Сучасна модель стану електрона в атомі

Властивості та енергетичні характеристики атомів

Електронні формули

Характеристика обіталей

Сучасна модель стану електрона в атомі

Література

/1/ - Романова Н. В. Загальна та неорганічна хімія. – К.: Ірпінь, ВТФ

«Перун», 2002. – 480 с. (Розділ 2. § 3.2-3.4).

/2/ - Глинка Н. Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1987. – 704 с. (Глава ІІІ.

§ 20-37).

Під час хімічних реакцій ядро атома не змінюється. Змін зазнають електронні оболонки атомів, будовою яких пояснюється багато властивостей хімічних елементів. Тому стану електронів в атомі і структурі електронних оболонок завжди приділяється велика увага при вивченні хімії.

Стан електрона в атомі описується квантового механікою, яка вивчає рух і взаємодію мікрочастинок, тобто елементарних частинок, атомів, молекул і атомних ядер. Згідно з уявленнями квантової механіки, мікрочастинки мають хвильову природу, а хвилі виявляють властивості частинок. Відносно електрона молена сказати, що він поводить себе і як частинка, і як хвиля, тобто виявляє, як і інші мікрочастинки, корпускулярно-хвильовий дуалізм (двоїстість). З одного боку, електрони як частинки чинять тиск, з другого, — потік електронів, що рухаються, супроводжується хвильовими явищами, наприклад дифракцією електронів.

Електрон в атомі не має траєкторії руху. Квантова механіка розглядає ймовірність знаходження електрона в просторі навколо ядра. Електрон, який швидко рухається, може знаходитись у будь-якій частині простору, що оточує ядро, і різні положення його розглядаються як електронна хмара з певною густиною негативного заряду. Більш наочно це можна представити так. Якби вдалося через дуже малі проміжки часу одержувати знімок положення електрона в атомі (він відобразиться на ньому у вигляді точки), то при накладанні великої кількості таких знімків можна було б одержати картину електронної хмари. І там, де точок найбільше, хмара має найбільшу густину. Максимальна густина відповідає ймовірності знаходження електрона в даній частині атомного простору. На рис. 1 зображено модель поперечного перерізу атома Гідрогену з точки зору квантової механіки. Видно, що поблизу ядра електронна густина практично дорівнює нулю, тобто електрон тут майже не буває. В міру віддалення від ядра електронна густина зростає і досягає максимального значення на віддалі 0,053 нм, а потім поступово спадає. Значить, найбільш імовірне знаходження електрона, що рухається, на віддалі 0,053 нм від ядра (на рисунку темніші місця). Чим міцніше зв'язаний електрон з ядром, тим більшу густину за розподілом заряду і тим менші розміри повинна мати електронна хмара.

Рис. 1. Електронна хмара Гідрогену з нерівномірною густиною

Простір навколо ядра, в якому знаходження електрона найбільш імовірне, називається орбіталлю.

У ньому міститься ~ 90 % електронної хмари. Це означає, що близько 90 % часу електрон знаходиться в цій частині простору. Орбіталі атома мають різні розміри. Очевидно, що електрони, що рухаються в орбіталях меншого розміру, сильніше притягуються ядром, ніж електрони, що рухаються в орбіталях більшого розміру. Електрони, які рухаються в орбіталях близьких розмірів, утворюють електронні шари. Електронні шари називають також енергетичними рівнями. Енергетичні рівні нумерують, починаючи від ядра: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Іноді їх позначають буквами відповідно К, L, М, N, О, Р, Q.

Ціле число n, яке означає номер рівня, називається головним квантовим числом. Воно характеризує енергію електронів, що займають даний енергетичний рівень. Найменшу енергію мають електрони першого енергетичного рівня, найближчого до ядра. Порівняно з електронами першого рівня електрони наступних рівнів характеризуються більшим запасом енергії. Очевидно, слабкіше зв'язані з ядром електрони зовнішнього рівня.

Число енергетичних рівнів в атомі, заповнених електронами, чисельно дорівнює номеру періоду, в якому знаходиться елемент: в атомів елементів І періоду — один енергетичний рівень, II періоду—два, III періоду — три і т. д. Найбільше число електронів на енергетичному рівні дорівнює подвоєному квадрату номера рівня, тобто

N = 2n², (2.2.1)

де N — число електронів; n — номер рівня (рахуючи від ядра), або головне квантове число.

Відповідно до рівняння (2.2.1), на першому, найближчому до ядра енергетичному рівні може розміститися не більше 2 електронів, на другому — не більше 8, на третьому — не більше 18, на четвертому — не більше 32.

Крім обертання навколо ядра, електрон має ще свій власний рух — спін. Спрощено спін (від англ. sріn — обертання) можна уявити як рух електрона навколо власної осі. Якщо два електрони мають однакові напрямки обертання, то говорять, що це електрони з паралельними спінами, а якщо напрямки обертання у них протилежні (один електрон обертається навколо власної осі за годинниковою стрілкою, а інший — проти годинникової стрілки), то це електрони з антипаралельними (протилежними) спінами. Два електрони з протилежними спінами створюють навколо себе магнітне поле з протилежно спрямованими силовими лініями. Це забезпечує умови для взаємного притягання електронів.

На одній орбіталі може перебувати лише два електрони, які мають протилежні (антипаралельні) спіни.

Схематично атомну орбіталь позначають так:

де квадрат — це орбіталь, а стрілки — електрони з антипаралельними спінами.

Одноелектронна орбіталь зображується так:

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Розвиток періодичного закону	\|	Характеристика орбіталей

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.