ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электронная структура атомов и периодическая система хими из "Физическая и коллоидная химия" Анализ результатов изучения радиоактивности, электрического разряда в газах, электролиза и некоторых других явлений позволил высказать предположение, что атомы состоят из каких-то более простых частиц. В дальнейшем удалось доказать, что составной частью атомов всех элементов является электрон (е ). Эта частица обладает массой в 1837 раз меньшей массы атома водорода и имеет отрицательный заряд 4,8028 10 абсолютных электростатических единиц, или 1,602-10 л. [c.14] Так как атомы электронейтральны, то, следовательно, в них должны содержаться и какие-то частицы, заряженные положительно. В изучении внутреннего строения атомов очень важное значение имели опыты по рассеянию а-частиц при прохождении их в газе и через металлическую фольгу (а-частицы заряжены положительно). В камере Вильсона наблюдаются прямолинейные пути а-частиц в газе. Следовательно, а-частица проходит сквозь атомы. Однако она, хотя и редко, но резко отклоняется от прямолинейного пути, что указывает на столкновение ее с положительно заряженной частицей. Эти наблюдения привели к выводу, что атом состоит из положительно заряженного ядра весьма малого объема ( 10 см), в котором сосредоточена почти вся масса атома, и электронов, находящихся на значительном расстоянии от ядра. На основании обобщения экспериментальных данных, Резерфорд в 1911 г. предложил планетарную модель атома, согласно которой атом в целом нейтрален, а положительно заряженное ядро его окружено электронами, причем число их равно заряду ядра (порядковому номеру элемента). Электроны связаны с ядром электростатическими кулоновыми силами притяжения разноименных зарядов. Исследования строения атома подтвердили основные положения ядерной теории. [c.14] Дальнейшее развитие квантовой теории позволило решить вопрос об электронной структуре атомов различных элементов, привести ее в полное соответствие с периодической системой элементов Д. И. Менделеева и раскрыть причины периодичности свойств элементов. Распределение электронов на свободных энергетических уровнях (оболочках) атомов происходит так, что в нормальном состоянии атома в первую очередь заполняются наиболее низкие энергетические уровни в порядке последовательного формирования электронных оболочек К, L, М и т. д. В соответствии с принципом Паули максимальное число электронов N на какой-либо оболочке выражается формулой N=2n , где п — главное квантовое число. [c.15] Главное квантовое число характеризует общий энергетический уровень (оболочку) целой группы состояний электрона и определяет порядковый номер уровня, считая от ядра. Для ближайшего к ядру уровня (А[-оболочки) п=1, для второго уровня (L-оболочки) п=2 И Т. д. Исходя из этого, максимальное число электронов на уровнях К, L, М. N соответственно равно 2, 8, 18, 32. Каждая оболочка, представляющая собой группу состояний электрона и отвечающая определенному п, делится на подобо-лочки (подгруппы), которые обозначаются буквами s, р, d, /. Энергия каждой подоболочки характеризуется побочным квантовым числом I. Согласно квантовой механике, оно может иметь значения любых целых чисел от О до (п—1). Так, например, в М-оболочке (п=3) имеются три подгруппы s, р. d. которые характеризуются соответственно побочными квантовыми числами /=0, /=1, 1=2. Общее число подоболочек в каждой оболочке равно главному квантовому числу. Третье квантовое число т называется магнитным и имеет значение ряда целых чисел от —I до +1, включая /=0. Общее число возможных значений т равно 2/-f 1. Например, при побочном квантовом числе 1=2 магнитное квантовое число может иметь следующие пять значений —2, —1, О, 4-1, +2. [c.15] Структура электронных оболочек атомов в основном состоянии для первых 20 элементов периодической системы приводится в табл. 2. [c.16] Для сокращенной записи размещения электронов в атоме, например серы, принято обозначение 1 , 25 , 2р , 35 , Зр. Число электронов, заполняющих данную подоболочку, записывается справа (вверху) при ее символе. [c.16] Исследование электронной структуры атомов позволило доказать, что причиной периодического повторения свойств элементов с возрастанием порядкового номера является периодическое повторение процесса постройки новых электронных оболочек. К одной группе периодической системы всегда принадлежат те элементы, у атомов которых в наружных оболочках находится одинаковое число электронов. Так, атомы всех инертных газов, кроме гелия, содержат по 8 электронов в наружной оболочке и Груднее всех ионизируются, между тем как атомы щелочных металлов содержат по одному электрону в наружной оболочке и обладают наиболее низким ионизационным потенциалом. Щелочные металлы только с одним электроном во внешней оболочке могут легко его терять, переходя в устойчивую форму положительного иона с электронной конфигурацией, подобной ближайшему инертному газу с меньшим порядковым номером. Такие элементы, как фтор, хлор и др., по числу внешних электронов приближающиеся к конфигурации инертных газов, наоборот стремятся приобрести электроны и воспроизвести эту электронную конфигурацию, переходя в соответствующий отрицательный ион. [c.16] Химические свойства атома определяются в первую очередь числом электронов наружной оболочки и энергией связи их с атомом. [c.16] Хотя азот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут имеют по пять наружных электронов, однако энергия их связи с атомом различна и убывает при переходе от азота к висмуту. Этим объясняется давно установленный факт нарастания металличности в ряду от элементов с меньшим порядковым номером к большему, ослаблением в этом же направлении кислотных свойств и нарастанием основных свойств их однотипных окислов, гидроокисей и некоторые другие свойства. [c.17] Вернуться к основной статье