 |
Строение атома и периодическая система
|
|
|
|
Атом – электронейтральная микросистема, состоящая из положительного заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.
Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов линейный размер атома ~ 
см, ядра ~ 
см.
Основой современной теории атома являются законы и положения квантовой (волновой) механики – раздел физики изучающий движение микрообъектов.
Основным положением квантовой механики является корпускулярно-волновая двойственность, то есть микрочастица обладает и свойствами частицы, и свойствами волны.
Математически это выражается уравнением де Бройля, согласно которому частицам, имеющим массу m и движущимся со скоростью 
, соответствует волна длинной λ:
(84)
где h – постоянная Планка 
.
Из волновых свойств микрообъектов вытекает вывод, известный под названием принципа неопределенности Гейзенберга: микрочастица также, как и волна не имеет одновременно точных значений координат и импульса 
(где 
).
Это проявляется в том, что чем точнее определяются координаты частицы, тем неопределеннее ее импульс (или связанная с ним скорость 
), и наоборот.
Поэтому для описания движения микрочастица используется вероятностной подход, то есть определяется не их точное положение, а вероятность нахождения в той или иной области околоядерного пространства.
Состояние электрона в атоме описывается с помощью квантово-механической модели – электронного облака – плотность соответствующих участков которого пропорциональна вероятности нахождении там электрона (поскольку такая вероятность существует даже на относительно большом расстоянии от ядра, электронное облако не имеет определенных четких границ).
Электронное облако электрона – область околоядерного пространства, ограниченного условной поверхностью, которая охватывает 
90% электронного облака. Эта область пространства называется также орбиталью.
|
|
|
Математическое описание орбитали возможно с помощью квантовых чисел:
1) главное квантовое число (n) – запас энергии электрона, т.е. степень его удаления от ядра, или размер электронного облака (принимает значения натуральных чисел от 1 до ∞).
Состояние электрона, характеризующиеся одинаковым значением главного квантового числа, образует электронные слои (обозначаются 1,2,3,4,… или K,L,M,N,O...).
2) орбитальное квантовое число (
) – характеризует форму электронного облака (принимает значения от 0 до (
)).
3) магнитное квантовое число (
) – характеризует пространственную ориентацию электронного облака (принимает значения (
),…,0,….(
)).
В общем виде любому соответствует 
возможных значений магнитного квантового числа, т.е. возможных расположений Электронного облака данного типа в пространстве.
Общее число орбиталей, из которых состоит любой энергетический уровень – 
, а число орбиталей, составляющих подуровень – .
Состояние электрона в атоме, характеризующееся определенными значениями квантовых чисел 
и , то есть определенными размерами, формой и ориентацией в пространстве электронного облака, называется атомной электронной орбиталью.
4) спиновое квантовое число (
) – характеризует собственный механический момент электрона, связанный с вращением вокруг своей оси (принимает значения 
).
Общая характеристика состояния электрона в многоэлектронном атоме определяется принципом Паули:
в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел.
Максимальная емкость энергетического подуровня – 
электронов; а уровня – 
.
Пример: если 
. то 
Распределение электрона в атоме, находящемся в основном состоянии, определяется зарядом ядра. При этом электрон размещается согласно принципу минимальной энергии:
|
|
|
наиболее устойчивое состояние электрона в атоме соответствует минимально возможному значению его энергии.
Конкретная реализация этого принципа отражается с помощью:
§ принципа Паули,
§ правила Хунда – в пределах энергетического подуровня электроны располагается так, чтобы их суммарный спин был максимальным.
§ правило Клечковского – с ростом атомного номера элемента электроны размещаются последовательно на орбиталях, характеризуемых возрастанием суммы главного и орбитального квантовых чисел 
); при одинаковых значениях этой суммы раньше заполняется орбиталь с меньшим значением главного квантового числа.
Последовательность заполнения энергетических подуровней:
Существует два способы составления схем распределения электронов в атоме:
§ в виде формул электронных конфигураций, например для 
, где показатель степени указывает на число электронов на данном подуровне;
§ в виде квантовых ячеек (клетка, кружок или черточка) – для изображения электронной орбитали и стрелок, направление которых указывает на ориентацию спинов электронов, – для обозначения электронов:
|
|
|
