2-mavzu. Kimyo fanining asosiy qonunlari

Ko’p elektronli atomlar

Vodorod atomidan boshqa ko’p elektronli atomlardagi har qaysi elektronning holatini ham to’rt kvant son n,l, m va m_s bilan belgilash mumkin. Bu sonlar vodorod atomidagi kvant sonlar qiymatlariga teng deb qabul qilinadi.
Ko’p elektronli atomlarda elektron faqatgina yadro maydonida­gina emas, balki boshqa elektronlararo maydonlarda ham harakatla­nadi, ya’ni n bir xil qiymatga, l esa turli qiymatlarga ega bo’l­ganligi sababli elektronlarning energiyalari ham turli qiymatga ega bo’lib qoladi. Shuning uchun ko’p elektronli atomlarda elektron energiyasi ikki kvant soni n va l bilan belgilanadi. Bunday holatda elektronning energiyasi n va l ortib borishi bilan ko’payadi.
Atomdagi elektronlar soni ortib borishidagi energiyaning o’zgarishi l ortib borishidagi energiyaga qaraganda birmuncha sezilarli bo’la­di. Natriy atomidan chiqarib yuborilgan elektronning kvant sonlari n =3, l= 0 (3s) ga teng bo’lgan qavatdagi va n=3^ l=1 (3p) ga teng bo’lgan qavatdagi energiyalarning ayirmasi 2,1 eV ga teng. Bu miqdor, kvant sonlari n=3, l=0 (3s) va n=4, l=0 (4s) ga teng bo’lgan qavatlardagi energiyalar ayirmasi miqdori (3,1 eV) ga yaqinlashadi. Elektronlar soni ortib borgan sari atomlarda l o’zga­rishi bilan energiya sezilarli ravishda o’zgaradi. Bu atomlarning tuzilishini turlicha bo’lishi bilan tushuntiriladi. Umuman, ko’p elektronli atomlarda energetik qavatlarning o’zgarishini quyidagi­cha yozish mumkin: n, -s, (n-1)d va (n-2)f qavatlari energiyalari jihatidan birbiridan kam farq qilib, n,p- qavatlariga nisbatan kichkina qiymatga ega bo’ladi.
Shunday qilib, energiyaning ortib borishi quyidagi energetik qa­vatlar tartibida xarakterlanadi:
1s< 2s < 2p< 3s< 3p< 4s»3d< 4p< 5s»
4d< 5p<6s»5d<4t<6p¹²
Ko’p elektronli atomlar­da elektronlarning holatlari Pauli prinsipi asosidagi kvant me­xanik qonunga javob beradi. Ushbu prinsipga muvofiq atom va mole­kulyar sistemada to’rttala kvant sonlar bir-biriga teng bo’lgan"ikkita elektron bo’la olmaydi. Pauli prinsipi atomda bosh kvant soni n ma’lum qiymatga ega bo’lgan elektronlar sonini cheklab qoyadi.
Agar n=1 bo’lsa, u holda l=0 va m_e=0 ga ega bo’ladi. Shuning uchun n=1 ga teng bo’lganda elektronlar bir-birlaridan spin kvant sonlari bilan farq qiladi. Shunday qilib, atomda bosh kvant soni n=1 bo’lgan ikki elektron bo’lishi mumkin.

n l m_e m_s

1.Birinchi elektron 1 0 0 +1/2
2.Ikkinchi elektron 1 0 0 -1/2
Shunga o’xshash n=2 bo’lgan holatda kvant sonlari bir-biriga o’xshash bo’lmagan 8 elektron borligini kuzatishimiz mumkin:

N	L	M	ms	n	l	M	ms
2	0	0	½	2	1	0	+1/2
2	0	0	½	2	1	0	-1/2
2	1	1	+1/2	2	1	+1	+1/1
2	1	1	-1/2	2	1	+1	-1/2

Xuddi shu usul bilan bosh kvant soni n=2 ga teng bo’lganda elekt­ronlarning maksimal soni ko’pi bilan 18 ga, n=4 bo’lganda Z=2 ga teng ekanligini hisoblab topish mumkin. Umuman, bosh kvant son n qiymatga ega bo’lsa elektronlarning eng ko’p soni 2 n² ga teng bo’ladi. Bosh kvant son n ning qiymati elektronlarning yadrogacha bo’l­gan o’rtacha masofasini belgilaydi, shu sababli bir xil qiymatga ega bo’lgan elektronlar yig’indisi elektron qavat deb ataladi (elektron qavatlarni belgilash yuqorida ko’rsatib o’tilgan edi).
n qavatda orbital kvant soni, l ning qiymatlari 0 dan (n-1) ga qadar bo’lishi mumkin. Yuqorida ko’rsatilganidek, har qaysi qa­vatdagi maksimal elektronlar soni 2 n² ga teng bo’lgani uchun, ya’­ni birinchi qavatda ko’pi bilan 2 ta, ikkinchi qavatda 8 ta va ho­kazo elektron bo’ladi. Shunga muvofiq har qaysi qavatlardagi elektronlarning eng ko’p soni esa 2 (2l+1) ga teng bo’ladi. Agar s qavatchada bir-biriga qarama-qarshi spinga ega bo’lgan 2 ta elekt­ron bo’lishi mumkin bo’lsa, r qavatchada elektronlar soni oltita bo’- ladi. U holda elektronlar spinlari qanday taqsimlanadi, degan savol tug’iladi. Masalan: azot atomining elektron konfigurasiyasi 1s^2.2s^2.2p³ formulaga ega (ya’ni birinchi qavatda 2 ta ikkinchi qa­vatda 5 ta) bo’ladi. Bu formulaga asosan elektronlarni ikki xil variantda joylashtirish mumkin¹³:
Har qaysi yacheykalar ma’lum orbitalga mos keladi, ya’ni har qaysi orbitalda bir-biriga qarama-qarshi spinga ega bo’lgan ikki elekt­ron joydanishi mumkin. Birinchi sxemada r elektronlar turli m_s qiymatga, ikkinchi sxemada esa ikkita p elektronda m_s qiymati bir xil. Shunga o’xshash ko’pgina elementlarda elektronlarning joylanish variantlari ko’p sonni tashkil qiladi, ya’ni d qavatchalarda yacheykalar soni 5 ga teng bo’lgani uchun, d qavatchada 10 ta, f qavatchalar soni 7 ga teng bo’lgani uchun f qavatchada 14 ta elektron joylashishi mumkin.
Kvant mexanikasi va spektral analiz natijalari shuni ko’rsa­tadiki, kam energetik holatga ega bo’lgan atomlarda kvant yacheyka­larining elektronlar bilan to’lib borishi quyidagicha sodir bo’ladi: kvant yacheykalarga elektronlar taqsimlanishida birinchi navbatda ular magnit kvant m_s coni turli qiymatlarga ega bo’lgan elektron­lar bilan to’ladi, keyinchalik elektronlar ko’payib borishi natija­sida yacheykalarda spini qarama qarshi bo’lgan elektronlar joylasha­di. Energetik yacheykalarning elektronlar bilan to’lishida ularning spin kvant sonlar yig’indisi eng yuqori qiymatga ega bo’lishiga in­tiladi. Bu Gund qoidasi deb ataladi. Yacheykalarning elektronlar bilan to’lib borishi elementlarning fizik va kimyoviy xossalari davriy o’zgarishini vujudga keltiradi.