Многоэлектронный атом представляет динамическую систему
электронов движущихся в центральном поле ядра. Для ответа на вопрос,
какие атомные орбитали и в какой последовательности будут заполняться
электронами в его основном состоянии, следует
руководствоваться следующими принципами.
Принцип минимума энергии: электрон в первую очередь занимает ту из орбиталей, энергия которой является наименьшей.
В
соответствии принципом наименьшей энергии в атоме происходит
распределение электронов по энергетическим уровням, а в рамках одного и
того же уровня по подуровням.
Принцип (запрет) Паули: в
атоме не может быть двух электронов, находящихся в одинаковых
состояниях, т.е. имеющих одинаковые значения всех четырех квантовых
чисел.
В соответствии с принципом Паули электроны, находящиеся на
одних и тех же атомных орбиталях и, следовательно, имеющие одинаковые
значения трёх квантовых чисел ( n, l и ml ), обязательно
должны отличаться величинами спина (ms = ± ½ ). Правило запрета
ограничивает число мест для электронов на данном энергетическом уровне,
поскольку, на одной орбитали могут находиться только 2 электрона. В
противном случае все электроны заняли бы орбиталь с наименьшей энергией.
Так, для n = 1 (минимум энергии), l = 0, ml = 0 и электроны могут
отличаться друг от друга только спиновым квантовым числом: ms = + ½,
ms = - ½. Третьему электрону запрещено находиться на уровне с
указанным. Аналогично легко показать, что при n = 2 максимальное
число электронов второго уровня равно 8, при n = 3 восемнадцать (18).
Как видно, максимальное число электронов на энергетическом уровне с данным значением главного квантового числа равно 2n2.
Принцип
Паули, являющийся одним из наиболее важных законов квантовой
механики, относится ко всем элементарным частицам, имеющим полуцелый
спин.
Правило Хунда (Гунда): наиболее устойчивому
состоянию атома соответствует состояние с максимально возможным числом
не спаренных электронов на вырожденных орбиталях.
Правило Хунда
определяет порядок заполнения орбиталей одного подуровня (с
одинаковыми значениями и n и l ), в пределах которого электроны
заполняют максимальное число орбиталей.
При таком размещении суммарный спин электронов в данном подуровне и
в атоме в целом будет максимально возможным.
Распределение
электронов в атоме по энергетическим уровням
осуществляется в соответствии с принципом наименьшей энергии. В первую
очередь заполняются орбитали того уровня, энергия которого меньше. Из
приведенных данных следует, что энергия электрона на данной орбитали в
основном определяется значениями главного ( n ) и побочного ( l )
квантовых чисел. Поэтому энергетическим уровням с меньшей энергией
соответствуют меньшие значения суммы (n + l). Вследствие этого
заполнение орбиталей электронами осуществляется в порядке
увеличения суммы главного и побочного квантовых чисел (n + l). Эту
закономерность называют первым правилом Клечковского. Если орбитали
имеют равные величины сумм (n + l), то порядок заполнения
подчиняется втоорому правилу Клечковского, которое
гласит: при одинаковых значениях сумм (n + l)
сначала заполняется орбиталь с меньшим значением главного квантового
числа.
Основное значение правил Клечковского
заключается в их предсказательном характере, они
дают возможность определить электронные структуры как
известных, так и неизвестных еще только синтезируемых элементов.
Отклонения
от ожидаемого по правилу Клечковского порядка заполнения электронных
слоев для некоторых атомов в основном состоянии - 24Cr, 29Cu, 42Mo,
46Pd, 47Ag, 67Gd, 79Au. Эти отклонения объясняются тем, что наполовину
и полностью заполненные орбитали подуровня обладают повышенной
устойчивостью (второе правило Хунда). | 
З В О Н О К НА У Р О К