ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Квантовые числа. Принцип Паули из "Неорганическая химия" Изучение атомных спектров и химических свойств элементов показало, что электроны в атоме распределяются по энергетическим уровням (их также называют электронными слоями или оболочками). [c.33] Чтобы решить, сколько электронов может находиться на энергетическом уровне, надо рассмотреть квантовые числа, которые определяют состояние электрона в атоме. [c.33] например, если п=3, то электрон находится на третьем уровне от ядра или на М-уровне. Наименьшей энергией он обладает при п=1. С увеличением п энергия электрона и размер электронного облака (орбитали) возрастают. [c.33] Электроны с одинаковым значением п образуют в атоме энергетический уровень, соответствующий определенному значению главного квантового числа. [c.33] Электроны с орбитальным числом /=0 называют 5-электронами, с /=1—р-электронами, с /=2— -электронами и с 1=3 — /-электронами, Очевидно, при /г=4 наименьшей энергией обладают 5-электроны, затем следуют р-, с1- и /-электроны. Запись 4 означает, что у электрона и=4 и /=0, а у 4/-электрона п=4 и /=3. [c.33] Согласно квантово-механическим расчетам х-облака имеют форму шара, р-облака — гантели, с1- и /-облака — более сложные формы. [c.33] Формы облаков имеют большое значение при изучении химической связи (см. гл. III). В дальнейшем электронные облака мы будем называть атомными орбиталями. [c.34] Магнитное квантовое число т характеризует ориентацию орбитали в пространстве и связано с числом I, квантуется и принимает целочисленные значения, включая нуль, от +1 до —I. Число значений т=21+. Это число орбиталей с данным значением /, т. е. число энергетических состояний, в которых могут находиться электроны данного подуровня. Энергетические состояния схематически обозначают квантовыми (энергетическими) ячейками в виде прямоугольников . Это есть не что иное, как схематическое изображение атомной орбитали. [c.34] Таким образом, s-электроны имеют лишь одно состояние (2/-f-l = l), р-электроны — три состояния (2/-fl=3), i-электроны — пять и /-электроны — семь состояний. Общее число состояний (орбиталей или квантовых ячеек) на уровне равно п . [c.34] На рис. 5 показаны формы и ориентация в пространстве Is-, 2р-и 3 /-орбиталей. [c.34] Так как s-электрону (/=0) отвечает только одно значение т т=0), то все расположения s-орбитали в пространстве идентичны. Электронная плотность такой орбитали является только функцией изменения радиуса для ls-орбитали имеется один максимум электронной плотности —. он находится от ядра на расстоянии 0,053 нм для 25-орбита-лн — два максимума плотности на расстоянии 0,053 и 0,212 нм и т. д. [c.34] Следует отметить, что каждый уровень (слой), начиная с п=2, имеет три р-орбитали. С увеличением п электроны занимают -орбитали, расположенные на больших расстояниях от ядра, но направление по осям X, у, г всегда сохраняется. [c.34] сложное движение электрона в атоме полностью описывается четырьмя квантовыми числами п, I, т и При переходе атома из одного состояния в другое меняются значения квантовых чисел, происходит перестройка электронного облака, и атом излучает или поглощает квант энергии — фотон. [c.36] Значит, на энергетическом уровне (слое) п может поместиться столько электронов, сколько возможно разных сочетаний из /, т, 8. Решим эту математическую задачу — определим максимальное число электронов на /г-м уровне Л . [c.36] Отсюда видно, что на первом уровне может разместиться только 2 электрона. Это -электроны. Третий электрон уже не будет отличаться от двух предыдущих значением хотя бы одного квантового числа. Значит, 7У1=2=2-Р. [c.36] Уравнение (П.6) известно из курса химии средней школы. Теперь оно выведено. [c.36] К определению числа электронов па уровне можно подойти и такнм образом. Выше было показапо, что общее число орбиталей па уровне равно п-. Л поскольку из принципа Паули следует, что на одной орбитали может находиться два электрона, то, умножив 2 на п , получим уравнение (11.6). [c.37] Сумма арифметической прогрессии равна полусумме первого и последнего членов, умноженной па число членов прогрессии, т. е. [c.37] Такова электронная емкость уровней и подуровней. [c.37] При химических реакциях ядро атома остается неизменным. Изменяются лишь электронные оболочки атомов, строением которых объясняются многие свойства элементов, в том числе их периодичность. Поэтому распределению электронов в атомах всегда уделяется большое внимание при изучении химии. [c.37] Вернуться к основной статье