Переодическая система химических элементов. Генетический аспект - Горох А.В.
Скачать (прямая ссылка):
Как видно из приведенных графиков, величина потенциалов ионизации закономерно снижается от электрона к электрону по мере удаления от ядра и по мере снижения его заряда. Следовательно, если электронам присвоить порядковые номера с первого по девяносто второй, идя от центра атома к периферии, то эта нумерация определит и очередность их присоединения в процессе формирования электронных оболочек каждого из атомов.
Графики зависимости JEj = f(Z), иллюстрируя единую очередность снижения энергии связи каждого из электронов в атомах по мере удаления от ядра и нисходящее по величине Z снижение энергии связи изономерных электронов в естественном ряду элементов, дает основание говорить о такой же последовательности "обрастания" ядер соответствующими по номеру электронами. Из графиков следует, что еще до того, как у атомов легких элементов (от аргона и ниже) появится первый электронный слой, у тяжелых, в этом энергетическом диапазоне, сформируется первый, второй, третий, четвертый и даже пятый слои - K, L, M, N, O. Так, применительно к урану (Z=92) и аргону (Z=18) энергетика присоединения электронов к их ядрам выглядит следующим образом. Для урана энергия связи первого (К) электрона составляет 115160 эВ, восемнадцатого (М) - 11400 эВ, сорок пятого (N) - 4432 эВ, семьдесят восьмого (О) - 395 эВ. У аргона же энергия связи первого (К) электрона составляет 4408 эВ, а восемнадцатого (М) - 15,67 эВ. Это и дает основание утверждать, что к моменту, когда энергетические условия станут благоприятными для присоединения к ядру аргона первого электрона ядро урана будет окружено уже 45 электронами.
Общая схема последовательности формирования электронных оболочек в атомах естественного ряда химических элементов, основанная на данных о соответствующих потенциалах ионизации, приведена в табл. 1 , рядом с общепринятой схемой.
23
2. СТРУКТУРА ЭЛЕКТРОННЫХ ОБОЛОЧЕК АТОМОВ ЕСТЕСТВЕННОГО РЯДА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Линейная зависимость величины корня квадратного из энергии связи изономерных электронов в атомах естественного ряда химических элементов, давая реальное представление о последовательности формирования атомов, как химических индивидов, служит также основой для создания общей картины их электронного строения. Она позволяет при этом внести существенные коррективы в физические характеристики самих электронов. Этим вопросам и посвящен настоящий раздел.
2.1. Особенности изменения эффективных параметров изономерных серий электронов в зависимости от Z
Первое, что обращает на себя внимание при анализе поведения эффективных параметров электронов, так это характер изменения эффективных главных квантовых чисел изономерных серий электронов в зависимости от заряда ядра, что в конечном счете и определяет картину электронного строения атомов.
Из сводки значений эффективных главных квантовых чисел, приведенной в табл.3, видно, что для первых десяти электронов, принадлежащих K и L слоям, величина пэф практически совпадает с порядковым номером этих слоев (I и II) - отклонения в сторону уменьшения, не превышают 5%. Для третьего (М) слоя (11-28 электроны) отклонения составляют уже 7-20%, для N - электронов (IV слой) - 21 -32%, а для 32 электронов пятого О-слоя - 36-39%. Начальные электроны Р-слоя (79й - 92й) имеют пэф в интервале 3,403,20, т. е. отклонения от порядкового номера слоя (VI) составляют
здесь 43-46%.
Характер изменения пэф от одной серии электронов к другой наглядно иллюстрирует рис.7, где сопоставлены значения номера квантового слоя, традиционно принимаемого за величину главного квантового числа, и эффективных главных квантовых чисел изономерных (по порядку от ядра) электронов, образующих соответствующие оболочки. Из графиков видно, что по мере нарастания числа электронов в слое, происходит сближение значений эффективных главных квантовых чисел различных слоев. Так, максимальная разность значений пэф М-слоя и пэф Р-слоя менее 0,86, тогда как разность между номерами этих слоев равна трем. Следовательно, порядковый номер квантового слоя и значение эффективного главного квантового числа практически несопоставимы.
24
Рис. 7. Эффективные квантовые числа изономерных серий электронов, принадлежащих различным квантовым слоям. Для сравнения (—) даны традиционные значения квантовых чисел соответствующих слоев
Что касается характера изменения пэф для электронов внутри слоя, то с возрастанием номера электрона величина его главного квантового числа уменьшается по сравнению с величиной пэф электрона, начинающего соответствующий слой. В связи с этим угол
наклона к оси Z графиков ¦JEj = J(Z) каждой очередной серии электронов возрастает, свидетельствуя о том, что экранирующее влияние одинакового числа предыдущих электронов, на каждый последующий в слое, с понижением заряда ядра возрастает.
Интерес представляет и характер изменения постоянной экранирования (а,) с ростом порядкового номера электронных серий. Ее величина монотонно нарастая, примерно на единицу от серии к серии, испытывает скачкообразный прирост, примерно в две единицы, в сериях электронов, с которыми связано начало новых периодов. Изменение величины постоянной экранирования наглядно проявляется в изменении эффективного заряда ядра (Zэф = Z - а,), определяющего силу связи соответствующих электронов с ядром.
