Номер 3, страница 162 - гдз по химии 8 класс учебник Шиманович, Красицкий

3. В каком порядке подуровни заполняются электронами? Чем определяется этот порядок?

В каком порядке подуровни заполняются электронами?

Заполнение электронных подуровней в атоме происходит в порядке увеличения их энергии. Этот порядок не всегда совпадает с последовательным увеличением главного квантового числа. Последовательность заполнения подуровней следующая:
$1s \rightarrow 2s \rightarrow 2p \rightarrow 3s \rightarrow 3p \rightarrow 4s \rightarrow 3d \rightarrow 4p \rightarrow 5s \rightarrow 4d \rightarrow 5p \rightarrow 6s \rightarrow 4f \rightarrow 5d \rightarrow 6p \rightarrow 7s \rightarrow ...$
Например, 4s-подуровень заполняется раньше, чем 3d-подуровень, потому что энергия 4s-орбитали в многоэлектронном атоме оказывается ниже, чем энергия 3d-орбитали.

Ответ: Подуровни заполняются электронами в порядке возрастания их энергии: $1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d$ и так далее.

Чем определяется этот порядок?

Порядок заполнения подуровней электронами определяется совокупностью нескольких фундаментальных принципов квантовой механики:

1. Принцип наименьшей энергии (принцип Ауфбау). Согласно этому принципу, электроны в основном (невозбужденном) состоянии атома занимают орбитали с наименьшей возможной энергией. Атом в основном состоянии имеет самую низкую общую энергию.

2. Правило Клечковского (правило $n+l$). Это эмпирическое правило, которое конкретизирует принцип наименьшей энергии и устанавливает последовательность заполнения орбиталей:
- Орбитали заполняются в порядке возрастания суммы главного квантового числа $n$ и орбитального квантового числа $l$ (сумма $n+l$).
- При одинаковых значениях суммы $n+l$ сначала заполняется та орбиталь, у которой меньше значение главного квантового числа $n$.
Пример 1: Сравним 4s- ($n=4, l=0$) и 3d- ($n=3, l=2$) подуровни.
Для 4s-подуровня: сумма $n+l = 4+0=4$.
Для 3d-подуровня: сумма $n+l = 3+2=5$.
Поскольку $4 < 5$, 4s-подуровень заполняется раньше, чем 3d.
Пример 2: Сравним 3p- ($n=3, l=1$) и 4s- ($n=4, l=0$) подуровни.
Для 3p-подуровня: сумма $n+l = 3+1=4$.
Для 4s-подуровня: сумма $n+l = 4+0=4$.
Суммы $n+l$ равны. Сравниваем значения $n$. Для 3p $n=3$, для 4s $n=4$. Поскольку $3 < 4$, 3p-подуровень заполняется раньше.

3. Принцип запрета Паули. В атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа ($n, l, m_l, m_s$) одинаковы. Из этого следует, что на одной атомной орбитали может находиться не более двух электронов, причем они должны иметь противоположные (антипараллельные) спины.

4. Правило Хунда (Гунда). В пределах одного подуровня (например, p, d, f) электроны сначала по одному занимают все вырожденные (равные по энергии) орбитали, и только после этого начинают образовывать электронные пары. При этом неспаренные электроны на одном подуровне имеют одинаково направленные (параллельные) спины.

Ответ: Этот порядок определяется принципом наименьшей энергии, который конкретизируется правилом Клечковского (правило суммы $n+l$), а также принципом Паули и правилом Хунда, которые регулируют размещение электронов на орбиталях и подуровнях.