Правила заполнения электронами атомных орбиталей (ао)

2 . Принцип запрета Паули. На одной АО могут находиться не более чем два электрона, которые должны иметь различные спиновые магнитные квантовые числа m_s (направления спинов должны быть противоположными).

3. Правило Хунда. АО заполняются электронами так, чтобы их суммарный спин был максимальным.

4. Правило Клечковского. При переходе от одного элемента к другому электроны размещаются последовательно на орбиталях, расположенных в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел (n+l). При одинаковых значениях этой суммы первой заполняется орбиталь с меньшим значением главного квантового числа n.

Электронная конфигурация атома – распределение электронов по атомным орбиталям в соответствии с правилами заполнения.

Все атомы характеризуются индивидуальным набором спектральных линий электромагнитной шкалы.

Энергия ионизации (э.и.) Энергией ионизации называется энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома, часто ее приводят в электронвольтах, тогда ее называют потенциалом ионизации (п.и.).

Сродство к электрону (с.э.) – энергия выделемая при присоединении электрона к атому, характеризует способность атома образовывать отрицательно заряженные ионы.

Электроотрицательность (э.о.) χ – условная величина, характеризующая способность атома в химическом соединении притягивать к себе электроны. Существуют шкалы Полинга и Малликена (см. приложение). Наиболее простой способ расчета электроотрицательности предложил Малликен: χ=э.и.+с.э./2

Важнейшей характеристикой атома является размер, атомный радиус, измеряемый в ангстремах (1А=10^–8 см).

Все атомы одного и того же элемента имеют одинаковое число протонов и, следовательно, одинаковый заряд ядра, но могут содержать различное количество нейтронов, а значит, и различное массовое число. Такие атомы называют изотопами. Следовательно, изотопы – это атомы одного и того же химического элемента, отличающиеся друг от друга содержанием нейтронов в ядре. Например, водород имеет такие изотопы: Н – протий (Z=1, А=1), D – дейтерий (Z=1, А=2) и Т – тритий (Z=1, А=3). Почти все химические элементы состоят из нескольких изотопов. Изотопы делятся на две группы: стабильные и радиоактивные. Ядра стабильных изотопов вполне устойчивы, ядра радиоактивных изотопов самопроизвольно распадаются, превращаясь в ядра других элементов.

Радиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в атомы другого, сопровождающееся радиоактивным излучением. Существуют α-распад (испускание ядер гелия ⁴₂Не), β^--распад (β - электронный), β⁺ -распад (b-позитронный) и К-захват. α-распаду подвергаются главным образом ядра тяжелых элементов, например:

(4.2)

Пример β^- - распад: n→р+β^- (4.3)

Пример β⁺ - распад: р→n+β⁺ (4.4)

При том и другом распаде осуществляется взаимное превращение нуклонов в ядре.

Ядра некоторых радиоактивных изотопов могут поглощать один из электронов К-оболочки собственного атома. Порядковый номер ядра уменьшается на единицу при том же массовом числе. Таким образом, превращение при К-захвате аналогично превращению при позитронном распаде, с той разницей, что К-захват не сопровождается испусканием частиц.

Если рассматривать совокупность некоторого числа радиоактивных ядер, то, очевидно, с течением времени это число должно уменьшаться за счет радиоактивного распада. Ясно, что число радиоактивных ядер ∆N распадающихся за промежуток времени ∆t пропорционально величине этого промежутка, общему числу ядер данной совокупности N. Кроме того, оно зависит от свойств ядер данного изотопа, определяемых их внутренней структурой.

Основной закон радиоактивного распада может быть записан математически в следующем виде:

(4.5)

где λ – постоянная распада (зависит от свойств данного изотопа). Знак минус указывает на уменьшение числа радиоактивных ядер с течением времени.

Отношение dN/dt представляет собой скорость радиоактивного распада. Следовательно, основной закон радиоактивного распада имеет следующую формулировку: скорость радиоактивного распада пропорциональна числу радиоактивных ядер. Закон радиоактивного распада может быть представлен в другой, более удобной форме:

(4.6)

где N₀ – число радиоактивных ядер в момент времени t=0;

N – число радиоактивных ядер к моменту времени t; е – основание натуральных логарифмов.

Рис. 3. Счетчик для измерения b-лучей: 1 – металлическая нить – анод; 2 – слой меди – катод; 3 – слюдяное окошко для выпуска b–частиц; 4 – стеклянный цилиндр