Многоэлектронные атомы

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 (6d^1-2)  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.