ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные сведения по теории строения атома из "Неорганическая химия" Атом представляет собой сложную микросистему, со-стояш,ую из находяш,ихся в движении частиц, и подчиняется законам, характерным для микромира. Атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Носителем положительного заряда в ядре является протон. За исключением обычного водорода, в ядра атомов элементов наряду с протонами входят нейтроны. [c.11] Как видно из табл. 1, масса электрона почти в 1840 раз меньше массы протона. Поэтому масса атома практически равна сумме масс протонов и нейтронов. [c.11] Поскольку электрон наряду с корпускулярными проявляет и волновые свойства, его состояние в атоме нельзя представить как движение материальной частицы по какой-либо орбите. Квантовая механика отказывается от уточнения положения электрона в пространстве она рассматривает вероятность его пребывания в пространстве вокруг ядра. В качестве квантовомеханической модели электрона в атоме принято представление об электронном облаке, плотность соответствующих участков которого пропорциональна вероятности нахождения там электрона. Чем прочнее связан электрон с ядром, тем электронное облако должно быть меньшим по размерам и более плотным по распределению заряда. Пространство, в котором наиболее вероятно пребывание электрона, называют также орбиталью. [c.12] Главное квантовое число. Поскольку атом является микросистемой, его внутренняя энергия может изменяться лишь скачкообразно, определенными порциями—квантами, т. е. внутренняя энергия атома может принимать лишь некоторые определенные значения. Иначе говоря, электрон в атоме может находиться лишь в определенных квантовых, состояниях, соответствующих определенным значениям его энергии связи с ядром. Переход электрона из одного квантового состояния в другое связан со скачкообразным (квантовым) изменением его энергии. [c.12] В нормальном состоянии атом может существовать неограниченное время, в возбужденном же состоянии — ничтожные доли секунды. Для атома водорода, например, это время составляет лишь 10- сек. [c.13] Квантовые переходы электрона соответствуют скачкообразному изменению среднего размера электронного облака. Уменьшению энергии связи электрона с ядром соответствует увеличение объема облака, увеличение энергии связи — сжатию облака. Согласно расчетам, радиус мест наибольшей вероятности нахождения электрона в атоме водорода равен 0,53 А при п = , 2,12 А — при п = 2, 4,77 А — при и = 3 и т. д. [c.14] Атомы в нормальном состоянии могут только поглощать фотоны, а в возбужденном — и поглощать, и испускать. Выделение фотонов или их поглощение легко установить экспериментально с помощью спектроскопа. [c.14] Согласно теоретическим данным, 8-орбитали имеют форму шара, р-орбитали — форму гантели, с1-, g-. .. орбитали — более сложные формы. Форма 5-, р- и -орбиталей показана на рис. 3. [c.16] Магнитное квантовое число. При помещении атома во внешнее магнитное или электрическое поле происходит расщепление спектральных линий — возникновение новых близлежащих линий. Это означает, что при данных п и / может быть несколько состояний электрона с одинаковой энергией. Такие состояния называются вырожденными. Вырождение исчезает при воздействии на электрон внешнего магнитного поля, что и приводит к появлению новых линий в спектре. Энергетические изменения при действии магнитного поля объясняются различием в характере расположения электронных облаков друг относительно друга (см. рис. 3), а следовательно, и различными дозволенными углами поворота каждого из них в магнитном поле. [c.17] Таким образом, число орбиталей с данным значением А равно (2/ -f 1). [c.17] поведение электрона в атоме может быть полностью выражено совокупностью из четырех кванювых чисел п, I, и т . Они определяют энергию электрона, объем и форму пространства, в котором вероятно его пребывание около ядра. При переходе атома из одного состояния в другое, в связи с чем меняются значения квантовых чисел, происходит перестройка электронного облака, т. е. атом поглощает или испускает квант энергии — фотон. [c.18] Иными словами, данными значениями квантовых чисел п, I, т , т может характеризоваться только один электрон. Для любого другого электрона в атоме должно быть иным значение хотя бы одного из квантовых чисел. [c.18] Отсюда в 5-состоянии (одна орбиталь) может быть лишь два электрона, в р-состоянии (три орбитали) — шесть, в -состоянии (пять орбиталей)—десять, в /-состоянии (семь орбиталей) — четырнадцать электронов и т. д. [c.18] Поскольку каждый энергетический уровень включает п орбиталей, то его емкость равна 2п , т. е. по мере удаления от ядра емкость уровней увеличивается и составляет 2 (п =1), 8 (п =2), 18 п =3), 32 (п =4). .. электронов (табл. 2). [c.18] Схема относительного расположения энергетических уровней в многоэлектронных атомах приведена на рис. 4. [c.20] Иначе говоря, орбитали данного подслоя заполняются сначала по одному, а затем по второму электрону. При этом электроны с противоположными спинами спариваются (образуют двухэлектронное облако), и их суммарный спин равен нулю. [c.21] Электронные структуры атомов. При составлении схем распределения электронов в атоме придерживаются следующих обозначений клетка — орбиталь, стрелка — электрон, направление стрелки — ориентация его спина, пара стрелок — два электрона с противоположной (антипарал-лельной) ориентацией спинов, свободная клетка — свободная орбиталь, которую может занимать электрон при возбуждении. [c.21] В атоме неона достигается максимально возможное число электронов для второго квантового слоя. Таким образом, обш,ее число элементов во 11 периоде соответствует числу электронов во втором энергетическом уровне. [c.23] В приведенных схемах указан характер заполнения внешнего слоя М в двух первых слоях К и L) повторяется структура атома неона. [c.24] В V периоде, содержащем 18 элементов, заполнение электронных слоев и подслоев происходит как в IV периоде, а именно у двух первых (х-элементов — НЬ и 5г) и шести последних (р-элементов — 1п—Хе) заполняется внешний слой между 5- и р-элементами располагаются десять -элементов (У—С(3), в которых заполняется -подслой предвнешнего квантового слоя (4 -пoд лoй). [c.26] Вернуться к основной статье