ответ: последовательность заполнения электронами уровней, подуровней, орбиталей в многоэлектронных атомах определяют:
1. принцип наименьшей энергии;
2. правило клечковского;
3. принцип запрета паули;
4. правило гунда.
принцип наименьшей энергии: максимуму устойчивости системы соответствует минимум её энергии.
следовательно, в соответствии с данным принципом электроны будут вначале располагаться на атомных орбиталях, имеющих минимальную энергию, в этом случае связь электронов с ядром наиболее прочная и атомная система находится в состоянии максимальной устойчивости.
вмногоэлектронных атомах электроны испытывают не только притяжение ядер, но и отталкивание электронов, находящихся ближе к ядру и экранирующих ядро от более далеко расположенных электронов. поэтому последовательность возрастания энергии орбиталей усложняется.
порядок возрастания энергии атомных орбиталей в сложных атомах описывается правилом клечковского: при увеличении заряда ядра атома заполнение орбиталей происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел (n+l), а при равных значениях суммы (n+l) – в порядке возрастания n.
соответственно этому правилу подуровни выстраиваются в следующий ряд (рис. 2.4.): 1s< 2s< 2p< 3s< 3p< 4s≈3d< 4p< 5s≈4d< 5p< 6s≈4f≈5d< 6p< 7s≈5f≈6d.
исключение составляют d и f – элементы с полностью и наполовину заполненными подуровнями, у которых наблюдается так называемый провал электронов, например: cu, ag, cr, mo, pd, pt (это явление будет рассмотрено позднее).
принцип запрета паулигласит: в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором четырех квантовых чисел.
согласно этому принципу, на одной орбитали, характеризуемой определенными значениями трех квантовых чисел n, l и ml, могут находиться только два электрона, отличающихся значением спинового квантового числа ms, а именно ms=+ и ms= –, т. е. спины которых противоположно направлены. это можно символически представить следующей схемой .
заполнение и не допускается.
принцип запрета паули определяет электронную емкость энергетических уровней и подуровней. на s – подуровне (одна орбиталь) может быть лишь два электрона, на p – подуровне (три орбитали) – шесть, на d подуровне (пять орбиталей) – десять, на f – подуровне (семь орбиталей) – четырнадцать электронов. вообще, максимальное число электронов на подуровне с орбитальным квантовым числом l равно 2(2l+1). поскольку число орбиталей данного энергетического уровня равно n2, емкость энергетического уровня составляет 2n2 электронов, где n – соответствующее значение главного квантового числа.
правило гунда: устойчивому (невозбужденному) состоянию атома соответствует такое распределение электронов в пределах энергетического подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спинового числа их (│∑ms│) максимально.
другими словами: заполнение орбиталей одного подуровня в основном состоянии атома начинается одиночными электронами с одинаковыми спинами. после того как одиночные электроны займут все орбитали в данном подуровне, заполняются орбитали вторыми электронами с противоположными спинами.
1) Сначала возьмем неразветвленную у.в. цепочку С-С-С-СООН, тогда можно менять положение аминогруппы и получить 3 изомера (NН2 у С2, или у С3, или у С4):
CH3-CH2-CH(NH2)-COOH 2-аминобутановая кислота (α-аминомасляная)
NH2-CH2-CH2-CH2-COOH 4-аминобутановая кислота (ß-аминомасляная)
CH3-CH(NH2)-CH2-COOH 3-аминобутановая кислота (ɣ-аминомасляная)
2) Изменим строение у.в. цепочки - поставим метил ко второму С (единственно возможный вариант): C-C(CH3)-COOH
И в этом случае можно поменять положение аминогруппы и получить 2 изомера (NН2 у С2, или у С3):
CН3-C(CH3)(NH2)-COOH 2-амино-2-метилпропановая кислота (α-аминоизомасляная)
NH2-CH2-C(CH3)-COOH 3-амино-2-метилпропановая кислота (ß-аминоизомасляная)
