КВАНТОВОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ ТАБЛИЦЫ МЕНДЕЛЕЕВА Периодическая таблица элементов, составленная Менделеевым в 1869 г., играет важную роль при исследовании структуры и свойств вещества. Законами классической физики и химии невозможно объяснить закономерности этой таблицы. Только после появления квантовой механики эти закономерности были объяснены. Как известно, энергия электронов в многоэлектронных атомах, зависит от квантовых чисел n и . Последовательность расположения электронных оболочек имеет вид: 1s2s2 p3s3 p3d ,... - это идеальное заполнение оболочек. Опыты показывают, что начиная с d оболочек эта последовательность нарушается. Для объяснения закономерностей таблицы Менделеева используется, так называемый, принцип построения: 1. Заполнение электронных оболочек начинается с орбитали с наименьшей энергией и продолжается по мере возрастания энергии. 2. Согласно принципу Паули, на каждой атомной орбитали (АО), с определенным набором квантовых чисел n.l и m находится по 2 электрона с противоположными спинами. 3. Правило Хунда. Для данной электронной конфигурации: наименьшей энергией обладает (уровень) терм, с наибольшей мультиплетностью, т.е. с наибольшим значением S (полный спиновый момент или полный спин) и с наибольшим значением L (суммарный орбитальный момент) при данной S . Используя эти правила, построим некоторых атомов, начиная с водорода: электронную конфигурацию 1 1 , s 2 2 1 1 2 He : n 1, 0, m 0, m s , , s 0 2 2 1H : n 1, 0, m 0, m s Третий электрон при заполнении электронных оболочек не может находиться на 1s орбитали, в соответствии с принципом Паули. В атоме Li третий электрон находится либо на 2 s , либо на 2 p орбитали. Экспериментально установлено, что энергия Enp Ens , однако: Enp E( n 1) s Таким образом, третий электрон Li находится на 2 s орбитали; тогда 2 1 электронная конфигурация Li будет иметь вид: 1s 2s 3Li : 1s 2 2s 1 4 Be : 1s 2 2s 2 Квантовые числа четвертого электрона: 1 n 2, 0, me 0, ms , 2 5B : 1s 2 2 s 2 2 p 1 , S S 0. 1 2 Известно, что 2 p – орбитали состоят из 3-х эквивалентных орбиталей: 2 px 2 p y 2 pz . Пятый электрон бора с одинаковой вероятностью может находиться в одной из них. Аналогичная картина имеет место в атоме углерода. 6С : 1s 2 2s 2 2 p 2 1s 2 2s 2 2 p x 2 p y x 2 p z 2 1s 2s 2 p x 2 p y 2 p z 1s 2 2s 2 2 p x 2 p y 2 p z 7 N : 1s 2 2 s 2 2 p 3 1s 2 2 s 2 2 p x 2 p y 2 p z В некоторых случаях сперва заполняются оболочки с большим значением главного квантового числа n. Для объяснения этого Клечковский предложил следующее правило: Если для 2-х уровней энергии n одинаково, то первым заполняется уровень с меньшим n например: 3 pn 3 1 4 4sn 4 0 4 4 s n 4 0 4 4 p n 4 1 5 5s n 5 0 5 6 s n 6 0 6 4d n 4 2 6 5 p n 5 1 6 Используя правило Клечковского и принцип построения таблицы Менделеева, можно представить заполнение электронных оболочек следующим образом: Период 1 Электронное состояние 1s 2 Число электронов 2 2 2s 2 2 p 6 8 3 3s 2 3 p 6 8 4 4s 2 3d 10 4 p 6 18 5 5s 2 4d 10 5 p 6 18 6 6s 2 4 f 14 5d 10 6 p 6 32 7 7s 2 5 f 14 6d 10 7 p 6 … -- Таблица Менделеева состоит из 7 периодов. Первый элемент каждого периода входит в I группу. Всего групп – 8. Каждый период начинается с заполнения s – оболочки и заканчивается заполнением p – оболочки.