О состояниях электронов в атомах. Электронные орбиты. Принцип Паули

Подобно тому, как при рассмотрении периодического закона мы одевали последовательно атом, размещая электроны по различным атомным состояниям с учетом принципа Паули, мы должны ввести молекулярные одноэлектронные орбиты и размещать на них пары электронов. [c.334]

Атомы углерода образуют а-связи друг с другом и атомами других элементов, находясь в любом из трех гибридных состояний В >/7 Гиб-ридном состоянии атом углерода способен к образованию двух, в sp"-гибридном состоянии —трех и в / -гибридном состоянии — четырех а-связей. Однако в каком бы состоянии гибридизации ни находились два взаимодействующих атома углерода, между ними может быть образована только одна а-связь. Это следует из принципа Паули на одной орбитали не может быть более двух электронов. [c.38]

Как уже упоминалось в гл. 2, каждый электрон в изолированном атоме занимает определенную орбиту, причем на каждой орбите (в соответствии с принципом Паули) могут находиться по два электрона с противоположными спинами. Аналогично два электрона, образующие ковалентную связь, занимают одну объединенную орбиту, следовательно, они должны иметь противоположные спины. Рассмотрим теперь в свете этих представлений образование связей атомами углерода, азота и кислорода. Атом углерода имеет четыре электрона, которые в основном состоянии изолированного атома расположены следующим образом 2р 2р , или [c.94]

В большинстве атомов порядок различных орбит, с точки зрения возрастания значений соответствующих энергий, следующий и, 25, 2р, 35, 3/ , 45, 3 , Лр, 55, 4(1, 5р, б5, 4/, 5с1, вр, 75, 6с1. Таким образом, 15-орбиты имеют наименьшую энергию. Когда атом находится в нормальном состоянии, его 2 электронов занимают наинизшие орбиты, но так, чтобы не нарушался принцип запрета. Например, водород с одним электроном в нормальном состоянии имеет этот электрон на 15-орбите, но в литии один из электронов должен находиться на 25-орбите, так как нет способа, при помощи которого три электрона могли бы занять 15-орбиту, не нарушая принципа запрета Паули. Группа из двух 15-электронов присутствует во всех элементах с атомным числом, превышающим 1. Такая законченная группа называется заполненной оболочкой. [c.175]

Между дву.мя атомами может быть только одна а-связь, так как в противном случае не будет соблюдаться правило, по которому на одной орбитали не может находиться более двух электронов (следствие принципа Паули). Таким образом, в предельных углеводородах, а также в других соединениях, содержащих только простые связи, все связи а-типа. Для таких атомов углерода иногда используют термин атом углерода в первом валентном состоянии. [c.46]

Увеличивая 2 на единицу и добавляя еще один электрон, переходим от гелия к атому лития. Здесь третий электрон (согласно принципу Паули) уже не может находиться на 1 5-орбитали, поэтому он занимает следующую более высокую орбиталь (п=2), для которой уже возможны два значения числа I (О и 1). Состояние электрона, для которого 1=0, имеет более низкое значение энергии, поэтому третий электрон лития попадает именно в это состояние и является 2 -электроном. Разница энергий электрона в состояниях 15 и 25 велика. Вследствие этого 25-электрон лития связан с атомом гораздо слабее, чем 15-электроны /С-слоя, и сравнительно легко может быть удален с внешней орбиты. Это отражает значительную химическую активность лития как металлического элемента. При удалении,25-электрона лития остаток атома превращается в положительно заряженный ион Ь1+. С лития начинается заполнение второго слоя электронов в атомах, называемого /-слоем. [c.250]

С помощью этих правил можно теперь рассмотреть принцип построения периодической таблицы. Водород имеет один электрон, и в основном состоянии электрон занимает вакантную орбиталь с минимальной энергией. Если увеличить заряд ядра до +2 и добавить в систему второй электрон, получится гелий. Второй электрон также занимает 1 -орбиталь, но его спин антипараллелен спину первого электрона, т. е. если я = -Ь 1/2 для первого электрона, то 8 = —1/2 — для второго. Это следует из того, что электроны < , одинаковыми п, I п тпг ж параллельными спинами не могут существовать в атоме по принципу Паули. Если Z увеличивается до 3, приводя к атому лития, то только два электрона могут быть на 1в-орбитали, так что [c.38]

Рассмотрим какой-либо атом в магнитном поле, достаточно сильном для того, чтобы все электроны этого атома ориентировались независимо в соответствии с этим нолем. Тогда состояние каждого электрона будет описываться определенным набором квантовых чисел для каждого электрона можно указать значения главного квантового числа п определенной орбитали, квантового числа орбитального момента Количества движения I, орбитального магнитного квантового числа т.1 (указывающего составляющую орбитального момента количества движения в направлении поля), спинового квантового числа (которое для каждого электрона имеет значение /г) и спинового магнитного квантового числа (которое может быть равно + /2, что соответствует приближенной ориентации спина в направлении поля, или — 2, что соответствует приближенной ориентации спина в противоположном направлении). Открытый Паули принцип исключения можно сформулировать следующим образом атом не может существовать в таком квантовом состоянии, при котором два электрона данного атома имели бы одинаковый набор квантовых чисел. [c.116]

Атом лития, следующий за гелием в периодической системе, содержит три электрона. По принципу минимума энергии два из них расположатся, как и в атоме гелия, на 18-орбитали. Третий электрон в соответствии с принципом Паули должен располагаться на АО с п = 2. Однако таких возможностей две - 2з- и 2/>-орбитали, и электрон будет иметь меньшую энергию на той из них, где он будет испытывать действие более высокого эффективного заряда. Рассмотрим с этой точки зрения кривые распределения электронной плотности в атоме лития в зависимости от расстояния от ядра (рис. 2.11). Из этих кривых хорошо видно, что замкнутый слой 1з расположен гораздо ближе к ядру, чем основная плотность 2з- или 2/>-электрона. Однако внутренний максимум 2з-электрона практически полностью проникает в 1й-электронную плотность в близкой к ядру области, и определенная часть его плотности чувствует на себе почти полный зяряд ядра 2 = +3. Единственный максимум 2/>-электрона далек от ядра, а в области сосредоточения 1й-элек-тронов находится лишь незначительная его часть. Следовательно, в атоме лития электрон на 2з-орбитали испытывает на себе действие несколько более высокого эффективного заряда, он несколько хуже экранирован от ядра 1й-электронами, чем электрон на 2/>-орбитали, и прочнее связан с ядром. Соответственно, в основном состоянии атом лития будет иметь электронную конфигурацию 18 28 а конфигурация 1з 2р отвечает возбужденному состоянию. [c.35]

При обсуждении э.пектронного строения многоэлектронного атома следует исходить из наличия у него ядра и соответствующего числа электронов, Будем предполагать, что допустимые электронные орбитали, если и не точно идентичны орбиталям атома водорода, то представляют собой нечто подобное им-так называемые водородоподобные орбитали. Тогда можно мысленно построить многоэлектронный атом, последовательно помещая на эти орбитали по одному электрону, причем процесс заселения следует начинать с наиболее низких по энергии орбиталей. Таким образом мы построим модель атома в его основном состоянии, т. е. в состоянии с низшей электронной энергией. Такой способ мысленного построения многоэлектронного атома впервые применил Вольфганг Паули (1900-1958), который назвал описанный процесс принципом заполнения. По существу, однако, процесс мысленного построения атома основывается на трех принципах. [c.386]

Электронную конфигурацию устойчивого сложного атома, характеризующую размещение электронов по орбиталям, можно установить с помощью принципа наименьшей энергии, принципа Паули и некоторых правил, учитывающих возможную энергетическую неравноценность близких электронных состояний. Поскольку в устойчивом состоянии атом должен обладать наименьшей энергией, электроны занимают орбитали с самыми низкими аоалйожными энергиями. Число электронов на этих орбиталях [c.23]

Следующий за т елием атом лития уже не может иметь все три электрона в 15-состоянии, так как по принципу Паули в любом 5-со-стоянии (15, 25, 35 и Т. Д.) может находиться не более двух электронов. Поэтому третий электрон лития располагается на следующей по энергии орбитали — 25. В атоме бериллия заканчивается заполнение 25-орбитали и с атома бора начинается заполнение 2р-орби-талей [c.40]

При заполнении электронных слоев и оболочек атомы подчиняются 1) принципу наименьшей энергии, согласно которому электроны сначала заполняют вакантные орбитали с минимальной энергией 2) принципу Паули 3) правилу Гунда — на вырожденных орбиталях суммарное спиновое число электронов должно быть максимальным. В квантовых ячейках с одинаковой энергией заселение электронами происходит так, чтобы атом имел наибольшее число неспаренных электронов. Это отвечает нормальному состоянию атома (минимум энергии). Рассмотрим связь между электронным строением атомов и положением элементов в короткой 8-клеточной Периодической сис ме (см. форзац). У каждого следующего элемента Периодической системы по сравнению с предыдущим на один электрон больше. Наиболее прост первый период системы, состоящий лишь из двух элементов. У водорода единственный электрон заселяет наинизшую по энергии орбиталь 1 , а у гелия на этой орбитали два электрона с антипарал-лельными спинами. Гелием заканчивается первый период системы и исчерпаны все вариации квантовых чисел при п = I. Таким образом, у атома гелия полностью формируется наиболее близкий к ядру А -слой. [c.40]

Электронная структура молекул может быть рассмотрена при помощи принципа построения (разд. 12.25), который применяется при объяснении периодической таблицы. Следуя принципу Паули, согласно которому на одной орбитали могут находиться только два электрона, электроны размещаются по орбиталям, начиная с самой низкой. Для оценки относительных энергий различных молекулярных орбиталей гомоядерных двухатомных молекул удобна корреляционная диаграмма, приведенная на рис. 14.8. При построении этой диаграммы предполагалось, что два удаленных друг от друга атома в указанном электронном состоянии сблил<аются до тех пор, пока их ядра не совпадут, другими словами — до тех пор, пока не образуется объединенный атом с удвоенным зарядом ядра. Диаграмма на рис. 14.8 основана на том представлении, что энергия орбиталей изменяется гладко при переходе от разделенных атомов к объединенным. Абсцисса представляет собой длины связей гомоядерных двухатомных молекул. При проведении линий к объединенному атому следовали принципу, согласно которому молекулярные орбитали с данным угловым моментом соединяются с атомными орбиталями объединенного атома с тем же угловым [c.438]

Тогда же, в 1925г., Вольфганг Паули (1900—1958) предложил простой, но чрезвычайно важный принцип, получивший название принципа исключения, или принципа Паули. Согласно этому принципу, в атоме не может быть двух электронов с абсолютно одинаковым набором квантовых чисел, т. е. не может быть двух электронов в одинаковом состоянии. Так, в атоме гелия два электрона могут занимать наиболее устойчивую орбиту с п = 1, но, согласно принципу исключения, это может иметь место только в том случае, если спин одного электрона противоположен спину другого. Литий, элемент с атомным номером три, не может иметь трех электронов на орбите с ге = 1, поскольку третий электрон должен был бы ид1еть спин, параллельный спину первого электрона или спину второго электрона, а это не допускается принципом исключения. Атом лития, следовательно, в нормальном состоянии должен иметь 2 электрона на орбите с ге = 1, т. е. на более устойчивой орбите, и один электрон на менее устойчивой орбите с п = 2. [c.153]

В рассмотренном выше методе валентных связей , или валентных схем , мы исходили из двух готовых атомов, которые взаимодействую г друг с другом, что в конце концов приводит к возникновению устойчивой связи через электронную пару. Теперь мы обратимся к другому пути, который тесно соприкасается с тем методом, который был описан при построении периодической системы при помощи одноэлектронной . одели. Мы будем исходить не из готовых атомов, а из готового ядерного остова (например, из двух ядер атомов Н) и затем выясним, в каких возможных состояниях может находиться один электрон в потенциальном поле двухъядерного остова. Затем эти возможные молекулярные состо.чния (молекулярные орбитали) мы постепенно заполняем электронами и в правильной энергетической последовательности и с учетом принципа Паули строим систему возможных двухатомных молекул, подобно тому как мы строи,ли периодическую систему. Исходной моделью здесь служит молекулярный ион Нг, который играет такую же роль, как и атом И при построении атомных состояний. Этот метод также можно модифицировать, чтобы люжно было рассматривать движение каждого электрона в среднем эффективном потенциальном поле ьсох других частиц. [c.101]

Образование комплексных соединений всегда происходит с участием -орбиталей. Последние могут существовать только для уровней с главным квантовым числом > 3. При этом оказывается, что участвовать в образовании координационных связей в комплексе могут как внутренние, т. е. находящиеся ниже валентной оболочки, так и внешние -орбитали. Примером последнего является молекула 8Ре, где внешний электронный слой атома 8 в основном состоянии имеет конфигурацию (Зх) (3/>) -Так как из четырех электронов, размещенных на трех орбиталях — Рх,Ру и Р , два обязательно должны быть спарены (принцип Паули), атом серы в основном состоянии является двухвалентным потому, что в образовании связей могут принимать участие только песпаренные электроны. То, что указанное соединение тем не менее образуется, является следствием двукратного возбуждения атома серы в состояние (Зх) (Зр) (3 ) . Объясняется такая возможность двумя причинами. Во-нервых, возмущение в поле окружающих молекул приводит к тому, что внешняя -орбиталь оказывается сильно сжатой и энергетически мало отличается от существующей внешней оболочки. С другой стороны, образование связующих внешних орбиталей с примесью -орбиталей, как впервые показал Полинг [15], приводит к образованию очень четко направленных и сильных связей. [c.97]

Принцип Паули требует не только того, чтобы в устойчивом состоянии молекулы (кривая 1 на рис. 4) спины были антипараллельны, но и чтобы в неустойчивом состоянии (кривая 2) спины были параллельны. Основываясь на этом, Гейтлер и Лондон показали, что их теория взаимодействия двух атомов водорода является в принципе общей теорией образования ковалентной связи, а также теорией отталкивания несвязывающихся атомов. Два атома водорода вследствие электронного обмена могут либо соединяться, либо отталкиваться друг от друга, а атом водорода и атом гелия или два атома гелия могут только отталкиваться. Принцип Паули разрешает обмен лишь электронов с параллельными спинами, а это в случае атомов гелия приводит к состоянию отталкивания, описываемому кривой 2 на рис. 4. Поэтому при межатомных расстояниях, достаточно коротких для того, чтобы стал возможен обмен электронами, неспаренные электроны при обмене отталкивают электронные дублеты со спаренными спинами, а все такие дублеты отталкиваются друг от друга. В то же время два неспаренных электрона могут образовывать ковалентную связь. Вообще две атомные орбитали, на каждой из которых имеется по одному электрону, могут образовывать орбиталь связи, которая при занятии ее двумя электронами становится ковалентной связью. [c.28]

Атом водорода состоит из ядра (протона), с которым связан электрон. Точное положение электрона определить нельзя, можно лишь определить вероятность нахождения электрона в любой заданной точке пространства. Для основного состояния атома водорода распределение этой вероятности вокруг ядра симметрично, и можно нарисовать сферическую граничную поверхность, внутри которой вероятность найти электрон составляет, например, 95%. Электрон имеет фиксированную энергию и определенное пространственное распределение, называемое орбиталью. В атоме гелия с ядром связаны два электрона, которые имеют точно одинаковое пространственное распределение и вследствие этого точно одинаковую энергию (т.е. они занимают одну и ту же орбиталь), но различаются по спину (принцип запрета Паули). Обшее правило гласит электроны, связанные с атомными ядрами, занимают орбитали с фиксированной энергией и определенным пространственным распределением, и на каждой орбитали может находиться максимально только два электрона с антипарал-лельными спинами. [c.11]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология