Ինչպես բաշխել էլեկտրոնները շերտերում: Էլեկտրոնների բաշխումն ըստ էներգիայի մակարդակների

Էլեկտրոնների բաշխումը էներգիայի մակարդակների վրա բացատրում է ցանկացած տարրի մետաղական, ինչպես նաև ոչ մետաղական հատկությունները:

Էլեկտրոնային բանաձև

Գոյություն ունի որոշակի կանոն, ըստ որի ազատ և զուգակցված բացասական մասնիկները տեղադրվում են մակարդակներում և ենթամակարդակներում։ Եկեք ավելի մանրամասն քննարկենք էլեկտրոնների բաշխումը էներգիայի մակարդակների վրա:
Առաջին էներգետիկ մակարդակում ընդամենը երկու էլեկտրոն կա: Դրանցով ուղեծրի լիցքավորումն իրականացվում է էներգիայի մատակարարման ավելացմանը զուգընթաց։ Քիմիական տարրի ատոմում էլեկտրոնների բաշխումը համապատասխանում է հերթական թվին։ Նվազագույն թվով էներգիայի մակարդակներն ունեն դեպի միջուկ վալենտային էլեկտրոնների ձգման ամենաընդգծված ուժը։

Էլեկտրոնային բանաձևի կազմման օրինակ

Դիտարկենք էլեկտրոնների բաշխումը էներգիայի մակարդակների վրա՝ օգտագործելով ածխածնի ատոմի օրինակը: Դրա սերիական համարը 6 է, հետևաբար միջուկի ներսում կան վեց դրական լիցքավորված պրոտոններ։ Հաշվի առնելով, որ ածխածինը երկրորդ շրջանի ներկայացուցիչ է, այն բնութագրվում է երկու էներգետիկ մակարդակների առկայությամբ։ Առաջինն ունի երկու էլեկտրոն, երկրորդը՝ չորս։
Հունդի կանոնը բացատրում է միայն երկու էլեկտրոնի մեկ բջիջում գտնվելու վայրը, որոնք ունեն տարբեր սպիններ: Երկրորդ էներգետիկ մակարդակում կա չորս էլեկտրոն: Արդյունքում քիմիական տարրի ատոմում էլեկտրոնների բաշխումն ունի հետևյալ ձևը՝ 1s22s22p2։
Կան որոշակի կանոններ, որոնց համաձայն տեղի է ունենում էլեկտրոնների բաշխումը ենթամակարդակների և մակարդակների:

Պաուլիի սկզբունքը

Այս սկզբունքը ձևակերպվել է Պաուլիի կողմից 1925 թ. Գիտնականը նախատեսել է ատոմում տեղադրելու միայն երկու էլեկտրոններ, որոնք ունեն նույն քվանտային թվերը՝ n, l, m, s։ Նկատի ունեցեք, որ էլեկտրոնների բաշխումը էներգիայի մակարդակների վրա տեղի է ունենում ազատ էներգիայի քանակի մեծացման հետ:

Կլեչկովսկու իշխանությունը

Էներգետիկ ուղեծրերի լրացումն իրականացվում է n + l քվանտային թվերի ավելացման համաձայն և բնութագրվում է էներգիայի պաշարի ավելացմամբ։
Դիտարկենք էլեկտրոնների բաշխումը կալցիումի ատոմում:
Նորմալ վիճակում դրա էլեկտրոնային բանաձևը հետևյալն է.
Ca 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d0 4s2.
Նմանատիպ ենթախմբերի տարրերի համար, որոնք կապված են d- և f-տարրերի հետ, տեղի է ունենում էլեկտրոնի «խափանում» արտաքին ենթամակարդակից, որն ունի էներգիայի ավելի ցածր պաշար, նախորդ d- կամ f-ենթամակարդակին: Նմանատիպ երեւույթը բնորոշ է պղնձի, արծաթի, պլատինի, ոսկու համար։
Էլեկտրոնների բաշխումը ատոմում ենթադրում է ենթամակարդակների լրացում չզույգված էլեկտրոններով, որոնք ունեն նույն սպինները։
Միայն բոլոր ազատ ուղեծրերի ամբողջական լիցքավորումից հետո միայն մեկ էլեկտրոններով քվանտային բջիջները համալրվում են երկրորդ բացասական մասնիկներով՝ օժտված հակառակ սպիններով։
Օրինակ՝ ազոտի չգրգռված վիճակում.
1s2 2s2 2p3.
Նյութերի հատկությունների վրա ազդում է վալենտային էլեկտրոնների էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան։ Նրանց քանակով դուք կարող եք որոշել ամենաբարձր և ամենացածր վալենտությունը, քիմիական ակտիվությունը: Եթե ​​տարրը պարբերական աղյուսակի հիմնական ենթախմբում է, կարող եք օգտագործել խմբի համարը արտաքին էներգիայի մակարդակը կազմելու, դրա օքսիդացման վիճակը որոշելու համար: Օրինակ, ֆոսֆորը, որը գտնվում է հինգերորդ խմբի մեջ (հիմնական ենթախումբ), պարունակում է հինգ վալենտային էլեկտրոն, հետևաբար, այն ունակ է ընդունել երեք էլեկտրոն կամ տալ հինգ մասնիկ մեկ այլ ատոմի։
Պարբերական համակարգի երկրորդական ենթախմբերի բոլոր ներկայացուցիչները գործում են որպես բացառություն այս կանոնից:

Ընտանիքի առանձնահատկությունները

Կախված նրանից, թե արտաքին էներգիայի մակարդակը ինչ կառուցվածք ունի, պարբերական աղյուսակում ներառված բոլոր չեզոք ատոմները բաժանվում են չորս ընտանիքների.

s-տարրերը գտնվում են առաջին և երկրորդ խմբերում (հիմնական ենթախմբերում), p-ընտանիքը գտնվում է III-VIII խմբերում (A ենթախմբեր), d-տարրերը կարելի է գտնել I-VIII խմբերի նմանատիպ ենթախմբերում, f-ընտանիքը բաղկացած է ակտինիդներից և լանթանիդներից։

Բոլոր s-տարրերը նորմալ վիճակում ունեն վալենտային էլեկտրոններ s-ենթամակարդակում: p-տարրերը բնութագրվում են ազատ էլեկտրոնների առկայությամբ s- և p-ենթամակարդակներում:
Չգրգռված վիճակում գտնվող d-տարրերն ունեն վալենտային էլեկտրոններ ինչպես վերջին s-ի, այնպես էլ նախավերջին d-ի ենթամակարդակի վրա:

Եզրակացություն

Ատոմում ցանկացած էլեկտրոնի վիճակը կարելի է նկարագրել՝ օգտագործելով հիմնական թվերը: Կախված նրա կառուցվածքի առանձնահատկություններից՝ կարելի է խոսել որոշակի քանակությամբ էներգիայի մասին։ Պարբերական աղյուսակում ներառված ցանկացած տարրի համար օգտագործելով Հունդի, Կլեչկովսկու, Պաուլիի կանոնը, կարող եք չեզոք ատոմի կոնֆիգուրացիա կատարել:
Չգրգռված վիճակում էներգիայի ամենափոքր պաշարը պատկանում է առաջին մակարդակներում տեղակայված էլեկտրոններին: Երբ չեզոք ատոմը տաքացվում է, նկատվում է էլեկտրոնների անցում, որը միշտ ուղեկցվում է ազատ էլեկտրոնների քանակի փոփոխությամբ, հանգեցնում է տարրի օքսիդացման վիճակի էական փոփոխության, նրա քիմիական ակտիվության փոփոխության։

Եթե ​​միանման մասնիկները ունեն նույն քվանտային թվերը, ապա դրանց ալիքային ֆունկցիան սիմետրիկ է մասնիկների փոխակերպման նկատմամբ։ Հետևում է, որ մեկ համակարգում ընդգրկված երկու նույնական ֆերմիոններ չեն կարող լինել նույն վիճակներում, քանի որ ֆերմիոնների համար ալիքի ֆունկցիան պետք է լինի հակասիմետրիկ: Ամփոփելով փորձարարական տվյալները՝ Վ.Պաուլին ձեւավորել է սկզբունք բացառություններ , Որով ֆերմիոն համակարգերը հանդիպում են բնության մեջ միայն նահանգներում,նկարագրված է հակասիմետրիկ ալիքային ֆունկցիաներով(Պաուլիի սկզբունքի քվանտ-մեխանիկական ձևակերպում).

Այս դրույթից բխում է Պաուլիի սկզբունքի ավելի պարզ ձևակերպումը, որը ներդրվել է նրա կողմից քվանտային տեսություն(1925) նույնիսկ շինարարությունից առաջ քվանտային մեխանիկա: միանման ֆերմիոնների համակարգում դրանցից երկուսը միաժամանակ չեն կարող լինել նույն վիճակում . Նշենք, որ նույն վիճակում գտնվող բոզոնների թիվը սահմանափակված չէ։

Հիշեցնենք, որ ատոմում էլեկտրոնի վիճակը եզակիորեն որոշվում է բազմությամբ չորս քվանտային թվեր :

հիմնական n ;

ուղեծրային լ , սովորաբար այս վիճակները նշանակում են 1 ս, 2դ, 3զ;

մագնիսական ();

· մագնիսական պտույտ ():

Էլեկտրոնների բաշխումը ատոմում տեղի է ունենում Պաուլիի սկզբունքի համաձայն, որը կարելի է ձևակերպել ատոմի համար ամենապարզ ձևով. Նույն ատոմում չի կարող լինել մեկից ավելի էլեկտրոն չորս քվանտային թվերի նույն բազմությամբ. n, լ, , :

Զ (n, լ, , ) = 0 կամ 1,

որտեղ Զ (n, լ, , ) քվանտային վիճակում գտնվող էլեկտրոնների թիվն է, որը նկարագրված է չորս քվանտային թվերի բազմությամբ. n, լ, , . Այսպիսով, Պաուլիի սկզբունքն ասում է. որ երկու էլեկտրոն ,Միևնույն ատոմում կապվածները տարբերվում են արժեքով ,գոնե ,մեկ քվանտային թիվ .

Երեք քվանտային թվերի բազմությամբ նկարագրված վիճակներում էլեկտրոնների առավելագույն թիվը n, լև մ, և միայն էլեկտրոնի սպինների կողմնորոշմամբ տարբերվելը հավասար է.

,

(8.2.1)

քանի որ սպին քվանտային թիվը կարող է վերցնել միայն երկու արժեք՝ 1/2 և –1/2:

Երկու քվանտային թվերով որոշված ​​վիճակում գտնվող էլեկտրոնների առավելագույն թիվը nև լ:

.

(8.2.2)

Այս դեպքում էլեկտրոնի ուղեծրային անկյունային իմպուլսի վեկտորը կարող է վերցնել տարածություն (2 լ+ 1) տարբեր կողմնորոշումներ (նկ. 8.1):

Հիմնական քվանտային թվի արժեքով որոշված ​​վիճակներում էլեկտրոնների առավելագույն թիվը n, հավասար է.

.

(8.2.3)

Էլեկտրոնների բազմությունը բազմաէլեկտրոն ատոմում,ունենալով նույն հիմնական քվանտային թիվը n,կանչեց էլեկտրոնային թաղանթկամ շերտ .

Յուրաքանչյուր թաղանթում էլեկտրոնները բաշխված են երկայնքով ենթափեղկեր սրան համապատասխան լ.

տարածքի տարածք,որոնցում մեծ է էլեկտրոն գտնելու հավանականությունը, կանչեց ենթափեղկ կամ ուղեծրային . Օրբիտալների հիմնական տեսակների տեսքը ներկայացված է նկ. 8.1.

Քանի որ ուղեծրային քվանտային համարը արժեքներ է ընդունում 0-ից մինչև , ենթափեղկերի թիվը հավասար է հերթական թվին nպատյաններ. Ենթաշեղում էլեկտրոնների թիվը որոշվում է մագնիսական և մագնիսական սպինի քվանտային թվերով. լհավասար է 2 (2 լ+ 1). Թաղանթների անվանումները, ինչպես նաև էլեկտրոնների բաշխվածությունը թաղանթների և ենթափեղկերի վրա տրված են Աղյուսակում: մեկ.

Աղյուսակ 1

Հիմնական քվանտային թիվը n

կեղևի խորհրդանիշ

Էլեկտրոնների առավելագույն քանակը թաղանթում

Օրբիտալ քվանտային թիվ լ

Subshell կերպար

Առավելագույն թիվը էլեկտրոնների մեջ ենթափեղկ

Ատոմում էլեկտրոնների բաշխումն իրականացվում է քվանտային մեխանիկայի 3 դրույթների համաձայն՝ Պաուլիի սկզբունք; նվազագույն էներգիայի սկզբունքը; Հունդի կանոն.

Պաուլիի սկզբունքով Ատոմը չի կարող ունենալ բոլոր չորս քվանտային թվերի նույն արժեքներով երկու էլեկտրոն:Պաուլիի սկզբունքը որոշում է էլեկտրոնների առավելագույն քանակը մեկ ուղեծրում, մակարդակում և ենթամակարդակում: Քանի որ AO-ն բնութագրվում է երեք քվանտային թվերով n, l, ml, տվյալ ուղեծրի էլեկտրոնները կարող են տարբերվել միայն սպին քվանտային թվով ms. Բայց msկարող է ունենալ միայն երկու արժեք +½ և -½:

Հետևաբար, մեկ ուղեծրում կարող են լինել ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոններ հակառակ ուղղված սպիններով։ Էներգիայի մակարդակում էլեկտրոնների առավելագույն թիվը սահմանվում է որպես 2 n 2, իսկ ենթամակարդակում՝ որպես 2 (2 լ+1). Տարբեր մակարդակներում և ենթամակարդակներում տեղակայված էլեկտրոնների առավելագույն քանակը տրված է Աղյուսակում: 2.1.

Էլեկտրոնների առավելագույն քանակը քվանտային մակարդակներում և ենթամակարդակներում

Էներգիայի մակարդակը	Էներգիայի ենթամակարդակ	Մագնիսական քվանտային թվի հնարավոր արժեքները մլ	ԲԲԸ-ների թիվը	Էլեկտրոնների առավելագույն քանակը մեկ
ենթամակարդակ	մակարդակ	ենթամակարդակ	մակարդակ
Կ (n= 1)	ս (լ= 0)
Լ (n= 2)	ս (լ= 0) էջ (լ= 1)	-1, 0, 1
Մ (n= 3)	ս (լ= 0) էջ (լ= 1) դ (լ= 2)	-1, 0, 1 -2, -1, 0, 1, 2
Ն (n= 4)	ս (լ= 0) էջ (լ= 1) դ (լ= 2) զ (լ= 3)	-1, 0, 1 -2, -1, 0, 1, 2 -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3

Էլեկտրոններով ուղեծրերի լրացման հաջորդականությունը կատարվում է համապատասխան նվազագույն էներգիայի սկզբունքը, Որով էլեկտրոնները լրացնում են ուղեծրերը՝ ուղեծրերի էներգիայի մակարդակի բարձրացման կարգով:Օրբիտալների կարգը էներգիայի առումով որոշվում է Կլեչկովսկու իշխանությունը : էներգիայի ավելացում, և, համապատասխանաբար, ուղեծրերի լրացումը տեղի է ունենում աճող գումարի կարգով (n + l), իսկ հավասար գումարով (n + l) - n-ի աճի կարգով:

Էլեկտրոնների բաշխման կարգը էներգիայի մակարդակների և ենթամակարդակների վրա ատոմի թաղանթումկանչեց նրան էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա. Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա գրելիս մակարդակի համարը (հիմնական քվանտային համարը) նշվում է 1, 2, 3, 4 ... թվերով, ենթամակարդակը (ուղղծրային քվանտային թիվը)՝ տառերով։ s, p, d, f. Ենթամակարդակի էլեկտրոնների թիվը նշվում է թվով, որը գրված է ենթամակարդակի խորհրդանիշի վերևում։ Օրինակ՝ ծծմբի ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան 16 S 1 է ս 2 2ս 2 2էջ 6 3ս 2 3էջ 4 և վանադիում 23 V 1 ս 2 2ս 2 2էջ 6 3ս 2 3էջ 6 3d°/i> 3 4 ս 2 .

Ատոմների քիմիական հատկությունները որոշվում են հիմնականում արտաքին էներգիայի մակարդակների կառուցվածքով, որոնք կոչվում են վալենտություն. Ավարտված էներգիայի մակարդակները չեն մասնակցում քիմիական փոխազդեցությանը: Հետևաբար, հակիրճության համար դրանք հաճախ նշվում են նախորդ ազնիվ գազի խորհրդանիշով հակիրճության համար: Այսպիսով, ծծմբի համար՝ 3 ս 2 3էջչորս; վանադիումի համար՝ 3 դ 3 4ս 2. Միևնույն ժամանակ, կրճատ նշումը հստակ ընդգծում է վալենտային էլեկտրոնները, որոնք որոշում են Քիմիական հատկություններտարրի ատոմներ.

Կախված նրանից, թե ատոմի որ ենթամակարդակն է լրացվում վերջինը, բոլորը քիմիական տարրերբաժանված են 4 էլեկտրոնային ընտանիքների. s-, p-, d-, f-տարրեր. Այն տարրերը, որոնց ատոմները վերջինն են լրացնում արտաքին մակարդակի s-ենթամակարդակը, կոչվում են s-տարրեր:. ժամը s-տարրերը վալենտ են ս- արտաքին էներգիայի մակարդակի էլեկտրոններ.

ժամը p-տարրեր արտաքին մակարդակի p-ենթամակարդակը լրացվում է վերջինը. Նրանք ունեն վալենտային էլեկտրոններ p-և s-արտաքին շերտի ենթամակարդակները. ժամը d-տարրեր, նախաարտաքին մակարդակի d-ենթամակարդակը լրացվում է վերջինըև վալենտություն են s-էլեկտրոնները արտաքին և դ-էլեկտրոնները՝ նախածննդյան էներգիայի մակարդակների։ ժամը f-տարրեր, երրորդ արտաքին էներգիայի մակարդակի f-ենթամակարդակը լրացվում է վերջինը:

Ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան կարող է պատկերվել նաև քվանտային բջիջներում էլեկտրոնների տեղադրման սխեմաների տեսքով, որոնք ատոմային ուղեծրի գրաֆիկական ներկայացում են։ Յուրաքանչյուր քվանտային բջիջ կարող է պարունակել ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն՝ հակառակ ուղղված սպիններով։ Մեկ ենթամակարդակի ներսում էլեկտրոնների տեղադրման կարգը որոշվում է Հունդի կանոնով. ենթամակարդակի ներսում էլեկտրոնները դասավորված են այնպես, որ դրանց ընդհանուր սպինը լինի առավելագույնը:Այսինքն՝ տվյալ ենթամակարդակի ուղեծրերը լցվում են սկզբում մեկ էլեկտրոնով նույն սպիններով, իսկ հետո երկրորդ էլեկտրոնով՝ հակառակ սպիններով։

Ընդհանուր պտույտ R-Ծծմբի ատոմի երրորդ էներգետիկ մակարդակի էլեկտրոններ Ս ms= ½ - ½ + ½ + ½ = 1; դ- վանադիումի ատոմի էլեկտրոններ.

Ս ms\u003d ½ + ½ + ½ \u003d 3/2:

Հաճախ գրաֆիկորեն պատկերված է ոչ թե ամբողջ էլեկտրոնային բանաձևը, այլ միայն այն ենթամակարդակները, որոնց վրա գտնվում են վալենտային էլեկտրոնները, օրինակ.

16S…3 ս 2 3էջչորս; 23 Վ… 3 դ 3 4ս 2 .

Գրգռված վիճակում ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիայի գրաֆիկական ներկայացման մեջ, լցվածների հետ միասին, պատկերված են դատարկ վալենտային ուղեծրեր: Օրինակ, երրորդ էներգետիկ մակարդակում ֆոսֆորի ատոմում կա մեկը ս-ԱՕ, երեք Ռ-աո և հինգ դ-ԱՕ. Ֆոսֆորի ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան հիմնական վիճակում ունի ձև

15 R… 3 ս 2 3էջ 3 .

Ֆոսֆորի վալենտությունը, որը որոշվում է չզույգված էլեկտրոնների թվով, 3 է: Երբ ատոմը անցնում է գրգռված վիճակի, 3-րդ վիճակի էլեկտրոնները քայքայվում են: սև էլեկտրոններից մեկը ս-ենթամակարդակը կարող է գնալ դ-ենթամակարդակ:

R*… 3 s2 3էջ 3 3դ 1

Այս դեպքում ֆոսֆորի վալենտականությունը երեքից (PCl 3) հիմնական վիճակում փոխվում է հինգի (PCl 5) գրգռված վիճակում։

Ատոմի յուրաքանչյուր էլեկտրոն առաջին մոտավորությամբ շարժվում է կենտրոնական սիմետրիկ ոչ Կուլոնյան դաշտում Էլեկտրոնի վիճակը այս դեպքում որոշվում է երեք քվանտային թվերով, որոնց ֆիզիկական իմաստը պարզաբանված է § 28-ում: էլեկտրոնի սպին, նշված քվանտային թվերին պետք է ավելացնել մի քվանտային թիվ, որը կարող է արժեքներ ընդունել և որոշել սպինի պրոյեկցիան տվյալ ուղղությամբ: Հետևյալում մագնիսական քվանտային թվի համար մենք փոխարենը կօգտագործենք նշումը՝ ընդգծելու այն փաստը, որ այս թիվը որոշում է ուղեծրի անկյունային իմպուլսի պրոյեկցիան, որի արժեքը տրվում է l քվանտային թվով։

Այսպիսով, ատոմում յուրաքանչյուր էլեկտրոնի վիճակը բնութագրվում է չորս քվանտային թվերով.

Պետության էներգիան հիմնականում կախված է թվերից։

Բացի այդ, կա էներգիայի թույլ կախվածություն թվերից, քանի որ դրանց արժեքները կապված են պահերի փոխադարձ կողմնորոշման հետ, որից կախված է էլեկտրոնի ուղեծրային և ներքին մագնիսական պահերի փոխազդեցության մեծությունը: Պետության էներգիան ավելի ուժեղ է աճում թվի աճի հետ, քան աճի հետ։ Հետևաբար, որպես կանոն, մեծ պետությունը, անկախ արժեքից, ավելի շատ էներգիա ունի։

Ատոմի նորմալ (չգրգռված) վիճակում էլեկտրոնները պետք է տեղակայվեն իրենց հասանելի ամենացածր էներգիայի մակարդակներում: Հետևաբար, թվում է, որ նորմալ վիճակում գտնվող ցանկացած ատոմում բոլոր էլեկտրոնները պետք է լինեն վիճակում, և բոլոր ատոմների հիմնական տերմինները պետք է լինեն տերմինի տիպի, սակայն փորձը ցույց է տալիս, որ դա այդպես չէ:

Դիտարկվող տերմինների տեսակների բացատրությունը հետևյալն է. Համաձայն քվանտային մեխանիկայի օրենքներից մեկի, որը կոչվում է Պաուլիի սկզբունք, նույն ատոմում (կամ ցանկացած այլ քվանտային համակարգում) չեն կարող լինել երկու էլեկտրոններ, որոնք ունեն քվանտային թվերի նույն բազմությունը։ Այլ կերպ ասած, երկու էլեկտրոնները չեն կարող միաժամանակ լինել նույն վիճակում։

§ 28-ում ցույց է տրվել, որ տրվածը համապատասխանում է վիճակներին, որոնք տարբերվում են l-ի արժեքներով, և Քվանտային թիվը կարող է վերցնել երկու արժեք. Հետևաբար, ոչ ավելի, քան էլեկտրոնները կարող են լինել տվյալ արժեքով վիճակներում.

Էլեկտրոնների մի շարք, որոնք ունեն քվանտային թվի նույն արժեքները, կազմում են թաղանթ: Ռումբերը բաժանվում են ենթափեղկերի, որոնք տարբերվում են l քվանտային թվի արժեքով։ Ըստ նշանակության՝ թաղանթներին տրվում են ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիայից փոխառված անվանումներ.

Աղյուսակ 36.1

Ատոմում էլեկտրոնի հնարավոր վիճակների բաժանումը թաղանթների և ենթափեղկերի ներկայացված է Աղյուսակում: 36.1, որտեղ հստակության համար սիմվոլների փոխարեն օգտագործվում են նշաններ. Ենթափեղկները, ինչպես նշված է աղյուսակում, կարող են նշանակվել երկու եղանակով (օրինակ՝ կամ ):

Յուրաքանչյուր ատոմային ուղեծիր համապատասխանում է որոշակի էներգիայի։ Էներգիայի մեջ AO-ի կարգը որոշվում է Կլեչկովսկու երկու կանոններով.

1) էլեկտրոնի էներգիան հիմնականում որոշվում է հիմնական (n) և ուղեծրի արժեքներով. լ) քվանտային թվեր, ուստի նախ էլեկտրոնները լրացնում են այն ենթամակարդակները, որոնց գումարը (n + լ) քիչ.

Օրինակ, կարելի է ենթադրել, որ 3d ենթամակարդակը էներգիայով ավելի ցածր է, քան 4s-ը: Այնուամենայնիվ, Կլեչկովսկու կանոնի համաձայն, 4s վիճակի էներգիան փոքր է 3d-ից, քանի որ 4s-ի համար գումարը (n + լ) = 4 + 0 = 4, իսկ 3d-ի համար - (n + լ) = 3 + 2 = 5.

2) Եթե գումարը (n + լ) նույնն է երկու ենթամակարդակների համար (օրինակ, 3d և 4p ենթամակարդակների համար այս գումարը հավասար է 5-ի), մակարդակը փոքրի հետ n. Հետևաբար չորրորդ շրջանի տարրերի ատոմների էներգիայի մակարդակների ձևավորումը տեղի է ունենում հետևյալ հաջորդականությամբ՝ 4s - 3d - 4p։ Օրինակ:

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

Այսպիսով, հաշվի առնելով Կլեչկովսկու կանոնները, ատոմային ուղեծրերի էներգիան մեծանում է ըստ շարքի

1 վ< 2s < 2p < 3 < 3p < 4s ≤3d< 4p < 5s ≤ 4d < 5p < 6s ≤ 4f ≤ 5d < 6p < 7s ≤ 5f ≤ 6d < 7p

Նշում. ≤ նշանը նշանակում է, որ AO էներգիաները մոտ են, ուստի այստեղ հնարավոր է Կլեչկովսկու կանոնների խախտում։

Օգտագործելով այս շարքը՝ կարելի է որոշել ցանկացած ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքը։ Դա անելու համար հարկավոր է հաջորդաբար ավելացնել և տեղադրել էլեկտրոններ ենթամակարդակների և ատոմային ուղեծրերի վրա: Այս դեպքում անհրաժեշտ է հաշվի առնել Պաուլիի սկզբունքը և երկու Հունդի կանոնները։

3. Պաուլիի սկզբունքորոշում է AO-ի հզորությունը. Ատոմը չի կարող ունենալ երկու էլեկտրոն բոլոր չորս քվանտային թվերի նույն բազմությամբ:

Այլ կերպ ասած, մեկ AO-ն, որը բնութագրվում է երեք քվանտային թվերով, կարող է տեղավորվել միայն երկու էլեկտրոնհակառակ պտույտներով, այսինքն. մեկ AO-ի համար կարելի է գրել երկու հնարավոր տարբերակներըդրա լցոնումը:

մեկ էլեկտրոն և երկու էլեկտրոն ↓ .

Այս դեպքում ուղեծրում մեկ էլեկտրոնի համար սպինի հատուկ ուղղությունը նշանակություն չունի, կարևոր է միայն, որ մեկ AO-ում երկու էլեկտրոնի սպիններն ունենան հակառակ նշաններ: Պաուլիի սկզբունքը և փոխկախվածությունը n-ի արժեքների միջև, լ, և m-ը որոշում են էլեկտրոնների առավելագույն հնարավոր քանակը մեկ ուղեծրի, ենթամակարդակի և մակարդակի համար (Աղյուսակ 2.4):

-մեկ AO-ի վրա - 2էլեկտրոն;

- ենթամակարդակում լ- 2 (2լ+1)էլեկտրոն;

- մակարդակ n - 2n 2էլեկտրոններ.

Աղյուսակ 2.4

Էլեկտրոնների բաշխում

ըստ էներգիայի մակարդակների, ենթամակարդակների և ուղեծրերի

Էներգիայի մակարդակը	Հիմնական քվանտային թիվը	Էներգիայի ենթամակարդակ	ատոմային ուղեծրեր	Էլեկտրոնների առավելագույն քանակը
				ենթամակարդակ	մակարդակ
1		s( լ= 0)
		s( լ= 0)
2		p( լ= 1)
		s( լ= 0)
3		p( լ= 1)
		դ( լ=2)

4. Երկու Հունդի կանոնները նկարագրում են այն հերթականությունը, որով էլեկտրոնները լրացնում են մեկ ենթամակարդակի AO-ն.

Առաջին կանոնը. տվյալ ենթամակարդակում էլեկտրոնները հակված են լրացնել էներգետիկ վիճակները (AO) այնպես, որ դրանց սպինների գումարը բացարձակ արժեքով լինի առավելագույնը: Այս դեպքում համակարգի էներգիան նվազագույն է:

Օրինակ, դիտարկենք ածխածնի ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան: Այս տարրի ատոմային թիվը 6 է: Սա նշանակում է, որ ատոմում կա 6 էլեկտրոն և դրանք գտնվում են 2 էներգետիկ մակարդակների վրա (ածխածնի ատոմը գտնվում է երկրորդ շրջանում), այսինքն. 1s 2 2s 2 2p 2. Գրաֆիկորեն, 2p ենթամակարդակը կարող է ներկայացվել երեք ձևով.

մ 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1

A B C

Տարբերակում պտտվողների քանակը ահավասար է զրոյի: Տարբերակներով բև մեջսպինների գումարը հետևյալն է. ½ +½ = 1 (երկու զույգ էլեկտրոնները միշտ գումարվում են զրոյի, ուստի մենք հաշվի ենք առնում չզույգված էլեկտրոնները):

Ընտրանքների միջև ընտրություն կատարելիս բև մեջհետևեք Հունդի երկրորդ կանոնին : Մագնիսական քվանտային թվերի առավելագույն (բացարձակ արժեքով) գումարով վիճակն ունի նվազագույն էներգիա։

Ըստ Հունդի կանոնի՝ տարբերակն ունի առավելություն բ( |1+ 0|-ի գումարը հավասար է 1-ի) , քանի որ տարբերակում մեջգումարը |+1–1| հավասար է 0-ի:

Սահմանենք, օրինակ, վանադիում (V) տարրի էլեկտրոնային բանաձևը։ Քանի որ նրա ատոմային թիվը Z = 23 է, ենթամակարդակների և մակարդակների վրա պետք է տեղադրվեն 23 էլեկտրոններ (դրանք չորսն են, քանի որ վանադիումը չորրորդ շրջանում է)։ Հաջորդաբար լրացնում ենք. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 (ընդգծված անավարտ մակարդակները և ենթամակարդակները): Էլեկտրոնների տեղադրումը 3d-AO-ի վրա ըստ Հունդի կանոնի կլինի.

Սելենի համար (Z = 34) լրիվ էլեկտրոնային բանաձևը հետևյալն է. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4, չորրորդ մակարդակը կիսատ է.

Լրացնելով այս ենթամակարդակը ըստ Հունդի կանոնի՝ 4p

Քիմիայի մեջ առանձնահատուկ դեր ունեն վերջին չզբաղեցրած մակարդակների և ենթամակարդակների էլեկտրոնները, որոնք կոչվում են. վալենտություն(V, Se բանաձեւերում ընդգծված են): Օրինակ, վանադիումում դրանք չլրացված չորրորդ մակարդակի 4s 2 և չլցված ենթամակարդակի 3d 3 էլեկտրոններն են, այսինքն. 5 էլեկտրոնը կլինի վալենտ 4s 2 3d 3 ; սելենն ունի 6 էլեկտրոն. 4s 2 4p 4 .

Վերջին լրացման ենթակա ենթամակարդակի անունով տարրերը կոչվում են s-տարրեր, p-տարրեր, d-տարրեր և f-տարրեր:

Նկարագրված կանոններով հայտնաբերված վալենտային էլեկտրոնների բանաձևերը կոչվում են կանոնական. Փաստորեն, փորձի կամ քվանտային մեխանիկական հաշվարկից որոշված ​​իրական բանաձևերը որոշ չափով տարբերվում են կանոնականից, քանի որ. Երբեմն խախտվում են Կլեչկովսկու կանոնները, Պաուլիի սկզբունքը և Գունդի կանոնները։ Այս խախտումների պատճառները քննարկվում են ստորև:

Օրինակ 1. Գրի՛ր 16 ատոմային համարով տարրի ատոմի էլեկտրոնային բանաձևը։ Գրաֆիկորեն նկարի՛ր վալենտային էլեկտրոններ և բնութագրի՛ր դրանցից մեկը քվանտային թվերով։

Լուծում. 16 ատոմային համարն ունի ծծմբի ատոմ։ Ուստի միջուկային լիցքը 16 է, ընդհանուր առմամբ ծծմբի ատոմը պարունակում է 16 էլեկտրոն։ Ծծմբի ատոմի էլեկտրոնային բանաձեւը գրված է՝ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4. (Վալենտական ​​էլեկտրոններն ընդգծված են):

Վալենտային էլեկտրոնների գրաֆիկական բանաձևը.

Ատոմում յուրաքանչյուր էլեկտրոնի վիճակը բնութագրվում է չորս քվանտային թվերով։ Էլեկտրոնային բանաձևը տալիս է հիմնական քվանտային թվի և ուղեծրային քվանտային թվի արժեքները: Այսպիսով, նշված էլեկտրոնի համար 3p վիճակը նշանակում է, որ n = 3 և լ= 1 (p): Գրաֆիկական բանաձևը տալիս է ևս երկու քվանտային թվերի արժեքը՝ մագնիսական և սպին։ Նշված էլեկտրոնի համար m = -1 և s = 1/2:

Օրինակ 2. Բնութագրե՛ք սկանդիումի ատոմի վալենտային էլեկտրոնները չորս քվանտային թվերով։

Լուծում. Սկանդիումը գտնվում է 4-րդ շրջանում, այսինքն. վերջին քվանտային շերտը չորրորդն է՝ 3-րդ խմբում, այսինքն. երեք վալենտային էլեկտրոններ.

Վալենտային էլեկտրոնների էլեկտրոնային բանաձևն է՝ 4s 2 3d 1:

Գրաֆիկական բանաձև.