Переодическая система химических элементов. Генетический аспект - Горох А.В.
Скачать (прямая ссылка):
25
Рис.8. Эффективные заряды ядер атомов (ионов) - Z31J1 = Z - at для изономерных серий (і) электронов естественного ряда химических элементов
Таблица 6
Эффективный заряд ядра (в процентах от Z) в зависимости от количества экранирующих электронов и от атомного номера элемента
Кол-во экрани-
Z^, в процентах от Z
рующих электронов U 92 Pb 82 Hf 72 Sm 62 Te 52 Mo 42 Ge 32 Ti 22 Mg 12
1 99,27 99,18 99,07 98,92 98,71 98,40 97,91 96,95 94,42
10 89,91 88,68 27,11 85,03 82,15 77,90 71,00 57,82 22,66
20 79,08 76,52 73,26 68,95 62,98 54,16 39,84 12,50 -
30 68,53 64,69 59,79 53,31 44,33 31,07 9,53 -
40 57,61 52,44 45,83 37,09 25,00 7,14 -
50 47,31 40,89 32,68 21,82 6,78 -
60 35,94 28,13 18,15 4,95 -
70 25,13 16,00 4,33 -
80 14,40 3,96 -
90 3,68 -
He 2
66,50
Характер изменения от одной серии электронов к другой, а также в зависимости от атомного номера элемента, иллюстрирует рис.8. Из приведенных графиков видно, что шаг снижения величины Z^, довольно равномерный при переходе от одной серии электронов к другой, резко меняется на границе серий, разделяющих периоды. Что касается величины Z^, по сравнению с величиной заряда ядра, то она для различных по своему положению электронов в атомах различных элементов колеблется в широких пределах, составляя 99-2%% от величины Z. Значения (в %% от Z) в зависимости от количества экранирующих электронов и от атомного номера элемента представлены в табл.6 и на графиках (рис.9). Из этих данных видно, как резко возрастает экранировка ядра по мере снижения атомного номера и по мере возрастания количества экранирующих электронов.
27
Zэф/Z, %
102 92 82 72 62 52 42 32 22 12 2
N
Рис.9. Графики изменения Z31J1 (в %% от Z) в зависимости от количества экранирующих электронов (1 н- 90) и от атомного номера элемента (N)
2.2. Строение электронных оболочек атомов
Особенности изменения энергии связи электронов с ядром, выявленные при анализе зависимости JEj = f(Z), позволяют по новому осветить и ряд вопросов, касающихся непосредственно структуры электронных оболочек, несмотря на то, что проблема электронного строения атомов считается решенной.
Если, основываясь на графиках JEj = f(Z), рассматривать
электронное строение различных атомов во взаимосвязи друг с другом, взяв в качестве опорных элементов, например, ксенон (54), палладий (46), криптон (36), медь (29), аргон (18), неон (10), то пронумеровав все электроны и сопоставив полученные порядковые числа с типом электронных оболочек можно видеть полное согласие
28
с тем, что вытекает из идеальной, по словам Зоммерфельда, схемы расположения электронов в атомах и что известно из справочной литературы по строению атомов перечисленных элементов [21]: 1й и 2й электроны - 1S2; 3,4 - 2S2; 5-10 - 2P6; 11-12 - 3S2; 13-18 - 3P6; 19-28 - 3d10; 29-30 - 4S2; 31-36 - 4P6; 37-46 - 4d10; 47-48 - 5S2; 49-54 - 5P6. Однако, в эту строго закономерную схему не вписываются существующие представления о строении внешних оболочек атомов элементов, располагающихся между указанными опорными элементами. Как уже указывалось, внешние электроны у калия - 19й, у кальция - 19-20, у скандия - 20, 21, у титана и ванадия, соответственно, - 21, 22 и 22, 23, у хрома - 24, у марганца, железа, кобальта, никеля, соответственно, - 24, 25; 25, 26; 26, 27; 27, 28,
характеризуются как 4S электроны. На графиках же ¦JEi = JZ) каждый из этих электронов без малейших отклонений располагается в соответствующих изономерных линейных сериях, принадлежащих 3d-оболочке (см. рис.2 и рис.10). Значения пэф этих электронов лежат в пределах 2,597 - 2,392, тогда как для 4S-электронов (29-30) пэф = 3,140 - 3,120 (см. табл.3).
Изономерные серии электронов
47 45 43 41 39 37 35 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11
Z
Рис.10. Иллюстрация некорректности отнесения внешних электронов в атомах от никеля (28) до калия (19) к 4s оболочке: • - 4p, 3d, 3p и 3s электроны; ? -4s электроны; о - электроны, некорректно относимые к 4s оболочке
29
В связи с этим нельзя не обратить внимание на вывод Ю. Розери и др. исследователей, согласно которому в атомах таких элементов как Fe, Co, Ni, внешние валентные электроны лишь частично принадлежат 48-полосе (табл.7), являясь, преимущественно, 3а-электронами (см.[22]).
Таблица 7
Количественное соотношение 3d и 4s электронов в атомах железа, кобальта и никеля по Ю.Розери и др. [22]
Элемент Общее число электронов вне оболочки аргона Соотношение 3d и 4s электронов
3d 4s
Fe 8 7,8 0,2
Со 9 8,3 0,7
Ni 10 9,4 0,6
Картина, сходная с вышеописанной, наблюдается и при сопоставлении порядковых номеров внешних электронов с их конфигурациями у атомов от рубидия (37) до родия (45). В справочной литературе для этой группы элементов один-два внешних электрона в интервале от 37-го до 45-го, относятся к 5S-
электронам. На графиках же JEJ = JZ) 37й - 45й электроны
однозначно принадлежат 4d-подуровню (рис.11), имея те же эффективные главные квантовые числа и постоянные экранирования, что и группа 4d -электронов с 37-го по 46-ой в атомах от палладия до урана и заурановых элементов.
