Распределение электронов в атоме по состояниям

Электроны, занимающие совокупность состояний с одинаковым значением главного квантового числа n, образуют электронную оболочку. Энергия, соответствующая этому квантовому числу, образует уровень энергии. В каждой квантовой оболочке атома электроны распределяются по подоболочкам, соответствующим определенному значению орбитального квантового числа l; в зависимости от l электрон находится в подгруппе с символами s, p, d, f и т.д.

Состояние, характеризуемое n = 1, схематически можно изобразить с помощью рис. 3.

Как видно из рис.3, в состоянии, определяемом главным квантовым числом n = 1, могут находится лишь два электрона. Электроны, находящиеся в этом состоянии, обладают одинаковой энергией.

Уровень энергии, определяемый главным квантовым числом n = 1, называется основным, т.к. это состояние характеризуется наименьшей энергией и будет реализовываться прежде всего.

Если в атоме больше чем два электрона, то другие электроны займут энергетический уровень n = 2, на котором могут располагаться 2n² = 8 электронов. Последовательность заполнения электронных состояний в атомах объясняется принципом Паули.

Порядок заполнения электронных состояний следующий: сначала заполняется состояние с наименьшей возможной энергией, затем состояние с более высокой энергией. Нарушение идеального порядка заполнения электронных состояний начинается с Z = 19, т.е. калия. Это нарушение связано с взаимодействием между электронами, состояние которых характеризуется главными квантовыми числами n = 3, n = 4 и т.д. В результате взаимодействия возникает такое положение, что состояние с большим n, но малым l может быть энергетически более выгодным.

Электроны, находящиеся в подгруппах s и p с наибольшим значением n, называют внешними или валентными. Этими электронами определяются химические и оптические свойства атома. Атомы, в которых s- или s- и p-подгруппы полностью занятыэлектронами, химически инертны.