3. Многоэлектронные атомы. Последовательность энергетических уровней и подуровней. Правила Клечковского. Правило Гунда.

Вид атома	Энергетические состояния
Атом H	1s<2s=2p<3s=3p=3d<4s=4p=4d=4f<5s=5p=5d=5f
Многоэлектр атомы	1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s<5f<6d

Электронный уровень – совокупность орбиталей с одинаковыми значениями главного квантового числа. Электронный подуровень – совокупность орбиталей одного уровня с одинаковыми значениями орбитального квантового числа.В атоме водорода электрон находится в силовом поле, которое создается только ядром. В много электронных атомах на каждый электрон действует не только ядро, но и все остальные электроны.В атоме водорода атомные орбитали (АО) на одном энергетическом уровне «вырождены», т.е. имеют одинаковые значения для всех подуровней. Во многоэлектронных атомах из-за действия сил межэлектронного отталкивания уровни энергии расширяются в энергетическую зону с энергетическими подуровнями, обозначаемыми s-, p-, d-, f- подуровни. В пределах одного электронного слоя электронные состояния - s, p, d, f - отличаются по энергиям, причем E_s < E_p < E_d <E_f. Поскольку состояния s, p, d, f в многоэлектронных атомах имеют разную энергию, их называют энергетическими подуровнями. Заполнение электронами квантовых слоев и энергетических подуровней в реальных атомах происходит с соблюдением трех основных принципов.1. Принцип наименьшей энергии. Электроны занимают в атоме орбитали с наименьшей энергией. Последовательность расположения АО по уровням энергии при заполнении электронами определяется правилом Клечковского: электроны в невозбужденном атоме располагаются в состояниях, где меньше сумма (n+l), так как энергия электронов зависит от n и l и не зависит от m_l и m_s. При одинаковом значении этой суммы в первую очередь заполняется орбиталь с меньшим значением главного квантового числа (n). Последовательность заполнения электронами атомных орбиталей в порядке возрастания энергии представлена в таблице:

2 Правило Хунда. При заполнении ‘нергетического подуровня, электроны стремятся заполнить свободные орбитали, сначала по одному с параллельными спинами, а затем по второму с противоположными спинами.

Примеры:

4. Многоэлектронные атомы. Принцип Паули. Максимальное число электронов на энергетических уровнях и подуровнях.

К вантовая ячейка – символическое изображение орбитали на энергетической диаграмме.Принцип Паули. В атоме не может быть двух электронов, имеющих четыре одинаковых квантовых числа. Один электрон от другого на атомной орбитали должен отличаться спиновым квантовым числом. Как следует из принципа Паули, на атомной орбитали максимально может быть два электрона, отличающихся спином, и это обозначается: ↑↓.Пользуясь принципом Паули, можно подсчитать какое максимальное число электронов может находиться на различных энергетических уровнях и подуровнях в атоме. Максимальное количество электронов на энергетическом уровне определяется по формуле N = 2n², где N – число электронов, а n – номер энергетического уровня. Номер группы химического элемента в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева соответствует количеству электронов на его внешнем энергетическом уровне.При l=0 на s-подуровне m_l=0. Следовательно, на s-подуровне имеется всего одна орбиталь. Т.о. максимальное число электронов на s-подуровне каждого электронного слоя равно 2.

Таким образом, возможное число s-электронов в данном энергетическом уровне равно 2, p электронов – 6, d-электронов – 10 и f-электронов – 14. Если в орбитали находится один электрон, то он называется неспаренным, если два, то это спаренные электроны.

Пример: Распределение электронов в атоме по энергетическим уровням и подуровням изображают в виде электронных формул.

Орбиталь с минимальной энергией – это 1s-орбиталь. У атома водорода она занята единственным электроном атома. Поэтому электронная формула, или электронная конфигурация, атома водорода имеет вид: 1s¹. В электронной формуле число впереди означает номер энергетического уровня, буквой выражается подуровень (тип орбитали), индекс справа вверху обозначает число электронов на подуровне.