Какой электронный слой называется завершенным

Электронные слои — это важная концепция в атомной физике, определяющая историю и структуру атомов. Каждый атом состоит из ядра и электронных оболочек, или слоев, которые орбитально вращаются вокруг ядра. Понимание того, какой электронный слой считается завершенным, является фундаментальным для понимания свойств и химических связей веществ.

Завершенный электронный слой означает, что на данном слое находится максимальное количество электронов, которое он может вместить. Всякий раз, когда электронный слой заполняется полностью, он считается завершенным. Это связано с принципом строения электронных оболочек, известным как правило Клозе.

Правило Клозе гласит, что электроны сначала заполняют s-орбитали, затем p-орбитали, d-орбитали и, наконец, f-орбитали. Каждая орбиталь может содержать от 1 до 8 электронов, причем максимальное количество на s-орбитали равно 2, на p-орбитали — 6, на d-орбитали — 10, а на f-орбитали — 14.

Например, водородный атом имеет только один электрон, который находится на единственном слое, поэтому он является завершенным. Гелиевый атом имеет 2 электрона, 2 из которых находятся на единственном слое, поэтому он также является завершенным.

Определение того, какой электронный слой считается завершенным, играет важную роль в химических реакциях и связях атомов. Знание о завершенных слоях помогает понять, как атомы образуют ионы, обмениваются электронами и образуют химические соединения. Этот принцип также влияет на свойства и химическую активность элементов в периодической системе.

Основные принципы завершенного электронного слоя

Основные принципы завершенного электронного слоя связаны с заполнением электронных оболочек атомов элементов.

1. Принцип Клейзенского (правило заполнения энергетических уровней) — электроны заполняют энергетические уровни по порядку возрастания их энергии. При заполнении энергетического уровня сначала заполняется его s-подуровень, затем p-, d- и, наконец, f-подуровни.

2. Принцип Паули (принцип взаимного исключения электронов) — в одном атоме два электрона не могут иметь все одинаковые квантовые числа (n, l, ml и ms). Они могут иметь только противоположные значения спина (спиновое квантовое число ms). Это обеспечивает стабильность электронных конфигураций атомов.

3. Принцип Гунде (правило заполнения субуровней) — подуровни заполняются в порядке возрастания их энергии до достижения максимального числа электронов для каждого подуровня. Например, п-subshell имеет максимальное число электронов, равное 6 (или максимальное число спиновых состояний, равное 12).

4. Принцип Хунда (правило заполнения орбиталей) — орбитали одного субуровня заполняются одиночными электронами с параллельным спином, прежде чем заполняются электронами с противоположным спином.

Соблюдение этих принципов позволяет определить, какой электронный слой считается завершенным в атомах различных элементов.

Распределение электронов по энергетическим уровням

Для понимания того, какой электронный слой считается завершенным, необходимо знать принципы распределения электронов по энергетическим уровням. Распределение электронов происходит в соответствии с принципом Паули, принципом неполноты внешней оболочки и правилом Хунда.

Согласно принципу Паули, в одном атоме не может находиться более двух электронов, имеющих одинаковый набор квантовых чисел. Это значит, что электроны должны занимать различные квантовые состояния с разной энергией.

Принцип неполноты внешней оболочки гласит, что электронный слой становится завершенным, когда на нем находится определенное количество электронов. Например, первая энергетическая оболочка (K-оболочка) может содержать максимум 2 электрона, вторая оболочка (L-оболочка) — 8 электронов и так далее.

Правило Хунда гласит, что электроны заполняют энергетические уровни с наименьшей энергией в первую очередь. Затем они заполняют уровни с более высокой энергией, возрастающей по мере приближения к ядру атома.

Таким образом, завершенный электронный слой достигается, когда все энергетические уровни на данной оболочке заполнены максимальным числом электронов в соответствии с принципами Паули, неполноты внешней оболочки и правилом Хунда.

Правило Хунда и заполнение подуровней

В процессе заполнения электронными орбиталями электронные слои подразделяются на подуровни, которые характеризуются формой и ориентацией орбиталей. В свою очередь, подуровни делятся на орбитали, на которых находятся электроны.

Правило Хунда, или правило заполнения электронными орбиталями, устанавливает порядок заполнения подуровней и орбиталей. В соответствии с этим правилом, электроны заполняют электронные орбитали таким образом, чтобы число электронов с одинаковым спином было максимально возможным.

При заполнении подуровней сначала заселяются орбитали с наименьшей энергией, а затем орбитали с большей энергией. Внутри каждого подуровня орбитали заполняются по принципу заполнения энергетически более низких орбиталей.

Процесс заполнения орбиталей происходит в соответствии с последовательностью: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p и т.д. Таким образом, после заполнения подуровня 2p начинается заполнение подуровня 3s, а после заполнения подуровня 3p — подуровня 4s. Такой порядок заполнения орбиталей и подуровней связан с энергетическими уровнями орбиталей.

Правило Хунда и заполнение орбиталей позволяют определить, какой электронный слой считается завершенным. Электронный слой считается завершенным, когда все его подуровни заполнены двумя электронами с противоположным спином. Например, электронный слой 1s² является завершенным, так как содержит два электрона, заполняющих подуровень 1s.

Валентные и внутренние электронные слои

Электронные слои в атоме представляют собой области пространства, где находятся электроны. Они разделяются на два типа: внутренние и валентные электронные слои.

Внутренние электронные слои состоят из всех электронов, кроме валентных. Они находятся ближе к ядру и обеспечивают стабильность атома. Внутренние электронные слои заполняются в соответствии с принципом августовского строения, также известным как правило Клейзеля. Согласно этому принципу, электроны заполняют энергетически более низкие слои передвигаясь к более высоким. Так, внутренние слои могут содержать полное количество электронов.

Валентные электронные слои находятся на самой внешней энергетической оболочке атома. Они определяют химические свойства элемента и способность атома образовывать химические связи. Валентные электронные слои могут содержать от 1 до 8 электронов, в зависимости от элемента. Самая стабильная конфигурация валентных электронов достигается, когда слой содержит 8 электронов, что соответствует правилу заполнения октета.

Валентные электронные слои играют ключевую роль в реакциях и соединениях атомов. Они определяют возможность образования химических связей и взаимодействия с другими элементами. Знание валентных электронных слоев позволяет предсказывать химические свойства и реактивность элементов.