Розподіл електронів в атомі по енергетичним рівням

Кожен електрон в атомі рухається в першому наближенні в центрально-симетричному некулоновскому полі. Стан електрона в цьому випадку визначається трьома квантовими числами: n і m, фізичний зміст яких був з’ясований.

Таким чином, стан кожного електрона в атомі характеризується чотирма квантовими числами. Нерген стану залежить в основному від чисел п і д. Крім того, є слабка залежність енергії від чисел ml і ТS оскільки їх значення пов’язані з взаємною орієнтацією моментів, від якої залежить величина взаємодії між орбітальним і власним магнітними моментами електрона. За деякими винятками, енергія стану сильніше зростає зі збільшенням числа n, ніж зі збільшенням l. Тому, як правило, стан з великим «володіє, незалежно від значення l, більшою енергією,

У нормальному (збудженому) стані атома електрони повинні розташовуватися на найнижчих доступних для них енергетичних рівнях. Тому, здавалося б, в будь-якому атомі в нормальному стані всі електрони повинні перебувати в стані Is (я – 1, / = 0), а основні терми всіх атомів повинні бути типу 5-термів (L – Q). Досвід, однак, показує, що це не так.

Пояснення спостережуваних типів термів полягає в наступному. Згідно з одним із законів квантової механіки, званому принципом Паулі1), в одному і тому ж атомі (або в якій-небудь квантовій системі) не може бути двох електронів, що володіють однаковою сукупністю чотирьох квантових чисел. Іншими словами, в одному і тому ж стані не можуть перебувати одночасно два електрона.

Даному п відповідають, як ми вже знаємо, п2 станів, що відрізняються значеннями / і т \ (див. § 69). Квантове число ms може приймати два значення: ± 7г. Тому в станах з даним значенням п можуть перебувати в атомі не більше 2 / г2 електронів. У наступних за натрієм елементів нормально заповнюються оболонки 35 і Зр. Оболонка 3d при даній загальної конфігурації виявляється енергетично вище оболонки 45, у зв’язку з чим при незавершеному в цілому заповненні шару М починається заповнення шару N. Оболонка Ар лежить вже вище, ніж 3d, так що після 45 заповнюється оболонка 3d.

З аналогічними відступами від звичайної послідовності, повторюваними час від часу, здійснюється забудова електронних рівнів всіх атомів. При цьому періодично повторюються подібні електронні конфігурації (наприклад, 15, 25, 35 і т. Д.) Понад повністю заповнених оболонок або шарів, чим обумовлюється періодична повторюваність хімічних і оптичних властивостей атомів.

Як видно з табл. 6, заповнення оболонки 4f, яка може містити 14 електронів, починається лише після того, як повністю заповнюються оболонки 55, 5 /) і 6s. Квантовомеханічний розрахунок показує, що в d- і особливо в / -стан електрон знаходиться набагато ближче до ядра, ніж у 5- і ^ -стан. Отже, 4f-електрони розташовуються у внутрішніх областях атома. Тому у елементів з номера 58 по 71, званих рідкісними землями або лантанідів, зовнішня оболонка (Б52) виявляється однаковою. У зв’язку з цим лантаном-ди дуже близькі за своїми хімічними властивостями, які визначаються зовнішніми (валентними) електронами. Аналогічну групу хімічно споріднених елементів

утворюють актинідії (атомні номери з 90 по 103), у яких заповнюється 5 / -Оболонки при незмінній зовнішній оболонці 7s2.

Посилання на основну публікацію