ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Строение атома, валентность, понятие о гибридизации из "Органическая химия" По современным квантовомеханическим воззрениям отрицательно заряженному электрону приписывается двойственное состояние — частицы и волны. Это обстоятельство ус.чожняет вопрос о положении электрона в определенный отрезок времени. Поскольку электроны обладают волновыми свойствами, то нельзя говорить о какой-то круговой орбите, по которой движутся электроны. Математические расчеты дают представление о наибольшей вероятности нахождения электронов в определенной части пространства вокруг ядра. Вероятность нахождения электрона часто называется электронной плотностью, электронным облаком или орбиталью. [c.13] Квантовые числа. Состояние элек-трона характеризуется четырьмя кван-товыми числами одно из них — глав-ное и три побочных — орбитальное, магнитное, спиновое. [c.14] Главное квантовое число определяет расстояние от ядра атома до электронного уровня. В каждом энергетическом уровне есть подуровни (их число определяется орбитальным квантовым числом). [c.14] Орбитальное квантовое число I может принимать значения от О до n— 1, где п — главное квантовое число. Если f =l, то / = 0 если п — 2, то / может принять одно из двух значений О или 1, и т. д. [c.14] Орбитальное квантовое число характеризует момент количества движения. В атоме водорода энергия электрона зависит только от числа п, а в многоэлектронных атомах на каждый электрон действуют все остальные электроны. В этом случае энергия электрона зависит от значений nul. [c.14] Магнитное квантовое число т определяет ориентацию (направление) орбита-лей в пространстве. Оно изменяется в пределах от —L до +/, т. е. если /=1, то т может принять одно из трех значений —1, О и -fl. [c.14] Взаимосвязь между главным числом п и побочными квантовыми числами см. в табл. . [c.14] Наибольшее число электронов, которое может находиться на одном энергетическом уровне, определяется по формуле 2л (где п — номер энергетического уровня). Как указано в табл. 1, в атоме с п=1 (первая электронная оболочка, первый энергетический уровень) могут быть только 2 электрона, с п=2 (вторая оболочка, второй энергетический уровень) — 8 электронов, с п—З — уже 18 электронов. [c.14] В табл. 2 приведены современные графические и буквенные обозначения электронного состояния атомов 1 и II периодов системы Д. И. Менделеева. [c.15] Как видно из табл. 2, для графического изображения распределения электронов в атоме пользуются клетками (ячейками) и стрелками. Каждая ячейка соответствует одной орбитали. Ячейки Первого ряда предназначены для электронов с п=1, клетки второго ряда — для электронов с п=2. В самих клетках стрелками обозначены электроны. Число стрелок равно числу электронов в атомах. [c.15] В клетках первого вертикального ряда размещаются -электроны с соответствующим главным числом п. Согласно принципу Паули в атоме не может быть электронов, у которых все квантовые числа одинаковы. На одной орбитали возможно нахождение не более двух электронов, но с противоположными спинаад. Поэтому при графическом изображении в каждой клетке могут располагаться только две противоположно направленные стрелки. [c.15] В буквенном обозначении электронного состояния атома условно принято цифрами перед буквами (х, р, d и т. д.) указывать величину главного квантового числа п, а цифрами справа вверху — общее число электронов с данной характеристикой (см. табл. 2). [c.15] Валентность. Электроны, имеющие спины с противоположными знаками (условно обозначенные стрелками 4 ), называются электронами с антипараллель-ными спинами. Их также называют спаренными электронами. [c.15] Валентность элемента определяется числом неспаренных (одиночных) электронов на внешнем (наиболее удаленном от ядра) энергетическом уровне. Для семи элементов, приведенных в табл. 2, число валентных электронов совпадает с известной из опыта их обычной валентностью водород — одновалентен, гелий — инертен (нулевая валентность), литий — одновалентен, азот (по водороду) — трехвалентен, кислород — двухвалентен, фтор — одновалентен, неон — инертен (нулевая валентность). Однако у трех элементов из табл. 2 — у бериллия, бора и углерода — известная из опыта валентность не совпадает с числом неспаренных электронов бериллий обычно двухвалентен — по схеме у него валентность равна нулю бор обычно трехвалентен, а по схеме он одновалентен углерод, как правило. четырехвалентен, по схеме — двухвалентен. [c.15] Это несовпадение кажущееся. Приведенные схемы относятся к атомам в основном состоянии, когда атом не входит в состав молекулы. Однако валентное состояние атома, в котором он находится в молекуле, отличается от состояния свободного атома. [c.17] Орбитали 5- н р-эле.чтронов различны по форме. Вероятность нахождения -электронов в определенном месте пространства (плотность электронного об. )а-ка ) одинакова по всем направлениям ядра атома, поэтому -орбитали имеют шарообразную форму. р-Орбитали имеют форму гантели. Для электронов в р-со-стоянии в атоме и.меются три одинаковые по энергии орбитали, оси которы.ч взаи.мно перпендикулярны (рнс. 3). [c.18] Из схем I и II вытекает, что 5-электрон вследствие затраты определенного количества энергии с низшего энергетического уровня перешел на более высокий энергетический уровень (р-уровень). Затраченная энергия компенсируется энергией образования двух новых связей (переход нз двухвалентного состояния в четырехвалентное). [c.18] Это противоречие исчезает, если предположить, что в валентных состояниях углеродных атомов, т. е. в молекулах, электроны оказываются распределенными не на чистых - и р-орбиталях, а на смешанных, усредненных орбиталях. Их называют гибридными орбиталями. Форма гибридной орбитали отличается от исходных з- и р-орбиталей и имеет форму неправильной восьмерки (рис. 4). [c.19] Различают зр -, зр - и р-гибридизации. Если гибридные орбитали образованы одним 5-электроном и тремя р-электронами, то такую гибридизацию называют 5р -гибридизацией если гибридные орбитали образованы одним -электроном и двумя р-электронами, это называют р -гибридизацией, а одним 5-электроном и одним р-электроном — хр-гибридизацией. [c.19] Состояние атома углерода с электронами в 5р -гибридизации (первое валентное состояние) показано на рис. 5. Оно характерно для углерода в так называемых предельных соединениях (например, алканах, см. стр. 32). [c.19] Вернуться к основной статье