2. Основни правила при изграждането на електронната обвивка на многоелектронните атоми. Принцип на Паули. Правило на Хунд.

Атомите на всички елементи (с изключение на водорода) съдържат повече от един електрон и за това се наричат многоелектронни. При тях има взаимодействие не само м/у ядро и електрон, там има и електростатични и магнитни взаимодействия м/у отделните електрони. Вълновата функция на всеки електрон зависи от тази на останалите електрони. За това решаването на уравнението на Шрьодингер е свързано с големи математически затруднения. Получават се приблизителни решения на уравнението. От тях обаче се правят важни изводи относно конфигурацията на многоелектронните атоми как се изменя енергията на атомните орбитали и как се изгражда електронната им обвивка. Тук действа основния принцип в природата всяка система се намира в състояние на устойчиво равновесие, когато нейната енергия е минимална. (стр.32-подробно)

Орбитали с еднаква енергия се наричат изродени. Енергията на орбиталите с еднаква стойност на гл.кв.число се изменя в следната последователност.

Е_S<Е_P<Е_d<Е_f<Е_g<...

В многоелектронните атоми се нарушава тази последователност на нарастване на енергията. Причината за това е че електроните в атома изпитват действието на а) силите на привличане на ядрото б) силите на отблъскване на останалите електрони в) екраниращия ефект на по-близките до ядрото орбити, намалявайки привличането от ядрото на по-отдалечените електрони. От това следва, че някои S-орбитали от по-външен електронен слой имат по-ниска или приблизително равна енергия с d и f-орбиталите от по-вътрешен слой.

При запълването на атомните орбитали при многоелектронните атоми се използва правилото на Клечковски сумата от главното и квантовото число (n+e)

А)винаги наи-напред се запълва с електрони орбиталата, за която n+e има най-малка стойност.

Б)ако за 2 орбитали имат еднаква сума n+e то по-напред ще се запълни орбиталата с по-малка стойност на n.За 3d, 4p, 5s орбиталата сумата (3d: n+e=3+2=5) (4p:n+e=4+1=5) (5s: n+e=5+0=5) или първо 3d, 4p и 5s в тази последователност ще се запълнят.

Друго правило е принцип на Паули (1925) има няколко негови формулировки: в един атом или молекула не могат да съществуват два електрона, намиращи се в еднакви квантови състояния, или не могат да имат еднакви стойности на четирите квантови числа. Максималния брой електрони на дадено ниво се определя по формулата

X_e=2(2e+1), където 2е+1 е броя на атомн. орбитали с орбит.квант.число е, или максималния брой електрони на нивата с е=0,1,2,3 са s²,p⁶,d¹⁰,f¹⁴

2(2.0+1)=2 s² ; 2(2.1+1)=6 p6 ; 2(2.2+1)=10 d¹⁰ ; 2(2.3+1)=14 f¹⁴

Максим.бр.електрони X_n на електронна орбита се получава като сумиране на електроните от всички нива по ф-лата X_n=^n-1E_l=02(2e+1)=2n² ; n=1,2,3,4 2,8,18,32

Запълването на еднаквите по енергия (изродени) орбитали става в съответствие с правилото на Хунд Електроните се разполагат на изродените орбитали по такъв начин, че сумарното им спиново число да бъде максимално Е_ms=max

Напр. Азот има 7 електрона в елект. си обвивка. Как се разполагат

1s² 2s² 2p_x¹ 2p_y¹ 2p_z¹ C-има 6 електрона - 1s² 2s² 2p_x¹ 2p_y¹ 2p_z¹

Първо се запълва енергетично най-бедната 1s орбитала с 2 електрона с противоположни спинове. Следваща по енергия е 2s орбитала и т.н.