Рівнів у багатоелектронних атомах

На основі сучасної теорії будови атома встановлені електронні структури атомів усіх елементів.

Найстійкішим є такий стан атома, у якому електрони перебувають у найнижчих енергетичних станах, тобто розміщуються на найближчих до ядра енергетичних рівнях. Енергія електрона визначається квантовими числами n і l.

Послідовність заповнення атомних електронних орбіталей залежно від головного та орбітального квантових чисел дослідив учений Клечковський. Він установив, що енергія електрона зростає зі збільшенням суми цих двох квантових чисел, тобто величини (n+l). Відповідно до цього вчений сформулював таке положення (перше правило Клечковського): під час збільшення заряду ядра атома послідовне заповнення електронних орбіталей відбувається від орбіталей з меншим значенням суми головного й орбітального квантових чисел (n+l) до орбіталей з більшим значенням цієї суми. У разі однакових величин суми (n+l) енергія електрона тим вища, чим більше значення головного квантового числа n. У подібних випадках заповнення електронами енергетичних підрівнів визначається другим правилом Клечковського: за однакових значень суми (n+l) заповнення орбіталей відбувається послідовно в напрямі зростання значення головного квантового числа n. Коли значення енергії близьких підрівнів дуже мало відрізняються між собою, то порядок заповнення підрівнів ускладнюється, і електрони можуть перебувати то на одному, то на іншому підрівні.

У багатоелектронних атомах заповнення електронами всіх енергетичних рівнів і підрівнів залежно від їх енергії відбувається в такій послідовності:

1s–2s–2p–3s–3p–4s–3d–4p–5s–4d–5p–6s–5d–4f–6p–7s–6d–5f–7p.

Відповідно до наведеної схеми послідовності заповнення енергетичних рівнів електронами змінюватиметься і енергія електронів. На кожному наступному енергетичному рівні енергія електронів більша, ніж на попередньому, а зв’язок із ядром відповідно менший. У межах певного енергетичного рівня енергія електронів збільшується під час переходу із s- на p-орбіталь і з p- на d-орбіталь.

Заповнення електронами еквівалентних орбіталей відбувається згідно з правилом Гунда: сумарне спінове число електронів певного підрівня має бути максимальним. Наприклад, якщо атом має три електрони на р-підрівні, то вони розміщуються на р_x-, p_y-, p_z-орбіталях, тобто на кожній орбіталі буде по одному електрону. У разі іншого розміщення електронів (двох на одній орбіталі та третього на іншій) сумарне спінове число буде меншим, ніж у першому варіанті.