Квантово-механическая модель электронного строения атома

ЭЛЕКТРОННОЕ СТРОЕНИЕ АТОМОВ

Квантово-механическая модель электронного строения атома

Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Он состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов (ē).

· Совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра называют химическим элементом.

Порядковый номер элемента в Периодической системе Д.И.Менделеева равен заряду ядра (в единицах элементарного заряда). Химические свойства элементов определяются количеством и состоянием электронов в атоме, поэтому при дальнейшем рассмотрении строения атома будем иметь в виду электронное строение атома. Число электронов в атоме равно порядковому номеру элемента.

Для объяснения явлений, происходящих в микромире, существуют различные теории, концепции, но полного объяснения всех явлений не дает ни одна. В настоящее время состояние электронов в атомах описывают, используя положения квантовой механики:

· В атоме существуют области пространства, в которых вероятность пребывания электрона наиболее высока, их называют орбиталями. Орбитали можно ограничить в пространстве поверхностями той или иной формы. Условно атомную орбиталь обозначают в виде клеточки (квантовой ячейки): .

· Орбитали характеризуют набором трёх квантовых чисел. Рассмотрим их более подробно.

Главное квантовое число (n) характеризует энергию электрона в зависимости от расстояния до ядра, т.е. размеры орбиталей. Главное квантовое число принимает целочисленные значения: n = 1, 2, 3, 4, .… Электроны, имеющие одинаковое значение n, составляют энергетический уровень (слой, оболочку). Чем больше значение n, тем выше энергия ē, расположенного на этом уровне.

Орбитальное квантовое число (l)характеризует форму орбитали. Орбитальное квантовое число принимает целочисленные значения от 0 до (n – 1). Каждый энергетический уровень состоит из подуровней с одинаковым значением орбитального квантового числа. Подуровни имеют буквенные обозначения:

Число подуровней в каждом из первых четырёх энергетических уровней и их условные обозначения приведены в табл.1.

Таблица 1

Электроны с l=0 называют s-электронами. Соответствующие орбитали имеют форму сферы. Электроны с l=1 называют p-электронами. Соответствующие орбитали имеют форму, напоминающую гантель. Орбитали с l>1 имеют более сложные формы.

Чем больше значение l в пределах данного уровня, тем выше энергия электрона.

Магнитное квантовое число (m_l)характеризует ориентацию орбитали в пространстве. Магнитное квантовое число принимает целочисленные значения от –l до l, включая нуль, и связано с числом орбиталей. Например, если l = 1 (p-подуровень), то m = +1, 0, -1 (три значения), т.е. p-подуровню соответствуют три орбитали, по-разному ориентированные в пространстве, обозначаемые тремя квантовыми ячейками: .

Итак, три квантовых числа однозначно характеризуют атомную орбиталь – область возможного нахождения электрона в пространстве. Полностью характеризовать состояние электрона в атоме можно набором четырёх квантовых чисел, включающим также спиновое квантовое число.

Спиновое квантовое число(S - спин) характеризует собственный момент импульса электрона и связанный с ним магнитный момент. S принимает значения +1/2 и –1/2, в квантовой ячейке электроны с различными спинами (их называют антипараллельными) обычно обозначают стрелками ­ и ¯.