Az atom elektronjai az orbitális mentén helyezkednek el oly módon, hogy az atom energiája kiderüljön
Minden atomvonal egy bizonyos energiának felel meg. Az AO energiára vonatkozó rendjét két Klechkovsky-szabály határozza meg:
1) az elektron energiát elsősorban a fő (n) és az orbitális (l) kvantumszámok határozzák meg, ezért először az elektronokat olyan alsóbb értékekkel töltik meg, amelyeknél az összeg (n + 1) kisebb.
Például, feltételezhetjük, hogy a 3d alsóbb sáv alacsonyabb az energiánál, mint a 4s. Klechkovsky szabálya szerint azonban a 4s-állapot energiája kisebb, mint a 3d, mivel 4s-re az összeg (n + 1) = 4 + 0 = 4, és a 3d - (n + 1) = 3 + 2 = 5.
2) Ha a két alsáv összege (n + 1) megegyezik (például a 3d és 4p alsóbb szintek esetében ez az összeg 5), akkor a kisebb n értéket először elektronokkal tölti. Ezért a negyedik periódus elemeinek atomjai energiatartalmának kialakulása a következő sorrendben történik: 4s - 3d - 4p. Például:
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
Így, figyelembe véve a Klechkovsky szabályokat, az atomgörbék energiája nő a sorozat szerint
1s <2s <2p <3 <3p <4s ≤3d <4p <5s ≤ 4d <5p <6s ≤ 4f ≤ 5d <6p <7s ≤ 5f ≤ 6d <7p
Megjegyzés. A ≤ jel azt jelenti, hogy az AO-k energiái közel vannak ahhoz, hogy itt a Klechkovsky szabályok megsértése lehetséges.
Ezzel a sorozattal meghatározhatjuk bármely atom elektronstruktúráját. Ehhez szükség van az aldák és atomi pályák egymás után történő hozzáadására és elhelyezésére. Figyelembe kell venni a Pauli elvét és a két Hund szabályt.
3. A Pauli-elv határozza meg az AO-k kapacitását: egy atomban nem lehet két elektron, amelyek mindegyike négy kvantumszámmal azonos.
Más szóval, egy AO-ban, amely három kvantumszámmal jellemezhető, csak két ellentétes pörgető elektront helyezhetünk el; egy AO esetében két lehetőség közül választhat:
4. A Hund két szabálya leírja, hogy az AO elektronjai egy alsó szintet töltenek be:
Az első szabály: ebben az alsó szintben az elektronok általában az energiatartományokat (AO) töltik fel oly módon, hogy az abszolút nagyságú pörgetéseik összege maximális legyen. Ugyanakkor a rendszer energiája minimális.
Például vegye figyelembe a szén atomjának elektronikus konfigurációját. Ennek az elemnek az atomszámszáma 6. Ez azt jelenti, hogy az atomban 6 elektron van, és 2 energiaszintben helyezkednek el (a szénatom a második szakaszban van); 1s 2 2s 2 2p 2. Grafikailag 2p-alblevel háromféleképpen ábrázolható:
m 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1 0 0 +1 0 -1
Az a variáns pörgetéseinek összege nulla. A b változatokban és a pörgetések összegében megegyezik: 1 + 1 = 1 (az összegben két párosított elektron mindig nullát ad, ezért figyelembe vesszük a páratlan elektronokat).
A változatok között a Hund második szabálya vezérli: a minimális energia egy olyan állapot, amelyben a mágneses kvantumszámok összege (abszolút értékben) összege.
A Gund szabályával összhangban a b lehetőségnek előnye van (az összeg 1 + 0 | 1-nek felel meg). mivel a + 1-1 | összegű változatban egyenlő 0-val.
Meghatározzuk például egy vanádium-elem (V) elektronformáját. Mivel az atomszám Z = 23, 23 elektront kell elhelyezni a szintek és szintek szintjére (négy van, mivel a vanádium a negyedik periódusban van). Szekvenciálisan töltse ki: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 (aláhúzott szintek és alsó szintek aláhúzva). Az elektronok elhelyezése a 3d-AAO-ra a Gund szabály szerint:
A szelén esetében (Z = 34) a teljes elektronikus képlet: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4, a negyedik szint hiányos.
Ezt az alwebet a Gund szabály szerint töltjük fel: 4p
Különleges szerepet játszanak a kémiai folyamatban az utolsó fel nem töltött szintek és alsóbb szintek elektronjai, amelyeket valenciának neveznek (V, Se - aláhúzva). Például a vanádiumban a negyedik 4s 2 szint és a betöltetlen 3d 3 alsó rész elektronjai. Valence lesz 5 elektron 4s 2 3d 3; szelén 6 elektron - 4s 2 4p 4.
Az utoljára töltött alulem nevével az elemeket s-elemeknek, p-elemeknek, d-elemeknek és f-elemeknek nevezik.
A leírt módszerek által talált valence-elektronok képletei kanonikus képletnek nevezhetők. A valóságban a kísérletből vagy a kvantummechanikai számításból meghatározott valós képletek némileg különböznek a kanonikusoktól, Klechkovsky szabályait, a Pauli-elvet és a Gund-szabályokat néha megsértik. E jogsértések okait az alábbiakban tárgyaljuk.
1. példa. Írja le az atom atomjának elektronikus képletét a 16. atomszámmal. A valenciaelektronokat grafikusan ábrázolják, és egyiküket kvantumszámokkal jellemezik.
A megoldás. A 16 atomszámú kénatomot tartalmaz. Következésképpen a mag feltöltése 16, általában a kénatom 16 elektront tartalmaz. A kénatom elektronikus képletét írjuk: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4. (valence electrons hangsúlyozva).
Valence elektronok grafikus képletje:
Az egyes elektronok állapotát egy atomban négy kvantumszám jellemzi. Az elektronikus képlet adja meg a fő kvantumszám és az orbitális kvantumszám értékét. Így egy jelölt elektron esetében a 3p állapot azt jelenti, hogy n = 3 és l = 1 (p). A grafikus képlet két további kvantumszámot, mágneses és spin értéket ad. A jelölt elektron esetében m = -1 és s = 1/2.
2. példa. Írja le a scandium atom valenceelektronjait négy kvantumszámmal.
A megoldás. A szkandium a 4. korszakban van, i.e. Az utolsó kvantumréteg a negyedik, a harmadik csoportban, azaz a harmadik csoportban. három vegyérték elektron.
Valence elektronok elektronikus képlete: 4s 2 3d 1.
Elektronszám 1 2 3