У багатоелектронних атомі
Заповнення атомних орбіталей електронами
Розподіл електронів в багатоелектронних атомах по енергетичним рівням і подуровням підпорядковується наступним законам:
1. Принцип найменшої енергії.
Кожній атомної орбіталі відповідає певна енергія. Порядок проходження АТ по енергії визначається двома правилами Клечковского:
1) енергія електрона в основному визначається значеннями головного (n) і орбітального (l) квантових чисел, тому спочатку електронами заповнюються ті підрівні, для яких сума (n + l) менше.
Наприклад, можна було б припустити, що 3d-підрівень по енергії нижче, ніж 4s. Однак, згідно з правилом Клечковского, енергія 4s-стану менше, ніж 3d, так як для 4s сума (n + l) = 4 + 0 = 4, а для 3d - (n + l) = 3 + 2 = 5.
2) В разі, якщо сума (n + l) для двох підрівнів однакова (наприклад, для 3d- і 4p-підрівнів ця сума дорівнює 5), спочатку заповнюється електронами рівень з меншим n. Тому формування енергетичних рівнів атомів елементів четвертого періоду відбувається в такій послідовності: 4s - 3d - 4p. наприклад:
21 Sc 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1. 31 Ga 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1
Таким чином, з урахуванням правил Клечковского енергія атомних орбіталей зростає відповідно до ряду
1s <2s <2p <3 <3p <4s ≤3d <4p <5s ≤ 4d <5p <6s ≤ 4f ≤ 5d <6p <7s ≤ 5f ≤ 6d <7p
Примітка. Знак ≤ означає, що енергії АТ близькі, так що тут можливе порушення правил Клечковского.
Користуючись цим поруч, можна визначити електронна будова будь-якого атома. Для цього потрібно послідовно додавати і розміщувати на підрівні і атомних орбіталях електрони. При цьому необхідно враховувати принцип Паулі і два правила Хунда.
3. Принцип Паулі визначає ємність АТ: в атомі не може бути двох електронів з однаковим набором всіх чотирьох квантових чисел.
Іншими словами, на одній АТ, яка характеризується трьома квантовими числами, може розміститися тільки два електрони з протилежними спинами, тобто для однієї АТ можна записати два можливих варіанти її заповнення:
4. Два правила Хунда описують порядок заповнення електронами АТ одного підрівня:
Перше правило: в даному підрівні електрони прагнуть заповнювати енергетичні стану (АТ) таким чином, щоб сума їх спинив по абсолютній величині була максимальна. При цьому енергія системи мінімальна.
Наприклад, розглянемо електронну конфігурацію атома вуглецю. Атомний номер цього елемента дорівнює 6. Це означає, що в атомі 6 електронів і вони розташовані на 2-х енергетичних рівнях (атом вуглецю знаходиться в другому періоді), тобто 1s 2 2s 2 2p 2. Графічно 2р-підрівень можна зобразити трьома способами:
m 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1