Водород элементидан бошлаб элементларнинг тартиб рақамлари ортиб бориши билан атомлардаги электронлар сони ҳам ортиб боради. Кўп электронли атомларда электрон қаватларнинг электронлар билан тўлиб бориши электронламинг энергиялари, квант сонлари қийматига, Паули, Гунд қоидаларига амал қилади. Паули 1925 йилда кўп электронли атомлами ўрганиб электронламинг квант сонлари тушунчаси ва уларнинг қийматилари асосида электронлар жойлашуви тўғрисида қуйидаги қоидани яратди. Паули принсипи: атомда тўртала квант сони бир хил бўлган икки ёки ундан ортиқ электроннинг бўлиши мумкин эма
Бу принципнинг қанчалик тўғри эканлигини He-атоми мисолида кўриб чиқайлик. Гелий (Z=2) атомида 2 та электрон бўлиб, иккала электрон учун қуйидаги квантсонлари хос бўлади:
| Квант | A | B | ||||
| n | 1 | 1 | 1 | 1 | ||
| l | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
| ml | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
| ms | +1/2(↑) | -1/2(↓) | +1/2(↑) | +1/2(↑) | ||
| Электрон формула | 1s2 ↑↓ | 1s2 ↑↑ | ||||
A-ҳолатда Паули принципига кўра дастлабки учта квант сонлари ўзаро бир хил бўлиб, I ва II электроннинг фақат тўртинчи ms квант сонлари ўзаро фарққилади. Шу сабабли иккала электрон битта ячейкада жойлашган, спинлари тескари ёъналган ва улар ўзаро жуфтлашган ҳолатда He-атомининг электрон тузилишини тўғри акс эттиради. B-ҳолатда 4 та квант сони ҳам бир хил. Агар бу ҳолат тўғри бўлса, иккита электрон битта жойга тўғри келиб, улар ёнма-ён жойлашишлари керак.
Лекин, бизга маълумки, иккита бир хил зарядли заррача битта нуқтада (устма-уст)жойлашиши мумкин эмас. Шунинг учун гелий атомидаги электронлар ҳам устма-уст жойлаша олмайди. Агар улар бирхил спинли бўлсалар, бошқа-бошқа ячейкаларда жойлашишлари керак. Аммо бунинг ҳам имконияти ёъқ, чунки He учун n = 1 бўлиб, ячейкалар сони n2 = 12 = 1 дан ортиқбўла олмайди. Шунингдек, He атоми ва ундан бошқа барча элемент атомлари учун ҳам B-ҳолат тўғри келмайди.
Гунд қоидаси
Кўп электронли атомларда электронларсони ортиб бориши билан уларжойлашиши мумкинбўлган орбитал(ячейкарлар ҳам ортиб боради. Бу ячейкаларда электронлар Гунд қоидасига амал қилган ҳолда жойлашади.
Кўп электронли атомларда электронлар ячейкаларга жойлашаётганда ўз спинларини параллел йўналтириб, спинлар йиғиндиси (∑ms → max) максимал бўлишига интиладилар.
Бу қоидага асосан ячейкага келиб жойлашадиган ҳар бир электрон биттадан бирхил энергияли ячейкани банд қилади. Z = 5(B) дан Z = 7 (N) гача бўИган элемент атомлари 2p-орбиталларининг электронлар билан тўлиб бориши бунга яққол мисол бўла олади. B атомининг 2p-орбиталида 1 та электрон ↑ бор.
Кейинги элемент—C да(Z = 6) қўшилган битта электрон —бутоқ электрон ёнига жойлашмасдан, кейинги бўш ячейкани банд қилади. Шунингдек, Z = 7 N-атомида яна битта қўшилган электрон охирги бўшуачейкани тўлдиради ↑↑. Шунда Б атомида спинлар йиғиндиси (+1/2) = 0,5; C-атомида (+1/2) + (+1/2) = 1 ва N-атомида 3(+1/2) = 3/2 = 1,5 бўлади.
Клечковский қоидаси
Атом орбиталларининг электронлар билан тўлиб боришиларнинг энергияларига боғлиқ бўлиб, “энг кам энергияли ҳолат” қоидаси амал қилади. Бунга кўра аввал энг кам энергияли (ядрога яқин) орбитал, кейин энергияси кўпроқлари тўлиб боради. Бу тартибни ўзида тўлиқ, ҳар томонлама акс эттирган қоида—Клечковский қоидасидир. Клечковский қоидаси атом электрон орбиталларининг энергетик ҳолати (n + l) йиғиндининг қийматига боғлиқлик қоидасидир.
1-қоида. Атом орбиталларини электронлар билан тўлиб боришида аввал(n + l) йиғиндининг энг кичик қийматига мос келадиган орбитал, кейин бу йиғиндининг катта қийматларига мос келувчи орбиталлар тўлади. Шу қоидага асосланиб, (n + I) = 1 + 0= 1; (n + l) = 2 + 0 = 2; (n + l) = 2+ 1 = 3 қийматларга мос келувчи орбиталлами электрон билан тўлиб боришини кўриб чиқсак, аввал (n + I) = 1 орбитал (1s); кейин (n + I) = 2 орбитал (2s), (n + l) = 3 орбитал (2p) электронлар билан тўлиб боради, яъни 1s < 2s < 2p тартиб амал қилади.
2-қоида. Агар бир-неча орбитал учун (n + l) йиғиндининг қиймати бирхил бўлса, n нинг кичик қийматидан бошлаб, электрон орбиталлар электрон билан тўлиб боради. Масалан: n+l=2+1 =3 ва n+l=3+0=3 бўлсин. Иккала ҳолат учун ҳам n + l = 3. Бу электрон орбиталлардан n = 2 ва l = 1 бўлган (2p) орбитал аввал электрон билан тўлади, кейин n = 3 ва l = 0 бўлган (3s) орбитал электрон билан тўлади. Чунки n+l =2+1 орбиталнинг энергияси n+l =3 +0 орбиталнинг энергиясидан кичик, яъни E2p < E3s ёки 2p < 3s тартиб амал қилади.
Шу сингари n+l= 3+2=5(3d); n+l=4+1 =5 (4p); n+l=5+0=5 (5s); орбиталлари солиштирсак, аввал n=3, кейин n=4 ва ниҳоят, n=5 бўлган 3d; 4p; 5s орбиталлар тўлиб боради. Чунки энергияларига кўра бу орбиталлар қуйидагича жойлашади:
..3d < 4p < 5s…
Юқоридагиларга асосан электрон орбиталларининг энергиялари қийматига кўра жойлаштирсак, қуйидаги қатор юзага келади: 1s < 2s < 2p < 3s < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < < 4f < 5d < 7s < 5f < 6d < 7p….
Ҳар қандай элемент атоми электронларининг электрон орбиталларда тақсимланиши ва жойлашиш тартибини шу- қатор асосида ёзилиши атомнинг электрон конфигуратсияси дейилади. Электрон конфигуратсияни ёзиш учун:
— элементнинг тартиб рақами ва электронларсонини билиш; атомдаги электрон қаватлар сонини аниқлаш; электрон қаватларда электронлар тақсимланишини кўрсатиш; ячейкалар сони ва спинлами кўрсатиш керак.
— электрон қаватлар бўйича электронламинг тақсимланишини кўрсатиш;
— ҳар бир электрон орбитал жойлашган қаватни рақами ва улардаги электрон сонини кўрсатиш;
— энергетик ячейкалар сони, уларда электронламинг спинлари бўйича жойлашишини кўрсатиш керак.