ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Строение электронных оболочек атомов и химические свойства элементов из "Новые элементы в периодической системе Д И Менделеева" Раздел, к которому мы сейчас переходим, является, пожалуй, наиболее трудным для простого и наглядного объяснения. Однако опустить этот раздел было бы нецелесообразно, ибо дальше мы будем подробно обсуждать место, занимаемое заурановыми элементами в периодической системе Менделеева и, в связи с этим, строение наружных электронных оболочек атомов этих элементов. Поэтому мы должны хотя бы в общих чертах осветить строение электронных оболочек и показать его непосредственную связь с периодическим законом Менделеева. [c.30] Надо сразу сделать оговорку, что теория Бора, хорошо объяснившая спектральные линии простейшего, водородного атома, отвечающие переходу единственного электрона этого атома с первого уровня (на котором он находится в нормальном состоянии) на другие уровни, оказалась не в силах точно описать спектры более сложных атомов. Для объяснения суммы экспериментальных данных потребовался ряд усложнений теории Бора, которые лишили ее наглядности и сделали внутренне противоречивой. В конечном счете, атомная физика отказалась от теории Бора, -ибо оказалось возможным дать иное, более строгое и точное описание строения атома, исходя из уравнений волновой механики. Оказалось, в частности, что представление об определенных орбитах вращения электрона вокруг ядра является слишком упрощенным и правильнее говорить о нескольких оболочках, в которых располагаются окружающие ядро электроны. Первое (главное) квантовое число, означавшее в рамках старой теории номер орбиты, сохранило и в новой теории смысл номера электронной оболочки (расстояния от оболочки до атомтгого ядра). [c.31] электроны, окружающие ядро, расположены в нескольких электронных оболочках, причем, чем больше номер такой оболочки, чем больше главное квантовое число п, тем дальше находится оболочка от ядра, тем слабее связаны с ядром входящие в состав оболочки электроны. [c.32] В образовании химической связи между атомами принимают участие наиболее слабо связанные с ядром электроны, расположенные в наружной (или ближайшей к наружной) электронной оболочке. Поэтому валентность атомов, их способность к химическому взаимодействию определяется в основном строением наружной электронной оболочки. О чем же говорит в таком случае открытая Менделеевым периодичность химических свойств элементов О том, что по мере увеличения порядкового номера элемента в периодической системе, по мере возрастания числа электронов, окружающих ядро, наступает момент, когда заканчивается заполнение данной электронной оболочки и начинается заполнение следующей оболочки. [c.32] При этом элементы с одним, двумя, тремя и т. д. электронами в новой оболочке воспроизводят химические свойства элементов, имевших тоже один, два, три и т. д. электрона в наружной оболочке, но число электронных оболочек которых было на единицу меньше. [c.32] Таким образом, номер наружной электронной оболочки или число всех электронных оболочек, окружающих атомное ядро данного элемента, равняется номеру периода, в котором располагается этот элемент в периодической системе Менделеева. [c.32] Как могут характеризоваться состояния окружающих атомное ядро электронов Первой их характеристикой является номер занимаемой электроном оболочки — главное квантовое число п. [c.32] если главное квантовое число равняется п, то определяющее форму эллиптической орбиты второе (азимутальное) квантовое число / может принимать только целочисленные значения от п—1 до О 1 = п—1, п 2. 1,0). [c.33] В атомной физике принято обозначать главное квантовое число п цифрами (п== 1, 2, 3 и т. д.) или большими латинскими буквами (К — оболочка с п= 1, /, — оболочка с п = 2 и т. д.), а азимутальное квантовое число I—малыми латинскими буквами и вместо I — О, 1, 2, 3 и т. д. пишут 5, р, й, f и т. д. [c.33] Очевидно, что в первой оболочке, ближайшей к ядру, для которой п= I, азимутальное квантовое число может принимать лишь одно значение 1 — 0 (5). [c.33] Поэтому электроны, находящиеся в этой оболочке, обозначаются как 15-электроны. Во второй оболочке (а1 = 2) возможны значения / = 0,1 (5, р). Электроны этой оболочки разделяются соответственно на 2 - и 2р-электроны. В третьей от ядра электронной оболочке (л = 3, 1 = 8, р, (1) могут находиться 3 -, 3/7-, З -элек-троны, в четвертой оболочке ( = 4, 1 — 8, р, й, /) — 45-, 4р-, А(1-, 4/-электроны, и т. д. [c.34] Если бы атом и электрон не обладали магнитными свойствами, то два квантовых числа исчерпывали бы возможные состояния окружающих ядро электронов. Но всякое движение в пространстве электрического за-)яда связано с возникновением электромагнитного поля. Тоэтому движение электронов вокруг ядра обусловливает наличие магнитного момента у атома, а вращение электронов вокруг собственной оси — наличие собственного магнитного момента у электрона. [c.34] Из рис. 12, на котором приведен пример I == 2, видно, что всего от +/ до —/, включая О, возможно 2 / -Р 1 целочисленных значений т. [c.35] Величина т, определяющая орбитальный магнитный момент, носит название магнитного (третьего) квантового числа. [c.35] На основании периодического закона Менделеева швейцарский физик В. Паули выдвинул принцип, согласно которому в атоме не может быть двух (и более) электронов, у которых были бы одинаковыми все четыре квантовых числа. Рассмотрим, принимая во внимание принцип Паули, сколько может быть электронов в разных электронных оболочках. [c.35] Таким образом, закон Менделеева явился основой для изучения строения электронных оболочек атомов. Планетарная модель атома и особенно дальнейшее развитие представлений о строении атома на основе квантовой механики раскрыли глубокий физический смысл периодического закона. [c.36] Рассмотрим теперь последовательность заполнения электронных оболочек по мере перехода от легких элементов к тяжелым. При этом надо учесть лишь главное и азимутальное квантовые числа. Магнитное и спиновое квантовые числа практически не сказываются на энергии электронов в обычных условиях и проявляются в основном в эффектах расщепления спектральных линий в электрическом и магнитном полях. [c.36] Наиболее просто можно усвоить последовательность заполнения электронных оболочек, исходя из эмпирического правила, согласно которому заполнение происходит в порядке возрастания суммы главного и азимутального квантовых чисел + /. [c.36] минимальное значение п + /=1. При этом возможно только п = 1 и / = О, т. е. 15-электрон. Первый атом периодической системы — атом водорода — содержит один 15-электрон, второй атом — атом гелия — два 15-электрона, что обозначается формулой электронного строения 15. В первой электронной оболочке мест больше нет, гелием заканчивается первый период системы Менделеева. [c.37] При п- - I = 2 возможно только п = 2 и / = 0. [c.37] Вернуться к основной статье