ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Строение сложных атомов из "Химия" Строение атомов, имеющих на своих энергетических уровнях несколько электронов, весьма сложно и его нельзя точно математически рассчитать,как это осуществимо для атома водорода и водородообразных структур типа Не и Однако можно с достаточной степенью точности оценить строение атомов элементов, пользуясь в первую очередь периодической системой элементов Д. И. Менделеева, законом Мозли, а также используя теорию строения атома водорода. Критерием правильности наших суждений является обширный материал спектральных исследований, а также других методов исследования внутреннего строения атомов и молекул. [c.44] Заряд ядра атома, определенный в работах Мозли, Резерфорда и Чадвика и совпадающий с порядковым номером, присвоенным данному элементу Д. И. Менделеевым (Ван-дер-Брук), одновременно определяет число электронов в данном атоме в силу нейтральности атомной структуры. [c.44] Метод Франка и Герца заключается в возбуждении и ионизации атомов в газообразном состоянии (вакуум) путем электронного удара и одновременной регистрации тех напряжений, при которых электрон получает необходимую для этого энергию. [c.45] Так как величина заряда электрона постоянна, то вместо термина работа ионизации применяют часто термин потенциал ионизацииг, эти величины численно совпадают, если работа измерена в электрон-вольтах на атом. [c.45] Энергия электрона достаточна для ионизации атома. Атом превращается в положительный ион, а электрон теряет энергию, обращаясь в медленный электрон, как и электрон, выбитый из атома и еще не успевший набрать энергию в электрическом поле. [c.46] Если бы вакуум был идеальным, то в зависимости от напряжения анода ток увеличивался бы и стремился к току насыщения, Как это показано на рисунке. Одновременно нарастал бы и сеточный ток в зависимости от напряжения анода. Если электроны встречаются на своем пути с атомами, то при их ионизации число медленных электронов резко возрастает и на кривой тока сетки получается резкий пик, а на кривой тока анода получается минимум при том же значении напряжения. [c.46] ВО внешнем уровне совпадает с номером группы в периодической системе элементов. [c.47] Точное распределение электронов по уровням и подуровням должно учитывать, что поведение электрона в атоме определяется сочетанием квантовых чисел. Квантовые условия уже были разобраны для атома водорода и определены формы орбиталей и электронная плотность для различных случаев возбуждения водородного атома или главного квантового числа п (табл. 10). Перенося эти условия (что является значительным приближением) на строение сложных атом(5в, мы полагаем, что главное квантовое число п совпадает с номером периода, в котором располагается данный элемент. [c.47] Таким образом, мы получаем все формы орбиталей, на которых должны располагаться электроны внешнего энергетического уровня атома, так как все предыдуш,ие орбитали должны быть закончены и располагаются внутри внешних орбиталей в устойчивом состоянии, соответствующем орбиталям атомов инертных газов, размещающихся в предыдущих периодах (и—I, п—2 и т. д.). [c.47] В другой формулировке принцип Паули может быть выражен так в одном и том же квантовом состоянии, характеризуемом определенными значениями четырех квантовых чисел, не может находиться более одного электрона — или просто в атоме не может быть двух электронов в одинаковых квантовых состояниях. Могут быть и другие формулировки, но все они говорят о том, что полностью совпадающих сочетаний квантовых чисел у электронов в одном и том же атоме быть не может (стабильное состояние). [c.48] Первая формулировка позволяет определить максимальное число электронов, которые могут находиться на том или ином энергетическом уровне. В табл. 12 показан подсчет максимальных чисел электронов на соответствующих уровнях (см. табл. 10 и 8). [c.48] К табл. 12 следует сделать примечание, что подуровень 5 еще не реализован, так как электроны будут полностью заполнять его только у элементов 8-го периода периодической системы Д. И. Менделеева, которые еще не получены. [c.48] Таким образом, каждая орбиталь водородного атома может содержать два электрона с противоположными спинами при этом предполагается, что форма и размер орбиталей не изменяются (допущение). [c.48] Рассмотрим строение атомов элементов первых периодов таблицы Д. И. Менделеева. В первом периоде расположены только два элемента Н и Не. Для обоих 1=0, гак как п=1, и формы их электронных орбиталей сферические Isi и Is . Но на ls-орбитали гелия размещаются два электрона с противоположными спинами, образуя очень устойчивую пару атом Не практически полностью инертен. [c.50] Во втором периоде находится 8 элементов п=2 и 1=0 или /=1. Таким образом, у элементов 2-го периода возможно два подуровня 25 и 2р. [c.50] Орбиталь 2 заполняют Ы и Ве строение их атомов мало отличается от строения атомов Н и Не, но они включают уже законченный уровень К или 15 (рис. 18). Атомы таких элементов, как В, Ы, О, Р, Ые, имеют электроны на двух подуровнях 2 и 2р, из которых уровень 2з уже законченный. Заполнение орбиталей 2р идет в соответствии с правилом Гунда (рис. 19). Обращает внимание высокая уравновешенность орбиталей атома Ые. Различная устойчивость электронных уровней атомов элементов 2-го периода может быть оценена по их первым потенциалам ионизации (табл. 11 и рис. 20). Законченная 25 -орбиталь у Ве, заполненные до половины непарными электронами 2р -орбитали атома N и, наконец, потенциал ионизации Ые (2 , 2р ) дают повышенные значения. [c.50] Строение атомов в 4-м периоде оказывается более сложным, так как сначала элементы (К,Са) достраивают подуровень 4х, а затем (5с, Л, V, Сг, Мп, Ре, Со, N1, Си, 2п) вакантный уровень Зd и только потом (Оа, Ое, Аз, Зе, Вг, Кг) подуровень 4р . [c.52] Изображение строения атомов 4-го периода графически довольно сложно. Следует помнить, что з и р -элементы будут иметь конфигурации орбиталей, уже рассмотренные на рис. 18 и 19, а строение атомов -металлов на примере атома титана приведено на рис. 21. [c.53] Строение атома любого элемента можно выразить электронной формулой, состоящей из перечисления имеющихся в атоме подуровней и количества электронов, находящихся на них. [c.53] Если опустить из формулы все законченные уровни, оставив лишь внешний уровень, то получим формулу группы элементов — электронных аналогов — х. [c.54] Вернуться к основной статье