Будова атома

Приклад 1. Що таке квантові числа? Яких значень вони можуть набувати?

Розв’язання. Рух електрона в атомі носить імовірний характер. Навколоядерний простір, у якому з найбільшою ймовірністю (0,9—0,95) може знаходитись електрон, називається атомною орбіталлю (АО). Атомна орбіталь, як будь-яка геометрична фігура, характеризується трьома параметрами (координатами), що одержали назву квантових чисел (n, l, m _l). Квантові числа набувають не будь-яких, а визначених, дискретних значень. Сусідні значення квантових чисел розрізняються на одиницю. Квантові числа визначають розмір (n), форму (l) та орієнтацію (m _l) атомної орбіталі у просторі. Займаючи атомну орбіталь, електрон утворює електронну оболонку, яка у електронів одного і того ж атома може мати різну форму (рисунок 1). Форми електронних оболонок аналогічні атомним орбіталям. Електронна оболонка характеризується чотирма квантовими числами (n, l, m _l, m_s).

Рисунок 1 – Форми s-, р- і d-електронних хмар (орбіталей)

Ці квантові числа пов’язані з фізичними властивостями електрона і, число n (головне квантове число) характеризує енергетичний (квантовий) рівень електрона; число l (орбітальне) – момент кількості руху (енергетичний підрівень), число m _l ( магнітне) – магнітний момент, m_s - спін. Спін електрона виникає при його обертанні навколо власної осі. Електрони в атомі повинні відрізнятися хоч би одним квантовим числом (принцип Паулі), тому що в АО може знаходитись не більше двох електронів, які відрізняються спінами (m_s=±1/2). В таблиці 3 дані значення та визначення квантових чисел, а також кількість електронів на відповідному енергетичному рівні та підрівні.

Таблиця 3 – Значення квантових чисел і максимальне число електронів на квантових рівнях і підрівнях

Квантовий	Магнітне квантове число m l	Число квантових орбіталей	Максимальна кількість електронів
Рівень	Підрівень	У підрівні (2 l +1)	У рівні n^2	У підрівні 2(2 l +1)	У рівні 2n^2
Поз-начення	Головне кван-тове число n	Поз-начення	Орбітальне квантове число l
K		S
L		S P		-1,0+1
M		S P D		-1,0,+1 -2,-1,0,+1,+2
N		S P D F		-1,0,+1 -2,-1,0,+1,+2 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

Приклад 2. Складіть електронні формули атомів елементів із порядковими номерами 16 і 22. Покажіть розподіл електронів по орбіталях.

Розв’язання. Електронні формули відображають розподіл електронів в атомі за енергетичними рівнями, підрівнями (атомними орбіталями). Електронна конфігурація позначається групами символів n l^x, де n — головне квантове число, l – орбітальне квантове число (замість нього указують відповідне позначення — s, p, d, f), х - кількість електронів у даному підрівні (орбіталі).

При цьому варто враховувати, що електрон займає той енергетичний підрівень, на якому він має найменшу енергію – менша сума n+ l (правило Клечковського). Послідовність заповнення енергетичних рівнів і підрівнів така:

1s®2s®2p®3s®3p®4s®3d®4p®5s®4d®5p®6s®(5d¹)®4f®5d®6p® ®7s® (6d^1-2) ®5f®6d®7p.

Через те що число електронів в атомі того чи іншого елемента дорівнює його порядковому номеру в таблиці Д. І. Менделєєва, то для елементів № 16 (сірка) і № 22 (титан) електронні формули мають вигляд

₁₆S 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

₂₂ Тi 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s².

Електронна структура атома може бути зображена також у вигляді схем розміщення електронів у квантових (енергетичних) ячейках, які є схематичним зображенням атомних орбіталей (АО). Квантову ячейку позначають у вигляді прямокутника, а електрони в цих ячейках позначають стрілками. У кожній квантовій ячейці може бути не більш двох електронів із протилежними спінами .

Орбіталі даного підрівня заповнюються спочатку по одному електрону з однаковими спінами, а потім по другому електрону з протилежними спінами (правило Хунда):

↑↓
↑↓	↑↓	↑↓	↑↓
↑↓	↑↓	↑	↑

Дата добавления: 2014-12-08