При изучении электронной структуры атомов обнаруживается интересный факт: орбиталь 4s заполняется электронами раньше, чем орбиталь 3d. Хотя орбиталь 3d имеет более низкую энергию, важным фактором является последовательность заполнения на основе принципа Маделеева.
Принцип Маделеева утверждает, что орбитали заполняются в порядке возрастания энергии, начиная с орбиталей на нижнем энергетическом уровне. Таким образом, сначала заполняются орбитали на уровне 1s, затем 2s и 2p, и только потом орбитали 3s и 3p.
Однако, на уровне 3 энергетический момент происходит с орбиталями. Орбиталь 4s имеет более низкую энергию, чем орбиталь 3d. Это связано с особенностями строения электронных оболочек и спинов электронов. Поэтому орбиталь 4s заполняется электронами раньше, чем орбиталь 3d.
Орбиталь 4s заполняется электронами раньше орбитали 3d
В атомах, электроны располагаются в различных энергетических уровнях, называемых орбиталями. Орбитали различаются по форме и энергии. Однако, порядок заполнения орбиталей не всегда очевиден.
Во многих учебниках и таблицах Менделеева можно заметить, что орбиталь 4s заполняется электронами раньше орбитали 3d. Несмотря на то, что энергия орбитали 3d ниже энергии орбитали 4s, электроны заполняют орбиталь 4s раньше. Это явление называется «правилом формирования орбитального электронного строения».
Понять причину такого порядка заполнения можно, рассмотрев энергетические уровни орбиталей. Наиболее стабильными являются энергетические уровни орбиталей с полностью заполненным или полностью пустым подуровнем. Основываясь на этом принципе, можно объяснить, почему орбиталь 4s заполняется раньше орбитали 3d.
Орбиталь 4s имеет более низкую энергию, чем орбиталь 3d. Если электроны заполняли орбитали по возрастанию энергии, то орбиталь 3d должна была заполняться раньше. Однако, чтобы достичь более стабильной конфигурации, орбиталь 4s заполняется раньше, так как после заполнения орбиталя 3p, возникает стабильная конфигурация пустого 3d подуровня.
Таким образом, орбиталь 4s заполняется электронами раньше орбитали 3d, чтобы достичь более стабильного энергетического состояния атома и образовать полностью заполненное подуровень 3d.
| Орбиталь | Количество электронов |
|---|---|
| 4s | 2 |
| 3d | 0 |
Таким образом, порядок заполнения орбиталей в атомах не всегда соответствует порядку возрастания энергии. Правило заполнения, основанное на стабильности энергетических уровней и подуровней, объясняет, почему орбиталь 4s заполняется электронами раньше орбитали 3d.
Определение орбиталей и электронной конфигурации
Наиболее распространенной системой обозначений орбиталей является система, которая основана на следующих буквах: s, p, d, f. Буква s обозначает сферическую орбиталь, p — орбиталь формы пирога, d — двухполусферическую орбиталь, а f — орбиталь формы цветка.
Электронная конфигурация — это расположение электронов в орбиталях. Электроны располагаются по принципу, называемому принципом заполнения подобных энергий. Согласно этому принципу, орбитали с более низкой энергией заполняются электронами раньше, чем орбитали с более высокой энергией.
Таким образом, в случае с электронной конфигурацией атомов, орбитали 4s заполняются электронами раньше, чем орбитали 3d. Это связано с тем, что орбитали 4s имеют более низкую энергию, чем орбитали 3d. Следовательно, электроны будут заполнять орбитали с меньшей энергией в первую очередь по принципу заполнения подобных энергий.
Это явление называется «опережением 4s перед 3d».
Физическое объяснение порядка заполнения орбиталей
Порядок заполнения орбиталей электронами связан с энергетическими уровнями, на которых находятся эти орбитали. Уровни электронной энергии приближенно можно рассматривать как «лестницу», где каждый следующий уровень расположен выше предыдущего.
В соответствии с принципом ауфбау, орбитали заполняются от низших энергетических уровней к высшим. На первом энергетическом уровне находится только одна s-орбиталь (1s), на втором — две s-орбитали (2s) и три p-орбитали (2p), на третьем — три s-орбитали (3s), три p-орбитали (3p) и пять d-орбиталей (3d).
В случае атомов, заполнение orbitales знать, что 4s-орбиталь заполняется электронами раньше 3d-орбитали объясняется физическими особенностями энергетических уровней. Из-за внутренней структуры атомов, энергия 4s-орбитали оказывается ниже энергии 3d-орбитали. Это связано с эффектом экранировки, когда электроны более внутренних оболочек атома снижают электростатическое притяжение ядра на электроны более внешних оболочек.
Таким образом, несмотря на то, что электроны заполняют орбитали по возрастанию энергетических уровней, 4s-орбиталь заполняется раньше 3d-орбиталей из-за более низкой энергии.
Примечание: Однако, при возбуждении атома, энергия 4s-орбитали может стать выше энергии 3d-орбиталей, что приведет к изменению порядка заполнения орбиталей.