Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
2.8. СПИН ЭЛЕКТРОНА. ПРИНЦИП ПАУЛИ 45!
Таблица VI.2.1
'Значение орбитального кван- 0 1 2 3 4
тового числа I
Обозначение состояния элект- s P d f g
ронов
Наибольшее число Z9 (я. /) 2 6 10 14 18
электронов
квантового числа п,
Z(ft) = 2rt«.
В это число входят электроны, различающиеся возможными значениями / от 0 до (п—1) (VI.2.7.возможными значениями магнитного квантового числа т (VI.2.7.4°) и ориента-циями спинов.
6°. Электроны в атоме, занимающие совокупность состояний с одинаковыми значениями глазного квантового числа п, образуют электронный слой. Различаются следующие электронные слои:
/<С-слой при п=1, L-слой при я = 2, М-слой при n = 3, iV-слой при ft = 4, О-слой при п = 5 и т. д.
В каждом электронном слое атома электроны распределяются по оболочкам. Оболочка соответствует определенному значению орбитального квантового числа / (VI.2.7.1°). В таблице VI.2.2 приведены максимальные числа электронов в разных электронных слоях и оболочках. Таблица
Таблица VI.2.2
п Электронный слой Количество эл ектрсшст U СОСТОЯНИЯХ Максимальное число электро-F(On
(1 = 0) P (/=1) d (1 = 2) , f (I = 3) <* = »>
1 к 2 2
2 L 2 6 — — — 8
3 M 2 6 10 — — 18
4 N 2 6 10 14 — 32
5 о 2 6 10 14 18 50
452
отдел vi. гл. 2. строение атомов
VI.2.2, вытекающая из принципа Паули, объясняет последовательность заполнения электронных состояний в атомах химических элементов.
2.9. Периодическая система элементов Менделеева
1°. Периодической системой элементов Менделеева называется закон периодического изменения химических и физических свойств элементов в зависимости от их атомного номера Z (VI.2.1.4°). Через промежутки, называемые периодами в системе Менделеева, элементы, расположенные в одном вертикальном ряду (группе элементов), обнаруживают повторяемость физических и химических свойств.
2°. Химические и физические свойства атомов химических элементов объясняются главным образом поведением электронов, расположенных во внешнем слое и внешней оболочке атомов. Такие электроны называются валентными или оптическими электронами. Периодичность свойств химических элементов связана с периодичностью в расположении валентных электронов атомов различных элементов данной группы.
3е. Теория периодической системы элементов Менделеева основывается на четырех положениях:
а) общее число электронов в атоме данного химического элемента равно порядковому номеру Z этого элемента;
б) состояние электрона в атоме определяется полным набором четырех квантовых чисел: п, I, т и ms (VI.2.8.4°);
в) распределение электронов в атоме по энергетическим состояниям должно удовлетворять принципу минимума энергии: с возрастанием числа электронов каждый следующий электрон должен занять возможное энергетическое состояние с наименьшей энергией;
г) заполнение электронами энергетических состояний в атоме должно происходить в соответствии с принципом Паули (VI.2.8.4°).
4°. Заполнение электронами состояний в различных слоях (VI.2.8.6°), а в пределах одного слоя — в подгруппах (оболочках) происходит в соответствии с требованием пункта в) из п. 3°: сначала заполняются состояния с наименьшей возможной энергией, а затем состояния со все большей энергией. Для многих атомов этот порядок соответствует тому, что сначала заполняются слои с меньшим п, а затем слои с большим значением главного квантового числа. В пределах одного слоя сначала заполняются состояния е
2.9. периодическая система элементов менделеева 453
Таблица VI.2.3 Распределение электронов в атомах
К L N O P Q
ЗЯЄМ*: Is 2s 3s Зр ы is 4р id if 5s 5/5 5rf 5f 6s 6p 6rf 6f 7s
1 H 1
2 Не 1
3 Li 2 1
4 Bs 2 2
5 В 2 2 1
6 С 2 2 2
7 N 2 2 3
8 О 2 2 4
9 F 2 2 5
10 Ne 2 2 6
И Na 2 2 6 1
12 Mg 2 2 6 2
13 At 2 2 6 2 1
14 Si 2 2 6 2 2
15 P 2 2 6 2 3
16 S 2 2 6 2 4
17 Cl 2 2 6 2 5
18 Ar 2 2 6 2 6
19 К 2 2 6 2 6 1
20 Ca 2 2 6 2 6 2
21 Sc 2 2 6 2 6 1 2
22 Ti 2 2 6 2 6 2 2
23 V 2 2 6 2 6 3 2
24 Cr 2 2 6 2 6 5 1
25 Mn 2 2 6 2 6 5 2
26 Fe 2 2 6 2 6 6 2
27 Со 2 2 6 2 6 7 2
23 Ni 2 2 6 2 6 8 2
29 Cu 2 2 6 2 6 10 1
30 Zn 2 2 6 2 6 10 2
31 Ga 2 2 6 2 6 10 2 1
32 Ge 2 2 6 2 6 10 2 2
33 As 2 2 6 2 6 10 2 3
Зі Se 2 2 6 2 6 20 2 4
35 Br 2 2 6 2 6 10 2 5
35 Kc 2 2 6 2 6 10 2 6
отдел VI. гл. 2. строение атомов
/=0 , а затем состояния с большими /, вплоть до I=п—1. Заполнение слоев и оболочек по этому принципу должно соответствовать таблице VI.2.2.
5°. В реальной периодической системе элементов Менделеева иное распределение электронов в атомах по состояниям, отличающееся от того, которое соответствует таблицу Y 1.2.2. В результате взаимодействия между электронами при квантовых числах /г=3 (Af-елой), п=4 (Л/-слой) и т. д, состояния с большим п и малым / имеют меньшую энергию и являются более выгодными энергетически, чем состояния с меньшим п, но с большим /. Реальное заполнение электронами энергетических состояний в атомах с Z от 1 до 36 показано в таблице VI.2.3. Из этой таблицы видно, например, что нарушения идеального заполнения состояний начинаются с калия (Z= 19). Девятнадцатый электрон калия должен был бы занять состояние в М-слое при л=3 и 1=2. Но химические и оптические свойства калия аналогичны свойствам лития и натрия, у которых валентный электрон занимает состояния соответственно п=2, /=0 и п=3, /¦=0. Поэтому и у калия его валентный девятнадцатый электрон должен находиться в s-состоянии (/=0). Он занимает это состояние в следующем JV-слое (л=4). От калия (Z= 19) до скандия (Z=21) при незаполненной d-оболочке (/=2) в М-слое начинается «застройка» А/-слоя. Начиная со скандия, возобновляется заполнение оболочки d в слое М, которое заканчивается у меди (Z=29). Далее до криптона (Z=36) происходит нормальное заполнение А/-слоя *).
