы главного и азимутального квантовых чисел л-1-/1). При этом данному значению суммы л- - / соответствует заполнение сначала оболочек с меньшими л и ббдьшими /, а затем —с ббльшими л и меньшими I. Пользуясь этой закономерностью, надо иметь, конечно, в виду, что I может меняться в пределах от О до л — 1, т. е. не может быть равным л или большим, чем л. [c.18] минимальное значение л-1-/=1. При этом возможно только л = 1 и / = О, т. е. 15-электрон. Атом первого элемента периодической системы — атом водорода — содержит один 15-электрон, атом второго элемента — гелия — содержит два 1 -электрона, что обозначается формулой электронного строения 152. в первой электронной оболочке мест больше нет, гелием заканчивается первый период системы Менделеева. [c.18] При л 4- / — 2 возможно только л = 2 и / = 0. [c.18] Соответственно этому второй период системы Менделеева (л = 2) начинается с лития и бериллия, во второй оболочке которых имеются соответственно один и два 25-электрона. Электронные структуры этих атомов записываются 1 225 и 152252. При л - - / = 3 возможны варианты л = 2, /=1 ил = 3, / = 0. Шесть электронов с л = 2, 1=1, т. е. шесть 2/7-электронов, появляются в атомах следующих за бериллием шести элементов второго периода — от бора до неона (бор — 152252/), неон — 152252рв). Неоном заканчивается второй период системы Менделеева. [c.18] При п + / = 5 заполняются уровни л = 3, 1 = 2 (М), л = 4, / = 1 (4р) и, наконец, л = 5, / = О (55). Если до кальция заполнение электронных уровней шло в порядке возрастания номеров электронных оболочек (15, 25, 2р, Зз, Зр, 45), то после заполнения 5-мест четвёртой электронной оболочки вместо продолжения заполнения этой оболочки /7-электронами начинается заполнение предыдущей, третьей, оболочки -электронами. Всего в каждой оболочке может быть, как ясно из сказанного выше, 10 -электронов. Соответственно этому за кальцием в периодической системе следуют 10 элементов от скандия (3 452) до цинка (3 452), в атомах которых заполняется -слой третьей оболочки, и лишь затем заполняется р-слой четвёртой оболочки—от галлия (3( Щз р) до криптона ЗйЩз р ). В рубидии и стронции, начинающих пятый период, появляются 55- и 552-электроны. [c.19] В шестом периоде системы содержится уже не 18, а 32 элемента. [c.19] При л -)- / = 7 первым заполняется уровень, соответствующий л = 4, / = 3(4/), и лишь затем следуют 5 -, бр-уровни и начинающий седьмой период 75-уровень. Поэтому, хотя в атомах следующего за барием элемента — лантана — и появляется 5 -элeктpoн (5 6s2), в атомах четырнадцати элементов от церия до лютеция, расположенных за лантаном, идёт заполнение третьей снаружи электронной оболочки/-электронами (церий — 4/5аб лютеций — 4 6s2). И лишь начиная с гафния продолжается достраивание пятой оболочки -электронами, которое заканчивается в атомах ртути (4/ io652). Шестой период системы Менделеева заканчивается радоном (4/ 5 i 6s2 в) а в седьмом периоде до открытия заурановых элементов было известно всего шесть элементов. Если электронные структуры первых трёх элементов седьмого периода не вызывали споров (например, для актиния — б 752), то для тория и более тяжёлых элементов электронные структуры стали ясны лишь после исследования заурановых элементов. [c.19] Вернуться к основной статье