Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
5 СТРОЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ОБОЛОЧЕК АТОМОВ.doc
Скачиваний:
13
Добавлен:
06.09.2019
Размер:
3.12 Mб
Скачать

Емкость подуровней и уровней.

Принцип (запрет) Паули: В атоме не может быть двух электронов, имеющих одинаковые значения всех четырех квантовых чисел. Следствие из принципа Паули: в каждую квантовую ячейку (орбиталь) можно поместить только два электрона с противоположными спинами. Рассмотрим 2р-подуровень. Для этого подуровня n = 2, l = 1, тогда ml может принимать значения -1, 0,+1, что соответствует трем квантовым ячейкам. В каждой из них по принципу Паули может разместиться по два электрона с противоположными спинами.

ху 2pz

2р-подуровень

Таким образом, легко определить максимальную емкость лю6oгo энергетического подуровня. Действительно, на s-подуровне любого энергетического уровня только одна орбиталь, на которой возможно нахождение двух электронов, следовательно, на s-подуровне может быть максимально два электрона с противоположными спинами. На p-подуровне три орбитали

следовательно, может разместиться максимально шесть электронов, на d-подуровне пять орбиталей и, следовательно, может быть максимально десять электронов, на f-подуровне семь орбиталей, значит, максимально четырнадцать электронов. Это записывается следующим образом: s2; p6; d10; f14.

Всего на подуровне может быть не более 2(2l+1) электронов, где l – орбитальное квантовое число, а (2l+1) – количество квантовых ячеек.

Правило Гунда. В пределах одного подуровня электроны занимают наибольшее количество квантовых ячеек так, чтобы суммарный спин был максимальным.

Предположим, что на 2р-подуровне нужно разместить три электрона. Принцип Паули разрешает три варианта размещения:

I вариант

II вариант

III вариант

Практически реализуется вариант III в соответствии с правилом Гунда.

В варианте I и II: s = 1/2, в варианте III: s = 3/2.

Принцип Паули ограничивает число электронов в атоме для каждого энергетического уровня.

Например, емкость уровней составляет:

уровень K (n=1)

1s2

2 электрона

уровень L (n=2)

2s2p6

8 электронов

уровень М (n=3)

3s2p6d10

18 электронов

уровень N (n=4)

4s2p6d10f14

32 электрона

Максимально на конкретном энергетическом уровне по принципу Паули может быть 2n2 электронов, где n – номер уровня (главное квантовое число).

Представим строение 4-го энергетического уровня в виде ячеистой модели.

Для n = 4; l = 0, 1, 2, 3, т.е. на 4-м уровне возможны подуровни: 4s, 4р, 4d, 4f;

число орбиталей на подуровне соответственно: 1, 3, 5, 7.

Ячеистая модель 4-го энергетического уровня:

4f- подуровень

4d–подуровень

4p – подуровень

4s – подуровень

На 4-м энергетическом уровне 16 орбиталей (n2), на которых возможно размещение 32 электронов (2n2).

Энергии орбиталей одного подуровня вырождены, т.е. у изолированного атома они не различимы. В электрическом или магнитном поле, а также в окружении заряженных ионов эти состояния энергетически становятся различными, говорят, что вырождение снимается.

Принцип Паули определяет возможные состояния электронов в атоме, но ничего не говорит о том, в каких именно состояниях находятся электроны в конкретном атоме.

Распределение электронной плотности и энергии допустимых энергетических состояний электронов определяется сложным балансом многих сил (взаимодействия ядра с электронами, взаимным отталкиванием электронов друг от друга, эффектом экранирования ядра электронами и др.).