Состояние электронов в атомах

Орбитальное квантовое число
Энергетический уровень включает в себя несколько орбиталей. Орбитали с одинаковой энергией, принадлежащие одному энергетическому уровню, образуют энергетический подуровень. Отнесение орбитали к какому-либо подуровню производится при помощи побочного (орбитального) квантового числа l. Орбитальное квантовое число показывает, какому подуровню данного энергетического уровня соответствует характер движения рассматриваемого электрона. Очень часто состояния электрона обозначают латинскими буквами, при этом состояние с l=0 называют s-орбиталью, l=1 — р-орбиталью, l=2 — d-орбиталью l=3 — f-орбиталью, l=4 — g-орбиталью и т.д.
Электронные облака орбиталей с разными значениями l имеют разную конфигурацию, а с одинаковыми l похожую.

Магнитное квантовое число
Для того, чтобы различать электроны, занимающие одинаковые по энергии орбитали, введено магнитное квантовое число ml. Его квантово-механический смысл в том, что ml выражает проекцию орбитального момента импульса на направление магнитного поля. Именно магнитное квантовое число отражает пространственную ориентацию орбиталей с одинаковым числом l.

Спиновое квантовое число
Спин электрона есть собственный момент количества движения. Хотя интерпретация этого свойства сложна, его можно уподобить вращению электрона вокруг своей воображаемой оси.

Согласно принципу наименьшей энергии, сначала заполняется энергетический уровень с n=1, затем, после заполнения первого уровня, с n=2 и т.д. Всего на первом уровне (n=1) может находиться только два электрона, на втором (n=2) восемь, на третьем (n = 3) восемнадцать, т.е. на уровне с номером n может находиться не более 2n электронов. Это следует из другого правила, которое выполняется при построении электронной оболочки атома и называется принципом Паули:
в атоме не может быть электронов, у которых бы совпадал весь набор из четырех квантовых чисел.
2

+1Н)
1е
1s1

+2Не)
2е
1s2

1s2
+3Li) )
2 1
2s1

1s2
+4Be) )
2 2
2s2

1s2
+5B) )
2 3
2s2
2р1

+6С) )
2 4
2s2
2р2
1s2
1s2
У доски продолжить схемы до окончания II периода. Внешний уровень у неона будет завершён!!! Нарисовать схемы для атомов III периода, согласно повторяемости(периодичности строения
внешнего уровня, т.е. у Na строение 3 уровня будет как у Li, у Mg как у Be и т.д.

1s2
+19К) ) )
2 8 8 1
2s2
2р6
3s2
4s1
3р6
)

+3Li) )
2 1
2s1
…
+19К) ) )
2 8 8 1
+11Na) ) ) 2 8 1
)
…
…
3s1
4s1
Суть периодичности –
повторяемость строения внешнего
уровня
Элементы, у которых
заполняется S – подуровень
называются s –элементами
и т.д.

1s2
+20Ca) ) )
2 8 8 2
2s2
2р6
3s2
4s2
3р6
)

+21Sc) ) )
2 8 9 2
)
…
3s2
3р6
4s2
3d1
Сам. Ti, V

+24Cr) ) )
2 8 13 1
)
…
3s2
3р6
3d5
В атоме Cr происходит «провал» электрона. Конфигурация
и
3d5
3d10
более энергетически устойчива.
4s1
ВНИМАНИЕ!!! Число неспаренных электронов у хрома
совпадает с № его группы, значит высшая степень
окисления + 6

+25Mn) ) )
2 8 13 2
)
…
3s2
3р6
3d5
так конфигурация
3d5
более энергетически устойчива.
4s2
Число неспаренных электронов у Mn 5, но высшая
степень окисления + 7(№ гр.), так в возб. состоянии
один 4s электрон станет 4р.Это возможно в пределах
одного уровня. САМ. Fe,Co,Ni (триада 8 группы)

+24Cu) ) )
2 8 18 1
)
…
3s2
3р6
3d10
В атоме Cu также происходит «провал» электрона. Конфигурация
3d10
более энергетически устойчива.
4s1
ВНИМАНИЕ!!! У Zn …
4s2
А далее расположены р-элементы
от Ga до Kr

У элементов V периода идёт
заполнение подуровней в
следующем порядке:
5s ? 4d ? 5p и тоже есть
исключения - «провалы»
электронов (см. табл.
Менделеева в учебнике).

В VI и VII периодах появляются
f –элементы на 3-ем снаружи уровне.
4f- элементы – лантаноиды
5f- элементы – актиноиды
Так, Cs и Ba - 6s – элементы;
La 5d-элемент
Ce - Lu – 4 f- элементы
Здесь также встречаются «провалы»,
связанные с эн.устойчивостью
Наполовину и полностью заполненных
f- подуровней.

Ряд последовательного заполнения электронами орбиталей атомов

Шкала энергии
Каждый электрон в атоме занимает
свободную орбиталь с наиболее
низкой энергией, отвечающей его
прочной связи с ядром, — принцип
наименьшей энергии. С ростом
порядкового номера элемента
электроны заполняют орбитали и
уровни в порядке возрастания их
энергии, а подуровни —
в последовательности s-p-d-f.
Последовательность возрастания
энергии называется шкалой энергии.