ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Строение электронных оболочек атомов из "Химия" Современное описание состояния электрона в атоме дается квантовой механикой, которая изучает движение и взаимодействие микрочастт, т. е. элементарных частиц, атомов, молекул и атомных ядер. Главный тезис квантовой механики — микрочастицы имеют волновую природу, а волны — свойства частиц. Применительно к электрону можно сказать, что он ведет себя и как частица, и как волна, т. е. обладает, как и другие микрочастицы, корпускулярноволновым дуализмом (двойственностью). С одной стороны, электроны как частицы производят давление, с другой стороны, движущийся поток электронов обнаруживает волновые явления, например дифракцию электронов. [c.14] Пространство вокруг ядра, в ко-тором наиболее вероятно нахождение электрона, называется орбиталью. [c.15] Целое число п, обозначающее номер уровня, называется главным квантовым числом. Оно характеризует энергию электронов, занимающих данный энергетический уровень. Наименьшей энергией обладают электроны первого энергетического уровня, наиболее близкого к ядру. По сравнению с электронами первого уровня электроны последующих уровней будут характеризоваться ббльшим запасом энергии. Очевидно, менее прочно связаны с ядром электроны внешнего уровня. [c.15] Число заполняемых энергетических уровней в атоме численно равно номеру периода, в котором находится элемент у атомов элементов I периода— один энергетический уровень, II периода — два, III периода — три и т. д. Наибольшее число электронов на энергетическом уровне равно удвоенному квадрату номера уровня, т. е. [c.15] В соответствии с этим на первом ближайшем к ядру энергетическом уровне может находиться не более 2 электронов, на втором — не более 8, на третьем — не более 18, на четвертом — не более 32. [c.15] Теперь рассмотрим строение отдельно взятого электронного уровня (слоя). Начиная со значения главного квантового числа п = 2, энергетические уровни (слои) подразделяются на подуровни (подслои), отличающиеся друг от друга энергией связи с ядром. Число подуровней равно значению главного квантового числа 1-й энергетический уровень имеет один подуровень, 2-й — два, 3-й — три, 4-й — четыре подуровня. Подуровни в свою очередь составлены из орбиталей. Принято подуровни обозначать латинскими буквами —первый, ближайший к ядру подуровень каждого энергетического уровня, он состоит из одной 5-орбитали р — второй подуровень, состоит из трех уо-орбиталей й — третий подуровень, состоит из пяти й-орбиталей /—четвертый подуровень, содержит семь /-орбиталей. Для каждого значения п имеется орбиталей (табл. 1.1). [c.16] Было установлено, что в одной орбитали может находиться не более двух электронов (принципПау-л и). Если в орбитали находится один электрон, то он называется н е с п а -р е н н ы м, если два, то это спаренные электроны. Этот принцип поясняет формулу (1.10). В самом деле, если, например, на третьем энергетическом уровне (п = 3) содерл ится 3 = 9 орбиталей, а в каждой орбитали — по 2 электрона, то максимальное число электронов составит 2-3 = 18. [c.16] В табл. 1.1 для первых четырех энергетических уровней показана связь главного квантового числа п с числом подуровней, типом и числом орбиталей и максимальным числом электронов на подуровне и уровне, а на рис. 1.2 дана схема подразделения энергетических уровней на подуровни. [c.16] Из табл. 1.1 следует, что для характеристики электронов в атоме надо знать номер электронного уровня и типы орбиталей. Важно знать форму различных орбиталей (облаков) — это необходимо при изучении структуры молекул. [c.16] В соответствии с теоретическими данными 5-орбиталь обладает сферической симметрией, т. е. имеет форму шара. Примером может служить орбиталь атома водорода, п = 1 (рис. 1.3). Такую орбиталь называют х-орбиталью. Электрон, который занимает 5-орбиталь, называется 5-электроном. [c.16] -орбптали. Такое обозначение указывает на пространственную направленность р-орбиталей. Если р -орбиталь расположена в направлении оси х, то, очевидно, Рд -электрон с наибольшей вероятностью находится вблизи оси х. То же можно сказать сб орбиталях Ру и р . [c.17] Распределение электронов в атоме по энергетическим уровням и подуровням изображают в виде электронных формул. Покажем, как они составляются. Орбиталь с минимальной энергией— это 15-орбиталь. У атома водорода она занята единственным электроном атома. Поэтому электронная формула, или электронная конфигурация, атома водорода имеет вид 15 . В электронной формуле число впереди означает номер энергетического уровня, буквой выражается подуровень (тип орбитали), индекс справа вверху — число электронов на подуровне. [c.18] Поскольку на одной орбитали люгут находиться два электрона, то оба электрона атома гелия размещаются в 15-орбитали. Следовательно, электронная формула гелия 15 . Электронная оболочка гелия завершена и весьма устойчива. Это благородный газ. [c.18] У элементов II периода заполняется -уровень п = 2), причем сначала орбиталь 5-подуровня, а затем три орбитали р-подуровня. Так, третий электрон в атоме лития занимает 25-орбиталь. Электронная формула .1 15 25 . Электрон 25 намного слабее связан с ядром атома, чем 15-электроны, поэтому атом лития может терять его, образуя ион ЬГ. [c.18] Иногда в формулах, изображающих распределение электронов в атомах, указывают только число электронов иа каждом энергетическом уровне. Тогда их записывают так — 2.8.1, пС1 — 2.8.7, гвРе —2.8.14.2. [c.18] Орбитали подуровня заполняются так сначала по одному электрону с одинаковыми спинами, а затем по второму электрону с противоположными спинами. Поскольку в 2р-подуровне три орбитали с одинаковой энергией, то каждый из двух 2р-электронов занял по одной орбитали рх и Ру). У атома углерода два неспаренных электрона. Справа схемы в электронной формуле дана более подробная запись с указанием расположения электронов на рх а Рг,-орбиталях. I I такую запись также часто применяют. [c.19] Следовательно, у него три неспаренных электрона. Это отражено и в подробной электронной формуле (справа от схемы). [c.19] Вернуться к основной статье