Спиновое квантовое число – s .

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Квантовые числа n, ℓ, m не полностью характеризуют движение электронов в атомах. Исследования показали, что электрон имеет свойство, называемое спин. Упрощенно спин можно представить как способ движения (спин) электрона вокруг своей оси (собственный момент количества движения электрона в атоме). Поэтому в теорию строения атома введено еще спиновое квантовое число s, которое может иметь только два значения, численно обозначаемые и , т.е. отличаются как и остальные квантовые числа на единицу.

Четыре квантовых числа n, ℓ, m, и s полностью характеризуют движение электрона в атоме. Никаких других независимых от квантовых чисел характеристик у этого движения не может быть.

Поскольку энергия электрона в атоме водорода определяется величиной – n и не зависит от остальных квантовых чисел, то может быть несколько состояний электронов с одинаковой энергией. Эти состояния являются вырожденными (р – трижды вырожденные, d – пять раз вырожденные, , f – семьраз вырожденные). Вырождение исчезает при воздействии на электронв атоме внешнего электрического или магнитного поля. Электрон с одним и тем же значением n, но разными m и s по разному взаимодействуют с внешним полем, в результате энергии электрона в этих состояниях становятся неодинаковыми. Этим объясняется расщепление спектральных линий при помещении источника излучения в электрическое или магнитное поле

2.2.4. Многоэлектронные атомы.

Формирование электронной оболочки многоэлектронных атомов происходит в соответствии со следующими правилами (принципами):

4. принцип минимальной энергии

Электрон в атоме занимает такое положение, чтобы его энергия была минимальна.

В многоэлектронных атомах состояние каждого электрона определяется также значениями четырех квантовых чисел n, ℓ, m, и s, которые принимают те же значения, что и для атома водорода. Но, в многоэлектронных атомах электрон движется не только в поле ядра, но и в поле других электронов. Поэтому энергия электронов в таких атомах определяется значениями двух квантовых чисел n и ℓ. При этом энергия возрастает как с увеличением n, так и ℓ. Зависимость энергии от орбитального квантового числа становится тем большей, чем больше электронов в атоме.

2. принцип (запрет) Паули (открыт в 1925 г)

Согласно этому принципу в атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковыми.

Хотя бы одно n, ℓ, m, s должно отличаться, т.е. 1) в каждом энергетическом состоянии может находиться только один электрон; 2) каждая новая комбинация квантовых чисел определяет новое состояние.

Исходя из значений, которые могут принимать квантовые числа и на основании принципа Паули нетрудно определить максимальное число электронов в атоме, обладающих данным значением главного квантового числа:

n-1 ℓ=0 ℓ =1 ℓ =2

N = ∑ 2(2 ℓ +1) = 2(1 + 3 + 5…..) = 2n². N _макс. = 2 n ² .

ℓ=0

Правило Гунда

В соответствии с этим правилом заполнение атомных орбиталей электронами происходит таким образом, чтобы в пределах квантового подуровня суммарный спин был максимальным.

Спин, определяемый собственным моментом импульса электрона, является векторной величиной, поэтому он обозначается стрелкой ↑ ( ) или ↓ ( ). Суммарный спин двух электронов с противоположными спинами равен 0.

Т.е. при одном и том же и значении орбитального квантового числа должно быть максимальное число электронов, имеющих одно и тоже направление (или , или ).

Правило Клечковского

В 1961 г. русский ученый В.М. Клечковский сформулировал общее положение, согласно которому электрон занимает в основном состоянии уровень с наименьшим значением суммы ( n + ℓ), а если эти суммы равны, то вначале заполняется тот подуровень, где n имеет меньшее значение ( соответственно ℓ большее).

Последовательность энергетических уровней в порядке возрастания энергии примерно следующая:

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s ≈ 3d < 4p < 5s ≈ 4d < 5p < 6s ≈ 5d ≈ 4 f < 6p ...; т.е. уровни ns,

( n -1) d , ( n -2) f мало различаются по энергии и всегда имеют более низкую энергию, чем np .

Принцип минимальной энергии справедлив только для основного состояния атома. В возбужденном состоянии электроны могут находиться на любых орбиталях.

Электронные формулы

Распределение электронов по уровням и подуровням принято представлять в виде условной электронной записи (электронной формулы). Однако такая форма не всегда достаточна, так как не указывает значения магнитного (m) и спинового (s) квантовых чисел. Поэтому используют также графическое изображение распределения электронов по уровням в виде таблицы (значение спинового квантового числа обозначают стрелками: ↑ - « », ↓ - « »). Например, атом кислорода имеет порядковый номер 8, т.е. ядро содержит восемь положительных зарядов (протонов), следовательно, в поле ядра движется восемь электронов.

Атом кислорода ₈О расположен во 2 периоде, его электроны располагаются на двух уровнях n =1 и n=2.

Электронная формула имеет вид: 1s²2s²p⁴,

где 1,2 – значения главного квантового числа n;

s , p – буквенное обозначение орбитального квантового числа ℓ;

индексы (2, 3) у буквенных обозначений ℓ - число электронов на соответствующих подуровнях.

Графическое изображение распределения электронов по уровням в виде таблицы имеет следующий вид:

	ℓ=0 m=0	ℓ=1 m= -1 0 +1			ℓ=2 m= -2 -1 0 +1 +2
n=1	↑↓	ℓ=1 m= -1 0 +1
n=2	↑↓	↑↓	↑	↑
n=3

Из таблицы видно, что последний электрон поступает во второй уровень, p - подуровень. Это p- элемент.

Лекция 3

Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 241; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!