Периодическая система элементов
Ранее мы показали, что данному фиксированному n соответствует n2 состояний, отличающихся и . Спиновое квантовое число принимает два значения. Следовательно, в состоянии с данным n могут находится не более 2n2 электронов, - 2 электрона; - 8 электронов и т.д. Совокупность электронов, имеющих одинаковые значения n, образуют оболочку. Оболочки подразделяются на подоболочки, отличающиеся значением орбитального квантового числа . В соответствии со значением n оболочкам дают обозначения, заимствованные из спектроскопии:
Обозначение обычно заменяют . В таблице приведено распределение электронов в трех первых оболочках: K, L, M, число электронов в подоболочках, а также электронная конфигурация заполненных подоболочек (показывающая, сколько электронов находится в данном состоянии, например - - шесть электронов в состоянии ). Как показано в таблице, подоболочки могут обозначаться двумя способами. Начнем рассмотрение периодической системы с атома водорода, имеющего один электрон. Каждый последующий атом будем получать, увеличивая заряд ядра на единицу и добавляя один электрон, помещая его в состояние согласно принципу Паули. В атоме водорода имеется всего один электрон в состоянии - 1s с произвольной ориентацией спина. Т.е.: . Соответственно, основной терм имеет вид: .
Гелий. Оба электрона могут находиться в К-оболочке, но должны иметь антипараллельную ориентацию спина, рис.52. Тогда можно записать электронную конфигурацию атома: 1s2 (два электрона в состояни1s).Основным термом будет (L=0, S=0, J=0): . Литий. Третий электрон может заполнять лишь уровень 3s, поскольку оболочка К занята полностью. Электронная конфигурация лития запишется: 1s2 2s. Основное состояние определяется из L=0;S=1/2;J=1/2 и записано на рис.53. Третий электрон слабее связан с ядром и определяет оптические и химические свойства атома. Бериллий. Электронная конфигурация - 1s 2 2s 2 и основной терм на рис.53. У последующих шести элементов (бор, углерод и т.д.) происходит заполнение электронами подоболочки 2p, неон имеет уже полностью заполненные оболочки K и L, образующие устойчивую систему, подобную системе гелия, что обуславливает специфические свойства инертных газов. Заполнение подоболочек с точки зрения принципа Паули можно представить следующим образом: Например, 2р - подоболочка. Возможно наличие шести электронов. Тогда можно представить себе три "ячейки", отличающиеся хотя бы одним из квантовых чисел (кроме спинового), рис.54. В каждой такой ячейке может находиться два электрона с антипараллельными спинами. Сначала идет заполнение ячеек по одному электрону и лишь затем по второму. Следом за неоном идет натрий, который кроме полностью заполненных К и L оболочек имеет один электрон в подоболочке 3s. Его (Na) электронная конфигурация: 1s 22s2 2p6 3s . Основной терм натрия будет: . Электрон 3s - валентный, оптический. В связи с этим свойства натрия подобны свойствам лития. Когда начинает заполняться p-оболочка определение терма основного состояния естественно затрудняется. При этом необходимо использовать эмпирические правила Хунда: Наименьшей энергией обладает состояние с наибольшим возможнымзначением S и с наибольшим возможном при таком значении S значением L. При этом квантовое число J равно L–S , если заполнено не более половины подоболочки, и равно L+S в остальных случаях. На рис.55 показаны шесть возможных состояний в р-подоболочке. Используя показанные конфигурации, можно определить термы основного состояния при заполнении p-подоболочки (от углерода до неона). С Z=12 идет последовательное заполнение оболочки М. Аргон сходен по свойствам с Ne. Калий (Z=19). Электрон должен бы заполнять 3d-состояние в М оболочке. Однако в оптическом и химическом отношениях атом калия схож с литием и натрием, которые имеют валентный электрон в s - состоянии. Т.е., 19-й электрон тоже в s (4s)-состоянии. Т.е., заполнение N-оболочки начинается у калия при незаполненной М-оболочке. Это означает, что в результате взаимодействия электронов состояние с n=4, =0 имеет меньшую энергию, чем состояние с n=3, =2. Для кальция также электрон оказывается в s-состоянии. В последующих элементах происходит заполнение М-оболочки. Далее N-оболочка заполняется до криптона (Z=36), у которого опять (как у неона и аргона) s и р-состояния наружной оболочки заполнены полностью. Криптоном заканчивается четвертый период. Подобные рассуждения применимы и к другим элементам. Отметим, что и начальные элементы последующих периодов: Rb; Cs; Fr являются щелочными металлами, а их последний электрон в s-состоянии. Завершаются периоды инертными газами. Для лантаноидов (Лантан, Z=57) до лютеция (Z=71) заполнение подоболочки 4f, которая может содержать 14 электронов, начинается после того, как полностью заполняются подоболочки 5s;5p;6s. Поэтому внешняя р-оболочка (6s2) оказывается постоянной. Аналогично для актинидов (Z=89 до Z=103) одинакова Q-оболочка (7s2). Таким образом, родственными атомами являются: 1. Инертные газы - одинаковые внешние оболочки из восьми электронов (заполненные s и р-состояния) 2. Щелочные металлы - один валентный электрон в s -состоянии. 3. Щелочно – земельные металлы - два s- электрона во внешней оболочке. Причиной отступления от «правильного» порядка заполнения электронных оболочек является экранирование ядра атома внутренними электронами. Кроме того, мы рассмотрели только случай слабого спин-орбитального взаимодействия, связь осталась за пределами данного курса.
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (619)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |