ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дальнейшее развитие теории строения атома. Электронные оболочки атомов из "Химия с сельскохозяйственным анализом" Планетарная модель атома была только принципиальной, простейшей. Перед физиками возникла новая задача определить величины зарядов ядер в атомах различных элементов и число электронов в их оболочках. Для решения ее много сделал английский физик Г. Мозли. Изучая рентгеновские спектры элементов, он в 1913 г. пришел к следуюи1,ему выводу корни квадратные из обратных значений длин волн находятся в линейной зависимости от порядковых номеров элементов (закон Мозли). Иначе говоря, если переходить от одного элемента к другому по порядку увеличения их номеров в периодической системе Д. И. Менделеева, то линии каждой серии рентгеновских спектров закономерно смеш,аются в сторону убывающей длины волн (рис. 15). Так было впервые установлено, что порядковые номера э.дементов содержат определенный физический смысл и характеризуют какое-то свойство элементов, а не являются простой нумерацией. [c.43] Последующими исследованиями Э. Резерфорда, Д. Чедвика, Ван-дер-Брока было установлено, что порядковый номер каждого элемента в периодической системе показывает величину положительного заряда ядра его атома и общее число вращающихся вокруг ядра электронов. Например, порядковый номер фосфора 15. Следовательно, заряд ядра атома фосфора + 15, и вокруг ядра движутся по орбитам 15 электронов, суммарный заряд которых —15. [c.43] Поэтому порядковые номера элементов стали называть ч и с-л а м и Менделеева. [c.43] Строение электронных оболочек атомов было исследовано датским физиком Н. Бором, который использовал для этого квантовую теорию излучения М. Планка и А. Эйнштейна, согласно которой энергия поглощается (или излучается) атомами не непрерывным потоком, а отдельными порциями — квантами. [c.44] Бор йоказал, что электрон, находящийся на ближайшей к ядру устойчивой (стационарной) орбите отличается наименьшим запасом энергии и наибольшей прочностью связи с ядром атома, т. е. находится в устойчивом состоянии. При поступлении извне достаточного количества энергии (тешловой, световой или электрической) электрон может переходить на одну из более удаленных от ядра устойчивых орбит. При этом запас энергии у него увеличивается, а связь с ядром ослабевает, т. е. атом переходит в возбужденное , неустойчивое состояние. Таким образом, Н. Бор ввел в теорию строения атома представления об энергетических уровнях или электронных слоях атомов. [c.44] Современная теория строения атома уже ие рассматривает электрон как материальную точку, движущуюся по законам классической механики. Доказано, что электроны сочетают в себе свойства частицы (корпускулы) и волны, так как подвергаются дифракции. Под электронной орбитой в волновой механике понимают лишь ту сферу вокруг ядра, в которой нахождение электрона наиболее вероятно. [c.44] Легко вычислить, что в слое К может находиться не более 2 электронов, в слое Ь — не более 8, в слое М — не более 18 и в слое N — не более 32. Кроме того, установлено, что во внешнем слое атомов не может размещаться более 8 электронов, а в предпоследнем — более 18. [c.45] Если электронный слой содержит максимальное возможное число электронов, то он называется завершенным. Электронные слои, не содержащие максимального числа электронов, называют незавершенными. [c.45] На рисунке 17 показаны схемы строения атомов некоторых элементов по Бору. Однако для большинства элементов они оказались слишком громоздкими и неудобными. Поэтому в 1915 г. по предложению В. Коссе ля были приняты упрощенные схемы строения атомов (рис. 18). Атом водорода имеет только один электрон. Следующий за ним (но заряду ядра) гелий имеет два электрона в слое К. Такая конфигурация электронов очень устойчива, и атомы гелия не могут отдавать или присоединять электроны. [c.45] Б атоме лития начинается построение второго слоя Ь. У следующих за ним элементов число электронов, последовательно увеличиваясь на единицу, достигает восьми у неона. Восьмиэлектропная (октетная) конфигурация тоже очень устойчива и обусловливает химическую инертность неона. [c.45] В больших периодах. электронные оболочки атомов развиваются сложнее. У первых двух элементов четвертого пли пятого периодов электроны поступают во внешний слой, но у остальных элементов четных рядов этих периодов электроны, как правило, поступают в предпоследний слой. Этп слои оказываются заполненными до 18 электронов у меди ( 29) и серебра ( 47), начинающих нечетные ряды. [c.46] При этом происходит провал одного электрона из внешнего слоя атомов меди и серебра в предпоследний слой. У остальных элементов нечетных рядов четвертого и пятого периодов новые электроны поступают во внешний слой атомов. [c.46] Из теории Н. Бора вытекало, что электроны движутся в атоме по окружностям на различном удалении от ядра и обладают различным запасом энергии, который определяется главным квантовым числом п. Главное квантовое число п характеризует общпй запас энергии электрона. Оно зависит от среднего радиального распределения электронной плотности около ядра. [c.47] Вообще главное квантовое число п может принимать значения любого целого числа от 1 до бесконечности. Но соответственно электронным слоям (К, L, М, N, О, Р, Q) различают главные квантовые числа га = 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7. По мере уменьшения величины п прочность связи электрона с ядром растет, т. е. чем ближе расположена электронная плотность к ядру, тем прочнее связаны электроны с ядром. Наиболее прочно удерживаются ядром электроны с главным квантовым числом п = i (электроны. g -слоя). [c.47] В 1916 г. немецкий физик А. Зоммерфельд доказал, что электроны движутся вокруг ядра не только по круговым, но и но эллиптическим орбитам различной вытянутости. При этом электроны, находящиеся на одном и том же энергетическом уровне, движутся по орбитам с различной геометрической формой и обладают различной энергией связи с ядром, которая характеризуется побочным (плп орбитальным) квантовым ч п с л о ы г. [c.47] Прп главном квантовом числе п побочное квантовое число может иметь все значения целых чисел от О до и — 1. Например, при и = 1 побочное квантовое число Z = О (и электронное облако имеет форму шара). При п = 1 побочное квантовое число имеет значения Z = 0,1. При га = 3 возможны значения I = 0,1 и 2, а при ге = 4 значения Z = О, 1, 2, 3. Иначе говоря, возможное число подуровней побочного квантового числа I равно главному квантовому числу п. [c.47] Подставляя вместо I численные значения побочного квантового числа, т. е. [c.47] В таблице 3 показано распределение электронов по подуровням для элементов (— III периодов. Главное п и побочное I квантовые числа наиболее важны для характеристики энергет1гческого состояния электронов. Но, кроме того, различают еще магнитное и спиновое квантовые числа. [c.47] Магнитное квантовое число т характеризует зависимость энергетического состояния электрона от положения плоскости его орбиты в пространстве, т. е. от направления, в котором вытянуто электронное облако. [c.47] Вернуться к основной статье