Назад   Теми   Съдържание   Конспект  Курс   Напред 

Принцип на Паули, обяснение на периодичната система на химичните елементи

В квантовата механика е установено, че поведението на електроните се подчинява на така наречения принцип на Паули, който гласи, че в дадено квантово състояние в атома може да има само по един електрон. Това означава, че в един атом не може да има повече от един електрон с еднакви стойности и на четирите квантови числа: n, l, ml и ms.

Съществуването на периоди в системата на химичните елементи се обяснява с представата за електронни слоеве и подслоеве, които се отличават по стойностите на квантовите числа. Нека да представим това обяснение за първите две периода.

В нормални условия повечето атоми се намират в основно енергетично състояние, т.е. електроните им са разположени на енергетичните нива с най-ниска енергия. Затова можем да смятаме, че допълването на електронната обвивка с електрони при всеки следващ елемент върви последователно от състоянията с най-ниска енергия нагоре.

На главно квантово число n=1 съответства само една стойност на орбиталното квантово число l=0 и само една стойност на магнитното квантово число ml=0. Следователно на първия електронен слой, съответстващ на n=1, може да има две състояния различаващи се по спиновото квантово число ms=-1/2 и ms=+1/2. Това обяснява защо в първи период на таблицата на химичните елементи има само два елемента: водород и хелий. При водорода имаме само един електрон в първия електронен слой, а при хелия първия електронен слой се допълва с още един електрон с противоположен спин. Два електрона с противоположен спин в състояние с еднакви други квантови числа се казва, че образуват електронна двойка. Такива състояния се наричат още синглетни състояния. Синглетните състояния са относително по-устойчиви и химичните елементи, в които всички електрони са в синглетни състояния са химически по-неактивни. Изключително слаба активност проявяват елементите, в които са запълнени всички състояния от даден електронен слой. Известно е, че тези елементи се наричат инертни елементи и очевидно най-лекия от инертните елементи е хелия.

На главно квантово число n=2 съответстват две стойности на орбиталното квантово число l=0 и l=1. На l=0 съответства само една стойност на магнитното квантово число ml=0, а на l=1 - три: -1, 0 и +1. Следователно, по стойности на l и ml при n=2 може да различим четири състояния и като се има предвид, че и спиновото квантово число за всяко от тези състояния може да има две стойности общо става 8 състояния за втория електронен слой. Втория електронен слой се запълва последователно при елементите от втори период. При елементите литий и берилий се запълва подслоя с l=0, а при елементите бор, въглерод, азот, кислород, флуор и неон - подслоя с l=1. Образуването на електронни двойки се подчинява на правилото на Хунд, което гласи, че в даден подслой сумата на спиновите числа трябва да е максимална. Това означава, че даден подслой се запълва първо с електрони, които не образуват електронни двойки и едва след като се заемат всички свободни квантови състояния започват да се добавят по още един електрон и да се образуват електронни двойки. Състоянията в които електроните не са образували електронни двойки се наричат триплетни състояния. Наличието на електрони в триплетни състояния обуславя висока химическа активност.

На главно квантово число n=3 съответства електронен слой с 18 състояния. Елементите, при които става запълването на тези слоеве са разпределени в трети и четвърти период на системата на химичните елементи, но на тези и на следващите периоди няма да се спираме, защото подробното им разглеждане не влиза в целта на нашия курс.


 Назад   Теми   Съдържание   Конспект  Курс   Напред 

Copyright© Ваньо Георгиев, 2005 г. Въпроси и коментари пишете тук.
physics-bg.org