Scan0025 5

W zależności od ilości tych orbitali mówimy więc o orbitalach trzykrotnie (p), pięciokrotnie (d) czy siedmiokrotnie (/) zdegenerowanych. Zdege-nerowanymi są jednak orbitale jedynie wtedy, jeżeli atom pierwiastka nie znajduje się w silnym polu elektrycznym lub magnetycznym. W takim przypadku energia orbitali zależy także od magnetycznej liczby kwantowej i pierwotnie zdegenerowane orbitale mają różną energię; mówimy że rozszczepianie się na różne poziomy energetyczne.

2.    W powłoce elektronowej atomu energia orbitali nie wzrasta w zależności od wartości głównej liczby kwantowej, chociaż w każdym jego poziomie energia ta wzrasta regularnie w kolejności orbitali s, p, d,f (pod warunkiem, że w każdym poziomie atomu znajdują się wszystkie te orbitale). Np.:

—    orbital 4s ma wprawdzie mniejszą energię niż orbital 4p, 4d i 4/ (rys. 11), ale równocześnie także mniejszą niż 3d. Energia orbitalu 3d jest większa niż 4s, ale mniejsza niż energia orbitalu 4p;

—    energia orbitalu 4d jest większa niż 5s, ale mniejsza niż energia orbitalu 5p.

W dodatku w niektórych przypadkach energia orbitali sąsiadujących jest tak bliska (zał. III), że na kolejność wypełniania orbitali mają wpływ także inne czynniki (np. symetria orbitali).

3.    Energia orbitali wzrasta w przybliżeniu w następującej kolejności: lis < (n—1 )d ^ (n—2 )/< np

4.    Zgodnie z zasadą rozbudowy powłoki elektronowej orbitale wypełniają się w przybliżeniu w następującej kolejności:

ls, 2s,2p, 3s,3p, 4s,3d,4p, 5s,4d,5p, 6s,5d,4f,6p itd.

Rysunek 11 ilustruje fakt, że energie elektronów przybierają jedynie określone wartości. Emitowanie lub pochłanianie energii przez elektrony nie odbywa się w sposób ciągły, ale w ilościach, stanowiących wielokrotności elementarnego kwantu energii¹. Mówimy, że energia elektronów jest kwantowana.

1.5.1. ZASADA (n-W), ZAKAZ PAULIEGO 1 REGUŁA HUNDA

A. Kolejność, w jakiej orbitale wypełniają się elektronami, wyprowadzić możemy korzystając z zasady mnemotechnicznej, nazywanej zasadą (n-f/) lub zasadą o sumie wartości głównej i pobocznej liczby kwantowej.

Zasada (n+1):

1.    Elektrony wypełniają najwcześniej ten orbital, którego suma n+/jest najniższa.

2.    W przypadku gdy dwa lub więcej orbitali posiada tę samą sumę n-f-/» orbitale wypełniają się w kolejności odpowiadającej wzrastającej wartości głównej liczby kwantowej.

Przykład 1

Należy ustalić, w jakiej kolejności elektrony wypełnią orbitale 2s, 2p, lj. Zgodnie z zasadą 1:

2s=2+0=2 2/7=2+1 = 3 ls=l+0=l

Wartość sumy n+/ wzrasta w kolejności Ij, 2s,2p. W tej kolejności będą się także wypełniały orbitale elektronami.

Przykład 2

Należy ustalić, w jakiej kolejności elektrony wypełnią następujące orbitale: 3/7, 3d, 4s, 4p.

Zgodnie z zasadą 2:

P=3+1=4 3<Z=3+2=5 4s=4+0=4 4p=4+l = 5

Podsumowanie przykładu 2:

Z pierwszej części zasady wynika, że elektrony wypełniają najpierw orbitale p i 4s, a dopiero później orbitale 3d i 4p. Ich dokładniejszą kolejność określa druga część zasady. Orbitale 3/7 mają niższą wartość głównej liczby kwantowej niż orbital 4s. Dotyczy to także orbitali 3d i 4/7, które wcześniej zapełnią się elektronami. Biorąc pod uwagę obie części tej zasady, otrzymamy kolejność zapełniania się orbitali elektronami: 3p, 4s, 3d, 4p.

B. Drugą zasadą, charakteryzującą budowę powłoki elektronowej jest zakaz Paoliego.

1 Atom ni® może mieć dwóch elektronów, dla których

Iwszystkia cztery liczby kwantowe miałyby tę samą wartość.

Innymi słowy: na każdym orbitalu mogą znajdować się najwyżej dwa

47

1

Kwant jest to mniejsza ilość energii pobieranej lub wydzielanej w całości przez mikroukłady atomowe (atom, elektron, cząsteczkę).