О природе минералов 1 Введение

Рис. 1.2
Радиальные электронные плотности ионов
щелочных металлов [2, р. 38]. Отметим сжатие
внутренних квантовых оболочек при увеличении
заряда ядра.
ции в группе
 р,
пять одинакового вида простран-
ственных расположений в группе
 d
и семь также
одинаковых орбиталей
 f
(исключая случаи, когда
сказывается влияние магнитных полей, что уже
отмечалось).
Энергия каждого типа орбиталей может быть
рассчитана и в первом приближении представля-
ет собой энергию, требуемую для того, чтобы уда-
лить электрон из атома, т. е. эта энергия представ-
ляет собой потенциал ионизации электрона.
1.4 Периодическая система
Используя данную выше характеристику кванто-
вых чисел, можно постепенно продолжать постро-
ение электронных структур элементов посред-
ством заполнения энергетических уровней элек-
Рис. 1.3
Распределение электронов, рассчитанное из
волнового уравнения для орбиталей
 s, p
и
 d
[2, р. 38]
(сопоставьте с рис. 1.7).
тронами, начиная с самого низкого уровня 1s. При
этом следует руководствоваться двумя важными
правилами, приведенными ниже.
1.
 Принцип исключения,
сформулированный
Паули, утверждает, что два электрона не могут
иметь совершенно одинаковый набор квантовых
чисел. Это означает, что два электрона способны
занимать одно и то же суборбитальное простран-
ство (например, 1
s
или 2
p
и т.д.), только если они
обладают противоположно направленными спина-
ми. Когда же два электрона занимают одну орби-
таль, то их называют спаренными.
2.
 Правило наибольшей мулыпиплетности.
Это эмпирическое правило гласит, что электроны
избегают находиться на одних и тех же орбиталях.
Поэтому в каждой из групп
 р, d
или
 f
в первую
очередь заполняется как можно больше орбита-
лей различной ориентации, прежде чем начнется
какое-либо спаривание электронов.
Построение атомных конфигураций по этим
принципам приводит, естественно, к известному
пространственному расположению, присущему пе-
риодической системе элементов (см. Приложе-
ние IV). В табл. 1.1 показан процесс заполнения

---

Оболочка
Квантовая группа
Элемент
H
Не
Li
Be
В
С
N
О
F
Ne
K
1
s
L
2
s
2
p
x
2
p
y
2p
z
энергетических уровней для первых десяти эле-
ментов. Из нее видно действие двух приведен-
ных выше правил, согласно которым электроны
на одинаковых орбиталях имеют противоположно
направленные спины. Так, при переходе от бора к
азоту сначала заполняются три орбитали
 р
, пре-
жде чем происходит спаривание электронов.
В полном объеме электронные конфигурации
элементов даны в табл. 1.2. Из нее видно, что мак-
симальное число электронов в оболочке равно 2
n
2
,
где
η —
главное квантовое число. Важно отметить
также, что у аргона
 (Z =
18) оболочка
 M
ока-
зывается временно заполненной восемью электро-
нами и при этом начинает заполняться оболочка
N.
Оболочка
 M
снова начинает застраиваться у
скандия
 (Z
= 21) с появлением электрона на ор-
битали 3d. У меди
 (Z
= 29) эта оболочка пол-
ностью укомплектована 18 электронами, а после
цинка
 (Z =
30) снова начинает расширяться обо-
лочка
 N.
Ряд скандий-цинк охватывает переход-
ные элементы. Похожее явление с оболочкой
 N
на-
блюдается у Y
 (Z —
39), тогда как оболочка
 О
заполняется у лантана, а оболочка
 N
вновь увели-
чивается у церия, пока не достигнет предельного
максимума из 32 элементов у иттербия. Последний
ряд переходных элементов начинается с актиния
(Z
 =
89).
Поскольку на способность элементов вступать
в химическую связь доминирующее влияние ока-
зывают внешние электронные орбитали, рассмот-
ренные ряды переходных элементов охватывают
элементы, которые хотя и возрастают по атомному
номеру, но имеют очень близкие химические свой-
ства. Эта особенность наиболее четко проявляет-
ся у редкоземельных элементов, чьи химические
свойства столь близки, что их химическое разде-
ление представляет большие трудности.