Билет 2.энергия электронов(атомных орбиталей).заполнение электронами уровней и подуровней. Принцип наименьшей энергии. Принцип Паули. Правило Клечковского. Правило Гунда.

Энергия электронов(атомных орбиталей)

энергия электрона в атоме квантована. Дискретность энергии электрона является следствием его волновой природы и подтверждается линейчатым характером атомных спектров( оптических, рентгеновских). Величина энергии Е для электрона, найденная из уравнения Шредингера, соответствует его волновой функции ψ с определенным соотношением квантовых чисел n,l,m_l. Волновой функции ψ= ψ(n,l,m_l), характеризующей различные состояния электрона в атоме водорода соответствуют только такие энергии, которые задаются выражением ,которое соответствует Е= - кДж\моль.

Состояние электрона, характеризуемое определенной величиной энергии Е, называют энергетическим состоянием. Переход электрона из одного энергетического состояния в другое связан со скачкообразным изменением его энергии.

Состояние электрона в атоме водорода с наименьшей энергией Е (n=1) называют нормальным, или основным состоянием. Все остальные состояния возбужденные. В основном состоянии электрон может находиться неограниченное время, в возбужденном- доли секунды. В возбужденное состояние электрон можно перевести при нагревании, действии электрического разряда, поглощении света. В любом случае происходит поглощение определенной порции энергии-кванта энергии. За счет полученной порции энергии электрон переходит из одного энергетического состояния в другое.

Если энергия электрона в атоме водорода зависит только от главного квантового числа, то в многоэлектронном атоме энергия связана со значениями главного и орбитального квантовых чисел, а именно их суммой, т.е. (n+l). Зависимость энергии электрона от орбитального квантового числа объясняется тем, что с его значением связаны форма орбиталей и распределение электронной плотности в области граничной поверхности. Различие орбиталей по форме и распределению электронной плотности приводит к тому, что проникающая способность к ядру у электронов не одинакова.

Изменение энергии электрона (атомной орбитали) в многоэлектронном атоме в зависимости от суммы (n+l) было установлено Клечковским.

Ряд Клечковского

заполнение электронами уровней и подуровней.

1)наиболее устойчивым состоянием атома является такое, в котором электроны находятся на более близких к ядру энергетических уровнях.

2)общее число электронов в атоме равно порядковому числу элемента в ПСХЭ.

3)все электроны в атоме расположены послойно. число слоев(энерг.уровней) определяется номером периода.

4)на самом внешнем энергетическом уровне атома не может быть больше 8 электронов. Внешние электроны характеризуют валентность атомов элемента.

5)уровни делятся на подуровни. максимальное число электронов на подуровнях:S-2,P-6,D-10,F-14.

Принцип наименьшей энергии характеризует невозбужденное состояние атома и определяет порядок заполнения электронами орбиталей на уровнях и подуровнях. Согласно этому принципу электроны в основном состоянии заполняют орбитали в порядке повышения уровня энергии орбиталей. Первыми заполняются орбитали с минимальными уровнями энергии. в многоэлектронных атомах электроны испытывают не только притяжение атомов,но и отталкивание электронов, находящихся ближе к ядру, поэтому последовательность возрастания энергии орбиталей усложняется.

Принцип Паули: в атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковыми. При одинаковых значениях m_l,l,n значения ms должны различаться. Из этого следует, что каждая атомная орбиталь может быть занята не более чем двумя электронами, спины которых имеют противоположенные знаки. Два таких электрона, находящиеся на одной орбитали и обладающие противоположными спинами, называются спаренными.принцип Паули позволяет определить максимально возможное число электронов на орбитали, подуровне, уровне.

Правило Клечковского. 1)заполнение электронных орбиталей происходит от орбиталей с меньшим значением суммы главного и орбитального квантового чисел к орбитали с большим значением этой суммы. 2)при одинаковом значении суммы главного и орбитальных квантовых чисел заполнение орбиталей происходит последовательно в направлении возрастания главного квантового числа.

Правило Гунда. Электроны распределяются в атоме в нормальном состоянии в пределах подуровня таким образом, чтобы суммарный спин был максимальным.