Энергиялары бірдей орбитальдар азғындалған деп аталады.

СПИН КВАНТ САНЫ (s)

ЖӘНЕ МАГНИТ СПИН КВАНТ САНЫ (m_s)

Спин квант саны s (спин) электронның спин бұрыштық магнитінің шамасын анықтайды, демек электронның өзінің өсінде айналуын сипаттайды және оның шамасы ½ тең болады.

Магнит спин саны (m_s) спиннің бұрыштық моментінің бағытын анықтайды және оның мәні не + ½, не – ½ тең болуы мүмкін. Спин қосындысы нольге тең (+ ½ + (- ½) = 0. Сондықтан энергетикалық орбитальды толтырғанда электрондарды ұяшықта төмендегідей белгілейді:

 

Дұрыс дұрыс емес

СУТЕК АТОМЫН ШРЕДИНГЕР ТЕҢДІГІМЕН СИПАТТАУ

Сутек атомының орбитальдары мен энергиялары анықталған. Электрон ең төмен энергиялы орбитальда орналасады. Бұл оның негізгі (қалыпты) күйіне сәйкес келеді.

Оны төмендегі сызбанұсқа түрінде көрсетуге болады (6-ші сүрет):

 

6 - сүрет. Шредингер теңдеуінің сутек атомы үшін есептелген энергетикалық шешімінің сызбанұсқалық кескіні (масштаб бойынща сәйкес емес).

Сутек атомында электрон 1 s – орбиталінде орналасады және оның электрондық құрылысы 1s¹ болады. Егерде сутек атомында электронды қоздырса, ол энергиясы жоғары орбитаға ауысады. Бірақ бұл күй тұрақсыз болады, себебі бұл күйде оның энергиясы жоғары. Осының әсерінен электрон энергиясы төмен энергетикалық деңгейге қайта оралады, бұл кезде энергияның сәулеленуі байқалады. Бұл құбылыс экспериментті түрде спектралдық әдіспен дәлелденген. Мысалы, суретте сутек атомының эмиссиялық шығару спектрінің бір бөлігі көрсетілген.

	Бальмер сериясы		Лайман сериясы

Көрінетін болігі

УК-болігі

Энергияның артыу

 

4 – ші сүрет. Сутек атомының эмиссиялық спектрінің (шығару спектрі) бір болігі. Сызық топтарының арнайы атаулары бар (Бальмер, Лайман т.б.).

 

 

Көпэлектронды атомдарының толтырылуының

Тізбектілік принципі

Көпэлектронды атомдарының толтырылуының тізбектілік принципі бірнеше ережелерге негізделеді: Хунд ережесі, Паули принципі, Клечковский ережелері. Жалпы орбитальдардың толтырылуы төмен энергиялы орбитальдардан басталады, яғни алдымен 1 s, содан соң 2 s, әріқарай 2 р т.б. толтырылады.

Хунд ережесі былай оқылады: азғындалған орбитальдар толтырылғанда барлық орбитальдар бір – бір электрондармен толтырылғанша электрондар жұптастырылмайды. Азғындалған орбитальдарда электрондардың спиндері параллельді. Мысалы, р – орбитальда екі электрон бар. Хунд ережесі бойынша олар орбитальда былай орналасу қажет:

Дұрыс емес дұрыс

 

Паули принципі бойынша:

Атомда екі электрон бірдей төрт квант саны болуы мүмкін емес: n, l, m_l және m_s.

Мысалы, s - орбитальда екі электрон бар, осы екі электрон ұяшықта қалай орналасады және қандай квант сандармен сипатталады?

Дұрыс дұрыс емес

1 – электрон	2 – электрон		1 – электрон	2 – электрон
n = 1	n = 1		n = 1	n = 1
l = 0	l = 0		l = 0	l = 0
ml = 0	ml = 0		ml = 0	ml = 0
ms = +1/2	ms = – 1/2		ms = +1/2	ms = + 1/2

 

Төменгі орбитальдарды тізбекті толтыру принципі атомдық орбитальдарды дұрыс толтыруға және электрондарды қалыпты жағдайда орналасуын, яғни атомның электрондық конфигурациясын анықтауға мүмкіндік береді. Энергетикалық деңгейлерді толтырғанда ең төмен энергия принципін ескерген жөн, демек электронның тұрақты күйі оның ең төмен энергиясына сай болады. Сондықтан, энергетикалық деңгейлерді толтырғанда оны ең төмен энергиялы деңгейден бастайды. Энергиялар энергетикалық деңгейлер мен деңгейшелерде шамамен мына қатармен өрнектеледі:

1 s < 2 s < 2 p < 3 s < 3 p < 4 s < 3 d < 4 p < 5 s < 4 d < 5 p < 6 s < 5 d ≈ 4 f < 6 p < 7 s < 6 d ≈ 5 f

ал толтырылуын төмендегі қатармен жүргізеді:

1 s → 2 s → 2 p → 3 s → 3 p → 4 s → 3 d → 4 p → 5 s → 4 d → 5 p → 6 s → 5(d¹) → 4 f → 5 d → 6 p → 7 s → (6 d ^1-2) → 5 f → 6 d → 7 p

Электрондардың орбитальдарда орналасуын азот атомымен қарастыруға болады:

N 1 s² 2 s² 2 p³

Көпэлектронды атомдардың энергетикалық деңгейлерін толтырғанда тағы екі ережені пайдалану керек.

I. Клечковскийдің 1 – ші ережесі:

атом ядросының заряды өскенде энергетикалық деңгейлердің электронмен толуы (n + l) – дың төмен мәнінен үлкен мәніне қарай жүреді.

Бұл ережені түсіну үшін калий атомындағы электрондардың энергетикалық деңгейлерде орналасуын қарастыруға болады. Калийдің алдындағы элемент аргонның (реттік нөмірі 18) электрондары энергетикалық деңгейлерде төмендегідей орналасады:

Ar: 1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p ⁶

Калий атомының 4 s деңгейі толтырылатын болса, Клечковскийдің ережесі бойынша (n + l) квант сандарының қосындысы 4+0 = 4 тең болады. Егерде 3 d – орбиталь толтырылса, онда n +l = 3 + 2 = 5. Бірінші мысалда (n + l) қосындысы екінші мысалға қарағанда төмен, сондықтан калий атомының электрондық құрылымы төмендегідей болады:

К: 1s² 2s ² 2р⁶ 3s² 3р⁶ 4s ¹

II. Клечковскийдің 2 – ші ережесі:

(n + l) қосындылары бірдей жағдайда орбитальдардың толуы бас квант санының (n) өсу бағытында жүреді.

Мысал ретінде скандий атомының электрондық құрылымын қарастыруға болады. Скандий атомының алдындағы кальцийдің төмендегі электрондық құрылымы бар:

Са: 1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p ⁶ 4 s ²

3 d – орбиталь үшін (n + l) = 3 + 2 = 5, ал 4 р – орбиталь үшінде (n + l) = 4 + 1 = 5, сондықтан скандий атомында 3 d – орбиталь толтырылады, себебі n = 3, ал 4 р – орбиталь да n = 4. Сонымен скандий атомында электрондардың орналасуын төмендегідей өрнектеуге болады:

Sc: 1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p ⁶ 3 d ¹4 s ²

Үлкен периодтарда ядро заряды өскен сайын энергетикалық деңгейлердің электрондармен толтырылуы күрделі жүреді. Осыған байланысты элементтердің қасиеттерінің өзгеруі күрделі болады.

Мысал ретінде ІV период элементтерінің энергетикалық деңгейлерін электрондармен толтырылуын қарастыруға болады.

1. Алдымен сыртқы 4 s орбиталы толады. (1 орбитальда 2 электрон болғандықтан 2 элемент бола алады).

1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p ⁶ 3 d ⁰4 s ¹

1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p ⁶ 3 d ⁰4 s ²

1. Содан кейін ішкі d – орбиталь толады. (d – деңгейшеде 5 орбиталь бар, бұл орбитальда орналасатын максимал электрон саны 10 болатындықтан 10 элемент болады).

1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p ⁶ 3 d ¹4 s ²

1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p ⁶ 3 d ¹⁰4 s ²

1. d – орбиталь толғаннан кейін сыртқы 4 р орбиталь толады. Мұнда 3 орбиталь

болғандықтан 6 элемент болады.

1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p ⁶ 3 d ¹⁰4 s ² 4 p ¹

1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p ⁶ 3 d ¹⁰4 s ² 4 p ⁶

n s- және n p-орбитальдардың толтырылуын қарастыратын болсақ, оларды ұқсастығы бар, яғни бәрінде де аяқталғанда сегіз электрон бар:

2s² 2p⁶; 3s² 3p⁶

Бұл құблыс октет ережесінің негізін құрайды.

Октет ережесі s- және p- элементтердің электрондарды қосып, беріп немесе жұптастыру нәтижесінде сыртқы энергетикалық қабатын 8-электронға дейін толтыруға негізделген.

Мысалы, мынадай электрондық құрлысы бар 1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ¹ натрий атомына октет түзу үшін бір электрон беру әлде қайда жеңіл. Ал фтор атомына: 1 s ² 2 s ² 2 p ⁵ октет түзу үшін тек бір электрон жетіспейді.

Электрондарды беру, қосып алу немесе жұптастыру нәтижесінде ns² np⁶ электрондық конфигурация түзетін болса, оны октет ережесіне бағынады деп айтады. Бұл жағдайда сыртқы энергетикалық қабатында 8 электрон болады.