Принцип Паули: квантовые числа
Содержание
Все многообразие химических элементов окружающих нас определяется строением электронной оболочки, окружающей ядро, которое, как правило, при реакциях инертно.
Рассматривая строение электронной оболочки атома необходимо понимать концепцию корпускулярно-волнового дуализма свойственной этим частицам. Ведя себя как волна электрон сравним с электронным облаком, распределённым в пространстве. Такие облака, перекрываясь и взаимодействуя образуют внутренний и внешний слой атома.
Электронное строение атома образуется совокупностью орбиталей. Орбиталь — это в химии пространственная около-ядерной областью, где нахождение электрона наиболее вероятно.
Орбиталь может вместить только одну электронную пару с равным энергетическим потенциалом и им соответствуют буквы латиницы: s,p,d,f.
Распределение электронов по энергетическим уровням
Орбитали характеризуются определённым энергопотенциалом. Энергетическими уровнями атома называется совокупность его орбитальных равно-заряженных оболочек. Для энергетического уровня в химии принято обозначение цифрами или буквами латиницы (K, L, M, и так далее).
Ими обозначают главные энергетические уровни, или «основные уровни». На схеме строения атома энерго-уровень K ближе всего к ядру и имеет меньше энергии, чем L, который находится дальше от ядра.
Распределение частиц по энерго-уровням определяется формулой N=2n2 и оно равно:
- К-уровень содержит максимально 2
- L-уровень —8
- M-уровень —18
- N-уровень — 32—число электронов на внешнем уровне
Подуровни (s, p, d, f): каждый основной энерго-уровень состоит из подуровней, которые имеют форму s, p, d и f.
- s-подуровень может содержать максимум 2 частицы.
- p-подуровень 6.
- d-подуровень 10.
- f-подуровень 14.
Электроны: находятся в своих оболочках и подуровнях и могут быть представлены в форме электронных конфигураций. Например, формула хлора электронная 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5, что означает, что у него есть 2 электрона в 1s-подуровне, 2 в 2s-подуровне и 2 в 2p-подуровне и т.д.
Принцип заполнения подуровней
Подуровни заполняются в соответствии с принципом заполнения, который утверждает, что электроны сначала заполняют подуровни с низшей энергией. Каждый подуровень должен быть полностью заполнен, прежде чем начнется заполнение следующего.
Электрон-волны в атомной структуре распределяются в электрон-оболочках и в энерго-подуровнях для обеспечения наименьшей энергии атом-системы. Эта организация помогает понять химические свойства и реактивность веществ.
Принцип работы с периодическим законом
На основании строения электронных оболочек атомов 8 класса можно провести анализ и связать его с периодическим законом.
Это позволяет определять:
- Знание номера группы предоставляет информацию о количестве частиц на внешнем энерго-уровне у элемента главной подгруппы.
- Номером периода с находящимся в нем элементом определяется количество имеющихся у него энерго-уровней.
- Химическое свойство элементов определяется не всей электронно-совокупностью, а лишь частицами с наибольшим энергетическим потенциалом. Их количество определяет валентность элемента — способность создавать устойчивые связи с другими веществами. Валентность определяет отношение вещества к металлам или неметаллам и совокупные химические характеристики.
С нарастанием элементных порядковых номеров числа валентных корпускул подвержены периодическому повторению, обуславливающие периодическую трансформацию химических характеристик вещества и его комплексов с другими.
Принцип Паули
Принцип Паули — это фундаментальное правило квантовой механики, которое устанавливает, что в атоме не может существовать два электрон-частицы с одинаковым квантовым состоянием. Назван в честь физика Вольфганга Паули, который сформулировал его в 1925 году.
Суть его заключается в следующем:
- Уникальность квантовых состояний: ни один электрон-частица не может находиться в одинаковом квантовом состоянии (такие параметры как набор квантовых чисел).
- Принцип заполнения энергетических уровней: энерго-уровни и под-уровни заполняются поочередно и последовательно, начиная с наименьших энерго-уровней энергии, и каждое квантовое состояние может быть занято не более чем двумя электрон-частицами различного спина (противоположные направления магнитного момента).
Благодаря этому утверждению, электроны-частицы распределены по энерго-уровням и под-уровням таким образом, что минимизируется энергия системы и обеспечивается стабильность атомной структуры.
Принцип Паули играет ключевую роль в формировании строения электронных оболочек атомов и объясняет множество явлений: периодического закона и химико-физических свойств веществ.
Занимайтесь на курсах ЕГЭ и ОГЭ в паре TwoStu и получите максимум баллов на экзамене:
