Электронные конфигурации и орбитальные диаграммы можно определить, применяя принцип Ауфбау (каждый добавленный электрон занимает подоболочку с наименьшей доступной энергией), принцип исключения Паули (два электрона не могут иметь одинаковый набор из четырех квантовых чисел) и правило максимальной множественности Хунда (по возможности электроны сохраняют неспаренные спины на вырожденных орбиталях).
Относительные энергии подоболочек определяют порядок заполнения атомных орбиталей (1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p и т. д.). Для различных оболочек и подоболочек динамику проникающей способности электрона можно изобразить следующим образом:
1s > 2s > 2p > 3s > 3p > 4s > 3d > 4p > 5s > 4d > 5p > 6s > 4f....
Эффект экранирования и проникновения на орбиту значителен, и 4s-электрон может иметь меньшую энергию, чем 3d-электрон.
Электроны на крайних орбиталях, называемые валентными электронами, ответственны за большую часть химического поведения элементов. В периодической таблице элементы с аналогичной конфигурацией валентных электронов обычно встречаются в одной группе.
Есть некоторые исключения из предсказанного порядка заполнения, особенно когда могут образовываться наполовину или полностью заполненные орбитали. В случае Cr и Cu полузаполненные и полностью заполненные подоболочки, по-видимому, представляют собой условия преимущественной стабильности. Эта стабильность такова, что электрон смещается с 4s-орбитали на 3d-орбиталь, чтобы получить дополнительную стабильность полузаполненной 3d-подоболочки (в Cr) или заполненной 3d-подоболочки (в Cu). Встречаются и другие исключения. Например, прогнозируется, что Ниобий (Nb, атомный номер 41) будет иметь электронную конфигурацию [Kr]5s24d3. Однако экспериментально его электронная конфигурация в основном состоянии на самом деле представляет собой [Kr]5s14d4. Мы можем придать больший смысл этому наблюдению, если отметим, что электрон-электронные отталкивания, возникающие при спаривании электронов на 5s-орбитали, больше, чем разрыв в энергии между 5s- и 4d-орбиталями.
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены