როგორ გავანაწილოთ ელექტრონები შრეებში. ელექტრონების განაწილება ენერგიის დონეების მიხედვით
ელექტრონების განაწილება ენერგეტიკულ დონეზე ხსნის ნებისმიერი ელემენტის მეტალურ და არამეტალურ თვისებებს.
ელექტრონული ფორმულა
არსებობს გარკვეული წესი, რომლის მიხედვითაც თავისუფალი და დაწყვილებული უარყოფითი ნაწილაკები თავსდება დონეებსა და ქვედონეებზე. მოდით განვიხილოთ უფრო დეტალურად ელექტრონების განაწილება ენერგიის დონეებზე.პირველ ენერგეტიკულ დონეზე მხოლოდ ორი ელექტრონია. მათთან ორბიტალის შევსება ხორციელდება ენერგიის მიწოდების გაზრდისას. ელექტრონების განაწილება ქიმიური ელემენტის ატომში შეესაბამება რიგით რიცხვს. მინიმალური რაოდენობის ენერგიის დონეებს აქვთ ბირთვისკენ ვალენტური ელექტრონების მიზიდვის ყველაზე გამოხატული ძალა.
ელექტრონული ფორმულის შედგენის მაგალითი
განვიხილოთ ელექტრონების განაწილება ენერგიის დონეებზე ნახშირბადის ატომის მაგალითის გამოყენებით. მისი სერიული ნომერია 6, შესაბამისად, ბირთვში ექვსი დადებითად დამუხტული პროტონია. იმის გათვალისწინებით, რომ ნახშირბადი მეორე პერიოდის წარმომადგენელია, იგი ხასიათდება ორი ენერგეტიკული დონის არსებობით. პირველს ორი ელექტრონი აქვს, მეორეს ოთხი.ჰუნდის წესი ხსნის მხოლოდ ორი ელექტრონის ერთ უჯრედში მდებარეობას, რომლებსაც განსხვავებული სპინები აქვთ. მეორე ენერგეტიკულ დონეზე არის ოთხი ელექტრონი. შედეგად, ელექტრონების განაწილებას ქიმიური ელემენტის ატომში აქვს შემდეგი ფორმა: 1s22s22p2.
არსებობს გარკვეული წესები, რომლის მიხედვითაც ხდება ელექტრონების განაწილება ქვედონეებად და დონეებად.
პაულის პრინციპი
ეს პრინციპი ჩამოაყალიბა პაულიმ 1925 წელს. მეცნიერმა განაპირობა ატომში მოთავსების შესაძლებლობა მხოლოდ ორი ელექტრონის, რომლებსაც აქვთ იგივე კვანტური რიცხვები: n, l, m, s. გაითვალისწინეთ, რომ ელექტრონების განაწილება ენერგიის დონეებზე ხდება თავისუფალი ენერგიის ოდენობის ზრდისას.
კლეჩკოვსკის წესი
ენერგეტიკული ორბიტალების შევსება ხორციელდება n + l კვანტური რიცხვების ზრდის მიხედვით და ხასიათდება ენერგიის რეზერვის ზრდით.განვიხილოთ ელექტრონების განაწილება კალციუმის ატომში.
ნორმალურ მდგომარეობაში, მისი ელექტრონული ფორმულა შემდეგია:
Ca 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d0 4s2.
მსგავსი ქვეჯგუფების ელემენტებისთვის, რომლებიც დაკავშირებულია d- და f- ელემენტებთან, არის ელექტრონის „ჩავარდნა“ გარე ქვედონედან, რომელსაც აქვს ენერგიის დაბალი რეზერვი, წინა d- ან f-ქვედონემდე. მსგავსი ფენომენი დამახასიათებელია სპილენძის, ვერცხლის, პლატინის, ოქროსთვის.
ელექტრონების განაწილება ატომში გულისხმობს ქვედონეების შევსებას დაუწყვილებელი ელექტრონებით, რომლებსაც აქვთ იგივე სპინები.
მხოლოდ ყველა თავისუფალი ორბიტალის ერთი ელექტრონებით სრული შევსების შემდეგ, კვანტურ უჯრედებს ემატება მეორე უარყოფითი ნაწილაკები, რომლებიც აღჭურვილია საპირისპირო სპინებით.
მაგალითად, აზოტის აუღელვებელ მდგომარეობაში:
1s2 2s2 2p3.
ნივთიერებების თვისებებზე გავლენას ახდენს ვალენტური ელექტრონების ელექტრონული კონფიგურაცია. მათი რიცხვით შეგიძლიათ განსაზღვროთ უმაღლესი და ყველაზე დაბალი ვალენტობა, ქიმიური აქტივობა. თუ ელემენტი პერიოდული ცხრილის მთავარ ქვეჯგუფშია, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ჯგუფის ნომერი გარე ენერგიის დონის შედგენისთვის, მისი დაჟანგვის მდგომარეობის დასადგენად. მაგალითად, ფოსფორი, რომელიც მეხუთე ჯგუფშია (მთავარი ქვეჯგუფი), შეიცავს ხუთ ვალენტურ ელექტრონს, შესაბამისად, მას შეუძლია მიიღოს სამი ელექტრონი ან მისცეს ხუთი ნაწილაკი სხვა ატომს.
პერიოდული ცხრილის მეორადი ქვეჯგუფების ყველა წარმომადგენელი მოქმედებს როგორც გამონაკლისი ამ წესიდან.
ოჯახის მახასიათებლები
იმისდა მიხედვით, თუ რა სტრუქტურა აქვს გარე ენერგიის დონეს, პერიოდულ სისტემაში შემავალი ყველა ნეიტრალური ატომის დაყოფა ოთხ ოჯახად:- s-ელემენტები პირველ და მეორე ჯგუფშია (ძირითადი ქვეჯგუფები); p-ოჯახი განლაგებულია III-VIII ჯგუფებში (A ქვეჯგუფები); d-ელემენტები გვხვდება მსგავს ქვეჯგუფებში I-VIII ჯგუფებიდან; f-ოჯახი. შედგება აქტინიდებისა და ლანთანიდებისაგან.
d-ელემენტებს აუგზნებად მდგომარეობაში აქვთ ვალენტური ელექტრონები როგორც ბოლო s-ზე, ასევე ბოლო d-ქვედონეზე.
დასკვნა
ნებისმიერი ელექტრონის მდგომარეობა ატომში შეიძლება აღწერილი იყოს ძირითადი რიცხვების სიმრავლის გამოყენებით. მისი სტრუქტურის თავისებურებებიდან გამომდინარე, შეგვიძლია ვისაუბროთ ენერგიის გარკვეულ რაოდენობაზე. ჰუნდის, კლეჩკოვსკის, პაულის წესის გამოყენებით პერიოდულ სისტემაში შემავალი ნებისმიერი ელემენტისთვის, შეგიძლიათ გააკეთოთ ნეიტრალური ატომის კონფიგურაცია.უმცირესი ენერგეტიკული რეზერვი აუგზნებულ მდგომარეობაში ფლობს პირველ დონეზე განლაგებულ ელექტრონებს. ნეიტრალური ატომის გაცხელებისას შეინიშნება ელექტრონების გადასვლა, რასაც ყოველთვის თან ახლავს თავისუფალი ელექტრონების რაოდენობის ცვლილება, იწვევს ელემენტის ჟანგვის მდგომარეობის მნიშვნელოვან ცვლილებას, მისი ქიმიური აქტივობის ცვლილებას.
თუ იდენტურ ნაწილაკებს აქვთ იგივე კვანტური რიცხვები, მაშინ მათი ტალღური ფუნქცია სიმეტრიულია ნაწილაკების პერმუტაციის მიმართ. აქედან გამომდინარეობს, რომ ერთ სისტემაში შემავალი ორი იდენტური ფერმიონი არ შეიძლება იყოს ერთსა და იმავე მდგომარეობაში, რადგან ფერმიონებისთვის ტალღის ფუნქცია უნდა იყოს ანტისიმეტრიული. ექსპერიმენტული მონაცემების შეჯამებით ჩამოყალიბდა ვ პრინციპი გამონაკლისები , რითაც ფერმიონის სისტემები გვხვდება ბუნებაში მხოლოდ სახელმწიფოებში,აღწერილია ანტისიმეტრიული ტალღური ფუნქციებით(პაულის პრინციპის კვანტურ-მექანიკური ფორმულირება).
ამ დებულებიდან გამომდინარეობს პაულის პრინციპის უფრო მარტივი ფორმულირება, რომელიც მან შემოიღო კვანტური თეორია(1925) ჯერ კიდევ მშენებლობამდე კვანტური მექანიკა: იდენტური ფერმიონების სისტემაში ნებისმიერ ორ მათგანს ერთდროულად არ შეუძლია იყოს იმავე მდგომარეობაში . გაითვალისწინეთ, რომ იდენტური ბოზონების რაოდენობა იმავე მდგომარეობაში შეზღუდული არ არის.
შეგახსენებთ, რომ ატომში ელექტრონის მდგომარეობა ცალსახად განისაზღვრება სიმრავლით ოთხი კვანტური რიცხვი :
მთავარი ნ ;
ორბიტალური ლ 
ჩვეულებრივ, ეს მდგომარეობები აღნიშნავენ 1-ს ს, 2დ, 3ვ;
მაგნიტური ();
· მაგნიტური ტრიალი ().
ელექტრონების განაწილება ატომში ხდება პაულის პრინციპის მიხედვით, რომელიც შეიძლება ჩამოყალიბდეს ატომისთვის უმარტივესი ფორმით: ერთსა და იმავე ატომში არ შეიძლება იყოს ერთზე მეტი ელექტრონი ოთხი კვანტური რიცხვის იგივე სიმრავლით: ნ, ლ, , :
ზ (ნ, ლ, , ) = 0 ან 1,
სადაც ზ (ნ, ლ, , ) არის ელექტრონების რაოდენობა კვანტურ მდგომარეობაში, რომელიც აღწერილია ოთხი კვანტური რიცხვის სიმრავლით: ნ, ლ, , . ამრიგად, პაულის პრინციპი ამბობს, რომ ორი ელექტრონი ,ერთსა და იმავე ატომში შეკრული მნიშვნელობით განსხვავდება ,მინიმუმ ,ერთი კვანტური რიცხვი .
ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა მდგომარეობებში აღწერილი სამი კვანტური რიცხვის სიმრავლით ნ, ლდა მდა განსხვავება მხოლოდ ელექტრონის სპინების ორიენტაციაში უდრის:
| , | (8.2.1) |
რადგან სპინის კვანტურ რიცხვს შეუძლია მიიღოს მხოლოდ ორი მნიშვნელობა 1/2 და –1/2.
ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა, რომლებიც იმყოფებიან მდგომარეობებში, რომლებიც განისაზღვრება ორი კვანტური რიცხვით ნდა ლ:
 .
|
(8.2.2) |
ამ შემთხვევაში, ელექტრონის ორბიტალური კუთხოვანი იმპულსის ვექტორს შეუძლია სივრცეში (2 ლ+ 1) სხვადასხვა ორიენტაცია (ნახ. 8.1).
ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა მდგომარეობებში, რომელიც განისაზღვრება ძირითადი კვანტური რიცხვის მნიშვნელობით ნ, უდრის:
 .
|
(8.2.3) |
ელექტრონების ერთობლიობა მრავალელექტრონულ ატომში,რომელსაც აქვს იგივე ძირითადი კვანტური ნომერი n,დაურეკა ელექტრონული გარსიან ფენა .
თითოეულ გარსში ელექტრონები განაწილებულია გასწვრივ ქვეჭურვები ამის შესაბამისი ლ.
სივრცის ფართობი,რომელშიც ელექტრონის პოვნის დიდი ალბათობაა, დაურეკა ქვეჭურვი ან ორბიტალური . ორბიტალების ძირითადი ტიპების ხედი ნაჩვენებია ნახ. 8.1.
ვინაიდან ორბიტალური კვანტური რიცხვი იღებს მნიშვნელობებს 0-დან მდე, ქვეშელურების რაოდენობა რიგითი რიცხვის ტოლია ნჭურვები. ელექტრონების რაოდენობა ქვეშელში განისაზღვრება მაგნიტური და მაგნიტური სპინის კვანტური რიცხვებით: ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა ქვეშელში მოცემული ლუდრის 2(2 ლ+ 1). ჭურვების აღნიშვნები, ისევე როგორც ელექტრონების განაწილება გარსებსა და ქვეშელებზე, მოცემულია ცხრილში. ერთი.
ცხრილი 1
| ძირითადი კვანტური რიცხვი ნ |
|||||||||||||||
| ჭურვის სიმბოლო |
|||||||||||||||
| ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა გარსში |
|||||||||||||||
| ორბიტალური კვანტური რიცხვი ლ |
|||||||||||||||
| ქვეშლის პერსონაჟი |
|||||||||||||||
| მაქსიმალური რაოდენობა ელექტრონები შიგნით ქვეჭურვი |
|||||||||||||||
ატომში ელექტრონების განაწილება ხორციელდება კვანტური მექანიკის 3 დებულების შესაბამისად: პაულის პრინციპი; მინიმალური ენერგიის პრინციპი; ჰუნდის წესი.
პაულის პრინციპის მიხედვით ატომს არ შეიძლება ჰქონდეს ორი ელექტრონი ოთხივე კვანტური რიცხვის ერთნაირი მნიშვნელობებით.პაულის პრინციპი განსაზღვრავს ელექტრონების მაქსიმალურ რაოდენობას ერთ ორბიტალში, დონესა და ქვედონეზე. ვინაიდან AO ხასიათდება სამი კვანტური რიცხვით n, l, მლმოცემული ორბიტალის ელექტრონები შეიძლება განსხვავდებოდეს მხოლოდ სპინის კვანტური რიცხვით ქალბატონი. მაგრამ ქალბატონიშეიძლება ჰქონდეს მხოლოდ ორი მნიშვნელობა +½ და -½.
მაშასადამე, ერთ ორბიტალში შეიძლება იყოს არაუმეტეს ორი ელექტრონი საპირისპიროდ მიმართული სპინებით. ენერგეტიკულ დონეზე ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა განისაზღვრება როგორც 2 ნ 2, ხოლო ქვედონეზე - როგორც 2 (2 ლ+1). სხვადასხვა დონეზე და ქვედონეებზე მდებარე ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა მოცემულია ცხრილში. 2.1.
ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა კვანტურ დონეზე და ქვედონეებზე
| ენერგიის დონე | ენერგიის ქვედონე | მაგნიტური კვანტური რიცხვის შესაძლო მნიშვნელობები მლ | სს-ების რაოდენობა ქ | ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა თითო | ||
| ქვედონე | დონე | ქვედონე | დონე | |||
| კ (ნ= 1) | ს (ლ= 0) | |||||
| ლ (ნ= 2) | ს (ლ= 0) გვ (ლ= 1) | -1, 0, 1 | ||||
| მ (ნ= 3) | ს (ლ= 0) გვ (ლ= 1) დ (ლ= 2) | -1, 0, 1 -2, -1, 0, 1, 2 | ||||
| ნ (ნ= 4) | ს (ლ= 0) გვ (ლ= 1) დ (ლ= 2) ვ (ლ= 3) | -1, 0, 1 -2, -1, 0, 1, 2 -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 |
ორბიტალების ელექტრონებით შევსების თანმიმდევრობა ხორციელდება შესაბამისად მინიმალური ენერგიის პრინციპი, რითაც ელექტრონები ავსებენ ორბიტალებს ორბიტალების ენერგიის დონის გაზრდის მიზნით.ორბიტალების რიგი ენერგიის მიხედვით განისაზღვრება კლეჩკოვსკის წესი : ენერგიის ზრდა და, შესაბამისად, ორბიტალების შევსება ხდება გაზრდის თანმიმდევრობით (n + l), ხოლო თანაბარი ჯამით (n + l) - n-ის გაზრდის წესით.
ელექტრონების განაწილების რიგი ენერგეტიკულ დონეზე და ქვედონეებზე ატომის გარსშიდაუძახა მას ელექტრონული კონფიგურაცია. ელექტრონული კონფიგურაციის დაწერისას დონის ნომერი (ძირითადი კვანტური რიცხვი) აღინიშნება რიცხვებით 1, 2, 3, 4 ..., ქვედონე (ორბიტალური კვანტური რიცხვი) - ასოებით. s, p, d, f. ქვედონეზე ელექტრონების რაოდენობა მითითებულია რიცხვით, რომელიც იწერება ქვედონეზე სიმბოლოს ზედა ნაწილში. მაგალითად, გოგირდის ატომის ელექტრონული კონფიგურაცია არის 16 S 1 ს 2 2ს 2 2გვ 6 3ს 2 3გვ 4 და ვანადიუმი 23 V 1 ს 2 2ს 2 2გვ 6 3ს 2 3გვ 6 3d°/i> 3 4 ს 2 .
ატომების ქიმიური თვისებები განისაზღვრება ძირითადად გარე ენერგიის დონეების სტრუქტურით, რომლებსაც ე.წ ვალენტობა. დასრულებული ენერგიის დონეები არ მონაწილეობენ ქიმიურ ურთიერთქმედებაში. ამიტომ, მოკლედ, ისინი ხშირად აღინიშნება წინა კეთილშობილური გაზის სიმბოლოთი. ასე რომ, გოგირდისთვის: 3 ს 2 3გვოთხი ; ვანადიუმისთვის: 3 დ 3 4ს 2. ამავდროულად, შემოკლებული აღნიშვნა ნათლად ხაზს უსვამს ვალენტურ ელექტრონებს, რომლებიც განსაზღვრავენ ქიმიური თვისებებიელემენტის ატომები.
იმის მიხედვით, თუ რომელი ქვედონე ატომში ივსება ბოლოს, ყველა ქიმიური ელემენტებიიყოფა 4 ელექტრონულ ოჯახად: s-, p-, d-, f-ელემენტები. ელემენტებს, რომელთა ატომებიც ბოლო ავსებენ გარე დონის s-ქვედონეს, ეწოდება s-ელემენტები.. ზე s-ელემენტები არის ვალენტობა ს-გარე ენერგიის დონის ელექტრონები.
ზე p-ელემენტები გარე დონის p-ქვედონე ივსება ბოლოს. მათ აქვთ ვალენტური ელექტრონები p-და s-გარე ფენის ქვედონეები. ზე d-ელემენტები, წინა გარე დონის d-ქვედონე ივსება ბოლოსდა ვალენტობა არის s-ელექტრონები გარე და დ-წინა გარე ენერგიის დონეების ელექტრონები. ზე f-ელემენტები, მესამე გარე ენერგიის დონის f-ქვედონე ივსება ბოლოს.
ატომის ელექტრონული კონფიგურაცია ასევე შეიძლება გამოსახული იყოს კვანტურ უჯრედებში ელექტრონების განთავსების სქემების სახით, რომლებიც წარმოადგენს ატომური ორბიტალის გრაფიკულ გამოსახულებას. თითოეული კვანტური უჯრედი შეიძლება შეიცავდეს არაუმეტეს ორ ელექტრონს საპირისპიროდ მიმართული სპინებით. ელექტრონების ერთ ქვედონეზე განლაგების თანმიმდევრობა განისაზღვრება ჰუნდის წესით: ქვედონეზე ელექტრონები ისეა მოწყობილი, რომ მათი ჯამური სპინი მაქსიმალური იყოს.სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მოცემული ქვედონის ორბიტალები ივსება ჯერ ერთი ელექტრონით იგივე სპინებით, შემდეგ კი მეორე ელექტრონით საპირისპირო სპინებით.
სულ დატრიალება R-გოგირდის ატომის S-ის მესამე ენერგეტიკული დონის ელექტრონები ქალბატონი= ½ - ½ + ½ + ½ = 1; დ- ვანადიუმის ატომის ელექტრონები -
ს ქალბატონი\u003d ½ + ½ + ½ \u003d 3/2.
ხშირად, არა მთელი ელექტრონული ფორმულა გრაფიკულად არის გამოსახული, არამედ მხოლოდ ის ქვედონეები, რომლებზეც განლაგებულია ვალენტური ელექტრონები, მაგალითად,
16S…3 ს 2 3გვოთხი ; 23V…3 დ 3 4ს 2 .
აღგზნებულ მდგომარეობაში ატომის ელექტრონული კონფიგურაციის გრაფიკულ გამოსახულებაში, შევსებულებთან ერთად, გამოსახულია ვაკანტური ვალენტური ორბიტალები. მაგალითად, მესამე ენერგეტიკულ დონეზე ფოსფორის ატომში არის ერთი ს-აო, სამი რ-აო და ხუთი დ-აო. ფოსფორის ატომის ელექტრონულ კონფიგურაციას ძირითად მდგომარეობაში აქვს ფორმა
15 R… 3 ს 2 3გვ 3 .
ფოსფორის ვალენტობა, რომელიც განისაზღვრება დაუწყვილებელი ელექტრონების რაოდენობით, არის 3. როდესაც ატომი გადადის აღგზნებულ მდგომარეობაში, მე-3 მდგომარეობის ელექტრონები იშლება. სდა ერთ-ერთი ელექტრონი ს-ქვედონეზე შეიძლება გადასვლა დ-ქვედონე:
R*… 3 s2 3გვ 3 3დ 1
ამ შემთხვევაში, ფოსფორის ვალენტობა იცვლება სამიდან (PCl 3) ძირითად მდგომარეობაში ხუთამდე (PCl 5) აღგზნებულ მდგომარეობაში.
ატომში თითოეული ელექტრონი მოძრაობს პირველი მიახლოებით ცენტრალიზებულ სიმეტრიულ არაკულონურ ველში. ელექტრონის მდგომარეობა ამ შემთხვევაში განისაზღვრება სამი კვანტური რიცხვით, რომელთა ფიზიკური მნიშვნელობა განმარტებულია § 28-ში. ელექტრონის სპინი, მითითებულ კვანტურ რიცხვებს უნდა დაამატოთ კვანტური რიცხვი, რომელსაც შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები და განსაზღვროს სპინის პროექცია მოცემულ მიმართულებაზე. შემდეგში, მაგნიტური კვანტური რიცხვისთვის, ჩვენ ნაცვლად გამოვიყენებთ აღნიშვნას, რათა ხაზი გავუსვა იმ ფაქტს, რომ ეს რიცხვი განსაზღვრავს ორბიტალური კუთხური იმპულსის პროექციას, რომლის მნიშვნელობა მოცემულია კვანტური რიცხვით l.
ამრიგად, ატომში თითოეული ელექტრონის მდგომარეობა ხასიათდება ოთხი კვანტური რიცხვით:
სახელმწიფოს ენერგია ძირითადად რიცხვებზეა დამოკიდებული.
გარდა ამისა, არსებობს ენერგიის სუსტი დამოკიდებულება რიცხვებზე, რადგან მათი მნიშვნელობები დაკავშირებულია მომენტების ორმხრივ ორიენტაციასთან, რომელზედაც დამოკიდებულია ელექტრონის ორბიტალურ და შინაგან მაგნიტურ მომენტებს შორის ურთიერთქმედების სიდიდე. სახელმწიფოს ენერგია რიცხვის მატებასთან ერთად უფრო იზრდება, ვიდრე მატებასთან ერთად, ამიტომ, როგორც წესი, სახელმწიფოს, რომელსაც დიდი აქვს, ღირებულების მიუხედავად, მეტი ენერგია აქვს.
ატომის ნორმალურ (ამოგზნებულ) მდგომარეობაში ელექტრონები უნდა განთავსდეს მათთვის ხელმისაწვდომ ენერგეტიკულ დონეზე. მაშასადამე, როგორც ჩანს, ნორმალურ მდგომარეობაში მყოფ ნებისმიერ ატომში ყველა ელექტრონი უნდა იყოს მდგომარეობაში და ყველა ატომის ძირითადი ტერმინები უნდა იყოს ტერმინის ტიპის, თუმცა გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ეს ასე არ არის.
დაკვირვებული ტიპის ტერმინების ახსნა ასეთია. კვანტური მექანიკის ერთ-ერთი კანონის მიხედვით, რომელსაც პაულის პრინციპს უწოდებენ, ერთსა და იმავე ატომში (ან ნებისმიერ სხვა კვანტურ სისტემაში) არ შეიძლება იყოს ორი ელექტრონი, რომლებსაც აქვთ კვანტური რიცხვების ერთნაირი ნაკრები. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ორი ელექტრონი არ შეიძლება იყოს ერთსა და იმავე მდგომარეობაში.
§ 28-ში ნაჩვენებია, რომ მოცემული მნიშვნელობის მქონე მდგომარეობები შეესაბამება მდგომარეობებს, რომლებიც განსხვავდებიან l-ის მნიშვნელობებში და კვანტური რიცხვი შეიძლება მიიღოს ორი მნიშვნელობა: მაშასადამე, მოცემული მნიშვნელობის მქონე მდგომარეობებში არ შეიძლება იყოს ელექტრონების მეტი. ატომი:
ელექტრონების ნაკრები, რომელსაც აქვს კვანტური რიცხვის იგივე მნიშვნელობები, ქმნის გარსს. ჭურვები იყოფა ქვეშელებად, რომლებიც განსხვავდებიან კვანტური რიცხვის l მნიშვნელობით. მნიშვნელობის შესაბამისად, ჭურვებს მოცემულია რენტგენის სპექტროსკოპიიდან ნასესხები აღნიშვნები:
ცხრილი 36.1
ატომში ელექტრონის შესაძლო მდგომარეობების დაყოფა გარსებად და ქვესკნელებად ნაჩვენებია ცხრილში. 36.1, რომელშიც სიცხადისთვის სიმბოლოების ნაცვლად გამოიყენება სიმბოლოები: . ქვეშელური, როგორც ეს ცხრილშია მითითებული, შეიძლება დაინიშნოს ორი გზით (მაგალითად, ან ).
თითოეული ატომური ორბიტალი შეესაბამება გარკვეულ ენერგიას. AO-ს წესრიგი ენერგიაში განისაზღვრება კლეჩკოვსკის ორი წესით:
1) ელექტრონის ენერგია ძირითადად განისაზღვრება ძირითადი (n) და ორბიტალის მნიშვნელობებით ლ) კვანტური რიცხვები, ამიტომ ჯერ ელექტრონები ავსებენ იმ ქვედონეებს, რომელთა ჯამი (n + ლ) ნაკლები.
მაგალითად, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ 3D ქვედონე უფრო დაბალია ენერგიით, ვიდრე 4s. თუმცა, კლეჩკოვსკის წესის მიხედვით, 4s მდგომარეობის ენერგია 3d-ზე ნაკლებია, რადგან 4s-ისთვის ჯამი (n + ლ) = 4 + 0 = 4 და 3d-სთვის - (n + ლ) = 3 + 2 = 5.
2) თუ ჯამი (n + ლ) იგივეა ორი ქვედონისთვის (მაგალითად, 3d და 4p ქვედონეებისთვის ეს ჯამი უდრის 5-ს), დონე უფრო მცირესთან ნ. ამრიგად, მეოთხე პერიოდის ელემენტების ატომების ენერგეტიკული დონეების ფორმირება ხდება შემდეგი თანმიმდევრობით: 4s - 3d - 4p. Მაგალითად:
21 Sc 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 , 31 Ga 1s 2 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1
ამრიგად, კლეჩკოვსკის წესების გათვალისწინებით, ატომური ორბიტალების ენერგია იზრდება რიგის მიხედვით
1წ< 2s < 2p < 3 < 3p < 4s ≤3D< 4p < 5s ≤ 4d < 5p < 6s ≤ 4f ≤ 5d < 6p < 7s ≤ 5f ≤ 6d < 7p
Შენიშვნა. ნიშანი ≤ ნიშნავს, რომ AO ენერგიები ახლოსაა, ამიტომ აქ შესაძლებელია კლეჩკოვსკის წესების დარღვევა.
ამ სერიის გამოყენებით შეგიძლიათ განსაზღვროთ ნებისმიერი ატომის ელექტრონული სტრუქტურა. ამისათვის საჭიროა თანმიმდევრულად დაამატოთ და მოათავსოთ ელექტრონები ქვედონეებსა და ატომურ ორბიტალებზე. ამ შემთხვევაში აუცილებელია პაულის პრინციპისა და ჰუნდის ორი წესის გათვალისწინება.
3. პაულის პრინციპიგანსაზღვრავს AO-ს სიმძლავრეს: ატომს არ შეიძლება ჰქონდეს ორი ელექტრონი ოთხივე კვანტური რიცხვის ერთნაირი სიმრავლით.
სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ერთი AO, რომელიც ხასიათდება სამი კვანტური რიცხვით, შეიძლება განთავსდეს მხოლოდ ორი ელექტრონისაპირისპირო ტრიალებით, ე.ი. ერთი AO-სთვის შესაძლებელია ორის დაწერა შესაძლო ვარიანტებიმისი შევსება:
ერთი ელექტრონი და ორი ელექტრონი ↓ .
ამ შემთხვევაში, ორბიტალში ერთი ელექტრონის სპინის სპეციფიკურ მიმართულებას არ აქვს მნიშვნელობა, მნიშვნელოვანია მხოლოდ, რომ ორი ელექტრონის სპინებს ერთ AO-ში ჰქონდეს საპირისპირო ნიშნები. პაულის პრინციპი და ურთიერთდამოკიდებულება n-ის მნიშვნელობებს შორის, ლ, და m განსაზღვრავს ელექტრონების მაქსიმალურ რაოდენობას ორბიტალზე, ქვედონეზე და დონეზე (ცხრილი 2.4):
-ერთ AO -ზე - 2ელექტრონი;
- ქვედონეზე ლ- 2 (2ლ+1)ელექტრონი;
- დონეზე n - 2n 2ელექტრონები.
ცხრილი 2.4
ელექტრონების განაწილება
ენერგიის დონეების, ქვედონეების და ორბიტალების მიხედვით
| ენერგიის დონე | ძირითადი კვანტური რიცხვი | ენერგიის ქვედონე | ატომური ორბიტალები | ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა | |
| ქვედონე | დონე | ||||
| 1 | ს( ლ= 0) | ||||
| ს( ლ= 0) | |||||
| 2 | p( ლ= 1) | ||||
| ს( ლ= 0) | |||||
| 3 | p( ლ= 1) | ||||
| დ( ლ=2) |
4. ორი ჰაუნდის წესები აღწერს თანმიმდევრობას, რომლითაც ელექტრონები ავსებენ AO-ს ერთი ქვედონეზე:
პირველი წესი: მოცემულ ქვედონეზე ელექტრონები მიდრეკილნი არიან შეავსონ ენერგეტიკული მდგომარეობები (AO) ისე, რომ მათი სპინების ჯამი აბსოლუტურ მნიშვნელობაში იყოს მაქსიმალური. ამ შემთხვევაში, სისტემის ენერგია მინიმალურია.
მაგალითად, განვიხილოთ ნახშირბადის ატომის ელექტრონული კონფიგურაცია. ამ ელემენტის ატომური რიცხვია 6. ეს ნიშნავს, რომ ატომში არის 6 ელექტრონი და ისინი განლაგებულია 2 ენერგეტიკულ დონეზე (ნახშირბადის ატომი მეორე პერიოდშია), ე.ი. 1s 2 2s 2 2p 2 . გრაფიკულად, 2p ქვედონე შეიძლება წარმოდგენილი იყოს სამი გზით:
მ 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1
A B C
ოპციონში დატრიალებების რაოდენობა აუდრის ნულს. ოფციებში ბდა inსპინების ჯამი არის: ½ +½ = 1 (ორი დაწყვილებული ელექტრონი ყოველთვის ემატება ნულს, ამიტომ ჩვენ ვითვალისწინებთ დაუწყვილებელ ელექტრონებს).
ვარიანტებს შორის არჩევისას ბდა inდაიცავით ჰუნდის მეორე წესი : მდგომარეობას, რომელსაც აქვს მაგნიტური კვანტური რიცხვების მაქსიმალური (აბსოლუტური მნიშვნელობა) ჯამი, აქვს მინიმალური ენერგია.
ჰუნდის წესის მიხედვით, ვარიანტს აქვს უპირატესობა ბ(|1+ 0|-ის ჯამი 1-ის ტოლია) , ვინაიდან ვარიანტში inჯამი |+1–1| უდრის 0.
განვსაზღვროთ, მაგალითად, ელემენტის ვანადიუმის (V) ელექტრონული ფორმულა. ვინაიდან მისი ატომური რიცხვია Z = 23, 23 ელექტრონი უნდა განთავსდეს ქვედონეებზე და დონეებზე (მათ შორის ოთხია, რადგან ვანადიუმი მეოთხე პერიოდშია). თანმიმდევრულად ვავსებთ: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 (ხაზგასმულია დაუმთავრებელი დონეები და ქვედონეები). ელექტრონების განლაგება 3d-AO-ზე ჰუნდის წესით იქნება:
სელენისთვის (Z = 34) სრული ელექტრონული ფორმულა არის: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4, მეოთხე დონე არასრულია.
ამ ქვედონის შევსება ჰუნდის წესით: 4p
ქიმიაში განსაკუთრებულ როლს ასრულებენ ბოლო დაუკავებელი დონისა და ქვედონეების ელექტრონები, რომლებიც ე.წ. ვალენტობა(ფორმულებში V, Se ხაზგასმულია). მაგალითად, ვანადიუმში ეს არის შეუვსებელი მეოთხე დონის 4s 2 და შეუვსებელი ქვედონე 3d 3 ელექტრონები, ე.ი. 5 ელექტრონი იქნება ვალენტური 4s 2 3d 3 ; სელენს აქვს 6 ელექტრონი - 4s 2 4p 4 .
ბოლო შესავსებელი ქვედონის სახელით ელემენტებს უწოდებენ s-ელემენტებს, p-ელემენტებს, d-ელემენტებს და f-ელემენტებს.
აღწერილი წესების მიხედვით ნაპოვნი ვალენტური ელექტრონების ფორმულები ე.წ კანონიკური. ფაქტობრივად, ექსპერიმენტის ან კვანტური მექანიკური გაანგარიშების შედეგად მიღებული რეალური ფორმულები გარკვეულწილად განსხვავდება კანონიკური ფორმულებისგან, რადგან ხანდახან ირღვევა კლეჩკოვსკის წესები, პაულის პრინციპი და გუნდის წესები. ამ დარღვევების მიზეზები განხილულია ქვემოთ.
მაგალითი 1. დაწერეთ 16 ატომური ნომრის მქონე ელემენტის ატომის ელექტრონული ფორმულა. გრაფიკულად დახაზეთ ვალენტური ელექტრონები და დაახასიათეთ ერთი მათგანი კვანტური რიცხვებით.
გამოსავალი. ატომურ ნომერ 16-ს აქვს გოგირდის ატომი. ამრიგად, ბირთვული მუხტი არის 16, ზოგადად, გოგირდის ატომი შეიცავს 16 ელექტრონს. გოგირდის ატომის ელექტრონული ფორმულა იწერება: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4. (ხაზგასმულია ვალენტურობის ელექტრონები).
ვალენტური ელექტრონების გრაფიკული ფორმულა: 
ატომში თითოეული ელექტრონის მდგომარეობა ხასიათდება ოთხი კვანტური რიცხვით. ელექტრონული ფორმულა იძლევა ძირითადი კვანტური რიცხვის და ორბიტალური კვანტური რიცხვის მნიშვნელობებს. ასე რომ, მარკირებული ელექტრონისთვის მდგომარეობა 3p ნიშნავს, რომ n = 3 და ლ= 1 (p). გრაფიკული ფორმულა იძლევა კიდევ ორი კვანტური რიცხვის მნიშვნელობას - მაგნიტური და სპინი. მონიშნული ელექტრონისთვის m = -1 და s = 1/2.
მაგალითი 2. დაახასიათეთ სკანდიუმის ატომის ვალენტური ელექტრონები ოთხი კვანტური რიცხვით.
გამოსავალი. სკანდიუმი მე-4 პერიოდშია, ე.ი. ბოლო კვანტური ფენა მეოთხეა, მე-3 ჯგუფში, ე.ი. სამი ვალენტური ელექტრონი.
ვალენტური ელექტრონების ელექტრონული ფორმულაა: 4s 2 3d 1 .
გრაფიკული ფორმულა: 