Принцип наименьшей энергии
Принцип наименьшей энергии утверждает: при построении электронной конфигурации электроны сначала занимают орбитали с меньшей энергией, а затем — с большей. Поэтому заполнение начинают с наиболее энергетически выгодных орбиталей.
Чтобы записать электронную конфигурацию, определяют порядок заполнения подуровней. Для многоэлектронных атомов обычно используют такой ряд: \(1s \rightarrow 2s \rightarrow 2p \rightarrow 3s \rightarrow 3p \rightarrow 4s \rightarrow 3d \rightarrow 4p \rightarrow 5s \rightarrow 4d \rightarrow 5p \rightarrow 6s \rightarrow 4f \rightarrow 5d \rightarrow 6p \rightarrow 7s\).
Порядок энергии подуровней удобно определять по правилу \(n+l\): чем меньше сумма главного квантового числа \(n\) и орбитального квантового числа \(l\), тем ниже энергия подуровня. Если суммы одинаковы, ниже по энергии находится подуровень с меньшим \(n\). Например, для \(4s\): \(n+l=4+0=4\), а для \(3d\): \(n+l=3+2=5\), поэтому сначала заполняется \(4s\).
У кальция 20 электронов. Заполнение идёт так: \(1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2\). Подуровень \(4s\) заполняется раньше \(3d\), потому что его энергия ниже. После заполнения конфигурации атом имеет устойчивое основное состояние.
Принцип наименьшей энергии определяет, какие подуровни заполняются раньше. Правило Хунда определяет, как электроны распределяются по орбиталям одного подуровня: сначала по одному на каждую орбиталь, затем попарно.
Какой подуровень заполняется раньше: \(4s\) или \(3d\)?
Главное
- Электроны занимают орбитали в порядке возрастания их энергии.
- Для определения порядка используют правило \(n+l\); при равных суммах раньше заполняется подуровень с меньшим \(n\).
- Принцип наименьшей энергии задаёт порядок подуровней, а правило Хунда — распределение электронов внутри подуровня.