Химия

Наиболее важной характеристикой состояния электрона в атоме является энергия электрона, которая согласно законам квантовой механики изменяется не непрерывно, а скачкообразно, т.е. может принимать только вполне определенные значения. Таким образом, можно говорить о наличии в атоме набора энергетических уровней.

Энергетический уровень — совокупность АО с близкими значениями энергии.

Энергетические уровни нумеруют с помощью главного квантового числа n, которое может принимать только целочисленные положительные значения (n = 1, 2, 3, ...). Чем больше значение n, тем выше энергия электрона и данного энергетического уровня. Каждый атом содержит бесконечное число энергетических уровней, часть из которых в основном состоянии атома заселена электронами, а часть — нет (эти энергетические уровни заселяются в возбужденном состоянии атома).

Электронный слой — совокупность электронов, находящихся на данном энергетическом уровне.

Иными словами, электронный слой — это энергетический уровень, содержащий электроны.

Совокупность электронных слоев образует электронную оболочку атома.

В пределах одного и того же электронного слоя электроны могут несколько различаться по энергии, в связи с чем говорят, что энергетические уровни расщепляются на энергетические подуровни (подслои). Число подуровней, на которые расщепляется данный энергетический уровень, равно номеру главного квантового числа энергетического уровня:

N _(подур) = n _(уровн). (2.4)

Подуровни изображаются с помощью цифр и букв: цифра отвечает номеру энергетического уровня (электронного слоя), буква — природе АО, формирующей подуровни (s-, p-, d-, f-), например: 2p-подуровень (2p-АО, 2p-электрон).

Таким образом, первый энергетический уровень (рис. 2.5) состоит из одного подуровня (1s), второй — из двух (2s и 2p), третий — из трех (3s, 3p и 3d), четвертый из четырех (4s, 4p, 4d и 4f) и т.д. Каждый подуровень содержит определенное число АО:

N(AO) = n ². (2.5)

1. АО s-типа имеются на всех энергетических уровнях, p-типа появляются начиная со второго энергетического уровня, d-типа — с третьего, f-типа — с четвертого и т.д.

2. На данном энергетическом уровне может быть одна s-, три p-, пять d-, семь f-орбиталей.

3. Чем больше главное квантовое число, тем больше размеры АО.

Поскольку на одной АО не может находиться более двух электронов, общее (максимальное) число электронов на данном энергетическом уровне в 2 раза больше числа АО и равно:

N(e) = 2n ². (2.6)

Таким образом, на данном энергетическом уровне максимально может быть 2 электрона s-типа, 6 электронов р-типа и 10 электронов d-типа. Всего же на первом энергетическом уровне максимальное число электронов равно 2, на втором — 8 (2 s-типа и 6 р-типа), на третьем — 18 (2 s-типа, 6 р-типа и 10 d-типа). Эти выводы удобно обобщить в табл. 2.2.

Номер энергетического уровня n	Энергетические подуровни, число которых равно n	Число орбиталей каждого типа на энергетическом подуровне	Общее число орбиталей, n 2	Максимальное число электронов 2n 2
1	1s	1 ()	1	2
2	2p	1 () 3 ()	4	8
3	3d	1 () 3 () 5 ()	9	18
4	4f	1 () 3 () 5 () 7 ()	16	32