Вьюник. Лекция № 7
.pdf
Розвиток Перiодичного закону Послiдовнiсть заповнення орбiталей Розмiщення елементiв Графiчне зображення
Заповнення орбiталей елементiв I – III перiодiв
Правило Гунда
Електронно-графiчнi схеми: n = 2
2p
2s
5B: |
n = 2 |
|
|
|
|
7N: |
n |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
2p |
|
|
|
|
2p |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
n = 1 |
|
2s |
|
|
|
n = |
|
|
|
|
|
|
|
|
1s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Важлива закономiрнiсть, яку треба враховувати при встановленi послiдовностi заповнення електронами пiдрiвнiв є правило Гунда: Заповнення атомних орбiталей у межах пiдрiвня вiдбувається таким чином, щоб сумарний спiн був максимальним.
Для рiвня з даним n: S[NMAX] = n − |
1 |
. |
|
2 |
|||
|
|
11/33
Розвиток Перiодичного закону |
Послiдовнiсть заповнення орбiталей |
Розмiщення елементiв |
Графiчне зображення |
Заповнення орбiталей елементiв I – III перiодiв
Другими словами орбiталi даного пiдрiвня заповнюються спочатку по одному, а потiм по другому електрону. Для двохелектронної хмаринки Smax = 0
8O: |
n = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10NE: |
n = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2p |
|||||||
|
n = |
|
|
n = |
|||||||||||||||||||||||
3-iй перiод, як i 2-ий, мiстить 8 елементiв: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar n = 3,M шар, складається з трьох пiдрiвнiв: 3s−,3p−,3d−, сумарна ємнiсть, яких дорiвнює 18.
Кожний iз цих пiдрiвнiв мiстить вiдповiдно 1, 3 та 5 орбiталей.
12/33
Розвиток Перiодичного закону |
Послiдовнiсть заповнення орбiталей |
Розмiщення елементiв |
Графiчне зображення |
Заповнення орбiталей елементiв I – III перiодiв
3d
Заповнення 3-го рiвня, як i пiдрiвнiв, що входять до нього, вiдбувається подiбно до другого квантового шару з тiєю рiзницею, що залишається не заповненим 3d-пiдрiвень.
13/33
Розвиток Перiодичного закону |
Послiдовнiсть заповнення орбiталей |
Розмiщення елементiв |
Графiчне зображення |
Елементи великих перiодiв
Елементи великих перiодiв. 4-ий перiод мiстить 18 елементiв. Починаючи з 19K порядок заповнення порушується тому, що у атома калiю починає заповнюватися 4s− пiдрiвень (n = 4,l = 0) при незаповненому 3d−пiдрiвнi (n = 3,l = 2).
Зауважимо: чим бiльше Z елемента, тим частiше вiдбуваються такi порушення.
Лише Перiодична система, яка виникла до появи квантової механiки, зумiла указати реальну послiдовнiсть заповнення електронних пiдоболонок i оболонок.
Ця послiдовнiсть така:
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d < 7p < 8s.
14/33
Розвиток Перiодичного закону |
Послiдовнiсть заповнення орбiталей |
Розмiщення елементiв |
Графiчне зображення |
Елементи великих перiодiв
Таку послiдовнiсть квантова механiка не в змозi спрогнозувати. Проте пояснення цьому даються.
Поява e¯ в 4s− станi при наявностi вiльних 3d−орбiталей обумовлена екрануванням ядра щiльним та симетричним екраном 3s23p6. Екранування обумовлене 1s22s22p6 електронами розщеплює 3s,3p,3d -рiвень.
Електрони на 3d−орбiталях найменш здатнi до проникнення в глибину електронної оболонки атома, отже величини ефективного заряду для них меншi, чим для 3s− та 3p− електронiв.
Цей ефект настiльки суттєвий, що енергiя 3d−орбiталей > енергiї 4s− орбiталей.
19K 1s22s22p63s23p64s1, 20CA 1s22s22p63s23p64s2
15/33
Розвиток Перiодичного закону |
Послiдовнiсть заповнення орбiталей |
Розмiщення елементiв |
Графiчне зображення |
Елементи великих перiодiв
При подальшому зростанi ефективного заряду ядра у слiдуючого елемента пiсля 20CA скандiю 21SC 3d−стан стає бiльш енергетично вигiдним, чим 4p−.
Таким чином, характер заповнення орбiталей атомiв K,CA,SC показує, що енергiя e¯ залежить не тiльки вiд заряду ядра, але i вiд взаємодiї мiж електронами, тобто мiж зовнiшнiми електронами та атомним ”остовом”.
16/33
Розвиток Перiодичного закону |
Послiдовнiсть заповнення орбiталей |
Розмiщення елементiв |
Графiчне зображення |
Елементи великих перiодiв
В таблицi наведенi приклади заповнення електронами 3dорбiталей:
3d-елемент |
Електронна формула |
Електронно–графiчна схема |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
21 |
SC |
1s22s22p63s23p63d14s2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
23 |
V |
1s22s22p63s23p63d34s2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
25MN |
1222s22p63s23p63d54s2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 |
NI |
1s22s22p63s23p63d84s2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
30 |
ZN |
1s22s22p63s23p63d104s2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пiсля заповнення 3d-орбiталей починається заповнення 4pпiдрiвня у елементiв Ga, Ge, As, Se, Br, Kr у вiдповiдностi до правила Гунда та принципу Паулi.
31Ga1s22s22p63s23p63d104s24p1 36Kr1s22s22p63s23p63d104s24p6.
17/33
Розвиток Перiодичного закону |
Послiдовнiсть заповнення орбiталей |
Розмiщення елементiв |
Графiчне зображення |
Елементи великих перiодiв
5-ий перiод. Заповнення електронних рiвнiв i пiдрiвнiв у 5- му перiодi вiдбувається так, як i в 4-му. У 5-му перiодi 18 елементiв: 37Rb-5s1 , 38Sr – 5s2
Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, 4d1 − 4d10, з Z(39
– 48)
In, Sn, Sb, Te, I, Xe , 5p1 −5p6, з Z(49 54)
6-ий перiод мiстить 32 елемента: 55Cs 6s1, 56Ba 6s2, 57La 5d1,
4f 2 −4f 14, Z(58 71):
Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu;
5d2 −5d10, Z (72 80): Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg,
6p1 −6p6, Z( 81 86 ): Tl, Pb, Bi, Po, At, Rn,
18/33
Розвиток Перiодичного закону |
Послiдовнiсть заповнення орбiталей |
Розмiщення елементiв |
Графiчне зображення |
Елементи великих перiодiв
7-мий перiод, незакiнчений. Мiстить: 7s1−7s2 : 87FR, 88RA; 89AC− 6d1; 5f 2 −5f 14;
Z(90 103): Th, Pa, U, Np, Pu, Am,Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr;
6d2−6d8 Z(104 110): Rf – Резерфордiй, Db – Дубнiй, Sg
– Сиборгiй, Bh – Борiй, Hs – Гасiй, Mt – Майтнерiй, Uun – Унуннiлiй.
Винятки: у La з‘являється 5d1 електрон ранiше 4f 1 електрона; у Ac i Th 6d1 та 6d2 з‘являються ранiше 5f 1,5f 2- електронiв. Cm: 5f 76d17s2, Lr: 5f 146d17s2.
19/33
Розвиток Перiодичного закону |
Послiдовнiсть заповнення орбiталей |
Розмiщення елементiв |
Графiчне зображення |
Елементи великих перiодiв
Правила Клечковського
Така послiдовнiсть обгрунтовано пояснюється теорiєю, яку розвинув Клечковський. В своїй теорiї вiн розглядав енергiю електрона в атомi як функцiю суми перших квантових чисел (n +l). Для елементiв початку Перiодичної системи n та n + l спiвпадають.
Встановленi закономiрностi називаються n + l правилами або правилами Клечковського:
1Заповнення електронних оболонок iз збiльшенням атомного номера вiдбувається послiдовно вiд груп орбiталей з меншим значенням суми n+l до груп з бiльшим значенням цiєї
суми.
2В межах кожної (n + l) – групи заповнення оболоннок вiдбувається послiдовно вiд пiдгруп з меншим значенням n i бiльшим значенням l до пiдгруп з бiльшим значенням n та меншим значенням l.
20/33