ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Квантовые числа электронов в атоме. Принцип Паули из "Неорганическая химия" Чтобы решить, сколько электронов может находиться на уровне (оболочке), надо рассмотреть квантовые числа, которые полностью определяют состояние электрона в атоме. [c.39] например, если п = 3, то электрон находится на третьем уровне от ядра или на уровне М. Наименьшей энергией он обладает при п = 1. С увеличением п энергия электрона и размер электронного облака (орбитали) возрастают. [c.39] Электроны с одинаковой величиной п образуют в атоме электронную оболочку, соответствующую определенному значению главного квантового числа. [c.39] Электроны с орбитальным числом I = О называются 5-электронами, с / = 1 р-электронами, с / = 2 -электронами и с / = 3 /-электронами. Очевидно, при я = 4 наименьшей энергией обладают 5-электроны, затем следуют р-, ф и /-электроны. Запись 4з означает, что у электрона = 4 и = О, а у 4/-электрона м = 4 и / — 3. [c.39] Согласно квантовомеханическим расчетам s-облака имеют форму шара, р-облака — гантели, d- и /-облака — более сложные формы. Формы облаков имеют большое значение при изучении химической связи (см. гл. III). В дальнейшем электронные облака мы будем называть атомными орбиталями. [c.40] Магнитное квантовое число т характеризует ориентацию орбитали (электронного облака) в пространстве и связано с числом I, квантуется и принимает целочисленные значения, включая ноль, от +/ до —I. Число значений т — 21 + I. Это число орбиталей с данным значением I, т. е. число энергетических состояний, в которых могут находиться электроны данного подуровня. Энергетические состояния схематически обозначают квантовыми (энергетическими) ячейками в виде прямоугольников . Это есть не что иное, как схематическое изображение атомной орбитали. [c.40] Таким образом, s-электроны имеют лишь одно состояние (2/ + 1 = I), р-электроны — три состояния (2/ + 1 = 3), d-электроны — пять и /-электроны — семь состояний. Общее число состояний (орбиталей или квантовых ячеек) на уровне равно п . [c.40] На рис. 7 показаны формы и ориентация в пространстве Is, 2р-и З -орбиталей. [c.40] Так как s-электрону (1 = 0) отвечает только одно значение т(т = 0), то все расположения s-орбитали в пространстве идентичны. Электронная плотность такой орбитали является только функцией изменения радиуса для ls-орбитали имеется один максимум электронной плотности — он находится от ядра на расстоянии 0,53 А для 25-орбитали — два максимума плотности на расстоянии 0,53 А и 2,12 А и т. д. [c.40] Следует отметить, что каждый уровень (оболочка), начиная с п = 2, имеет три р-орбитали. С увеличением п электроны занимают р-орби-тали, расположенные на больших расстояниях от ядра, но направление по осям X, у, Z всегда сохраняется. [c.40] Спиновое квантовое число s характеризует собственное вращение электрона вокруг своей оси. Это вращение получило название спин (от английского spin — веретено). Спин может принимать только два значения +1/2 и —1/2, которые отличаются, как и остальные квантовые числа, на единицу. Знаки плюс и минус соответствуют различным направлениям вращения электрона. [c.41] Два электрона с одинаковыми значениями квантовых чисел п, I, т, но с противоположно направленными или антинараллельными спинами называются спаренными. Они изображаются противоположно направленными стрелками Неспаренный электрон изображается одной стрелкой . [c.42] сложное движение электрона в атоме полностью описывается четырьмя квантовыми числами — п, I, т я 8. При переходе атома из одного состояния в другое меняются значения квантовых чисел, происходит перестройка электронного облака, и атом излучает или поглощает квант энергии — фотон. [c.42] В многоэлектронных атомах для характеристики состояния электрона большое значение имеет принцип, сформулированный Паули в 1925 г. на основе периодической системы элементов Д. И. Менделеева и анализа атомных спектров. Он называется принципом Паули в атоме не может быть двух электронов с одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел. [c.42] Как видно, на втором уровне может разместиться 8 электронов, из них два в 5-подуровне (это х-электроны) и 6 в р-подуровне (это р-электроны). Л 2 = 8 = 2-2 . Рассуждая аналогично, найдем, что для третьего уровня (М-оболочка) п = 3, I = О, 1, 2 и число различных сочетаний из I, т и з будет равно 18, для четвертого —- 32, а число электронов составит соответственно Л з = 18 = 2 -3 и N4 = 32 = = 2 4 . Легко сделать вывод, что емкость энергетического уровня составляет 2п электронов, т. е. [c.42] А сумма арифметической прогрессии равна полусумме первого и последнего членов, умноженной на число членов прогрессии, т. е. [c.43] Такова электронная емкость уровней и подуровней. [c.43] Вернуться к основной статье