ическим законом.

Продолжим рассмотрение электронного строения атомов. Мы остановились на атоме аргона, у которого целиком заполнены 3s- и Зр-подуровни, но остаются незанятыми все орбитали З^-под-уровня. Однако у следующих за аргоном элементов — калия [(Z = 19) и кальция (Z = 20) — заполнение третьего электронного слоя временно прекращается и начинает формироваться 3-подуровень четвертого слоя: электронное строение атома ка« лия выражается формулой ls22s22pe3s23p64s*, атома кальция — ls22s22p63s23p64s2 и следующими схемами:

4$

JL

НЩ1Н

3d

Са

4s 11

и

Причина такой последовательности заполнения электронных энергетических подуровней заключается в следующем. Как указывалось в § 31, энергия электрона в многоэлектронном атоме определяется значениями не только главного, но и орбитального квантового числа. Там же была указана последовательность расположения энергетических подуровней, отвечающая возрастанию энергии электрона. Эта же последовательность представлена на рис. 22.

Как показывает рис. 22, подуровень 45 характеризуется более низкой энергией, чем подуровень 3d, что связано с более сильным экранированием ^-электронов в сравнении с s-электронами. В соответствии с этим размещение внешних электронов в атомах калия и кальция на 45-подуровне соответствует наиболее устойчивому состоянию этих атомов.

Последовательность заполнения атомных электронных орбита-лей в зависимости от значений главного и орбитального квантовых чисел была исследована советским ученым В. М. Клечков-ским, который установил, что энергия электрона возрастает по мере увеличения суммы этих двух квантовых чисел, т. е. величины (п + /). В соответствии с этим, им было сформулировано следующее положение (первое правило Клечковского): при увеличении заряда ядра атома последовательное заполнение электронных орбиталей происходит от орбиталей с меньшим значением суммы главного и орбитального квантовых чисел (п -f- /) к орби-талям с большим значением этой суммы.

Электронное строение атомов калия и кальция соответствует этому правилу. Действительно, для З^-орбиталей (п = 3, 1 — 2) сумма (п + /) равна 5, а для 45-орбитали (п — 4, / — 0)—равна 4. Следовательно, 45-подуровень должен заполняться раньше, чем подуровень 3d, что в действительности и происходит.

Итак, у атома кальция завершается построение 45-подуровня, Однако при переходе к следующему элементу — скандию (Z == ==21)—возникает вопрос: какой из подуровней с одинаковой суммой (п + l)—3d (п = 3, / = 2), 4р (п =-4, /= 1) или 5s (п = 5, / з= 0) — должен заполняться? Оказывается, при одинаковых величинах суммы (п -f- /) энергия электрона тем выше, чем больше значение главного квантового числа п. Поэтому в подобных случаях порядок заполнения электронами энергетических подуровней

7*—.

нгггт „

Рис, 22. Последовательность заполнения электронных энергетических подуровней в атоме.

4рхт

П.,

^.ггп,

?/у ТТЛ.

ДЦ, I ,I.I..,I...L. if) | II I I I lL

1s П

при переходе к каждому последующему ^-элементу новый электрон появляется не во внешнем (д = 4), а во втором снаружи (п — 3) электронном слое. В связи с этим важно отметить, что химические свойства элементов в первую очередь определяются структурой внешнего электронного слоя их атомов и лишь в меньшей степени зависят от строения предшествующих (внутренних) электронных слоев. У атомов всех переходных элементов внешний электронный слой образован двумя ^-электронами *; поэтому химические свойства ^-элементов с увеличением атомного номера изменяются не так резко, как свойства s- и р-элементоз. Все 4-эле-менты принадлежат к металлам, тогда как заполнение внешнего р-подуровня приводит к переходу от металла к типичному неметаллу и, наконец, к благородному газу.

После заполнения Зс^-подуровня (п = 3, / == 2) электроны, в соответствии со вторым правилом Клечковского, занимают подуровень 4р(п —4, /= 1), возобновляя тем самым построение Af-слоя. Этот процесс начинается у атома галлия (Z — 31) и заканчивается у атома криптона (Z = 36), электронное строение которого выражается формулой ls22s22p63s23dl04s4pQ. Как и атомы предшествующих благородных газов — неона и аргона, — атом криптона характеризуется структурой внешнего электронного слоя ns2npG, где п — главное квантовое число (неон — 2s22p6, аргон — 3s23pe, криптон — 4$24р6).

Начиная с рубидия, заполняется 5$-подуровень; это тоже соответствует второму правилу Клечковского. У атома рубидия (Z = = 37) появляется характерная для щелочных металлов структура с одним s-электроном во внешнем электронном слое. Тем самым начинается построение нового — пятого — периода системы элементов. При этом, как и при построении четвертого периода» остается незаполненным ^-подуровень предвнешнего электронного слоя. Напомним, что в четвертом электронном слое имеется уже и /-подуровень, заполнения которого в пятом периоде тоже не происходит.

У атома стронция (Z = 38) подуровень 5s занят двумя электронами, после чего происходит заполнение 4й-подуровия, так что следующие десять элементов — от иттрия