Квантовомеханическое объяснение строения атома. Характеристика энергетического состояния электрона квантовыми числами. Атомные орбитали. Принцип Паули. Правило Хунда

Согласно волновой теории, ē является и частицей и волной, т.е. имеет двойственную природу: *корпускулярные свойства ē выражаются в его способности проявлять свое действие только как целого;*волновые свойства проявляются в его движении, а также в явлениях дифракции и интерференции.

ē как бы размазан вокруг ядра по сфере, удаленной от ядра на некоторое расстояние, таким образом, вместо стационарных орбит по Бору, ядро атома окружено пульсирующим электронным облаком. Область пространства вокруг ядра, занимаемая электронами получила название - атомная орбиталь, выражающая форму электронного облака.

Принцип Паули: в атоме не может быть электронов,имеющих одинаковый набор всех четырех квантовых чисел (на одной орбитали может быть не более двух электронов с различными спинами). Каждый подуровень содержит 2 l + 1 орбитали, на которых размещаются не более 2(2 l + 1) электронов. Отсюда следует, что емкость s -орбиталей – 2, p -орбиталей – 6, d -орбиталей – 10 и f -орбиталей – 14 электронов. Два электрона, находящихся на одной орбитали и обладающих противоположно направленными спинами, называют спаренными, электроны,расположенные по одному на орбиталях- неспаренные.

Орбиталь – область пространства, в которой высока вероятность нахождения электрона.

Атомная орбиталь – часть электронного облака, где вероятность нахождения ē-на составляет 90%.Характеризуется конкретными значениями квантовых чисел: n,m,l,s.Форма: S-облако – 2 вида, Р–облако – 6 видов; d-облако – 10 видов; f-облако – 14 видов.

Принцип наименьшей энергии: Электрон в основном (невозбужденном) состоянии в атоме занимает такое положение, чтобы энергия была бы минимальной. Энергия электрона главным образом определяется суммой (n+l).

Правило Клечковского: В атоме каждый электрон располагается так, чтобы его энергия была минимальной.

Правило Хунда: Электроны занимает такое положение, чтобы их суммарный спин был бы максимальным.

Квантовые числа электрона

Движение электрона в атоме описывается квантовыми числами: главным – n, побочным – l, магнитным – m и спиновым – s. Квантовое число n – главное. Главное квантовое число характеризует энергию электрона в атоме. N=1,2,3…бесконечность. Главное квантовое число так же определяет характер радиальной зависимости орбитали, т.е. размеры электронного облака. n определяет средний радиус нахождения электрона в атоме.

Орбитальное квантовое число l Орбитальное квантовое число (l) определяет угловую зависимость волновой функции, т.е. форму электронного облака. l = 0,1,2…(n-1).

Электроны с одинаковым значением l образуют подуровень. Квантовое число l определяет квантование орбитального момента количества движения электрона в сферически симметричном кулоновском поле ядра.

Квантовое число m_l называют магнитным. Оно определяет пространственное расположение атомной орбитали и принимает целые значения от – l до + l через нуль, то есть 2 l + 1 значений. Орбитали одного подуровня (l = const) имеют одинаковую энергию. Такое состояние называют вырожденным по энергии. Так p -орбиталь – трехкратно, d – пятикратно, а f – семикратно вырождены.

Квантовые числа n, l и m_l не полностью характеризуют состояние электрона в атоме. Экспериментально установлено, что электрон имеет еще одно свойство – спин. Упрощенно спин можно представить как вращение электрона вокруг собственной оси.

Спиновое квантовое числоs имеет только два значения s = ±1/2, представляющие собой две проекции углового момента электрона на выделенную ось. Итак, четыре квантовых числа описывают состояние электрона в атоме и характеризуют энергию электрона, его спин, форму электронного облака и его ориентацию в пространстве. При переходе атома из одного состояния в другое происходит перестройка электронного облака, то есть изменяются значения квантовых чисел, что сопровождается поглощением или испусканием атомом квантов энергии.

Дата добавления: 2015-04-23