2-ая олимпиада, 2002 год (10)

В атоме каждый электрон занимает свободную орбиталь с наиболее низкой энергией, отвечающей его наибольшей связи с ядром, — принцип наименьшей энергии. В 1961 г. В.М. Клечковский сформулировал общее положение, гласящее: энергия электронных орбиталей возрастает в порядке увеличения суммы квантовых чисел n + l, причем в случае равенства сумм, меньшей энергией обладает орбиталь с меньшим значением n.

Последовательность энергетических уровней в порядке возрастания энергии примерно следующая:

1s < 2s < 2p < 3s < Зр < 4s > 3d < 4p < 5s > 4d < 5p < 6s > 5d > 4f < 6p

Следует отметить существование аномалий: завершенность электронного подуровня 3d10 у меди, 4d¹⁰ у серебра и 5d¹⁰ у золота достигается за счет провала внешнего s-электрона на предшествующую d-оболочку.

Физическая причина нарушения порядка заполнения связана с различной проникающей способностью электронов во внутренние слои, особой устойчивостью электронных конфигураций d⁵ и d¹⁰.

Провал электрона наблюдается также и в некоторых других элементах (например: Cr, Mo, Ru, Rh, Pd, Pt и т.д.).

Медь, серебро, золото образуют соединения, степени окисления элементов в которых превышают номер группы, поскольку энергии электронов, находящихся на (n - 1)d-орбитали близки с энергиями электронов на внешнем электронном слое и электроны d-орбиталей предпоследнего электронного слоя принимают участие в образовании соединений.

С энергетической точки зрения энергия, которая затрачивается на возбуждение элементов и переход электронов с (n - 1)d на nр-орбитали компенсируется при образовании двух, трех и более химическитх связей.