Читать «Большая Советская Энциклопедия (АТ)» онлайн - страница 79

  Заполнение электронных оболочек и слоёв. В силу принципа Паули любые 2 электрона в А. должны находиться в различных квантовых состояниях и, следовательно, отличаться хотя бы одним из четырёх квантовых чисел n, l, m _lи ms.Для эквивалентных электронов ( nи lодинаковы) должны быть различны пары значений m _iи m _s.Число таких пар равно числу различных квантовых состояний электрона с заданными nи l, т. е. степени вырождения его уровня энергии. Это число g _l=2 (2 l+ 1) = 2, 6, 10, 14, ... и определяет число электронов, полностью заполняющих данную оболочку. Т. о., s-, р-, d-, f-,... оболочки заполняются 2, 6, 10, 14, ... электронами, независимо от значения n.Электроны с данным nобразуют слой, состоящий из оболочек с l= 0, 1, 2, ..., n—1 и заполняемый 2n ²электронами, т. н. К-, L-, М-, N-,...слой. При полном заполнении имеем:

n	1	2	3	4
Слои	К-слой	L-слой	M-слой	N-слой
l	0	0   1	0   1   2	0   1   2   3
Оболочки	1s	2s 2p	3s 3p 3d	4s 4p 4d 4f
Число электронов в слое	2

Наиболее близко к ядру расположен К-слой, затем идёт L-cлой, М-слой, N-cлой, ... В каждом слое оболочки с меньшими lхарактеризуются большей электронной плотностью вблизи ядра. Прочность связи электрона уменьшается с увеличением n,а при заданном n —с увеличением l; на рис. 5 схематически показаны (без соблюдения масштаба энергий) уровни энергии отдельного электрона в сложном А. Чем слабее связан электрон в соответствующей оболочке, тем выше лежит его уровень энергии. Ядро с заданным Zприсоединяет электроны в порядке уменьшения прочности их связи: сначала два электрона 1 s, затем два электрона 2 s, шесть электронов 2pи т. д. в соответствии со схемой рис. 5. Это определяет электронные конфигурации, т. е. распределения электронов по оболочкам, для ионов и нейтрального А. данного элемента. Например, для азота ( Z= 7) получаются электронные конфигурации

(число электронов в данной оболочке указывается индексом справа сверху). Такие же электронные конфигурации, как и ионы азота, имеют нейтральные атомы последовательных элементов в периодической системе, обладающие тем же числом электронов: Н, Не, Li, Be, В, С ( Z= 1,2,3,4,5,6). Периодичность в свойствах элементов определяется сходством внешних электронных оболочек А. Например, нейтральные А. Р, As, Sb, Bi ( Z= 15, 33, 51, 83) имеют по три р-электрона во внешней электронной оболочке подобно А. N и схожи с ним по химическим и многим физическим свойствам.

  При рассмотрении заполнения электронных оболочек необходимо учитывать, что, начиная с n= 4, электроны с меньшим l, но большим n,связываются прочнее, чем электроны с большим l, но меньшим n,например электроны 4 sсвязаны прочнее, чем электроны 3 d. Это отражает рис. 5 , показывающий расположение уровней энергии, соответствующее действительному порядку (несколько схематизированному) заполнения электронных оболочек для последовательных элементов в Д. И. Менделеева. Числа, стоящие справа у скобок, определяют числа элементов в периодах этой системы, заканчивающихся атомами инертных газов с внешними оболочками типа nр ⁶( n= 2, 3, 4, 5, 6) для Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ( Z= 10, 18, 36, 54, 86).