Номер 1, страница 13 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. В каком порядке электроны заполняют орбитали?

1. В каком порядке электроны заполняют орбитали?

Заполнение электронами атомных орбиталей происходит в строгом соответствии с несколькими фундаментальными принципами и правилами, которые в совокупности определяют электронную конфигурацию атома в его основном (наиболее устойчивом) состоянии.

• Принцип наименьшей энергии (принцип Ауфбау). Электроны в атоме занимают орбитали в порядке возрастания их энергии. Сначала заполняются орбитали с самой низкой энергией, и только после их полного заполнения электроны переходят на более высокие энергетические уровни.

• Принцип Паули (запрет Паули). В одном атоме не может быть двух электронов, обладающих одинаковым набором четырех квантовых чисел ($\text{n}$, $\text{l}$, $m_l$, $m_s$). Из этого следует, что на одной атомной орбитали, характеризуемой тремя квантовыми числами ($\text{n}$, $\text{l}$, $m_l$), может находиться не более двух электронов, причем их спины должны быть противоположными (антипараллельными). Спины электронов описываются спиновым квантовым числом $m_s$, которое может принимать значения $+1/2$ и $-1/2$.

• Правило Хунда. При заполнении орбиталей одного подуровня (например, трех p-орбиталей или пяти d-орбиталей), имеющих одинаковую энергию, электроны сначала занимают все свободные орбитали по одному, имея при этом одинаковое направление спинов (параллельные спины). Только после того, как на каждой орбитали подуровня окажется по одному электрону, они начинают образовывать пары с электронами, имеющими противоположный спин. Такое распределение обеспечивает максимальное значение суммарного спина, что соответствует более устойчивому состоянию.

Конкретная последовательность заполнения орбиталей определяется правилом Клечковского (также известным как правило $n+l$):

1. Орбитали заполняются в порядке возрастания суммы главного ($\text{n}$) и орбитального ($\text{l}$) квантовых чисел: $n+l$.

2. Если для двух или более орбиталей сумма $n+l$ одинакова, то сначала заполняется та орбиталь, у которой главное квантовое число $\text{n}$ меньше.

Напомним, что орбитальное квантовое число $\text{l}$ принимает значения: $l=0$ для s-орбитали, $l=1$ для p-орбитали, $l=2$ для d-орбитали, $l=3$ для f-орбитали.

Например, сравним энергию орбиталей 4s и 3d:

• Для 4s-орбитали: $n=4, l=0$. Сумма $n+l = 4+0=4$.

• Для 3d-орбитали: $n=3, l=2$. Сумма $n+l = 3+2=5$.

Поскольку $4 < 5$, 4s-орбиталь заполняется раньше, чем 3d-орбиталь.

В соответствии с этими правилами, последовательность заполнения орбиталей электронами выглядит следующим образом:

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p → ...

Ответ: Электроны заполняют орбитали в порядке возрастания их энергии, что определяется правилом Клечковского (правило $n+l$). Заполнение происходит в соответствии с принципом Паули (не более двух электронов на орбитали с противоположными спинами) и правилом Хунда (максимальная мультиплетность на вырожденных орбиталях). Общая последовательность такова: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d и так далее.