А. Ф. Новиков строение вещества
жүктеу/скачать 2,4 Mb. Pdf көрінісі
|
1022 3
| 21
функция многоэлектронных атомов представляет собой произведение одноэлектронных функций. Как и в случае одноэлектронных атомов, состояние электрона в атоме характеризуется набором из трех квантовых чисел n, l и m l , к которым добавляется еще одно – спиновое число m s , или s , равное либо +1/2, либо –1/2. Спиновое квантовое число определяет присущую электрону дополнительную степень свободы (но ни в коем случае – не вращение электрона в ту или другую сторону!). Для одноэлектронных атомов и ионов орбитали, принадлежащие одному уровню (с данным значением главного квантового числа), имеют одну и ту же энергию, как это показано на энергетической диаграмме (см. рис.12). Такое состояние называется вырожденным. В противоположность этому, состояния многоэлектронных атомов не вырождены, то есть энергии s-, p-, d-, f- и прочих орбиталей становятся различными по энергии – происходит так называемое расщепление уровня на подуровни. Это явление связано с экранирующим действием (отталкиванием) на каждый данный электрон в атоме со стороны совокупности всех прочих одинаково заряженных электронов. Энергетическая диаграмма при этом видоизменяется (см. рис.13). Наиболее низкой энергией обладает электрон на 1 s орбитали, поэтому заполнение электронами орбиталей начинается именно с нее и далее следует снизу вверх в порядке возрастания энергии. При этом оказывается справедливым принцип В. Паули: в любой многоэлектронной системе в каждом состоянии, определяемом полным набором четырех квантовых чисел не может быть более одного электрона. Это означает, что в каждом энергетическом состоянии (на каждой электронной орбитали) может находиться не более двух электронов и различаться они должны лишь спиновыми числами. Каждый электрон при этом обозначается стрелкой, направленной либо вверх ↑ ( s = +1/2), либо вниз ↓ ( s = – 1/2 ) . В случае однотипных орбиталей последовательное заполнение их идет таким образом, чтобы соблюдалось правило В. Хунда: в основном состоянии атома при последовательном заполнении электронами орбиталей данного типа суммарный спин электронов на этих орбиталях (мультиплетность) должен быть максимальным (см. схему на рис.14). Расщепление уровней приводит к тому, что орбитали разных уровней перекрываются, и в частности, 4 s - орбиталь оказывается ниже по энергии, чем 3 d - орбиталь. Таким образом, прежде должно начаться заполнение именно 4 s - орбитали, а уже после – 3 d (см. энергетическую диаграмму для многоэлектронного атома, рис.15). |