Энергии атомных орбиталей
23,010 Views
В атоме отрицательно заряженные электроны притягиваются к положительно заряженным ядру. В многоэлектронном атоме также наблюдаются электрон-электронные отталкивания. Притягивающие и отталкивающие силы зависят от расстояния между частицами, а также знака и величины зарядок отдельных частиц. Когда заряды частиц противоположны, они притягивают друг друга. Если оба частицы заряжена одинаково, они отталкивают друг друга.
По мере увеличения величины зарядов увеличивается сила. Однако, когда разделение зарядов больше, силы уменьшаются. Таким образом, сила притяжения между электроном и его ядром прямо пропорциональна расстоянию между ними. Если электрон ближе к ядру, он более тесно связан с ядром; поэтому электроны в разных оболочках (на разных расстояниях) имеют разные энергии.
Для атомов с несколькими энергетическими уровнями внутренние электроны частично экранируют внешние электроны от вытягивания ядра из-за электрон-электронных отталкиваний. Электроны ядра экранируют электроны в наружных оболочках, в то время как электроны в одной и той же оболочке валентности не блокируют притяжения, испытываемые друг другом, так же эффективно. Это можно объяснить концепцией эффективного ядерного заряда, Zeff. Это тяга, оказываемая ядром на конкретный электрон с учетом любых электрон-электронных отталкиваний. Для водорода существует только один электрон, поэтому ядерный заряд (Z) и эффективный ядерный заряд (Zeff) равны. Для всех остальных атомов внутренние электроны частично экранируют внешние электроны от вытягивания ядра, таким образом:
Орбитальное проникновение описывает способность электрона быть ближе к ядру. Электроны на S-орбитали могут приблизиться к ядру и обладать более проникающей способностью.Плотность вероятности для сферической s -орбитали отлична от нуля в ядре. & nbsp; Различные подоболочки имеют разную пространственную ориентацию. Из-за того, что орбиталь имеет форму гантели, p -электрон проникает гораздо меньше. Его волновая функция имеет узел, проходящий через ядро, где вероятность найти электрон равна нулю. Таким образом, s -орбитальный электрон более прочно связан с ядром и имеет меньшую энергию, чем p -электрон. d -электрон имеет даже меньшее проникновение и более высокую энергию, чем орбитальный электрон p .
Для различных оболочек и подоболочек тенденцию проникающей способности электрона можно изобразить следующим образом
Эффект экранирования и проникновения большой, и электрон 4s может иметь меньшую энергию, чем электрон 3d.
Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 6.4: Электронная структура атомов (конфигурации электронов).