Правило n l

Правило n l

Правило Клечковского (также Правило n+l; за рубежом обычно используется название правило Маделунга) — эмпирическое правило, описывающее энергетическое распределение орбиталей в многоэлектронных атомах.

Заполнение электронами орбиталей в атоме происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел ~n+l. При одинаковой сумме раньше заполняется орбиталь с меньшим значением ~n.


Правило n+l предложено в 1936 г. немецким физиком Э. Маделунгом; в 1951 г. было вновь сформулировано В. М. Клечковским.

Содержание

Распределение электронов по орбиталям в водородоподобных и многоэлектронных атомах

По мере увеличения суммарного числа электронов в атомах (при возрастаний зарядов их ядер, или порядковых номеров химических элементов) атомные орбитали заселяются таким образом, что появление электронов на орбитали с более высокой энергией зависит только от главного квантового числа n и не зависит от всех остальных квантовых чисел, в том числе и от l. Физически это означает, что в водородоподобном атоме (в отсутствие межэлектронного отталкивания) орбитальная энергия электрона определяется только пространственной удаленностью зарядовой плотности электрона от ядра и не зависит от особенностей его движения в поле ядра. Поэтому энергетическая последовательность орбиталей в водородоподобном атоме выглядит просто:

1s<2s=2p<3s=3p=3d<4s=4p=4d=4f<5s...

Здесь орбитальная энергия электрона повышается только по мере увеличения главного квантового числа и и не меняется при увеличении орбитального квантового числа l; состояния с различными значениями l, но с одним и тем же значением n (например, 3s, Зр, 3d) энергетически эквивалентны, то есть соответствующие атомные орбитали (3s, Зр, 3d) обладают одинаковой энергией и оказываются энергетически вырожденными (не путать обсуждаемое вырождение по энергии атомных орбиталей различного типа в гипотетических водородоподобных атомах с энергетическим вырождением атомных орбиталей одного и того же типа, например Зрx, Зру и Зрz в реальных изолированных атомах).

В многоэлектронных атомах в результате эффекта межэлектронных взаимодействий происходит энергетическое расщепление (расхождение) орбиталей различного типа, но с одним и тем же значением главного квантового числа (3s<3p<3d и т. д.). Если бы это расщепление было небольшим и меньшим расщепления по энергии атомных орбиталей под воздействием изменения главного квантового числа n, то энергетическая последовательность атомных орбиталей выглядела бы так:

1s«2s<2p"3s<3p<3d"4s<4p<4d<4f"5s...

В действительности же расщепление по l, начиная с n≥З, оказывается большим, чем расщепление по n. Сложный характер явления межэлектронных взаимодействий предопределяет сильную зависимость орбитальной энергии каждого электрона уже не только от пространственной удаленности его зарядовой плотности от ядра (от главного квантового числа n), но и от формы его движения в поле ядра (от орбитального квантового числа l). Именно межэлектронное взаимодействие приводит к резко усложнённой (по сравнению с вышеописанной) энергетической последовательности заселяющихся электронами атомных орбиталей. Итак, в реальных многоэлектронных атомах картина энергетического распределения орбиталей оказывается очень сложной. Строгая квантовомеханическая теория электронного строения атомов и экспериментальная спектроскопия обнаруживают энергетическую последовательность атомных орбиталей в следующем виде:

1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f≅5d<6p<7s<5f≅6d<7p<8s

~1s&amp;lt;2s&amp;lt;2p&amp;lt;3s&amp;lt;3p&amp;lt;4s&amp;lt;3d&amp;lt;4p&amp;lt;5s&amp;lt;4d&amp;lt;5p&amp;lt;6s&amp;lt;4f~{\cong}~5d&amp;lt;6p&amp;lt;7s&amp;lt;5f~{\cong}~6d&amp;lt;7p&amp;lt;8s

Формулировка правила Клечковского

Эта энергетическая последовательность легко может быть описана при помощи эмпирического правила суммы двух первых квантовых чисел, разработанного в 1951-м году В. М. Клечковским и иногда называемого правилом (n+l). Это правило основано на зависимости орбитальной энергии от квантовых чисел n и l и описывает энергетическую последовательность атомных орбиталей как функцию суммы ~n+l. Суть его очень проста:

орбитальная энергия последовательно повышается по мере увеличения суммы ~n+l, причём при одном и том же значении этой суммы относительно меньшей энергией обладает атомная орбиталь с меньшим значением главного квантового числа ~n. Например, при ~n+l=6 орбитальные энергии подчиняются последовательности ~4d&amp;lt;5p&amp;lt;6s, так как здесь для ~d-орбитали главное квантовое число наименьшее ~n=4, для ~s-орбитали ~n=6; наибольшее ~n=6, ~p-орбиталь занимает промежуточное положение ~n=5.

Или же:

При заполнении орбитальных оболочек атома более предпочтительны (более энергетически выгодны), и, значит, заполняются раньше те состояния, для которых сумма главного квантового числа ~n и побочного (орбитального) квантового числа ~l, т.е. ~n+l, имеет меньшее значение.

Правило (n+l) в целом хорошо иллюстрирует таблица 1, где по мере постепенного возрастания суммы (n+l) приведена энергетическая последовательность атомных орбиталей. В этой таблице не указаны, естественно, нереальные (запрещенные квантовой механикой атома) варианты, для которых не выполняется обязательное требование n>l, в частности не указаны комбинации для (n+l)=6:

n 1 2 3
l 5 4 3
Таблица 1. Энергетическая последовательность орбиталей в изолированных атомах
(n+l) n l Атомные орбитали
1 1 0 1s Первый период
2 2 0 2s Второй период
3 2 1 2p
3 0 3s Третий период
4 3 1 3p
4 0 4s Четвёртый период
5 3 2 3d
4 1 4p
5 0 5s Пятый период
6 4 2 4d
5 1 5p
6 0 6s Шестой период
7 4 3 4f
5 2 5d
6 1 6p
7 0 7s Седьмой период
8 5 3 5f
6 2 6d
7 1 7p
8 0 8s Начало восьмого периода

Приведённую в таблице очерёдность заполнения электронами атомных орбиталей удобно представить в виде схемы:

Очерёдность заполнения электронами атомных орбиталей

Исключения из правила Клечковского

Эмпирическое правило Клечковского и вытекающее из него схема очерёдностей несколько противоречат реальной энергетической последовательности атомных орбиталей только в двух однотипных случаях, а именно: после заполнения двумя электронами орбитали 6s следующий электрон появляется на орбитали 5d, а не 4f, и только затем происходит заселение четырнадцатью электронами 4f орбиталей, затем продолжается и завершается заселение десятиэлектронного состояния 5d. Аналогичная ситуация характерна и для орбиталей 7s, 6d и 5f. Объяснение этого факта см. в статье Физическое объяснение очерёдностей заселения орбиталей атомов электронами.

При написании статьи использована следующая литература:

  1. Корольков Д. В. Основы неорганической химии. — М.:»Просвещение", 1982. — 271 с.

Мнемоническое правило

Нас арифметикой банальною
не мучай,
Над нами лишь Клечковский -
господин,
А он сказал, что 3+2
получше
Чем, например, 4+1

См. также


Wikimedia Foundation. 2010.

Поможем решить контрольную работу

Полезное


Смотреть что такое "Правило n l" в других словарях:

  • Правило 72 — Правило семидесяти (правило 70)[1][2], правило 72[3][4], правило 69[5]  простой способ (приближённой) оценки срока, в течение которого величина вырастет вдвое при постоянном росте на некоторый процент. Согласно «правилу семидесяти», где …   Википедия

  • Правило 70 — Правило семидесяти (правило 70), правило 72, правило 69  простой способ (приближённой) оценки срока, в течение которого величина вырастет вдвое при постоянном росте на некоторый процент. Согласно «правилу семидесяти», где r  годовая ставка… …   Википедия

  • ПРАВИЛО — 1. ПРАВИЛО, правила, ср. (спец.). 1. Большая деревянная линейка, применяемая при кладке стен для проверки правильности работы (тех.). 2. Колодка, на которой сапожник расправляет обувь (сапож.). 3. Хвост у борзой собаки (охот.). «Все они, тут же… …   Толковый словарь Ушакова

  • ПРАВИЛО — 1. ПРАВИЛО, правила, ср. (спец.). 1. Большая деревянная линейка, применяемая при кладке стен для проверки правильности работы (тех.). 2. Колодка, на которой сапожник расправляет обувь (сапож.). 3. Хвост у борзой собаки (охот.). «Все они, тут же… …   Толковый словарь Ушакова

  • правило — Закон, узаконение, начало, положение, постановление, норма, принцип, статут. Ср. . См. закон, обыкновенный, обычай .. поставить за правило, принять за правило... Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.:… …   Словарь синонимов

  • Правило 6+5 — Правило «6+5» (более известно как лимит «6+5») футбольное правило о разрешённом количестве легионеров в составе команды. Было введено ФИФА в мае 2008 года, но отменено в июне 2010 года по решению Европейской комиссии. Содержание 1 Суть правила 2… …   Википедия

  • ПРАВИЛО — (лат. regula) в объективном смысле равномерность, однообразность бытия, события или действия, сформулированная в понятиях, но еще не познанная как закономерно необходимая. В субъективном смысле – часто предписание (напр., предписание какого либо… …   Философская энциклопедия

  • ПРАВИЛО — ПРАВИЛО, а, ср. 1. Положение, в к ром отражена закономерность, постоянное соотношение каких н. явлений. Грамматические правила. Правила арифметики. 2. Постановление, предписание, устанавливающее порядок чего н. Правила внутреннего распорядка.… …   Толковый словарь Ожегова

  • ПРАВИЛО — ср. закон, постановленье или узаконенье, основанье для действия, в данных случаях, при известных обстоятельствах. Правила для сборщиков, устав. Начальные правила счисленья. Монастырские правила, устав. Правила перед причастьем, наставленья, что… …   Толковый словарь Даля

  • ПРАВИЛО — (1) буравчика определяет направление вектора напряжённости магнитного поля прямолинейного проводника с постоянным током. Если буравчик ввёртывается по направлению тока, то направление его вращения определяет направление магнитных силовых линий… …   Большая политехническая энциклопедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»