§ 192. Периодический закон Менделеева

В свете данных об электронном строении атомов становятся ясными закономерности периодической системы Менделеева.

Основные правила распределения электронов в атоме по квантовым числам следуют из принципа Паули. Однако, если бы мы

руководствовались только этими данными, то приписали бы правильные квантовые числа электронам лишь первых восемнадцати атомов аргона). Дело заключается в следующем. Электроны заполняют атом в порядке следования энергий состояния. В атоме водорода уровни энергии являются вырожденными, энергию определяет лишь одно квантовое число. В многоэлектронных атомах благодаря взаимодействию вырождение снято и энергия электрона в атоме зависит от всех квантовых чисел. В атоме водорода само собой разумеется, что электроны, находящиеся на уровне, для которого обладают меньшей энергией, чем те электроны, которые находятся на уровне с В многоэлектронном атоме при больших значениях побочного квантового числа такое положение дел не обязательно. Поэтому в ряде случаев «естественный» порядок хода квантовых чисел не соответствует порядку заполнения атома электронами.

Электроны внутри атома принято подразделять на слои, т. е. совокупности уровней с разными главными квантовыми числами. Обычно слои обозначают следующими заглавными латинскими буквами (в порядке следования квантовых чисел

Электронная оболочка атома характеризуется в основном распределением электронов по квантовым числам (по слоям). Это распределение описывают формулами, указывающими (в показателе сверху) количество электронов с тем или иным значением главного и побочного квантовых чисел. Например:

Для суждения о степени заполнения уровней надо запомнить максимальные числа электронов: (получаемые по формуле

Вернемся к таблице Менделеева и поинтересуемся тем, в каких ее местах происходят нарушения последовательности распределения электронов по квантовым числам. Первое такое нарушение происходит у калия. Последний электрон поступает не на -уровень, а на уровень Следующий по порядку элемент, кальций, также получает электрон на уровень а с 21-го элемента, скандия, застраиваются -уровни. Уже у хрома (24-й элемент в таблице) возникает новая аномалия. Число электронов теперь иное и порядок распределения квантовых уровней по энергиям изменился. Размещение двух электронов на уровне становится энергетически невыгодным и хром получает структуру

Нет нужды продолжать описание других подобных аномалий. Электронные структуры всех атомов можно найти в любом справочнике по физике или химии. Важно лишь одно: распределения

электронов по квантовым числам, выясненные чисто физическими методами исследования (спектральный анализ, измерение магнитных моментов), помогают понять химические особенности того или иного атома.