Користувач:IVBort/пісочниця

Періодична система хімічних елементів побудована за **принципом Ауфбау** та повним квантовим числом $w=n+3l/4$ ^[1].

Принцип Ауфбау ((англ. Aufbau principle, нім. Aufbauprinzip, від німецького Aufbauprinzip, що означає «принцип нарощування») — це базис періодичної системи хімічних елементів, який полягає в тому, що в основному стані атома, або іона, електрон спочатку займає енергетичний рівень з найменшою доступною енергією^[2], яка визначається повним квантовим числом $w=n+3l/4$ , де $n$ — головне квантове число, яке визначає період, $l$ — азимутальне квантове число, яке визначає блок в структурі періодичної системи^[1].

Історія ред.

Всі процеси у фізиці, хімії, біології та техніці відбуваються за фундаментальним принципом мінімуму потенціальної енергії, який вказує напрямок переміщення системи. В квантовій механіці це принцип мiнiмальностi енерґiї^[3]. При цьому енергія вивільнюється у вигляді кванта світла. Для атомів електрони спочатку заповнюють рівні з найменшою потенційною енергією. Цей принцип був сформульований Нільсом Бором на початку 1920-х років, як принцип Ауфбау, що означає «принцип нарощування»^[2]. Але з практичною реалізацією цього принципу виникли проблеми через те, що за теорією Шредінгера енергію електронного рівня визначає головне квантове число $n$ ^[3], а заповнення електронних оболонок складних атомів відбувається по іншому^[4]. Щоб вирішити цю невідповідність у 1945 році американський хімік Вільям Вісвессер запропонував заповнювати блоки в порядку зростання значень функції^[5]:

$W(n,l)=n+l-{\frac {l}{l+1}}.$

У 1962 році російський агрохімік В. М. Клечковський запропонував правило^[6] за яким послідовне заповнення блоків відбувається в міру зростання суми головного та орбітального квантових чисел $(n+l)$ та зробив теоретичне пояснення важливості цього правила на основі рівняння Томаса — Фермі. Однак, це були емпіричні правила, яки описували лише відхилення будови атома від принципу Ауфбау. У 2023 році український фізик О. Кучеров та А. Мудрик знайшли енергію електронних рівнів складних атомів, яка повністю відповідає принципу Ауфбау. Для цього до рівняння Шредінгера^[3] окрім електричного потенціалу, що характеризується головним квантовим числом $n$ , було додано магнітний потенціал, що створюється магнітним полем обертального руху електронів і характеризується азимутальним квантовим числом $l$ . В результаті для енергетичного рівня складного атома було знайдено наступне рішення^[1]:

$E_{n}l=-{\frac {R}{(n+3l/4)^{2}}}$ ;

де $R$ — стала Рідберга.

Отже, енергію атомів періодичної системи визначає повне квантове число $w$ :

$w=n+3l/4$ у відповідності з принципом Ауфбау. Тобто, групу визначає головне квантовє число $n$ , блок визначає азимутальне квантове число $l$ .

Електронна конфігурація ред.

Докладніше: Періодична таблиця (електронна конфігурація)

Електронна конфігурація — послідовність розташування електронів на різних електронних оболонках атома хімічного елемента:

Електронна конфігурація^[4].
1s²	2s²	2p⁶	3s²	3p⁶	4s²	3d¹⁰	4p⁶	5s²	4d¹⁰	5p⁶	6s²	4f¹⁴	5d¹⁰	6p⁶	7s²	5f¹⁴	6d¹⁰	7p⁶

Наявність азимутального квантового числа $l$ у повному квантовому числі $w$ призводить до того, що лише блоки s² та p⁶ з'являються у своєму періоді, в той час, як блок d¹⁰ з'являється на один період пізніше, а блок f¹⁴ — на два. Саме так побудована періодична система хімічних елементів.

Див. також ред.

Примітки ред.

↑ ^а ^б ^в Kucherov, Olexandr; Mudryk, Andrey (2023). Picoscopy Discoveries of the Binary Atomic Structure. Applied Functional Materials AFM. 3 (2): 1—7.
↑ ^а ^б Kragh, Helge, '7 A Theory of the Chemical Elements', Niels Bohr and the Quantum Atom: The Bohr Model of Atomic Structure 1913—1925 (Oxford, 2012; online edn, Oxford Academic, 24 May 2012) https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780199654987.003.0007, accessed 23 Feb. 2024
↑ ^а ^б ^в Вакарчук І. О. Квантова механіка. — 4-е видання, доповнене. — Львів : ЛНУ ім. Івана Франка, 2012. — 872 с.
↑ ^а ^б Білий М.У. Атомна фізика. — Київ : Вища школа, 1973. — 395 с.
↑ Wiswesser, William J. (July 1945). The Periodic System and Atomic Structure I. An Elementary Physical Approach. Journal of Chemical Education. 22 (7): 314—322. Bibcode:1945JChEd..22..314W. doi:10.1021/ed022p314. Процитовано 5 September 2020.
↑ Klechkovskii, V.M. (1962). Justification of the Rule for Successive Filling of (n+l) Groups. Journal of Experimental and Theoretical Physics. 14 (2): 334. Процитовано 23 June 2022.

Джерела ред.

Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Дон. : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.

[AFM-3-1] а ^б ^в Kucherov, Olexandr; Mudryk, Andrey (2023). Picoscopy Discoveries of the Binary Atomic Structure. Applied Functional Materials AFM. 3 (2): 1—7.

[Kragh-2] а ^б Kragh, Helge, '7 A Theory of the Chemical Elements', Niels Bohr and the Quantum Atom: The Bohr Model of Atomic Structure 1913—1925 (Oxford, 2012; online edn, Oxford Academic, 24 May 2012) https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780199654987.003.0007, accessed 23 Feb. 2024

[Vak-3] а ^б ^в Вакарчук І. О. Квантова механіка. — 4-е видання, доповнене. — Львів : ЛНУ ім. Івана Франка, 2012. — 872 с.

[Biliy-4] а ^б Білий М.У. Атомна фізика. — Київ : Вища школа, 1973. — 395 с.

[5] Wiswesser, William J. (July 1945). The Periodic System and Atomic Structure I. An Elementary Physical Approach. Journal of Chemical Education. 22 (7): 314—322. Bibcode:1945JChEd..22..314W. doi:10.1021/ed022p314. Процитовано 5 September 2020.

[6] Klechkovskii, V.M. (1962). Justification of the Rule for Successive Filling of (n+l) Groups. Journal of Experimental and Theoretical Physics. 14 (2): 334. Процитовано 23 June 2022.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]