Энергия электронных подуровней

Нормальное и возбужденное состояние атомов. Размещение по энергетическим уровням и подуровням электронов, выражаемое приведенными выше (и в табл. 1.1 Приложения) формулами, соответствуют минимальным значениям энергии атомов и, следовательно, нормальному состоянию атомов. Перевод электронов с низких энергетических уровней на более высокие возможен только посредством воздействия извне более или менее значительной энергии. Однако при затрате сравнительно незначительной энергии возможен перевод электронов в пределах одного и того же уровня с одного подуровня на другой, энергетически более высокий. Так, например, атом бериллия, нормальному состоянию которого соответствует электронная формула 1 5 25 , может быть при воздействии незначительной энергии переведен в состояние, выражаемое формулой l.s 2s 2p , а атом углерода из нормального состояния, выражаемого формулой 15 25 2р , в состояние 15 2з 2р . Такое состояние атома, в котором при незаполненном низшем подуровне имеются электроны на более высоком подуровне, называется возбужденным. Возбуждение атома может осуществляться также переводом электрона с более высокого уровня на энергетически более высокий подуровень более низкого уровня. Так, например, при возбуждении атома скандия он переходит из состояния, выражаемого электронной формулой ls 2s 2p 3s 3p 3d 4s , в состояние, выражаемое фор-м у л ой ls 2s 2p Зs Зp ЗdЦsK [c.32]

К образованию ковалентной связи способны только неспаренные электроны атома. Поэтому образование соединений высших валентностей нередко требует энергетического возбуждения атома с переходом электрона на более высокий подуровень. Так, в свободном атоме хлора при нормальном состоянии его имеются электроны 15 , 2 2, 2р , Зр Невозбужденный атом хлора содержит только один неспаренный электрон и может образовать соответственно только одну валентную связь. Соединения же более высоких валентностей (более высоких степеней окисления) хлора образуются в результате энергетического возбуждения атома с переходом части электронов на Зй -подуровень, Так, образование соединений пятивалентного хлора может быть объяснено переходом двух электронов с Зр-подуровня на З -подуровень, в результате чего, в атоме оказывается 5 неспаренных электронов. Если требуется невысокий уровень возбуждения, то достигнуть его можно повышением температуры, действием сильного окислителя или другими путями. Расход энергии на возбуждение может быть возмещен при образовании связи. Если полной компенсации расхода энергии не происходит, это отражается на химической стойкости соединения. Как известно, многие соединения пяти- и семивалентного хлора в соответствующих условиях способны разлагаться со взрывом. [c.65]

Причина такой последовательности заполнения электронных энергетических подуровней заключается в следующем. Как уже указывалось, энергия электрона в многоэлектронном атоме определяется значениями не только главного, но и орбитального квантового числа. Так же была указана последовательность расположения энергетических подуровней, отвечающая возрастанию энергии электрона (табл. 2.3). Как показывает табл. 2.3, подуровень 4з характеризуется более низкой энергией, чем подуровень 3 , что связано с более сильным экранированием -электронов в сравнении с з-электронами. В соответствии с этим размещение внешних электронов в атомах калия и кальция на 4в-подуровне соответствует наиболее устойчивому состоянию этих атомов. Электронное строение атомов калия и кальция соответствует правилу Клечковского. Действительно, для З -орбиталей (п = 3, / = 2) сумма (п + I) равна 5, а для 45-орбитали (п = 4, / = 0) — равна 4. Следовательно, 4з-подуровень должен заполняться раньше, чем подуровень 3 , что в действительности и происходит. [c.67]

Другими примерами могут служить комплексы переходных металлов. В разд. 27.2 мы отмечали, что окраска комплексных соединений обусловлена расщеплением энергетических уровней -электронов в поле лигандов чем больше это расщепление, тем больше энергия поглощаемых квантов. В качестве примера на рис. 37.5 приведен спектр поглощения водного раствора соли содержащего ионы [Т1(Н20)в] . Раствор окрашен в фиолетовый цвет, что соответствует максимуму поглощения в области 500 нм (энергия кванта 240 кДж/моль). Это поглощение обусловлено переходом -электрона титана с t2g- на е -подуровень в октаэдрическом аквакомплексе титана (разд. 27.2). Энергия поглощенного кванта равна величине расщепления энергии -электронного уровня [c.468]

Процесс возбуждения люминофора в приведённой схеме может быть представлен следующим образом. За счёт поглощения возбуждающей энергии электрон из заполненной полосы L переходит на соответствующий подуровень полосы проводимости, оставляя за собой положительный заряд (дырку) в основной полосе L (переход А на рис. 63). Обе энергетические полосы оказываются теперь лишь частично заполненными. Свободные электроны в изолирующем кристалле могут двигаться по решётке как электроны проводимости в металле. За счёт наличия свободного электрона и дырки возбуждённый кристалл становится теперь проводящим. [c.278]

Как показывает рис. 22, подуровень характеризуется более низкой энергией, чем подуровень 3(1, что связано с более сильным экранированием -электронов в сравнении с х-электронами. В соответствии с этим размещение внешних электронов в атомах калия и кальция на 45-подуровне соответствует наиболее устойчивому состоянию этих атомов. [c.93]

Поэтому оказывается, что у лантана 2 = 57) энергия 5й-электронов ниже, а у церия 2 = 58) выше, чем энергия /-электронов. В соответствии с этим, электрон, находившийся у лантана на подуровне 5 , переходит у церия на подуровень 4/. [c.70]

Энергия электронов на уровнях, соответствующих различный значениям главного квантового числа или номеру периода, изменяется в зависимости от п и /. В тех уровнях, где / может принимать значение, отличное от О, появляются подуровни (р, ё, f) и диапазон значений энергии электронов, находящихся на одном уровне, будет возрастать. На рис. 17 схематически показано изменение энергии уровней и подуровней в зависимости от значения п. Начиная со значения м = 4 уже наблюдается перекрытие соседних энергетических уровней, что сказывается на последовательности заполнения подуровней электронами, которые стремятся получить наименьшую потенциальную энергию относительно ядра (приблизиться к нему). Так, например, подуровень 45 заполняется раньше, [c.48]

Электронная конфигурация атома называется атомной конфигурацией. Она показывает, сколько электронов распределено по подуровням энергии. Энергетический подуровень связан с совокупностью орбиталей, имеющих одинаковые числа nul. Первые несколько элементов в периодической системе имеют следующие электронные конфигурации. В атоме гелия два электрона имеют три одинаковых квантовых числа (/J = 1. / = О и / = 0), поэтому четвертое должно отличаться = - - 1/2 для одного электрона и = — /2 для другого [c.259]

Атом лития на 25-подуровне имеет один неспаренный электрон и, следовательно, соединение должно иметь состав LiH. У атома бериллия этот подуровень заполнен и нет ни одного неспаренного электрона, следовательно, бериллий не должен образовывать ни одной химической связи. У бора и следующих за ним элементов (С, N, О, F) происходит последовательное заполнение 2р-подуровня, и атомы этих элементов будут иметь определенное число неспаренных электронов. Если при образовании связей учитывать только наличие неспаренных электронов, то для этих элементов должны образоваться следующие водородные соединения ВН, СН , NH3, Н7О, HF. Отсюда видно, что, применяя только обменный механизм образования химической связи, можно вступить в противоречие с экспериментальными данными бериллий образует соединение с водородом состава ВеНг, водородные соединения бора также имеют другой состав, а простейшее соединение углерода с водородом имеет состав СН4.Устранить это противоречие можно, предположив, что атомы элементов второго периода в образовании молекул участвуют в возбужденном состоянии, т.е. происходит распаривание 5-электронов и переход их на р-подуровень. Но тут возникает другое несоответствие с опытными данными. Поскольку энергии 5- и р-электронов различны, то и энергии образуемых ими химических связей должны отличаться, а, следовательно, подобные связи Э-Н должны иметь разную длину (в зависимости от того, орбитали какого типа принимают участие в их образовании). Согласовать теорию и эксперимент можно, введя предположение об усреднении энергий 5- и р-подуровней и образовании новых уровней, на которых энергии электронов, находящихся уже на орбиталях другого типа, одинаковы. А раз это так, то по правилу Хунда, в атоме появляется максимальное число неспаренных электронов. Эта гипотеза получила название явления гибридизации, а орбитали, образующиеся в результате усреднения энергий подуровней, называются гибридными. Естественно, что при этом меняются и форма электронных облаков, и их расположение в пространстве. В зависимости от того, какие орбитали участвуют в образовании гибридных орбиталей, рассматривают различные типы гибридизации и пространственные конфигурации образовавшихся гибридных орбиталей (см. рис. 14.). Число получившихся гибридных орбиталей должно быть равно общему числу орбиталей, вступивших в гибридизацию. В зависимости от того, какие орбитали взаимодействуют между собой, рассматривают несколько типов гибридизации [c.48]

Согласно принципу наименьшей энергии электрону энергетически выгоднее занять подуровень вышележащего уровня, хотя подуровень нижележащего уровня не заполнен [c.67]

Четвертый период. Формирование электронных оболочек в атомах элементов больших периодов происходит более сложно, чем в атомах элементов малых периодов, о связано с тем, что в атомах элементов больших периодов -подуровень данного энергетического уровня обладает меньшей энергией, чем -подуровень предшествующего уровня. Поэтому, например, у элементов четвертого периода сначала заполняется подуровень 4 , а потом Зс1. Так, энергетическое состояние восемнадцати электронов атома калия (№ 19) аналогично состоянию электронов атома аргона, а девятнадцатый электрон находится на -подуровне четвертого уровня, хотя -подуровень третьего уровня остается незаполненным. Структура электронной оболочки атома калия [c.52]

Если общий запас энергии электрона в разных энергетических слоях определяется номером этого слоя (или значением главного квантового числа п), то некоторая дифференциация в энергетической характеристике электрона (в пределах одинакового общего запаса энергии) определяется номером подуровня или значением побочного квантового числа к. Последнее подчинено главному и может меняться, как это видно из рисунка 29, целочисленно в пределах от единицы до значения плавного квантового числа п. Так, при значении п=2> число к может принимать три значения 1—2—3. Первый по счету, самый низший, то есть ближайший к ядру, энергетический подуровень каждого квантового слоя обозначают символом 5. Второй по счету энергетический подуровень квантового слоя обозначают символом р третий по счету подуровень — символом (I, четвертый подуровень — символом /. [c.113]

Заполнение электронных слоев по подуровням у атомов элементов первых трех рядов периодической системы до аргона включительно происходит последовательно начиная с первого подуровня (1х). Дальше последовательность меняется. Электроны в атомах располагаются по принципу Паули, но так, чтобы их энергия на соответствующем энергетическом уровне была наименьшей. Например, в атомах калия и кальция вместо заполнения подуровня М, который еще остается свободным, сначала заполняется подуровень 45, где энергия электрона наименьшая. [c.52]

Однако бор реагирует в так называемом возбужденном состоянии, когда в результате подвода энергии электронная пара 25-электронов расщеплена и один из этих электронов перемещен на 2р-подуровень [c.92]

Это утверждение является очевидным для ковалентных кристаллов и для ионов с целиком заполненными электронными оболочками. Однако свойства кристаллов, в которых имеются ионы с частично заполненными оболочками (например, соединения переходных элементов), требуют дополнительного рассмотрения [3—5]. На первый взгляд в этом случае можно ожидать появления металлических свойств. Однако обычно они не наблюдаются. Это связано с тем, что электронные уровни частично заполненных оболочек расщепляются в электрическом поле окружающих анионов на ряд подуровней. Магнитное взаимодействие, как между электронами одного иона, так и между электронами соседних катионов, вызывает дальнейшее расщепление, создавая разницу в энергии электронов для одной и той же орбиты с разным направлением спина. В результате каждый подуровень может содержать только один электрон, и поэтому, пока имеется этот электрон, подуровень целиком заполнен. Таким образом, при условии, что занятые подуровни достаточно отделены друг от друга по энергии, одно состояние, а именно то, в котором все более низкие уровни заняты, а высокие пусты, является основным. Для одинаковых ионов такое состояние вполне упорядоченно и проводимость невозможна. [c.152]

Возмущающее взаимное влияние электронов приводит к тому, что подуровни различных уровней перекрываются и может оказаться, что подуровень предыдущего уровня более богат энергией, чем подуровень последующего уровня. На рис. 1-28 приведена шкала уровней энергии для элементов с порядковым номером до 20. Видно, что подуровень 4/ богаче энергией, чем подуровни б5 и 5й. [c.50]

Орбитали продолжают регулярно заполняться при движении вдоль периода до калия (порядковый номер 19). Внешний электрон калия находится на подуровне 4в, а не Ъс1, так как, согласно распределению электронов, подуровень 4 фактически имеет меньшую энергию. Причина этого состоит в том, что я-орбитали лежат глубже и имеют более высокие плотности электронов вблизи ядра. У переходных элементов, которые следуют за кальцием (от скандия, порядковый номер 21, до цинка, порядковый номер 30), заполняется подуровень Зй, в то время как число электронов на внешней орбитали остается 1 или 2. [c.507]

Второе квантовое число — орбитальное (I) — описывает форму (симметрию) орбиталей и характеризует величину орбитального импульса движущегося электрона. Оно может принимать целочисленные значения от О до п—1. Обычно для обозначения-соответствующих орбиталей применяют строчные буквы латинского алфавита 5 (1 = 0), р (1= ), й (1=2), / ( =3). Форма и ориентация 5-, р- и -электронных орбиталей приведены на рис. 1. Электроны с различными Орбитальными квантовыми числами (5-электроны, р-электроны и т.д.) отличаются различной энергией их энергия тем больше, чем больше значение I. 5-Элект-роны образуют 5-подуровень, о-электроны — /р-подуровень и т. д. [c.11]

Выше указывалось, что энергия электрона определяется не только значением главного квантового числа, но и значением орбитального, поэтому для того, чтобы определить, какой подуровень будет заполняться электронами в первую очередь, необходимо учитывать значения обоих квантовых чисел. [c.35]

Если на подуровне ёу есть незаполненная орбиталь, то пр-и поглощении комплексным ионом света возможен переход электрона с нижнего энергетического подуровня е па -подуровень. Этот переход определяет цвет комплексного соединения, так как энергия поглощаемого кванта света (Е) равна энергии расщепления (Д). В расчете на 1 моль поглощающего вещества справедливо соотнощение [c.208]

Электроны заполняют 4/-, а не 5с<-подуровень потому, что в этом случае они обладают меньшей энергией. Однако разница [c.641]

Число и взаимное расположение энергетических подуровней на последней схеме показывает, что 1) электроны в атоме лития расположены на двух энергетических уровнях, причем первый из них состоит из одного подуровня (1 ) и целиком заполнен 2) второй — внешний — энергетический уровень соответствует более высокой энергии и состоит из двух подуровней (2 и 2р) 3) 2а-подуровень включает одну орбиталь, на которой в атоме лития находится один электрон [c.64]

Если возбуждение атома, приводящее к увеличению числа неспаренных электронов, связано с очень большими затратами энергии, то эти затраты не компенсируются энергией образования новых связей тогда такой процесс в целом оказывается энергетически невыгодным. Так, атомы кислорода и фтора не имеют свободных орбиталей на валентной электронной оболочке. Здесь возрастание числа неспаренных электронов (способствующих образованию наиболее прочных связей) возможно только путем перевода одного из электронов на следующий энергетический подуровень, т. е. в состояние 3 . Однако такой переход сопряжен с очень большой затратой энергии, которая не покрывается энергией, выделяющейся при возникновении новых связей. Поэтому за счет неспаренных электронов атом кислорода может образовать не больше двух ковалентных связей, а атом фтора — только одну. Действительно, для этих элементов характерна ковалентность, равная двум для кислорода и единице — для фтора. [c.124]

Эти соотношения схематически представлены на рис. 4. На нем показаны энергии связи электронов различных подуровней (при полной достройке данного подуровня). Различия в энергии связи электронов двух соседних прдуровней одной оболочки в общем меньше, чем различия в энергии связи электронов одноименных подуровней двух оболочек. Однако энергия связи электронов первых подуровней данной оболочки может быть большей, чем энергия электронов последних подуровней предыдущей оболочки. Так, первая электронная пара четвертой оболочки (45 Электроны) обладает несколько большей энергией связи, чем электроны последнего подуровня третьей оболочки (За -электроны). Поэтому 19-й электрон атома калия и 20-й электрон атома кальция не начинают постройки Зс/-подуровня, а занимают 45-положепие, так как это соответствует большей энергии связи их в атоме. Таким образом, последовательность в образовании электронами оболочек атома в этом случае нарушается. И только когда наиболее выгодный в энергетическом отношении 5-подуровень четвертой оболочки достроен, следующие электроны в атомах скандия, титана, ванадия, хрома, марганца, железа, кобальта, никеля и меди окончательно достраивают третью оболочку. [c.41]

Правило Гунда требует, чтобы в пределах совокупности атомных орбиталей одной и той же энергии (энергетический подуровень) число электронов с одинаковыми спинами было максимальным. Такая особенность распределения электронов по атомным орбиталям с одним и тем же значением / объясняется межэлект-ронным отталкиванием. Например, заселение вакантных -АО пятью электронами возможно в соответствии с правилом Гунда только одним способом, отвечающим наименьшей энергии основного состо- [c.36]

В пределах определенных уровней энергии электроны атомов могут отличаться своими энергетическими подуровнями (или подоболочками). Число возможных подуровней для данного энергетического уровня равно номеру уровня или значению п. Так, при п= (в первом энергетическом уровне) имеется только один подуровень 5, максимальное число электронов, размещающихся на нем, равно 2 (5 ). В данном случае уровень и подуровень совпадают. При п = 2 (во втором энергетическом уровне) имеется два подуровня 5-подуровень — 2 электрона и р-подуро-вень — 6 электронов (5 р ). При п = 3 (в третьем энергетическом уровне) три подуровня 5-подуровень — 2 электрона, р-подуро-вень — 6 электронов, -подуровень — 10 электронов (всего 18 электронов — s p d" ). При п = 4 (в четвертом энергетическом уровне) четыре подуровня -подуровень — 2 электрона, р-под-уровень — 6 электронов, -подуровень— 10 электронов, /-под-уровень— 14 электронов (всего 32 электрона Больше [c.92]

Рассмотрим порядок заполнения электронами оболочек атомов, учитывая, что он определяется порядком возрастания суммы чисел п + 1). Если для подуровней разных уровней сумма п + 1) окажется одинаковой, тО сначала идет заполнение подуровня с меньшим п и большим /, а затем — подуровней с большим п и меньшим I. Это является следствием того, что знергия электрона в атоме в большей мере зависит от п. Отсюда вытекает порядок заполнения уровней и подуровней в многоэлектронных атомах, указанных в табл. 5 (см. также рис. 18). В этой последовательности энергия электрона возрастает слева направо, а прочность связи с ядром убывает. Однако энергия электронов в состояниях 45 и Зй 55 и А(1] 4/ и 5 настолько близки друг к другу, что становится возможным перемещение (проскок) электронов из подуровня пз в п— )й. В табл. 6 звездочками отмечены те элементы, у которых имеются такие проскоки. У хрома и меди эти проскоки обусловлены стабильностью наполовину и полностью заполненного подуровня й (у СгЗй(5 и у Си Зс °). Аналогичные проскоки при достройке -подуровней наблюдаются также и у Мо, Ag, Ли, Р1, и у других элементов, а у палладия проскакивают в 4с(-подуровень даже два 5-электрона из пятого уровня. Также из-за стабильности наполовину и полностью заполненных /-подуровней у лантаноидов и актиноидов возникает некоторое своеобразие в расположении электронов очень близких подуровней п—2)/ и п— )(1. [c.84]

Второе квантовое число I, называемое орбитальным (побочным) квантовым числом, характеризует энергию электрона на подуровнях внутри электронного уровня и форму электронного облака. При заданном квантовом числе I может принимать любые целочисленные значения от О до (га -1) и обозначается строчными буквами латинского алфавита I = О (з-подуровень) I = 1 (р-поду-ровень) I = 2 (сЗ-подуровень) I = 3 (f-подуровень) и т. д. Число возможных подуровней в каждом энергетическом уровне совпадает с порядковым номером электронного слоя, но фактически ни один энергетический уровень не содержит болыие четырех подуровней. [c.91]

Заполнение электронами уровней и подуровней производится по правилу Клечковского. Сущность этого правила состоит в том, что -подуровень заполняется электронами только в том случае, если сумма (п + 1) меньше, чем у следующего энергетического подуровня. Энергия электрона, как известно, определяется значениями главного и квантового чисел. Величина п + 1) характеризует суммарный запас энергии электрона. В первую очередь заполняются уровни и подуровни, у которых сумма п + 1) наименьшая. Так, запас энергии электрона на подуровне М равен (п + 1) =3 + 2 = 5, т. е. больше, чем на подуровне 4 , где п + 1) =4 + 0 = 4. Следовательно, в первую очередь заполнится подуровень 4 . Таким образом, на основании правила Клечковского электронная формула, например, калия будет иметь вид 19К—15 2 22р 3523р 45, а не 1эК—1 22522ре3523рб3б/. [c.41]

В энергиях 4[- и 5 -состояний очень мала. Благодаря этому одии из 4/-электронов (а в некоторых случаях, например, у церия, два 4/-электрона) легко возбуждается, переходя иа 5 -подуровень, и сгановится, таким образом, валентным электроном. Поэтому в большинстве своих соединений лантаноиды имеют степень окисленности +3, а не +2. Это обстоятельство объясняет близость свойств лантаноидов к свойствам элементов подгруппы скандия. [c.642]

Как И В случае лантаноидов, у элементов семейства актиноидов происходит заполнение третьего снаружи электронного слоя (подуровня 5/) строение же наружного и, как правило, предшествующего электронных слоев остается неизменным. Это служит причиной близости химических свойств актиноидов. Однако различие в энергетическом состоянии электронов, занимающих 5/- и 6 /-под-.уровни в атомах актиноидов, еще меньше, чем соответствующая разность энергий в атомах лантаноидов. Поэтому у первых членов семейства актиноидов 5/-электроны легко переходят на подуровень и могут принимать участие в образовании химических связей. В результате от тория до урана наиболее характерная степень окисленности элементов возрастает от - -А до +6. При дальнейшем продвижении по ряду актиноидов происходит энергетическая стабилизация 5/-С0СТ0ЯНИЯ, а возбуждение электронов на 6 -подуро-вень требует большей затраты энергии. Вследствие этого от урана до кюрия наиболее характерная степень окисленности элементов понижается от +6 до (хотя для нептуния и плутония получены соединения со степенью окисленности этих элементов и 4-7). Берклий и следующие за ним элементы во всех своих соединениях находятся в степени окисленности +3. [c.644]

Особый интерес представляют подобные возбуждения атома углерода. В свободном атоме углерода, находящемся в нормальном состоянии, содержатся электроны 152, 2 , 2р . При образовании соединений, в которых углерод четырехвалентен, один из 2з-элек-тронов атома переходит на подуровень 2р, так что распределение электронов отвечает состоянию 1 , 2 , 2р , причем имеется четыре неспаренных электрона. Энергия, затрачиваемая на такие переходы в возбужденное состояние, может компенсироваться ири образовании валентных связей. [c.65]

Согласно теории кристаллического поля взаимодействие лиганда с ионом переходного металла приводит к расщеплению вырожденных -уровней (рис. 113, а). При увеличении числа -электронов ь ионе переходного металла сначала происходит заполнение трех нижних ( 5 ) подуровней по одному электрону на каждый подуровень. При заполненных нижних подуровнях энергия системы понижается. Это понижение энергии называют энергией стабилизации кристаллическим полем (ЭСКП). С ростом ее энергия адсорбции молекулы на поверхности катализатора увеличивается, а реакционная способность повышается. Таким образом, следует ожидать, что в ряду окислов переходных металлов с одним, двумя и тремя -электронами каталитическая активность будет увеличиваться. [c.458]

Если форма электронных облаков описывается одинаковыми уравнениями, то говорят, что соответствующие орбитали образуют энергетический подуровень. На энергетическом уровне с номером п находится п подуровней. Эти подуровни называют с помощью букв 8, р, (1 и т. д. Энергия 8-подуровня ниже энергии р-подуровня и т. д. На 8-подуровне находится одна орбиталь, на р - три, на 1 - пять. При наличии внешнего элек-фомагнитного поля энергии орбита-лей, относящихся к одному энергетическому подуровню, оказываются различными. [c.35]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология