Многоэлектронные атомы
В многоэлектронных атомах заселение электронами уровней и подуровней осуществляется не произвольно, а в строгом соответствии с тремя основными принципами квантовой механики:
принципом минимума энергии,
принципом (запретом) Паули,
правилом Хунда.
Принцип минимума энергии: максимальная устойчивость атома достигается при его минимальной энергии.
Заполнение энергетических уровней и подуровней идет в следующей последовательности:
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s (5d1) 4f 5d 6p 7s (6d1-2) 5f 6d 7p
Связь порядка заполнения орбиталей электронами с положением элемента в периодической системе.
Принцип минимума энергии отражает стремление любого атома находиться в основном (невозбужденном) состоянии.
Принцип (запрет) Паули
Принцип (запрет) Паули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковым значением всех четырех квантовых чисел.
Из этого следует, что на каждой орбитали, характеризующейся определенными значениями главного, орбитального и магнитного квантовых чисел, может находиться не более двух электронов, спины которых имеют противоположные знаки. Два электрона, находящиеся на одной орбитали и характеризующиеся противоположно направленными спинами, называются
спаренными, суммарный спин их равен нулю. Спины одного направления называются
параллельными, а противоположных –
антипараллельными.
Квантовую ячейку (условное обозначение атомной орбитали) в соответствии с требованием принципа Паули можно символически представить следующей схемой:
Из принципа Паули вытекает:
Максимальная емкость
подуровня:
s – 2 ē
p – 6 ē
d – 10 ē
уровня: f – 14 ē
2 n2
n - главное квантовое число
Правило Хунда
Правило Хунда: в пределах подуровня электроны стремятся занять максимальное число свободных орбиталей так, чтобы суммарный спин имел наибольшее значение.
Пусть, например, необходимо распределить три электрона по квантовым ячейкам p-подуровня. Это можно сделать тремя способами:
Правилу Хунда удовлетворяет второй способ.
Действительно, если во втором случае суммарный спин электронов равен 3/2, то в первом и третьем случаях - всего лишь ½.
Из правила Хунда следует, что наполовину заполненные электронами атомные орбитали (в каждой квантовой ячейке по одному электрону) являются наиболее устойчивыми.
Распределение электронов по различным атомным орбиталям называется электронной конфигурацией атома.