كيفية توزيع الإلكترونات في طبقات. توزيع الإلكترونات حسب مستويات الطاقة

يفسر توزيع الإلكترونات على مستويات الطاقة الخصائص المعدنية وكذلك غير المعدنية لأي عنصر.

الصيغة الإلكترونية

هناك قاعدة معينة يتم بموجبها وضع الجسيمات السالبة الحرة والمزدوجة في المستويات والمستويات الفرعية. دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في توزيع الإلكترونات على مستويات الطاقة.
لا يوجد سوى إلكترونين في مستوى الطاقة الأول. يتم ملء المدار بها مع زيادة إمدادات الطاقة. يتوافق توزيع الإلكترونات في ذرة عنصر كيميائي مع رقم ترتيبي. مستويات الطاقة ذات الحد الأدنى من العدد لها القوة الأكثر وضوحًا لجذب إلكترونات التكافؤ إلى النواة.

مثال على تجميع صيغة إلكترونية

ضع في اعتبارك توزيع الإلكترونات على مستويات الطاقة باستخدام مثال ذرة الكربون. رقمها التسلسلي هو 6 ، لذلك ، هناك ستة بروتونات موجبة الشحنة داخل النواة. بالنظر إلى أن الكربون يمثل الفترة الثانية ، فإنه يتميز بوجود مستويين من الطاقة. الأول له إلكترونان ، والثاني له أربعة إلكترونين.
تشرح قاعدة Hund الموقع في خلية واحدة لإلكترونين فقط لهما دوران مختلف. هناك أربعة إلكترونات في مستوى الطاقة الثاني. نتيجة لذلك ، يكون توزيع الإلكترونات في ذرة عنصر كيميائي بالشكل التالي: 1s22s22p2.
هناك قواعد معينة يتم بموجبها توزيع الإلكترونات في المستويات الفرعية والمستويات.

مبدأ باولي

صاغ باولي هذا المبدأ في عام 1925. اشترط العالم إمكانية وضع إلكترونين فقط في الذرة لهما نفس الأرقام الكمية: n ، l ، m ، s. لاحظ أن توزيع الإلكترونات على مستويات الطاقة يحدث مع زيادة كمية الطاقة الحرة.

حكم كليشكوفسكي

يتم ملء مدارات الطاقة وفقًا للزيادة في أعداد الكم n + l وتتميز بزيادة احتياطي الطاقة.
ضع في اعتبارك توزيع الإلكترونات في ذرة الكالسيوم.
في الحالة الطبيعية ، تكون صيغته الإلكترونية كما يلي:
كاليفورنيا 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d0 4s2.
بالنسبة لعناصر المجموعات الفرعية المماثلة المتعلقة بعناصر d و f ، يوجد "فشل" للإلكترون من مستوى فرعي خارجي ، يحتوي على احتياطي طاقة أقل ، إلى المستوى d- أو المستوى الفرعي السابق. ظاهرة مماثلة نموذجية للنحاس والفضة والبلاتين والذهب.
يتضمن توزيع الإلكترونات في الذرة ملء المستويات الفرعية بإلكترونات غير متزاوجة لها نفس الدورات.
فقط بعد الملء الكامل لجميع المدارات الحرة بإلكترونات مفردة ، تُستكمل الخلايا الكمومية بجزيئات سالبة ثانية ممنوحة بدورات معاكسة.
على سبيل المثال ، في حالة النيتروجين غير المستثارة:
1s2 2s2 2p3.
تتأثر خصائص المواد بالتكوين الإلكتروني لإلكترونات التكافؤ. من خلال عددهم ، يمكنك تحديد أعلى وأدنى نشاط كيميائي تكافؤ. إذا كان عنصر ما في المجموعة الفرعية الرئيسية للجدول الدوري ، فيمكنك استخدام رقم المجموعة لتكوين مستوى طاقة خارجي ، وتحديد حالة الأكسدة الخاصة به. على سبيل المثال ، الفوسفور ، الموجود في المجموعة الخامسة (المجموعة الفرعية الرئيسية) ، يحتوي على خمسة إلكترونات تكافؤ ، وبالتالي ، فهو قادر على قبول ثلاثة إلكترونات أو إعطاء خمسة جسيمات إلى ذرة أخرى.
يعمل جميع ممثلي المجموعات الفرعية الثانوية للجدول الدوري كاستثناءات لهذه القاعدة.

ميزات الأسرة

اعتمادًا على بنية مستوى الطاقة الخارجية ، يوجد تقسيم لجميع الذرات المحايدة المدرجة في الجدول الدوري إلى أربع عائلات:

توجد عناصر s في المجموعتين الأولى والثانية (المجموعات الفرعية الرئيسية) ؛ تقع العائلة p في المجموعات III-VIII (مجموعات فرعية A) ؛ يمكن العثور على عناصر d في مجموعات فرعية مماثلة من المجموعات I-VIII ؛ الأسرة f يتكون من الأكتينيدات واللانثانيدات.

تحتوي جميع عناصر s في الحالة الطبيعية على إلكترونات تكافؤ في المستوى الفرعي s. تتميز العناصر p بوجود إلكترونات حرة في المستويات الفرعية s- و p.
تحتوي العناصر d في الحالة غير المستثارة على إلكترونات تكافؤ في كل من آخر s- وعلى المستوى الفرعي d قبل الأخير.

استنتاج

يمكن وصف حالة أي إلكترون في الذرة باستخدام مجموعة من الأرقام الأساسية. اعتمادًا على ميزات هيكلها ، يمكننا التحدث عن كمية معينة من الطاقة. باستخدام قاعدة Hund و Klechkovsky و Pauli لأي عنصر مدرج في الجدول الدوري ، يمكنك تكوين ذرة محايدة.
تمتلك الإلكترونات الموجودة في المستويات الأولى أصغر احتياطي طاقة في الحالة غير المستثارة. عندما يتم تسخين ذرة محايدة ، يتم ملاحظة انتقال الإلكترونات ، والذي يكون مصحوبًا دائمًا بتغيير في عدد الإلكترونات الحرة ، يؤدي إلى تغيير كبير في حالة أكسدة العنصر ، وهو تغيير في نشاطه الكيميائي.

إذا كان للجسيمات المتطابقة نفس الأرقام الكمية ، فإن وظيفة الموجة الخاصة بها تكون متماثلة فيما يتعلق بتبديل الجسيمات. ويترتب على ذلك أن فرميونين متطابقين مدرجين في نظام واحد لا يمكن أن يكونا في نفس الحالة ، لأن بالنسبة للفرميونات ، يجب أن تكون الدالة الموجية غير متماثلة. تلخيصًا للبيانات التجريبية ، شكل ف المبدأ استثناءات ، بواسطة تم العثور على أنظمة الفرميون في الطبيعة فقط في الدول,وصفتها وظائف الموجة غير المتماثلة(صياغة ميكانيكا الكم لمبدأ باولي).

من هذا الحكم يتبع صياغة أبسط لمبدأ باولي ، والتي قدمها في نظرية الكم(1925) حتى قبل البناء ميكانيكا الكم: في نظام الفرميونات المتطابقة لا يمكن لأي اثنين منهم في وقت واحد أن تكون في نفس الحالة . لاحظ أن عدد البوزونات المتطابقة في نفس الحالة غير محدود.

تذكر أن حالة الإلكترون في الذرة تحددها المجموعة بشكل فريد أربعة أعداد كمية :

رئيسي ن ;

المداري ل ، عادة ما تشير هذه الدول إلى 1 س, 2د, 3F;

مغناطيسي ()؛

· الدوران المغناطيسي ().

يحدث توزيع الإلكترونات في الذرة وفقًا لمبدأ باولي ، والذي يمكن صياغته للذرة في أبسط صورة: لا يمكن أن يوجد في نفس الذرة أكثر من إلكترون واحد بنفس المجموعة المكونة من أربعة أرقام كمومية: ن, ل, , :

ض (ن, ل،،) = 0 أو 1،

أين ض (ن, ل، ،) هو عدد الإلكترونات في الحالة الكمومية ، الموصوف بمجموعة من أربعة أرقام كمومية: ن, ل، ،. وهكذا ، ينص مبدأ باولي ، أن الإلكترونين ,ملزمة في نفس الذرة تختلف في القيمة ,على الأقل ,رقم كمي واحد .

الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في الحالات الموصوفة بمجموعة من ثلاثة أرقام كمومية ن, لو م، والاختلاف فقط في اتجاه دوران الإلكترون يساوي:

,

(8.2.1)

لأن عدد الكم المغزلي يمكن أن يأخذ قيمتين فقط 1/2 و -1 / 2.

الحد الأقصى لعدد الإلكترونات الموجودة في حالات يحددها رقمان كميان نو ل:

.

(8.2.2)

في هذه الحالة ، يمكن أن يأخذ متجه الزخم الزاوي المداري للإلكترون الفضاء (2 ل+ 1) اتجاهات مختلفة (الشكل 8.1).

الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في الحالات التي تحددها قيمة العدد الكمي الأساسي ن، يساوي:

.

(8.2.3)

مجموعة الإلكترونات في ذرة متعددة الإلكترونات,لها نفس العدد الكمي الأساسي n,اتصل قذيفة الإلكترونأو طبقة .

في كل من الأصداف ، يتم توزيع الإلكترونات على طول قذائف فرعية المقابلة لهذا ل.

مساحة الفضاء,حيث يوجد احتمال كبير لإيجاد إلكترون، اتصل قشرة فرعية أو المداري . يظهر عرض الأنواع الرئيسية من المدارات في الشكل. 8.1

نظرًا لأن الرقم الكمي المداري يأخذ قيمًا من 0 إلى ، فإن عدد الأجزاء الفرعية يساوي الرقم الترتيبي ناصداف. يتم تحديد عدد الإلكترونات في الغلاف الفرعي بواسطة أرقام الكم المغنطيسية والمغناطيسية: الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في الغلاف الفرعي مع ليساوي 2 (2 ل+ 1). وترد تسميات الأصداف ، وكذلك توزيع الإلكترونات على الأصداف والقذائف الفرعية ، في الجدول. واحد.

الجدول 1

عدد الكم الرئيسي ن

رمز قذيفة

أقصى عدد للإلكترونات في الغلاف

رقم الكم المداري ل

الطابع الفرعي

العدد الأقصى الإلكترونات في قشرة فرعية

يتم توزيع الإلكترونات في الذرة وفقًا لثلاثة أحكام لميكانيكا الكم: مبدأ باولي. مبدأ الحد الأدنى من الطاقة ؛ حكم هوند.

وفقًا لمبدأ باولي لا يمكن أن تحتوي الذرة على إلكترونين بنفس القيم لجميع الأرقام الكمومية الأربعة.يحدد مبدأ باولي الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في مدار ومستوى واحد ومستوى فرعي. بما أن AO تتميز بثلاثة أرقام كمية ن ، ل ، مل، يمكن أن تختلف إلكترونات مدار معين فقط في عدد الكم المغزلي تصلب متعدد. ولكن تصلب متعدديمكن أن تحتوي على قيمتين فقط + و-.

لذلك ، لا يمكن أن يكون أكثر من إلكترونين لهما دوران متعاكس في مدار واحد. يتم تعريف الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في مستوى الطاقة بـ 2 ن 2 ، وفي المستوى الفرعي - مثل 2 (2 ل+1). يرد في الجدول الحد الأقصى لعدد الإلكترونات الموجودة على مستويات ومستويات فرعية مختلفة. 2.1.

العدد الأقصى من الإلكترونات في المستويات الكمومية والمستويات الفرعية

مستوى الطاقة	مستوى الطاقة الفرعي	القيم الممكنة لعدد الكم المغناطيسي مل	عدد JSCs في	أقصى عدد من الإلكترونات لكل
المستوى الفرعي	مستوى	المستوى الفرعي	مستوى
ك (ن= 1)	س (ل= 0)
إل (ن= 2)	س (ل= 0) ص (ل= 1)	-1, 0, 1
م (ن= 3)	س (ل= 0) ص (ل= 1) د (ل= 2)	-1, 0, 1 -2, -1, 0, 1, 2
ن (ن= 4)	س (ل= 0) ص (ل= 1) د (ل= 2) F (ل= 3)	-1, 0, 1 -2, -1, 0, 1, 2 -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3

يتم تنفيذ تسلسل ملء المدارات بالإلكترونات وفقًا لـ مبدأ الحد الأدنى من الطاقة، بواسطة تملأ الإلكترونات المدارات من أجل زيادة مستوى طاقة المدارات.يتم تحديد ترتيب المدارات من حيث الطاقة بواسطة حكم كليشكوفسكي : زيادة في الطاقة ، وبالتالي ، يحدث ملء المدارات بترتيب زيادة المجموع (n + l) ، وبمجموع متساوٍ (n + l) - بترتيب متزايد من n.

ترتيب توزيع الإلكترونات على مستويات الطاقة والمستويات الفرعية في غلاف الذرةاتصلت به التكوين الإلكترونية. عند كتابة تكوين إلكتروني ، يتم الإشارة إلى رقم المستوى (رقم الكم الرئيسي) بالأرقام 1 ، 2 ، 3 ، 4 ... ، المستوى الفرعي (رقم الكم المداري) - بالأحرف s ، p ، d ، f. يُشار إلى عدد الإلكترونات في المستوى الفرعي برقم مكتوب في الجزء العلوي من رمز المستوى الفرعي. على سبيل المثال ، التكوين الإلكتروني لذرة الكبريت هو 16 ق 1 س 2 2س 2 2ص 6 3س 2 3ص 4 ، والفاناديوم 23 V 1 س 2 2س 2 2ص 6 3س 2 3ص 6 3d ° / i> 3 4 س 2 .

يتم تحديد الخصائص الكيميائية للذرات بشكل أساسي من خلال بنية مستويات الطاقة الخارجية ، والتي تسمى التكافؤ. لا تشارك مستويات الطاقة المكتملة في التفاعل الكيميائي. لذلك ، للإيجاز ، غالبًا ما يُشار إليها برمز الغاز النبيل السابق للإيجاز. لذلك ، بالنسبة للكبريت: 3 س 2 3صأربعة؛ للفاناديوم: 3 د 3 4س 2. في الوقت نفسه ، يسلط الترميز المختصر الضوء بوضوح على إلكترونات التكافؤ التي تحدد الخواص الكيميائيةذرات العنصر.

اعتمادًا على المستوى الفرعي الذي يتم ملؤه في الذرة أخيرًا ، الكل العناصر الكيميائيةمقسمة إلى 4 عائلات إلكترونية: s- ، p- ، d- ، و-عناصر. تسمى العناصر التي تكون ذراتها هي آخر ذرات تملأ المستوى الفرعي s للمستوى الخارجي عناصر s. في س-العناصر هي التكافؤ س-إلكترونات مستوى الطاقة الخارجية.

في عناصر p يتم ملء المستوى الفرعي p للمستوى الخارجي أخيرًا. لديهم إلكترونات التكافؤ في ص-و س-المستويات الفرعية للطبقة الخارجية. في عناصر d ، يتم ملء المستوى الفرعي d للمستوى السابق للخارج أخيرًاوالتكافؤ س-الإلكترونات الخارجية و د-إلكترونات مستويات الطاقة قبل الخارجية. في f ، يتم ملء المستوى الفرعي f لمستوى الطاقة الخارجية الثالث أخيرًا.

يمكن أيضًا تصوير التكوين الإلكتروني للذرة في شكل مخططات وضع الإلكترون في الخلايا الكمومية ، وهي تمثيل رسومي للمدار الذري. لا يمكن أن تحتوي كل خلية كمية على أكثر من إلكترونين مع دوران معاكس. يتم تحديد ترتيب وضع الإلكترونات في مستوى فرعي واحد بواسطة قاعدة Hund: داخل مستوى فرعي ، يتم ترتيب الإلكترونات بحيث يكون إجمالي دورانها هو الحد الأقصى.بعبارة أخرى ، تمتلئ مدارات مستوى فرعي معين أولاً بإلكترون واحد بنفس السبين ، ثم بالإلكترون الثاني مع يدور معاكسة.

إجمالي الدوران ص-إلكترونات مستوى الطاقة الثالث لذرة الكبريت S. تصلب متعدد= ½ - ½ + + ½ = 1 ؛ د- إلكترونات ذرة الفاناديوم -

س تصلب متعدد\ u003d ½ + ½ + ½ \ u003d 3/2.

في كثير من الأحيان ، لا يتم تصوير الصيغة الإلكترونية بالكامل بيانياً ، ولكن فقط تلك المستويات الفرعية التي توجد عليها إلكترونات التكافؤ ، على سبيل المثال ،

16 ق ... 3 س 2 3صأربعة؛ 23 فولت ... 3 د 3 4س 2 .

في تمثيل رسومي للتكوين الإلكتروني للذرة في حالة مثارة ، إلى جانب تلك المملوءة ، يتم تصوير مدارات التكافؤ الشاغرة. على سبيل المثال ، يوجد ذرة الفوسفور عند مستوى الطاقة الثالث س-آو ، ثلاثة ص-آو وخمسة د-آو. التكوين الإلكتروني لذرة الفوسفور في الحالة الأرضية له الشكل

15 ص ... 3 س 2 3ص 3 .

إن تكافؤ الفوسفور ، الذي يحدده عدد الإلكترونات غير المزدوجة ، هو 3. عندما تمر ذرة في حالة مثارة ، فإن إلكترونات الحالة 3 تنخفض سوأحد الإلكترونات س-المستوى الفرعي يمكن أن يذهب إلى د-المستوى الفرعي:

ص * ... 3 s2 3ص 3 3د 1

في هذه الحالة ، يتغير تكافؤ الفوسفور من ثلاثة (PCl 3) في الحالة الأرضية إلى خمسة (PCl 5) في الحالة المثارة.

يتحرك كل إلكترون في ذرة في التقريب الأول في حقل غير كولوم متماثل مركزيًا. يتم تحديد حالة الإلكترون في هذه الحالة بثلاثة أرقام كم ، تم توضيح المعنى المادي لها في الفقرة 28. فيما يتعلق بوجود دوران الإلكترون ، يجب على المرء أن يضيف إلى الأرقام الكمومية المشار إليها عددًا كميًا يمكنه أخذ قيم وتحديد إسقاط الدوران في الاتجاه المحدد. فيما يلي ، بالنسبة للرقم الكمي المغناطيسي ، سنستخدم الترميز بدلاً من ذلك للتأكيد على حقيقة أن هذا الرقم يحدد إسقاط الزخم الزاوي المداري ، والذي تُعطى قيمته بواسطة الرقم الكمي l.

وهكذا فإن حالة كل إلكترون في الذرة تتميز بأربعة أرقام كمومية:

تعتمد طاقة الدولة بشكل أساسي على الأرقام.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك اعتماد ضعيف للطاقة على الأرقام ، حيث ترتبط قيمها بالتوجه المتبادل للحظات ، والتي يعتمد عليها حجم التفاعل بين اللحظات المغناطيسية المدارية والداخلية للإلكترون. تزداد طاقة الدولة بشكل أقوى مع زيادة العدد مقارنة بالزيادة. لذلك ، كقاعدة عامة ، فإن الحالة ذات الحالة الكبيرة ، بغض النظر عن القيمة ، لديها طاقة أكبر.

في الحالة الطبيعية (غير المستثارة) للذرة ، يجب أن تقع الإلكترونات في أدنى مستويات الطاقة المتاحة لها. لذلك ، يبدو أنه في أي ذرة في الحالة الطبيعية ، يجب أن تكون جميع الإلكترونات في الحالة ، ويجب أن تكون المصطلحات الأساسية لجميع الذرات من النوع المصطلح ، ومع ذلك ، تظهر التجربة أن هذا ليس كذلك.

شرح أنواع المصطلحات التي تمت ملاحظتها على النحو التالي. وفقًا لأحد قوانين ميكانيكا الكم ، المسمى بمبدأ باولي ، لا يمكن أن يوجد في نفس الذرة (أو في أي نظام كمي آخر) إلكترونان لهما نفس مجموعة الأرقام الكمومية. بمعنى آخر ، لا يمكن أن يكون إلكترونان في نفس الحالة في نفس الوقت.

في الفقرة 28 ، تم توضيح أن المعطى يتوافق مع الحالات التي تختلف في قيم l ويمكن أن يأخذ رقم الكم قيمتين: لذلك ، لا يمكن أن يكون أكثر من الإلكترونات في حالات ذات قيمة معينة:

تشكل مجموعة من الإلكترونات التي لها نفس قيم العدد الكمومي غلافًا. تنقسم الأصداف إلى أقسام فرعية تختلف في قيمة العدد الكمي l. وفقًا للمعنى ، يتم إعطاء الأصداف تسميات مستعارة من التحليل الطيفي للأشعة السينية:

الجدول 36.1

يوضح الجدول تقسيم الحالات المحتملة للإلكترون في الذرة إلى قذائف وأجزاء فرعية. 36.1 ، حيث يتم استخدام الرموز بدلاً من الرموز للتوضيح:. يمكن تحديد الأجزاء الفرعية ، كما هو موضح في الجدول ، بطريقتين (على سبيل المثال ، إما).

كل مدار ذري يتوافق مع طاقة معينة. يتم تحديد ترتيب AO في الطاقة من خلال قاعدتين من Klechkovsky:

1) يتم تحديد طاقة الإلكترون بشكل أساسي من خلال قيم الأساسي (ن) والمدار ( ل) الأعداد الكمية ، لذلك تملأ الإلكترونات أولاً تلك المستويات الفرعية التي يكون مجموعها (n + ل) أقل.

على سبيل المثال ، قد يفترض المرء أن المستوى الفرعي ثلاثي الأبعاد أقل في الطاقة من 4 ثوانٍ. ومع ذلك ، وفقًا لقاعدة Klechkovsky ، فإن طاقة حالة 4s أقل من 3d ، لأنه في 4s يكون المجموع (n + ل) = 4 + 0 = 4 ، وللحالة ثلاثية الأبعاد - (ن + ل) = 3 + 2 = 5.

2) إذا كان المجموع (n + ل) هو نفسه بالنسبة إلى مستويين فرعيين (على سبيل المثال ، بالنسبة للمستويات الفرعية ثلاثية الأبعاد و 4 نقاط ، فإن هذا المجموع يساوي 5) ، المستوى الذي يحتوي على المستوى الأصغر ن. لذلك ، فإن تكوين مستويات الطاقة لذرات عناصر الفترة الرابعة يحدث بالتسلسل التالي: 4s - 3d - 4p. فمثلا:

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

وبالتالي ، مع مراعاة قواعد Klechkovsky ، تزداد طاقة المدارات الذرية وفقًا للسلسلة

1 ثانية< 2s < 2p < 3 < 3p < 4s ≤ثلاثي الأبعاد< 4p < 5s ≤ 4d < 5p < 6s ≤ 4f ≤ 5d < 6p < 7s ≤ 5f ≤ 6d < 7p

ملحوظة. تعني العلامة ≤ أن طاقات AO قريبة ، لذا من الممكن هنا انتهاك قواعد Klechkovsky.

باستخدام هذه السلسلة ، يمكن تحديد الهيكل الإلكتروني لأي ذرة. للقيام بذلك ، تحتاج إلى إضافة ووضع الإلكترونات بالتسلسل على المستويات الفرعية والمدارات الذرية. في هذه الحالة ، من الضروري مراعاة مبدأ باولي وقواعد Hund.

3. مبدأ باولييحدد قدرة AO: لا يمكن أن تحتوي الذرة على إلكترونين لهما نفس مجموعة الأرقام الكمومية الأربعة.

بعبارة أخرى ، يمكن أن تستوعب منطقة AO واحدة تتميز بثلاثة أرقام كمية فقط إلكترونينمع يدور معاكسة ، أي لواحد AO من الممكن كتابة اثنين الخيارات الممكنةالحشوة:

إلكترون واحد وإلكترونان ↓.

في هذه الحالة ، لا يهم الاتجاه المحدد للدوران لإلكترون واحد في المدار ، فمن المهم فقط أن يكون لدوران إلكترونين في AO واحد إشارات معاكسة. مبدأ Pauli والترابط بين قيم n ، ل، و m تحديد أقصى عدد ممكن من الإلكترونات لكل مدار ومستوى فرعي ومستوى (الجدول 2.4):

-على AO - 2الإلكترون.

- في المستوى الفرعي ل- 2 (2 لتر + 1)الإلكترون.

- عند المستوى n - 2n 2الإلكترونات.

الجدول 2.4

توزيع الإلكترون

عن طريق مستويات الطاقة والمستويات الفرعية والمدارات

مستوى الطاقة	عدد الكم الرئيسي	مستوى الطاقة الفرعي	المدارات الذرية	العدد الأقصى للإلكترونات
				المستوى الفرعي	مستوى
1		س( ل= 0)
		س( ل= 0)
2		ص ( ل= 1)
		س( ل= 0)
3		ص ( ل= 1)
		د( ل=2)

4. تصف قاعدتا Hund الترتيب الذي تملأ به الإلكترونات منطقة AO لمستوى فرعي واحد:

القاعدة الأولى: في مستوى فرعي معين ، تميل الإلكترونات إلى ملء حالات الطاقة (AO) بحيث يكون مجموع دورانها بالقيمة المطلقة هو الحد الأقصى. في هذه الحالة ، تكون طاقة النظام ضئيلة.

على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك التكوين الإلكتروني لذرة الكربون. العدد الذري لهذا العنصر هو 6. وهذا يعني أن هناك 6 إلكترونات في الذرة وتقع على مستويين من الطاقة (ذرة الكربون في الفترة الثانية) ، أي 1s 2 2s 2 2p 2. بيانياً ، يمكن تمثيل المستوى الفرعي 2p بثلاث طرق:

م 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1

أ ب ج

مقدار الدورات في الخيار أيساوي صفر. في المتغيرات بو فيمجموع الدورات هو: ½ + ½ = 1 (يضيف إلكترونان مقترنان دائمًا ما يصل إلى الصفر ، لذلك نأخذ في الاعتبار الإلكترونات غير المزدوجة).

عند الاختيار بين الخيارات بو فياتبع قاعدة Hund الثانية : الحالة ذات الحد الأقصى (بالقيمة المطلقة) لمجموع أرقام الكم المغناطيسية لها الحد الأدنى من الطاقة.

وفقًا لقاعدة Hund ، فإن الخيار له ميزة ب(مجموع | 1+ 0 | يساوي 1) ، لأنه في المتغير فيالمجموع | + 1–1 | يساوي 0.

دعونا نحدد ، على سبيل المثال ، الصيغة الإلكترونية لعنصر الفاناديوم (V). نظرًا لأن العدد الذري هو Z = 23 ، يجب وضع 23 إلكترونًا في المستويات الفرعية والمستويات (هناك أربعة منهم ، نظرًا لأن الفاناديوم في الفترة الرابعة). نملأ بالتسلسل: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 (المستويات الفرعية والمستويات الفرعية التي تحتها خط غير مكتمل). سيكون وضع الإلكترونات على 3d-AO وفقًا لقاعدة Hund كما يلي:

بالنسبة للسيلينيوم (Z = 34) الصيغة الإلكترونية الكاملة هي: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4, المستوى الرابع غير مكتمل.

ملء هذا المستوى الثانوي وفقًا لقاعدة Hund: 4p

تلعب إلكترونات آخر المستويات والمستويات الفرعية الشاغرة دورًا خاصًا في الكيمياء ، والتي تسمى التكافؤ(في الصيغ V ، Se يتم تسطيرها). على سبيل المثال ، في الفاناديوم ، هذه هي إلكترونات المستوى الرابع غير المملوء 4s 2 والمستوى الفرعي 3 d 3 غير المملوء ، أي 5 إلكترونات ستكون تكافؤ 4s 2 3d 3 ؛ يحتوي السيلينيوم على 6 إلكترونات - 4s 2 4p 4 .

باسم المستوى الفرعي الأخير المراد تعبئته ، تسمى العناصر عناصر s ، وعناصر p ، وعناصر d ، وعناصر f.

تسمى صيغ إلكترونات التكافؤ الموجودة وفقًا للقواعد الموصوفة العنوان الأساسي. في الواقع ، تختلف الصيغ الحقيقية المحددة من التجربة أو الحساب الميكانيكي الكمومي إلى حد ما عن الصيغ المتعارف عليها ، منذ ذلك الحين أحيانًا يتم انتهاك قواعد كليشكوفسكي ومبدأ باولي وقواعد جوند. وتناقش أسباب هذه الانتهاكات أدناه.

مثال 1. اكتب الصيغة الإلكترونية لذرة عنصر برقم ذري 16. ارسم إلكترونات التكافؤ بيانيًا وحدد أحدها بأرقام كمومية.

المحلول. العدد الذري 16 له ذرة كبريت. لذلك ، فإن الشحنة النووية هي 16 ، بشكل عام ، تحتوي ذرة الكبريت على 16 إلكترونًا. تمت كتابة الصيغة الإلكترونية لذرة الكبريت: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4. (تسطير إلكترونات التكافؤ).

الصيغة الرسومية لإلكترونات التكافؤ:

تتميز حالة كل إلكترون في الذرة بأربعة أرقام كمومية. تعطي الصيغة الإلكترونية قيم رقم الكم الأساسي ورقم الكم المداري. لذلك ، بالنسبة للإلكترون المحدد ، فإن الحالة 3p تعني أن n = 3 و ل= 1 (ع). تعطي الصيغة الرسومية قيمة رقمين كميين آخرين - مغناطيسي ودوراني. للإلكترون المحدد m = -1 و s = 1/2.

مثال 2. ميِّز إلكترونات التكافؤ لذرة سكانديوم بأربعة أرقام كمومية.

المحلول. سكانديوم في الفترة الرابعة ، أي الطبقة الكمومية الأخيرة هي الطبقة الرابعة ، في المجموعة الثالثة ، أي ثلاثة إلكترونات تكافؤ.

الصيغة الإلكترونية لإلكترونات التكافؤ هي: 4s 2 3d 1.

الصيغة الرسومية: