Учебник по ТНЭК

1.5. Правило Клечковского

При заполнении таблицы для атомов с зарядами Z≥19, при переходе из одной орбитальной ячейки в другую, приходится учитывать правило Клечковского, представляющее особую сложность. Поясним его подробнее.

1. В формулировке, приведенной выше §1.1, правило удобно для составления алгоритма при программировании, например:

Sub Klechkovski()

'Для "Microsoft Word" Выдает порядок заполнения электронных орбиталей: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d.

'Основана на правиле Клечковского. Макрос создан 25.04.2008 Куклин С.А.

Dim n As Integer

Dim ni As Integer

Dim li As Integer

lstring = "spdfgh" 'буквенное обозначение оболочек

Config = "" 'строка содержащая последовательность заполнения

For n = 1 To 11

   nx = Round((n + 1) / 2 + 0.1)    'Оболочка у которой nx+lmax=n. 0.1 добавляется для округления в большую сторону (VBasic)

     For ni = nx To n ' Существует еще n-nx оболочек у которых ni+li=n

       li = n - ni' Орбитальное квантовое число

        Config = Config + Str(ni) + Mid(lstring, li + 1, 1)     'строка содержащая последовательность заполнения

    Next

Next

Selection.Text = Config

End Sub

2. По сути показанный алгоритм, это математическое описание ступенчатого подъема в горку и последующего скатывания. Визуально это выглядит следующим образом (рисунок 4): заполнив орбитальную ячейку, электроны начинают заполнять вышестоящую орбитальную ячейку, находящуюся левее (если она есть), затем заполнение идет еще выше и левее и, достигнув левой границы по диагонали, переходят вниз на ещё незаполненные правые орбитальные ячейки.

Рисунок 4 – Правило заполнения орбитальных оболочек атома, см.также [3*, с.47]

3. С физической точки зрения уровни энергии в атоме расположены таким образом (рисунок 5), что при росте n они постепенно сливаются – уменьшается перепад энергии DE между верхней орбиталью и орбиталью с меньшим n и большим l, то есть DE3<DE2<DE1.

Рисунок 5 – Уровни энергии атома

4. Еще проще: если наливать воду в сосуд, изготовленный по данной схеме, то он будет наполняться в правильном порядке: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, ….

Демонстрация порядка заполнения электронами энергетических уровней

(активизируйте рисунок и щелкните по кнопке 'Show')