Решение. В условии задачи задано главное квантовое число n = 2

В условии задачи задано главное квантовое число n = 2. Диапазон изменения остальных квантовых чисел определяетсяэтим числом. Известно, что орбитальное квантовое число lпринимает значения 0, 1, 2, …, (n – 1). Таким образом, на уровне с n = 2 имеются орбитали с l = 0 и l = 1, то есть на втором энергетическом уровне есть s и р -подуровни. Магнитное квантовое число изменяется в пределах от –l до +l. В соответствии с принципом Паули, каждый электрон имеет в атоме единственный набор из четырех квантовых чисел. Указанную взаимосвязь квантовых чисел можно представить в виде таблицы:

Из данной таблицы видно, что второй энергетический уровень содержит s -подуровень (одна орбиталь) и p -подуровень (три орбитали). На каждой орбитали размещаются по два электрона, отличающихся значением спинового числа. Последовательно суммируя количество электронов на подуровнях, находим, что максимальное количество электронов на втором уровне равно 8.

Заполнение орбиталей в атомах происходит в соответствии с принципом минимума энергии. Известно, что основной запас энергии электрона в атоме определяется значением главного квантового числа n. Орбитальное квантовое числоlтакже влияет на величину энергии в многоэлектронных атомах, оно характеризует способность электрона проникать к ядру при наличии других электронов. Легче всего проникают к ядру и сильнее с ним взаимодействуют s -электроны, затем p-, d-, f - (и т. д.) электроны. Поэтому энергия электрона на атомных орбиталях возрастает в ряду s, p, d, f.

Последовательность заполнения уровней и подуровней в атомах определяется правилами Клечковского: заполнение подуровней происходит последовательно с увеличением суммы (n + l ), а при одинаковом значении этой суммы вначале заполняется уровень с меньшим значением n.

В соответствии с правилами Клечковского, последовательность энергетических подуровней в атоме может быть представлена рядом:

E (1 s) < E (2 s) < E (2 p) < E (3 s) < E (3 p) < E (4 s) <

< E (3 d) < E (4 p) < E (5 s) < E (4 d) < E (5 p) < E (6 s) … (5.1)

Распределение электронов по энергетическим уровням, подуровням и орбиталям описывают с помощью электронных формул атомов. Надстрочные индексы в формуле указывают число электронов, находящихся на подуровне. Общее количество электронов в атоме зависит от порядкового номера элемента в периодической системе, то есть от заряда ядра. Например, порядковый номер атома алюминия равен 13. С учетом емкости и последовательности энергетических подуровней (5.1) электронная формула алюминия имеет вид:

₁₃Al 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ¹.

Сумма надстрочных индексов здесь равна 13.

Пример 2. Постройте электронную формулу атома титана (Z = 22), используя взаимосвязь между квантовыми числами, а также правила Клечковского.