Распределение электронов ванадия по квантовым ячейкам

Состояние электронов в атоме с позиции квантово-механической модели оп-
ределяется плотностью вероятности обнаружения электрона в данной области про-
странства. Граничная поверхность, внутри которой сосредоточена область наи-
большей вероятности обнаружения электрона, называется атомной орбиталью
(АО) . Атомная орбиталь характеризуется набором трёх параметров, называемых
квантовыми числами.
Главное квантовое число n в основном опpеделяет энеpгию АО. Его зна-
чение равно номеру энергетического уровня, на котором находится электрон.
Оpбитальное квантовое число в основном опpеделяет фоpму АО и, в
некоторой степени, ее энеpгию. Значение определяет энергетический
подуровень (s-, p-, d- или f-), на котором находится электрон.
Магнитное квантовое число m опpеделяет пpостpанственную оpиентацию
данной АО.

Кpоме этих квантовых чисел, хаpактеpизующих АО, имеется еще одно
квантовое число − s (спиновое) , являющееся собственной хаpактеpистикой
электpона.
Электроны в атоме расположены на энергетических уровнях, которые со-
держат различные энергетические подуровни, состоящие, в свою очередь, из
определенного количества атомных орбиталей: s- подуровень состоит из одной,
р- подуровень ─ из трех, d- подуровень ─ из пяти и f- подуровень ─ из семи
орбиталей.
Условная запись, представляющая распределение электронов атома по энерге-
тическим уровням и подуровням (атомным орбиталям) , называется электронной
формулой атома. Для составления электронной формулы, в которой представ-
лено состояние каждого электрона (его энергия, форма орбитали, магнитные ха-
рактеристики) , необходимо знать:
− последовательность заполнения подуровней электронами (принцип наименьшей
энергии) ,
− максимальную емкость каждого подуровня.
При распределении электронов по квантовым ячейкам следует руководство-
ваться принципом Паули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковым
набором значений всех квантовых чисел, т. е. атомная орбиталь не может содер-
жать более двух электронов, причем их спиновые моменты должны быть проти-
воположными
↑↓

Система обозначений в общем виде выглядит так:

nℓx,

где п − главное, ℓ − орбитальное квантовые числа; х − количество электронов,
находящихся в данном квантовом состоянии. Например, запись 4d3 может быть
истолкована следующим образом: три электрона занимают четвертый энергетиче-
ский уровень, d- подуровень.

Характер застройки энергетических подуровней определяет принадлежность
элемента к тому или иному электронному семейству.

В s-элементах происходит застройка внешнего s-подуровня, например,

11 Na 1s2 2s2 2p6 3s1
В р-элементах происходит застройка внешнего р-подуровня, например,

9 F 1s 2s2 2p5 .

К s- и p- семействам относятся элементы главных подгрупп периодической табли-
цы Д. И. Менделеева.

В d-элементах происходит застройка d-подуровня предпоследнего уровня,
например,
2 2 6 2 6 2 2
22Ti 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s .

К d-семейству относятся элементы побочных подгрупп. Валентными у этого се-
мейства являются s-электроны последнего энергетического уровня и d-электроны
предпоследнего уровня.

В f-элементах происходит застройка f-подуровня третьего наружного уровня,
например,

58Се 1s22s22p63s23p63d l04s24p64d l04f l5s25p65d16s2.

Представителями f-электронного семейства являются лантаноиды и актиноиды.