Orbital elektroničkih oblaka. Elektronsko stanje u atomu

Razumijevši se energijom elektrona, pokušat ćemo shvatiti kako se elektroni u atomu kreću, imaju različite energetske vrijednosti i općenito, u različitim državama (na različitim orbitama).

Zbog osobitosti ponašanja elektrona, s kojim smo se sreli u prvom odlomku, mi, stanovnici Macromira, nemoguće je zamisliti prirodu takvog pokreta. To je zbog činjenice da u makromiru, u skladu sa reprezentacijama moderne fizike, jednostavno nema analoga za njega. Međutim, položaj nije beznadežan - možemo koristiti model ponašanja elektrona u atomu u kojem ideja elektronski oblak (EO).

Da bismo shvatili šta je, pretpostavljamo da možemo imati puno puta "fotografirati" elektron u atomu (na primjer, u atomu vodika), odnosno da bi tačno popravio svoj položaj u svakom trenutku. Princip nesigurnosti to ne zabranjuje. Nametnuo jedni drugima ove "fotografije", dobivamo sliku prikazanu na slici 6.6 ali. Ako popravimo samo položaj elektrona u ravnini u kojem je kernel laže, slika će biti pomalo drugačija (vidi Sl. 6.6 b.). Oba ova crteža daju nam ideju elektronskog oblaka: crtanje ali - pogled na ovaj oblak sa strane i crtanje b. - Odjeljak oblaka sa avionom koji prolazi kroz kernel. Slika ali odražava izgled oblaka i crtanje b. daje predstavu o svojoj unutrašnjoj strukturi.

Na različitim mjestima elektronskog oblaka vjerovatno će otkriti elektron može biti različit.

Različita gustina bodova u različitim dijelovima slike 6.6 odgovaraju različitoj vjerojatnosti pronalaženja elektrona u ovim dijelovima elektronskog oblaka.

Verovatnoća otkrivanja elektrona u bilo kojem dijelu oblaka karakterizira fizička vrijednost koja se zove gustoća elektrona (R E). Definisan je kao omjer broja elektrona ( N. e) za volumen ( V.), što ravnomjerno ispunjavaju:

Što je veća gustoća elektrona, veća je vjerovatnoća da je pronalaženje elektrona u ovom dijelu oblaka (a razlozi su bodovi na slici 6.6).

Gustina elektrona naglo se smanjuje sa povećanjem udaljenosti od jezgre, ali teoretski je jednak nuli samo na beskonačnoj udaljenosti od nje. Slijedi da Yi nema jasne granice. U smjeru jezgre, elektronska gustina opada još oštro i u blizini je gotovo jednaka nuli.

Elektronski oblak karakteriše veličina, oblik i distribucija u njemu gustoće elektrona.

Sve što smo razgovarali o elektroničkom oblaku pripada EO-u jednog orbitalnog, ali elektron se može nalaziti na različitom orbilu. Prirodno, elektronski oblaci u tim slučajevima također će biti različiti, odnosno razlikovati se po veličini, obliku i distribuciji gustoće elektrona.

Kao što smo napomenuli, elektronski oblak nema jasne granice, čini se da su rubovi o njemu zamagljeni u prostoru. Što razumijevati pod veličinom takvog objekta i kako to opisati?

Da bismo odgovorili na ova pitanja, morat ćemo detaljnije shvatiti kako "uređeni" neki elektronički oblaci, odnosno njihovu strukturu. Struktura takvog neobičnog objekta, kao elektronski oblak, karakteriše samo distribucijom svojim količinom gustoće elektrona. Prvo se upoznajte sa strukturom najjednostavnijih elektronskih oblaka.

Ali nije uvijek lako zamisliti oblik elektronskog oblaka, crtanjem samo grafikona distribucije gustoće elektrona. Stoga se obično oblik elektronskog oblaka karakterizira granična površina.

Kao granična površina odabrana je takva površina, unutar kojeg opća vjerovatnost otkrije elektron je dovoljno velik (na primjer: 90; 95 ili čak 99%). Ali setovi takvih površina mogu se odabrati za svaki oblak, među njima, među njima biraju jednu - površinu u kojoj je u bilo kojem trenutku vjerovatnoća elektrona ista. Postoji još jedan način odabira granične površine. U ovom slučaju, među površinama s istim (u bilo kojem trenutku) gustoćnost elektrona, površina je odabrana na kojoj je gustoća elektrona izuzetno beznačajna (na primjer, 0,01 ili 0,001 E /\u003e 3, odnosno 1,6? 10 9 ili 1,6? 10 9 ili 1.6? 10 8 CL / M 3). Granice odabrane po ove dvije metode razlikuju se iz izgleda međusobno razlikuju se.

Izgrađujemo graničnu površinu 1 s.-Ako. Na slici. 6.7 Pomoćne linije vezane za ovu konstrukciju prikazane su isprekidanim. Kao rezultat toga, primit ćemo dvije sfere: vanjsko ( ali) i unutrašnji ( b.), između kojih je vjerojatnost otkrivanja elektrona jednaka 90%. Unutrašnja sfera je mala, koja se nalazi u blizini jezgra i kada se formira atom hemijskih obveznica, njeno prisustvo se ne pojavljuje, tako da se obično govori da je 1 s.-Eo ima oblik kuglice.

Ooodred 2 p.-Eo (Sl. 6.8). Sastoji se od dva identična dijela, simetrična u oblačnom centru. Između njih, u avionu m. (okomito na planu za crtanje), elektron ne može biti. Granična površina 2. p.-Ako (njegov presjek je naznačen u crtežu slova ali) Izgleda kao dvije polovine narandže i jeste tijelo rotacije (Najjednostavnija tijela rotacije su cilindrični, konus, lopta i torus (približni torus ima bagel) sa osi x.. Ako naša "posmatrač" leti kroz ovaj oblak duž osi x.Zatim grafikona koja će izgraditi neće biti vrlo različita od istog rasporeda za 1 s.-Eo, samo će visina maksima biti nešto manja. U bilo kojem drugom smjeru (osim onih koji leže u avionu) m.), na primjer, uz direktni f.Elektronska gustoća bit će još manja, ali maksimalna krivulja ostat će na istim udaljenostima od jezgra (pogledajte donji raspored). Ova konstantnost maksima karakteristična je za ostale elektroničke oblake, što nam omogućava da odaberemo u svakom oblaku na sferu " od "sa polumjerom, na kraju je gustina elektrona u ovom smjeru maksimum.

Takav stalni radijus i karakterizira veličinu elektronskog oblaka. Ovaj polumjer se zove radijus elektronskog oblakai označavaju r. Eo. U slučaju orbitale koje su nas razmatrali, na ovoj udaljenosti od kernela, elektron bi se rotirao ako nije imao svojstva valova.

2p.-Provizi formirani od tri orbitala, dakle, u atomu mogu biti tri 2 p-Eo. A budući da se elektroni međusobno odbijaju, ovi oblaci nalaze se u prostoru tako da su maksimumi njihove gustoće elektrona koliko je moguće jedna od druge. To je moguće samo ako će se osovina oblaka biti međusobno okomita, na primjer, usmjerena duž sjekira u pravougaonog koordinatnog sustava. Stoga, 2. p-EO i označava: 2 r X -, 2 r y - i 2 p. Z -EO (Sl. 6.9). Ako se svaki od tih oblaka formira jedan ili dva elektrona, tada će ukupni elektronski oblak svih elektrona podvlačenja zbog dodavanja gustoće elektrona imati sferni oblik (poput 1S-eo). Isti sferni oblik imat će ukupne elektroničke oblake bilo kojeg sublatera, osim, naravno, svaki od pojedinačnih oblaka formirat će jedan ili dva elektrona.

3p.-Eo se sastoji od četiri dijela (Sl. 6.10 b.). Dvije velike površine su slične u obliku na polovinama 2 p-EO, ali dvije male površine sa manje gustoće elektrona nalaze se bliže kernelu. U svemirskoj osovini 3 p.-Elektronični oblaci, kao i osovina 2 p-EO, međusobno okomito.

S porastom glavnog kvantnog broja n. Oblik elektronskih oblaka (C je isti l.) Sve je sve složenije, ali vanjske regije takvih oblaka ostaju slične, geometrijski slične.

Još je jači zakompliciran obliku oblaka s povećanjem orbitalnog kvantnog broja. Razmislite o obrascu 3. d.- Poljska. Od pet oblaka ovog sublajca, četiri u obliku su potpuno iste, a petina se razlikuje (Sl. 6.11) (u stvari, situacija sa petim oblakom nešto je složenija) svaka od četiri identična 3 d.- Sadržaj formira četiri područja koja su nalik zaobljenim narančastim kriškama. Peti oblak sastoji se od tri dijela, od kojih dva daljinski podsećaju 2 r-WORDOCHKO i treći oblici slični razlozima prva dva.

Dimenzije elektroničkih oblaka ovise o naboju kernela: Što je veće naboj jezgre, to je jači elektron i manja veličina elektronskog oblaka. S istim nabojem jezgre, veličina oblaka, prvenstveno ovisi o glavnom kvantnom broju n.. Vizualno, ova ovisnost prikazana je na slici. 6.12 u obliku grafikoni elektroničkih oblaka. Na ovom dijagramu, vertikalna os je odgođena (bez stroge poštivanja razmjera radijara elektroničkih oblaka i vodoravna os je orbitalni kvantni broj. Položaji EO RADII na dijagramu simbolično su označene krugovima.

Radii elektronskih oblaka s istim vrijednostima glavnog kvantnog broja otprilike su jednaki, a s različitim vrijednostima n - znatno se razlikuju. Zbog toga se ispostavilo elektronska ljuska atoma. (Tačni kvantni mehanički proračuni pokazuju da se radijusi oblaka jednog sloja malo razlikuju, ali ove razlike su beznačajne)

Elektronski sloj formira se oblacima orbitala jednog elektronskog nivoa. Dakle, prvi elektronički sloj formira jedan 1 s.-Eo, drugi - jedan 2 s.-Eo i tri 2 r-Eo, treći - jedan 3 s.-Ako, tri 3 r-Eo i pet 3 d.-Ako. Ukupan broj elektronskih oblaka u bilo kojem elektroničkom sloju jednak je n. 2, gdje n. - Glavni kvantni broj koji služi istovremeno i elektronički broj sloja.

Oblaci istog sloja, karakterizirani samo vrijednostima magnetskog kvantnog broja, odgovaraju orbitama jedne podloge. Kada r-proštiće različitih vrijednosti m. Samo različita orijentacija elektronskih oblaka odgovaraju. Na oblacima jedne EPPE sa velikom vrijednošću L, na primjer, u 3 d.- Poljska, takođe različit oblik.

Elektronski oblak, granična površina EO, EO obrazac, radijus EO, dijagram EO veličine, elektronički sloj.

1. Da li su elektronski oblaci u prirodi? I elektroni?

2. Pokušajte pronaći analogije između elektroničke ljuske i višespratne stambene kuće izvorne arhitekture.

3. Nakon što se položaj granične površine elektronskog oblaka bira proizvoljno (tačnije - konvencionalno)?

4. Point se mijenja u gustoći elektrona snimljenog od strane "posmatrača" koji leti kroz 1 s.-Eo se uz direktno A i B (Sl. 6.13).

5. Rep. Promjena gustoće elektrona zabilježena od strane "posmatrača" koji leti kroz 2 r- a) kroz sredinu atoma u smjeru okomito na osovinu x. (Sl.6.8); b) paralelno sa osi x., izvan sfere najviše gustoće elektrona; c) paralelno sa osi x., hvatajući sferu najviše gustoće elektrona.

6. Koji elektronički oblaci tvore drugi elektronički sloj?

7. Elektronski oblaci orbitale razlikuju se jedan od drugog sa sljedećim skupovima kvantnog brojeva: a) n. = 2, l. = 0, m. \u003d 0 I. n. = 2, l. = 1, m. \u003d 0; b) n. = 2, l. = 1, m. \u003d 0 I. n. = 2, l. = 1, m. \u003d 1; u) n. = 1, l. = 0, m.\u003d 0 I. n. = 2, l. = 0, m. = 0?

8. Koliko elektronskih oblaka čini potpuno ispunjeni četvrti elektronički sloj?

9. Koji je elektronski oblak istog atoma veći u veličini A) 2 r-Eo ili 3. r-Eo, b) 2 r-Eo ili 3. s.-Eo, c) 1 s.-Eo ili 2. r-Ako?

10.Kone iz elektronskih oblaka Pogledajte više: 1 s.-Ako atoma vodika, ili 1 s.-Oko atom helijum?

11. Kako mislite koliko puta je radijus od 1s-eo urana atoma manji od poluprečnog kruga istog oblaka atoma vodika?

12. Šta je od sljedećih elektronskih oblaka istog atoma približno iste dimenzije: 1S-EO, 4p-EOB 3D-EO, 4s-yi, 3s-eo?

U Trenutni udžbenici za hemiju za opće obrazovne institucije i hemijske naknade za prijem na univerzitete u opisu države elektrona u ATOM-u koristi zastupljenost kvantne mehanike, prema kojima mikroočesti imaju valove, a talasi imaju svojstva Čestica. Stoga koriste koncepte kvantne mehanike: "Orbital" i "Elektronski oblak". Obično u udžbenicima i u nastavnoj pomoći su identificirani ovi različiti pojmovi.

Na primjer, u udžbeniku za opće obrazovne institucije, čiji je rukopis nagrađen na konkurenciji školskih udžbenika u hemiji 1987. godine, identifikacija koncepata vrši se na sljedeći način: "Elektron prilikom premještanja, na primjer, u Vodonik Atom formira oblak lopte, čija je gustoća najveća na udaljenosti 0,53 10-10 m od jezgre ... elektrona da prilikom premještanja oblika oblaka sa loptom, to je uobičajeno s.-Elektroni. Elektronski oblaci se nazivaju i orbitalom. "

Dalje se tvrdi da "na istoj orbilu mogu biti samo dva elektrona sa suprotstavljenim (anti-paralelnim) spinovima" [vidi 1, str. 116]. Ova izjava nije u skladu s prethodno objašnjenim objašnjenjem, u skladu s kojima elektroni formiraju elektroničke oblake, koji se nazivaju i orbitalima, a ne na njima.

U opisivanju strukture elektronskih školjki atoma bora, ugljika i azota, naznačeno je da orbital ne mogu formirati elektrone, već i ga ispuniti: "Na taj način, na svakom energetskom nivou, počevši od drugog biti tri r-Pliveno. U bornom atomu u ugljiku C i azotu n 2 p.-Vubitali ispunjene u jednom elektronu "[vidi 1, str. 118]. Postavlja se pitanje: Kako se elektroni orbitalnog momaju popunjavaju, koji se formira elektronom koji se kreće oko kernela? Na ovo pitanje nema odgovora u udžbeniku.

U šestom izdanju drugog udžbenika za hemiju, takva je objašnjenje: "Baš kao što je tako živena igla za šivaće mašine, probijajući tkaninu, veznim uzorkama na njemu, a neamerički brži elektronski" veze ", a ne ravni, ne ravni, i volumetrijski obrazac elektronskog oblaka - orbital. Ovo objašnjenje pretvara se u definiciju koncepta: "prostor oko kernela, gdje najvjerovatnije da će ovaj elektron nazvati orbitalom ovog elektrona ili elektronskog oblaka".

Na ovoj "osnovi" u blizini skoro okruženja, nazvan orbitalni ili elektronski oblak, pripisuje se energiji, veličini i obliku: "Ovisno o energiji, elektronički oblaci se razlikuju u veličini ... orbital može imati drugačiji oblik . Dakle, svaki novi nivo energije u atomu počinje sa s.-Vubitali, koji imaju sferni oblik. "

U hemiji za ulazak u sveučilišta, koja se objavljuje duže od dvadeset godina, elektronski oblak opisan je na sljedeći način: "Elektron u atomu nema putanju pokreta. Kvantna mehanika razmatra vjerojatnost da pronađe elektron u prostoru oko kernela. Brzo kretan elektron može biti u bilo kojem dijelu prostora koji okružuje kernel, a njegove stisne položaje smatraju se elektronskim oblakom s određenom gustoćom negativnog naboja ... maksimalna gustina odgovara najvećoj vjerojatnosti u pronalaženju elektrona ovaj dio atomskog prostora. "

Na osnovu ovog objašnjenja, koncept "orbitalnog" određuje se na sljedeći način: "prostor oko kernela u kojem se elektron najvjerovatnije naziva orbitalom." U opisivanju strukture elektronskih školjki atoma blizu kazališnog prostora, nazvan orbital, pripisuje se obliku, prostornom mjestu (!) I naznačeno je u kojem slijedu je ispunjen elektronima. Istovremeno, nažalost, nije objašnjeno da treba shvatiti pod prostornim rasporedom bližih prostora.

U opisivanju svojstava kovalentne veze, gotovo orbital pripisuje se hibridizaciji. Na primjer, s objašnjenjem iste snage hemijskih obveznica u beryl kloridnom molekuli, naznačeno je: "Ista čvrstoća veze nastala je zbog hibridizacije valentne (vanjskih) orbitala, tj. Mešajući ih i usklađivanje u obliku i energiju. U ovom slučaju, početni oblik i energija atoma orbitala su zamjenjive, a formiraju se elektronske orbitale istog oblika i energije "[vidi 3, str. 78].

Daljnje pokazuje da je "u formiranju kemijskih veza u molekuli BECL 2 uključeno s.- i jedan r-Elektron centralnog atoma, I.E. Berilijum. U ovom slučaju se događa sp.-Hypebridizacija orbitala. "

Na primjeru borona i metan hlorida se smatraju molekulama sp. 2 - I. sp. 3-hibridizacija atomskih orbitala borona i ugljičnih atoma.

Od Napomena da se usvoje u udžbenicima i udžbenicima za hemiju, tumačenje koncepta "orbitalnog" nema nikakve veze sa kvantnim mehanikom, jer se u njemu elektronski oblak smatra stvarnim materijalnim objektom, a orbital se naziva "funkcija" prostornih varijabli jednog elektrona, što ima smisla za val funkcije zasebnog elektrona u polju efikasnog atomskog ili molekularnog ostrva. "

Zbog toga je ideja napravljena da se pojam "orbitalni" "orbita" "orbita": "Autor bi radije koristio izraz" Orbit "poput uobičajenog imena", ali u najnovijim Godine u našoj obrazovnoj literaturi, nažalost, uživajte u "orbitalnom" izrazu. "

Orbital opisuje kretanje elektrona u osnovnom polju i karakterizira ga tri kvantna brojeva - n., l. i m.: "Kvantni broj l., cijelo i negativno, određuje orbitalni trenutak elektronskog pulsnog puls, ili bolje rečeno njegov kvadrat: l. (l. + 1). Kvantni broj m., celo i ne prelazi u apsolutnoj vrijednosti l.predstavlja projekciju orbitalnog trenutka pulsa na proizvoljno odabranu osovinu kvantizacije z.. Glavni kvantni broj n. Brojevi orbitalne energije e N. Da bi se povećalo. "

Na osnovu toga se veruje da orbitalno određuje vrstu elektronskog oblaka: "U ovom nepomičnom stanju pojavljuje se složen proces, koji karakteriše čitav niz mogućih radnji elektrona, koji je u ovom stanju , na primjer, cijeli skup mogućih "lokalizacije" elektrona kada se pušta iz i one. Odgovarajući "oblak". Da biste odredili vrstu "oblaka" u kvantnoj teoriji A. Pronađite valnu funkciju koja karakteriše oscilirajući proces u Amplitudu kvadratnih funkcija daje vrstu "oblaka".

Identifikacija koncepata "Elektronski oblak" i "Orbital", izveden u obrazovnoj literaturi u hemiji smatra se greška u literaturi o kvantnoj mehanici: "U mnogim udžbenicima je karakteristično stanje elektrona u atonu Kvantni brojevi n., l. i m.I za ilustraciju grafičkih slika stvarnog AO-a (elektronički oblaci. - V.SH.)" [cm. 6,
od. 34].

Studenti općih obrazovnih ustanova ne učenje kvantne mehanike ne mogu razumjeti sadržaj koncepata "orbitalnog" i "elektronskog oblaka", a zato bi trebali biti u udžbenicima u hemiju za ove obrazovne institucije i u hemijsku koristi za podnositelje zahtjeva na sveučilišta napuštena upotrebom koncepta "orbitalnog" i koristi koncept "elektronskog oblaka".

P Formiranje koncepta "Elektronskog oblaka" mora biti obaviješteno sa učenicima da se elektron okreće oko jezgra atoma sa nezamislivom brzinom. Dakle, za 1 s to čini toliko revolucija oko jezgre atoma, koliko revolucija čini propeler aviona oko osi 5-5,5 godina neprekidnog rada motora. Zatim izvijestite da propeler aviona formira "oblak" koji se nalazi u istoj ravnini, a elektron formira rasuti oblak, čiji se oblik i veličina ovise o energiji elektrona.

Program hemije srednjih općih obrazovnih ustanova predviđa studiju strukture elektronskih školjki samo onih atoma koji su u prva četiri perioda periodičnog sistema D.i. Imeteleev. Pomoću periodičnog sistema pokazujemo da je broj nivoa energije u elektronskom školjku atoma jednak broju razdoblja u kojem se nalazi hemijski element. Svaka energetska razina sastoji se od pola godine, od kojih je broj jednak broju nivoa.

Prilikom razmatranja strukture elektronskih školjki atoma prvog perioda periodičnog sistema, D.i. Remeeleev formiramo koncept s.-Elektroni, uparivački elektroni i s.-Proving nivoe energije. U ovom slučaju izveštavamo da je jedan elektron koji se nalazi u elektronskim omotačem atoma vodonik, formira elektronski oblak sfernog oblika i zove se s.-Elektron (Sl.). Budući da sferni elektronski oblak zauzima samo jednu poziciju u blizinom, a zatim odrediti s.Elektron u grafičkoj formuli daje se jedan kvadrat koji se naziva energetskom ćelijom.

Uparivanje elektrona pokazuje prilikom razmatranja strukture elektrona školjke atoma helijuma. Istovremeno, napominjemo da su oba elektrona rotirajuća oko atomskog jezgra s.-Elektroni. Od sfernog elektronskog oblaka s.-Elektron može zauzimati samo jedan položaj u prostoru, a zatim ovo dvoje s.-Elektron formiraju jedan zajednički elektronski oblak sfernog oblika za njih, čija je gustoća dvostruko je gustina elektronskog oblaka jednog elektrona.

Formiranje jednog elektronskog oblaka sa dva elektrona nazivamo uparivanje elektrona. Istovremeno vas obavještavamo da mogu biti upareni samo elektroni sa suprotnim spinovima. Nakon toga napišite elektroničku i grafičku elektroničku formulu helijskog atoma i mi objašnjavamo da su u grafičkoj elektroničkoj formuli, upareni elektroni označeni u jednoj energetskoj ćeliji u dvije suprotne usmjerene strelice.

Prilikom razmatranja strukture elektronskih školjki atoma elemenata drugog perioda periodičnog sistema, D.i. Remeeleev formiranje koncepta p.-Elektro i O. p.-Proving nivoe energije. Istovremeno, pokazujemo da svaki nivo energije počinje
s.- Kretanje na koji se ne može smjestiti više od dva uparena elektrona. Preostali elektroni drugog nivoa energije imaju veću energiju od 2 s.-Elektroni, a samim tim formiraju elektronski oblaci palupnog oblika (cm. Sl.). Takvi elektronički oblaci nalaze se u atomu međusobno okomito i usmjerene po osi prostornih koordinata.

Elektroni koji formiraju elemente u obliku bučica, nazovite r-Elektronic, i supermer na kojem su postavljeni - r- Trgovina. Od elektronskih oblaka
r-Elektroni zauzimaju tri položaja u prostoru, zatim u grafičkim elektronskim formulama
r-Pregledari su označene tri energetske ćelije. Uparivanje r-Elektroni se javljaju tek nakon elektronskih oblaka prve tri r-Elektroni će uzimati tri položaja za njih u prostoru.

Prilikom razmatranja strukture elektronskih školjki atoma elemenata trećeg perioda periodičnog sistema, D.i. Remeeleeve pokazuju da se treći nivo energije sastoji od tri supreme, od kojih elektroni samo koriste samo elektroni s.- I. p.- Kretanje. Slijed punjenja ovih elektrona subranih elektrona isto je kao u atomima elemenata drugog perioda periodičnog sistema.

Prilikom razmatranja strukture elektronskih školjki atoma elemenata četvrtog razdoblja periodičnog sistema, D.i. Remeeleeve, pokazuju da se četvrta energetska razina sastoji od četiri supreme, od kojih elektroniraju samo elektrone s.- I. p.- Kretanje. Preostali elektroni (do deset) dosljedno ispunjavaju treći sublaj na nivou treće energije. Ovi elektroni imaju veću energiju od elektrona 3 p.-Producnica i formiraju elektroničke oblake složene konfiguracije (vidi Sl.), Što može zauzimati pet pozicija u prostoru.

Takvi se elektroni nazivaju d.-Elektronic i zrno koje zauzimaju - d.- Trgovina. Uparivanje d.-Elektroni se javljaju nakon što će im elektronski oblaci zauzimati sva pet položaja u neposrednom prostoru. U grafičkim elektronskim formulama d.-Proverzi su označene pet energetskih ćelija.

Zaključno, prijavljujemo da atomi elemenata glavnih podskupina povremenog elektrona elektrona ispunjavaju s.- I. r-Produktucije vanjskog energetskog nivoa, a u atomima elemenata bočnih podskupina, elektroni ispunjuju unutrašnje linije njihovih elektronskih školjki.

Pojava kemijske veze između atoma nije preklapajući se neanimičan orbital, već preklapajući materijal elektronski oblaci formirani valence elektroni spojnih atoma: "Vizualna interpretacija rješenja ovog problema je to što je sa konvergencijom dvojice A. Hydrogena , njihov elektronički "oblaci" počinju se preklapati sve više i više. Takav "prodor" oblaka "daje se već znaju na udaljenosti od dva angstroma, kada novi efekat postane primetan. Elektroni oba atoma - ako su njihove leđa suprotne, - "općenito", čineći zajednički pokret u polju nukleija, I.E. Svaki elektron pripada i jezgrama odjednom. Ukupni elektronički "oblak" jezgre je deformiran, veliki udio ovog "oblaka" je između jezgara, komunicira ih zajedno "[vidi 7, str. 412].

Kada se s obzirom na smjer kovalentne kemijske veze pokazuju da atom može biti u tri stanja: glavni, uzbuđeni i hibridni. U glavnom stanju, atom je na niskoj temperaturi, a na visokoj temperaturi - u uzbuđenom stanju. Kada se formira hemijska veza, atom se pretvara u hibridnu državu. Različite stanja atoma ilustriraju grafičke elektronske formule vanjske (valence) energetske razine berilijevih, bora i ugljičnih atoma.

Za berilijum atoma ove formule imaju ovu vrstu:

Istovremeno, objašnjavamo da u tranziciji atoma u uzbuđenu državu apsorbuje energiju, što uzrokuje uklanjanje uparenih elektrona i prelazak jednog od njih na sljedeću energetski sublaj. Prilikom premještanja atoma u hibridnu državu s.- I. r- Elektrona razmjene energije, a njihova energija postaje ista. Takvo usklađivanje energija naziva se hibridizacija elektronskih oblaka.

Promjena energije određuje promjenu konfiguracije elektronskih oblaka.
sp.-Hividizirani elektronski oblaci dva elektrona uređeni su simetrično pod uglom od 180 °. Zaključno, to obavještavamo sp.-Hypebridizacija elektronskih oblaka karakteristična je za sve atome elemenata glavne podskupine druge grupe periodičnog sistema D.I. Imeteleev.

Prijelaz Boron Atoma u uzbuđene i hibridne države ilustrira se sljedećim grafičkim elektronskim formulama:

Istovremeno objašnjavamo da, za razliku od berillik atoma, Boron Atom može biti u dva hibridna stanja: jedna hibridizira s.- i jedan r-Elektronični oblaci ili hibridizirani jedan s.- i dva r-Elektronični oblaci. sp. Dvoelektrični elektronički elektronski oblaci nalaze se pod uglom od 120 ° jedan za drugim.

Prelazak ugljičnog atoma u uzbuđene i hibridne države ilustrirajući uz pomoć grafičkih elektronskih formula svojih tri države:

Istovremeno, objašnjavamo da za razliku od Boron Atoma, ugljični atom može biti u tri hibridne države. U trećem hibridnom stanju atoma hibridizira jedan s.- i tri r-Elektronični oblaci i sp. 3-hibridizirani elektronski oblaci od četiri elektrona raspoređeni su pod kutom od 109 ° 28 ".

Opisana tehnika odgovara principu materijalnosti koja prepoznaje materijalnu stvarnost kao osnovu svih pojava, što omogućava utvrđivanje istinske suštine i tačnosti bilo kakvih teorijskih zaključaka.

Literatura

1. Rudzitis G.e.. Hemija. Neorganska hemija. Vodič za opće obrazovne ustanove za ocjenu 8. razred / G. Erudzitis, F.G.Feldman. 9. ed., Pererab. i dodaj. M.: Prosvetljenje, 2001.

2. Gabrielyan O.S.. Hemija. 8. razred. Tutorial za opće obrazovne institucije. 6. ed., Stereotip. M.: Pad, 2002.

3. Homchenko G.P. Hemija za podnosioce zahtjeva na univerzitete. M.: Hiljačka škola, 1993.

4. Prokletstvo A.G.. Fizičke količine (terminologija, definicije, oznaka, dimenzija, jedinice). Referentni priručnik. M.: Viša škola, 1990. godine.

5. Schukarev S.A. Neorganska hemija. T. I. Tutorial za hemijske fakultete univerziteta. M.: Viša škola, 1970.

6. Dmitriev I.S., Semenov S.G. Kvantna hemija je njena prošlost i prisutna. Razvoj elektroničkih ideja o prirodi hemijskog obveznice. M.: Atomizdat, 1980.

7. Velika sovjetska enciklopedija. 2. ed. M.: BSE, 1950., vol. 3.

Ili molekula ovisno o elektronskoj energiji.

Na slici je prikazana radijalna raspodjela vjerojatnosti pronalaženja elektrona u atomu vodika u glavnom stanju.

Radijalna krivulja raspodjele vjerojatnosti pronalaženja elektrona u atonu hidrogena ukazuje na to da je vjerojatnost otkrivanja elektrona maksimalna u tankom sfernom sloju sa sredinom na mjestu protona i radijusu jednaku borovskom radijusu 0.

Što je jači priključak elektrona sa kernelom, elektronski oblak je manji u veličini i više gušća po distribuciji naboja.

Elektronski oblak najčešće se prikazuje u obliku granične površine (prekrivanje otprilike 90% gustoće). U ovom slučaju se spušta oznaka gustoće uz pomoć bodova.

Enciklopedijski Youtube.

1 / 3

Šta je orbitalno.

# 8 Hemija: Struktura atoma

Elektronska struktura atoma

Titlovi

Elektronski oblak i hemikalija

Vjerujući da kretanje elektrona neovisnim o mnogo sporijim nuklearnim pokretima (adiabatska aproksimacija) može biti prilično strogo opisana formiranjem kemijske veze kao rezultat akcije Coulomb Sila privlačnosti za elektronski oblak koncentrirani u Interledstone prostor (vidi Cris.2).

Naknada za ovaj oblaci teži da se jezgrovicu dovode jedni drugima (obvezujući područje), dok elektronsko naboj izvan intersticijskog prostora (unventory regija) ima tendenciju da gurne jezgro. U istom smjeru postoje i snage nuklearne odbojnosti. Pod približavanjem atoma na ravnotežnom udaljenosti, dio je gustoće neobičnog područja u nepovezanom prostoru. Elektronsko naboj se distribuira u oba područja tako da snage koje žele približiti i gurati kernele iste su. To se postiže na određenoj ravnotežoj udaljenosti koja odgovara

Ne samo elektrona energija u atomu (i veličine elektronske veličine oblaka) ne mogu preuzeti samo određene vrijednosti. Proizvoljna ne može biti oblik elektronskog oblaka. Određuje se orbitalnim kvantnim brojem I (naziva se i stranom ili azimutalnom), što može uzimati cijele vrijednosti od 0 do (P - 1), gdje je p glavni kvantni broj. Različite vrijednosti p ispunjava različit broj mogućih vrijednosti. Dakle, kad je n \u003d 1, moguća je samo jedna vrijednost orbitalnog kvantnog broja - nula (/ \u003d 0), s n \u003d 2 / može biti 0 ili 1, kada su P \u003d 3 moguća /, jednaka 0, 1 i 2, općenito, ova vrijednost glavnog kvantnog broja n odgovara raznolikosti mogućih vrijednosti orbitalnog kvantnog broja.

Zaključak da se oblici oblaka atomskog elektronskog elektrona ne mogu biti proizvoljni, slijede iz fizičkog značenja kvantnog broja /. To određuje vrijednost orbitalni trenutak broja pokreta elektrona, Ova vrijednost, kao i energija, kvantizirana je fizička karakteristika elektronskog stanja u atomu.

Orbitalni trenutak iz količine M Formule M pokreta, kreće se oko centra rotacije u neku orbitu, naziva se proizvod mvf, Gde t. - Masa čestica, v. - Njegova brzina, g- Vektor radijusa koji povezuje rotacijski centar sa česticom (Sl. 7). Važno je svrgnuti da je M je vektorska količina; Smjer ovog vektora je okomit na ravninu u kojem se vektori nalaze. v. i g.

Određeni oblik elektronskog oblaka odgovara potpuno definiranoj vrijednosti orbitalnog zamaha pokreta elektrona M., ali s obzirom da M može prihvatiti diskretne vrijednosti definirane orbitalnim kvantnim brojem /, tada se oblik elektronskih oblaka ne može biti proizvoljan : svaka moguća vrijednost / odgovara potpuno definiranom obliku elektronskog oblaka.

Već znamo da elektronska energija u atomu ovisi o glavnom kvantnom broju p. U atomu vodonik, elektronska energija je u potpunosti

Sl.

Sl.8. Koncept veličine i oblik elektronskog oblaka određuje se vrijednosti p. Međutim, u atomima multi-elektrona, elektronska energija ovisi o vrijednosti orbitalnog kvantnog broja /; Razlozi ove zavisnosti bit će razmatrani u § 31. Stoga je stanje elektrona, koje karakterizira različite vrijednosti /, je uobičajeno nazvan energetski podlozi Elektron u atomu. Ovi suvi su dodijeljeni sljedeća nota za pismo:

U skladu s ovim oznakama, kažu da vol .s-supro, / ^ - rezidni, itd. Pozvani su elektroni koje karakteriziraju vrijednosti bočnog kvantnog broja 0, 1, 2 i 3. Elektroni, P-elektroni, b / -elektron i / -elektron. Ovom vrijednošću glavnog kvantnog broja p najniža energija posjeduje-elektrone, tada r-, d- i / -elektroni.

Stanje elektrona u atomu koja odgovara određenim vrijednostima pI i, Napisano je na sljedeći način: prvo, naznačen je broj glavnog kvantnog broja, a zatim slovo - orbitalni kvantni broj. Dakle, oznaka 2 r odnosi se na elektron koji p \u003d 2i1 \u003d 1, oznaka 3d - do elektrona koji n \u003d 3 i / \u003d 2.

Elektronski oblak nema oštro izgled u raznim granicama. Stoga, koncept njegovih veličina i obrasca zahtijeva pojašnjenje. Uzmite u obzir kao primjer elektronski oblak 15-elektron u atomu vodika (Sl. 8). U točki ali, Smješten na nekom udaljenosti od jezgre, gustoća elektronskog oblaka određena je kvadratom valne funkcije provesti će kroz točku alipovršina jednake gustoće elektrona, Povezivanje točaka u kojima gustoća elektronskog oblaka karakteriše ista vrijednost j ^. U slučaju 15-elektrona, takva će površina biti sfera, unutar kojeg su neki od elektronskog oblaka zatvoreni (na slici 8, presjek ove sfere s uzorkom s avionima prikazan je krug koji prolazi kroz poenta ali). Odaberite poenta sada B, Velika udaljenost od jezgre, a izvršite i površinu jednake gustoće elektrona kroz nju. Ova površina će također imati sferni oblik, ali većina elektronskog oblaka bit će zatvorena unutar njega nego unutar sfere ali. Neka konačno bude u površini gustoće elektrona provedenog kroz neku tačku C, završava se prevladavajući dio elektronskog oblaka; Obično se ova površina vrši tako da zaključuje 90% naboja i masu elektrona. Ova se površina naziva granična površina I to je njegov oblik i dimenzije koji se smatraju oblikom i dimenzijama elektronskog oblaka. Granična površina

Sl. devet.Fina 2 funkcije Grafovi za 1 S-Electron

Sl. 10.

15-elektron je sfera, ali granične površine ^ - i ^ -elektroni imaju složeniji oblik (vidi dolje).

Na slici. 9 prikazuje vrijednosti valne funkcije f (vidi Sl. 9, ali) i njegov kvadrat (vidi Sl. 9, 6) Za 15-elektron, ovisno o udaljenosti od jezgre, prikazane krivulje ne ovise o smjeru u kojem se odmjerena udaljenost r deponira; to znači da elektronski oblak LS elektrona ima sfernu simetriju. Ima oblik kuglice. Krivulja na slici. devet, ali Smješten na jedan put od uspostava osi (apscisa osovina). Slijedi da valna funkcija od 15-elektrona ima trajni znak; Mi ćemo to smatrati pozitivnim.

Slika 9, b. Također pokazuje da se s povećanjem udaljenosti od jezgre vrijednosti F 2 monotono opada. To znači da je gustoća elektronskog oblaka od 15 elektrona smanjena iz jezgre; Ilustracija ovog izlaza može biti Sl. pet.

To, međutim, ne znači da sa povećanjem g. Verovatnoća otkrivanja 15-elektrona takođe je monotono smanjena. Na slici. 10 Istaknuti tanki sloj zaključen između sfera sa polumjerom g. i (G + AR), gdje je AR neka mala vrijednost. Uz rast gustoće elektrona u oblaku u sferičnom sloju, smanjuje se; Ali u isto vrijeme povećava količinu ovog sloja jednak 4L G 2 ar. Kao što je naznačeno u § 26, vjerovatnoća otkrivanja elektrona u malom iznosu AK izražava se proizvodom F 2 DC. U ovom slučaju, AK \u003d 4LG 2 ar; Slijedom toga, vjerojatnost otkrivanja elektrona u sfernom sloju zaključen između G i (G + AR) proporcionalna je vrijednosti 4LG 2 F 2. U ovom radu, s porastom G, višestruko povećava se množitelj 4L G 2, a multiplikator F 2 opada. Pri malim vrijednostima m, veličina 4L G 2 povećava se brže od F 2 opada, s velikim - naprotiv. Stoga, proizvod 4LG 2 F 2, koji karakterizira vjerojatnost otkrivanja elektrona na udaljenosti od jezgre, s povećanjem G prolazi kroz maksimum.

Zavisnost od 4LG 2 F 2 iz G prikazana je za 15-elektron na slici. 11 (slični grafikoni se nazivaju grafikoni radijalnog

Sl. jedanaest.

Sl. 12.Valna grafika za 25- (ali) i 35 elektrona (b)

verovatnoća verovatnoće Nakon pronalaska elektrona). Kao što je prikazano Sl. 11, verovatnoća otkrivanja 15-elektrona na niskim udaljenostima od jezgre je blizu nule, od tada g. malo. Otpušteno i vjerovatnoća za otkrivanje elektrona na vrlo velikom daljinu od kernela: Evo blizu nula multiplikatora F 2 (vidi Sl. 9, 6). Na neku udaljenost od kernela g 0 Verovatnoća detekcije elektrona ima maksimalnu vrednost. Za atomu vodika, ova udaljenost iznosi 0,053 Nm, koja se podudara sa izračunatom vrijednošću borona radijusa najbliže kernelu elektrona ili orbite. Međutim, interpretacija ove veličine u teoriji Borona i sa stanovišta kvantne mehanike različita je: prema Boru, elektron u vodonik u atomu vodika smješten Na udaljenosti od 0,053 nm od jezgre, a sa stajališta kvantne mehanike ova udaljenost odgovara samo maksimalna verovatnoća Otkrivanje elektrona.

Posjećeni su elektronski oblaci od 5-elektrona drugog, trećeg i narednog sloja, kao u slučaju 15 elektrona, sferne simetrije, I.E. Karakteriziran sfernim oblikom. Međutim, evo valne funkcije s povećanjem udaljenosti od jezgre promjena se mijenja teže. Kao što je prikazano Sl. 12, ovisnost od F od g. Za 25- i 35 elektrona nije monotono, na različitim udaljenostima iz kernela, valna funkcija ima drugačiji znak, a na odgovarajućim krivuljama nodal bodovi (ili čvorovi) U kojoj je vrijednost valne funkcije nula. U slučaju 25-elektrona postoji jedan čvor, u slučaju 35-elektrona - 2 čvorova itd. U skladu s tim, struktura elektronskog oblaka ovdje je teže od 15-elektrona. Na slici. 13 Kao primjer, elektronski oblak od 25 elektrona shematski je prikazan.

Grafovi radijalne distribucije vjerojatnosti za 25- i 35 elektrona (Sl. 14) imaju složenije vrste. Ovdje se pojavljuje nijedan maksimum, kao u slučaju 15-elektrona, a u skladu s tim, dva ili tri maksimuma. Istovremeno, glavni maksimum je udaljeniji od jezgre, što je veća vrijednost glavnog kvantnog broja p.

Sl. 13.

Sl. četrnaest.Radialni grafikoni verovatnoće za 2s- (ali) i 35 elektrona ( 6 )

Razmotrite sada strukturu elektronskog oblaka 2 /? - elektron. Prilikom uklanjanja iz kernela u nekom smjeru, valna funkcija 2R elektrona varira u skladu s krivuljom prikazanom na slici. petnaest, ali. Na jednoj strani jezgra (na slici - desno), valna funkcija je pozitivna, a ovdje na krivini postoji maksimalno, s druge strane kernela (na slici - lijevo), valna funkcija je negativna , minimalno je na krivini; Na početku koordinata vrijednost F odnosi se na nulu. Za razliku od 5-elektrona, valna funkcija 2R elektrona nema sfernu simetriju. To se izražava u činjenici da je visina maksimalnog (i, u skladu s tim, dubine minimalne) na slici. 15 ovisi o odabranom smjeru radijus-vektora g. U nekom smjeru (sigurno ćemo to smatrati smjerom osi koordinata x) Visina maksimuma je najviša (vidi Sl. 15, o).U pravcima koja čine ugao sa osi x, Visina maksimuma je manje, to više ovaj kut (vidi Sl. 15, b, u); Ako je 90 °, tada je vrijednost f u odgovarajućem smjeru nula na bilo kojoj udaljenosti od kernela.

Grafikon radijalne distribucije vjerojatnosti za 2R elektrona (Sl. 16) ima oblik sličan na slici Sl. 15, sa razlikom da je vjerojatnost otkrivanja elektrona na nekom udaljenosti od jezgre uvijek pozitivna. Položaj maksimuma na distribucijskoj krivini je vjerovatno

Sl. šesnaest.

Sl. petnaest.

Sl.

sTI ne ovisi o izboru smjera. Međutim, visina ovog maksimalnog ovisi o smjeru: najveći je kada se vektor polumjera poklapa sa smjerom osovine x, i smanjuje se kao radijus - vektor odstupanja iz ovog smjera.

Ova raspodjela vjerojatnosti otkrivanja 2 /? - Elektron odgovara oblici elektronskog oblaka koji nalikuje dvostruku krušku ili bučicu (Sl. 17). Kao što se vidi, elektronski oblak je koncentriran u blizini osi x, I u avionu yz Okomino na ovu osovinu, nema elektronskog oblaka: vjerojatnost otkrivanja ovdje 2R-elektron je nula. Znakovi "+" i "-" na slici. 17 Ne odnose se na verovatnoću otkrivanja elektrona (uvek je pozitivan!), A na talasnu funkciju F, što u različitim dijelovima elektronskog oblaka ima drugačiji znak.

Slika 17. Otprilike prenosi oblik elektronskog oblaka ne samo 2R-elektrone, već i p-elektrone trećih i narednih slojeva. Ali grafikoni radijalne raspodjele vjerojatnosti imaju složeniji lik ovdje: umjesto jedan maksimum prikazan u desnom dijelu Sl. 16, na odgovarajućim krivuljama postoje dva maksima (S-Electron), tri maksimula (4p-elektron), itd. Istovremeno, najveći maksimum nalazi se dalje od kernela.

Još složeniji oblik ima elektroničke oblake (7-elektroni (/ \u003d 2). Svaka od njih je "četveročlana" lik, a znakovi talasnog funkcije u alternativu "latice" (Sl. 18).

6.1. Značajke mikroworld-a

Zakoni za koje "žive" čestice microworld(elektroni, nukleoni, atomi, molekuli) vrlo su različiti od zakona macromir (Naš svijet je svijet fizičkih tijela). Mnogo u ponašanju ovih čestica naša mozak, razvijajući se u makromiru, jednostavno ne može zamisliti. Stoga, s nekim karakteristikama takvih čestica, značajke koje izgledaju neočekivano i čudno, morat ćemo jednostavno prihvatiti.

Glavna svojstva napunjenih tijela i čestica, slijedi da impromobljivo elektroni u atomu ne mogu biti. Zaista, u ovom slučaju, oni su ukrcali na srž, jednostavno bi pali na to, a atmosfera bi prestala postojati. Slijedom toga, elektroni u atomu se kreću. Ali već pojačanje bilo je jasno da se elektroni ne mogu jednostavno zakretati oko kernela. Tada su zakoni elektrodinamike već bili poznati, u skladu s kojom se elektronska rotira oko jezgre dužna postepeno gubiti svoju energiju, što bi trebalo dovesti do toga, na kraj, do njenog jezgre. Ovaj izuzetno složen problem nije uvijek dosljedan, ali je riješen u prvoj trećini dvadesetog stoljeća kao rezultat djela mnogih izvanrednih fizičara: Nielsa Bora, Albert Einstein, Erwin Schrödinger, Werner Geisenberg, Max Rođen i mnogi drugi naučnici. S glavnim zaključcima iz ovih djela sastaćemo se.

Proučavanje elektrona, atoma, molekula, kao i njihovih interakcijskih procesa, koristićemo neke modeliOmogućujući nam da dobijemo manje ili više vizualni prikaz proučavanja objekata. Mora se pamtiti da bilo koji model opisuje stvarnost s jednim stepenom tačnosti i može se koristiti samo u području za koje je stvoren.

Mikrotoznih čestica koje nas prvenstveno zanimaju elektron. I iako su svojstva izložena elektronom u različitim uvjetima, naučit ćete tokom fizike, ukratko ćemo se upoznati sa tri glavne karakteristike ponašanja elektrona u atomu.

Prva funkcija. Energija besplatnog elektrona , kao i energiju tela, može se kontinuirano mijenjati ali energija pridruženog elektrona, posebno elektron u atomu, mogu uzeti samo sasvim određene vrijednosti.

Shematski, prikazan je na slici. 6.1, gdje lijeva osovina energije debele linije prikazuje moguće vrijednosti energije slobodnog elektrona, a s desne strane na istoj osi po zasebnim točkama - elektronskim energijom u atomu. Na ovaj način, elektron u atomu može biti samo u puni određenih država. .

Prilikom prebacivanja elektrona iz jedne države u drugu energiju koju apsorbira ili ističe po porcijama - quantamienergija. Stoga se često naziva prva značajka ponašanja elektrona princip kvantizacije Njegova energija. Ova značajka postulirala je danski fizičar Nils Bow 1913. godine, a kasnije je dobila sjajnu eksperimentalnu potvrdu.

Druga karakteristika. Elektron u nekim slučajevima pokazuje svojstva čestice neke tvari, a u ostalim - valnim svojstvima. Takva dualnost ponašanja elektrona i drugih mikročestica (dualizam) jedna je od zajedničkih svojstava materije (i tvari i polja). To se zove " korpuskularni talas Dualizam "ili " dualizam val čestica ".

Svojstva talasne dužine elektrona manifestuju se, na primjer, kada se tok elektrona prođe kroz najtanji kristalni film. Elektronska toka se ponaša kao da su valovi prolazili kroz ovaj film, odnosno difrakcije (rezanje talasa prepreka koje se pojavljuju na njihovom putu, ako je njegova veličina uporediva sa talasnim dužinama) i smetnje (povećanje grebena i smanjenja talasa kada Prekrivanje svog prijatelja na prijatelja) (značenje ovih pojava je jasno iz slike 6.2, što prikazuje sheme difrakcije i uplitanja valova na površini vode na sastanku prepreka s jednom ili dvije rupe). Ova karakteristika ponašanja elektrona predviđala je francuski fizičar Louis De Broglie 1924. godine, a 1926. godine američki fizičar Clinton Devison prvi je promatrao difrakcijsku sliku u interakciji elektronskog fluksa s metalima. Trenutno se valna svojstva elektrona široko koriste u istraživanju strukture različitih supstanci.

Treća karakteristika. Uz veću tačnost, određuje se položaj elektrona u prostoru, sa manje tačnosti, moguće je odrediti njenu brzinu. I obrnuto, nego sa većom tačnošću, određena je brzina elektrona (apsolutna vrijednost i smjer), međutim, s manje tačnošću, moguće je odrediti njegov položaj u prostoru.. Ova izjava i istina je za druge mikroočegetike, nazvane " princip nesigurnosti ". Ovaj princip je formulisao njemački fizičar Werner Geisenberg 1927. godine. Princip nesigurnosti "lišava" leteću elektronsku putanju. Uistinu, ako u nekom trenutku znamo tačno položaj elektrona, ne znamo ništa u principu o njezinoj brzini i sljedećeg puta možemo otkriti elektron na bilo kojem drugom mjestu atoma, međutim, s različitim vjerovatnost.

Teorija vjerojatnosti proučava matematika, a mi ćemo iskoristiti samo nekoliko pojednostavljene definicije ovog koncepta.

U našem slučaju, verovatnoća otkrivanja elektrona u bilo kojoj točki elektronske ljuske atoma pokazuje koliko često se tamo događa. "

Microworld, Macromir, princip kvantizacije, dualizam talasa čestica, princip nesigurnosti, verovatnoća.
1. Da li primjere fizičkih pojava na kojima postoji kontinuirana promjena a) potencijalne energije, b) kinetičke energije.
2. Stavite glavne karakteristike ponašanja elektrona u atomu. Kakvo je ponašanje elektrona razlikuje od ponašanja bilo kojeg fizičkog tijela?
3. Kako mislite gdje možete držati granicu između mikromirura i makromira?
4. U kojim slučajevima prilikom prebacivanja elektrona u atomu iz jedne države do druge energije dodjeljuje se, a u onome što se - apsorbira?
5. Otvorite sljedeće izjave u tri grupe: a) pouzdano, b) vjerovatno c) nemoguće je.

Zemlja se vrti oko sunca.
Zemlja se vrti oko Marsa.
Autobus će odgovarati zaustavljanju za naredna minuta.
Sutra će kiša.
Sutra će biti sunčano.
Prva osoba susreće vas sutra na ulici će biti muškarac.

Pokušajte procijeniti vjerojatnost ovih događaja.

6.2. Orbital. Kvantni brojevi

Neobična svojstva elektrona, njegova dvostruka priroda, posebna priroda pokreta ne uklapa se u okvir klasične mehanike. Ponašanje elektrona i drugih mikroočestika studira kvantili mala mehanika.
U kvantnoj mehanici, ponašanje elektrona opisano je prilično složenom jednadžbom koja se zove val jednadžbaili schrödinger jednadžba(Nazvane Erwin Schrödinger - austrijska fizika, koja je predložila ovu jednadžbu 1926. godine. Točno rješenje Schrödinger jednadžbe moguće je samo za sustav dvije čestice, na primjer, za atomu vodika. Za složenije atome jednadžba se rješava otprilike koristeći računare. Sredstvo Schrödinger jednadžba, možete pronaći moguće države elektrona u atomu ( atomski orbitalan, AD).

Da biste izbjegli glomazne približne proračune, često se koristi pojednostavljeni atomski model, koji se naziva " jedno-elektronska aproksimacija ". Kao dio ovog modela, pretpostavlja se da se svaki elektron ponaša u atomu bez obzira na preostale elektrone ovog atoma - tada je rješenje Schrödinger jednadžbe u velikoj mjeri pojednostavljeno. U hemiji, u većini slučajeva dosta je dovoljno ovog jednostavnog modela, tako da se najčešće koristi.
Izvlačenjem Schrödinger jednadžbe za nekog atoma i odlučivanje, može se utvrditi koje su države moguce za elektron u određenom atomu (unutar modela "One-elektronski aproksimacija" ovih država i poziva orbitale). Tada se može izračunati koja energija ima elektron u svakoj od ovih država, kao i pronađite druge, vrlo važne karakteristike atoma. Sa nekima od njih ćemo se upoznati.
Schrödinger jednadžba može se iznijeti ne samo za atom, već i za molekulu (sustavi koji se sastoje od nekoliko atomskih jezgra i elektrona). Rješavanje takve jednadžbe, moguće je pronaći moguće stanja elektrona ne u zasebnom atomu, već u molekuli (međutim, proračuni u ovom slučaju su vrlo složeni, naporni i, naravno, su približni). Te se države također nazivaju orbitalom, ali su u suprotnosti s atomskim orbitalima - atomske orbitale koje ih zovu molekularni orbitale (Mo).

Da biste pronašli moguće stanje elektrona u atomu, ne moramo sastavljati i rješavati Schrödinger jednadžba. Ovaj je rad učinjen u drugom tromjesečju dvadesetog vijeka kao i sam Schrödinger i mnogi njegovi sljedbenici. U skladu s ovom jednakom, svaki atomski orbital jedinstveno karakterizira set od tri cijela brojeva koja se nazivaju kvantni brojevi. Ovi brojevi su dobili posebna imena i notaciju:
glavni kvantni broj– n.,
orbitalni kvantni broj– l.i
magnetski kvantni broj– m..
Budući da su moguće sve države elektrona u atomu, kombinacije ovih brojeva možda nisu, već samo one koje zadovoljavaju sljedeća tri pravila.

Glavni kvantni broj ( n.) Može preuzeti bilo kakve cijele pozitivne vrijednosti:

n \u003d 1, 2, 3, ...,
Orbitalni kvantni broj ( l.) može preuzeti bilo kakve cijele vrijednosti od nule na n.– 1:
l. = 0, 1, 2, … , (n. – 1).
Magnetski kvantni broj (m.) može preuzeti bilo kakve cijele vrijednosti iz l. do +. l.Uključujući nulu:
m. = – l., … , –1, 0, +1,… ,+ l.

Smatrajući se dosljedno mogućim skupovima kvantnih brojeva, saznaju koje države mogu biti elektron u atomu (to jeste koje je moguće).
Neka glavni kvantni broj n. \u003d 1, a zatim orbitalni kvantni broj l. \u003d 0 i magnetski kvantni broj m. \u003d 0 i samo nula. Dakle, kada n. \u003d 1 Mogući je samo jedan JSC.
Za n. \u003d 2 orbitalnog kvantnog broja l. Možda već uzmete dvije vrijednosti: 0 i 1, ali ne više. Svaka od ovih vrijednosti odgovara njihovim mogućim vrijednostima. m.: za l.\u003d 0 magnetski kvantni broj je također jednak nuli, a kada l. \u003d 1 magnetski kvantni broj već može preuzeti tri vrijednosti: -1, 0 i 1. Dakle, kada n. \u003d 2 Dobijamo sljedeće setove kvantnih brojeva:

n. = 2	n. = 2	n. = 2	n. = 2
l. = 0	l. = 1	l. = 1	l. = 1
m.= 0	m.= –1	m.= 0	m.= 1

i svi, nema drugih niza kvantnih brojeva kada n. \u003d 2 su nemoguće. Slijedom toga, broj JSC sa n. \u003d 2 jednako četiri.
Svađa se slično, možemo dobiti i druge AD. Rezultat je dat u prva četiri stupca tablice 13. Ova tablica se može nastaviti za ostale vrijednosti glavnog kvantnog broja.

Skup atomskih orbitala određuje se ograničenjima nametnutim vrijednostima kvantnih brojeva.

Korištenje kvantnih brojeva možemo "nazvati" dobijenim orbitalom, odnosno pripisati svakom od njih simbol. Simbol AO sastoji se od cifre i malog latinskog slova, na primjer: 2 s., 3p., 4f.. Dizita odgovara glavnom kvantnom broju, a slovo simbolizira vrijednost orbitalnog kvantnog broja prema sljedećem pravilu: l. \u003d 0 odgovara slovu s., l. \u003d 1 odgovara slovu p., l. \u003d 2 - pismo d., l. \u003d 3 - pismo f. A onda abecedno. Na primjer:
1s.-Ao označava orbitalno n. \u003d 1 I. l. = 0;
2p.-Ao označava orbitalno n. \u003d 2 I. l. = 1;
3d.-Ao označava orbitalno n. \u003d 3 I. l. = 2.
Simboli orbitala date su u posljednjem stupcu tablice 13.
Isti simboli koriste se za označavanje elektrona koji se nalaze u ovim orbitalnim, odnosno u tim državama:
2p.-Elektron - elektron do 2 p.-U
4f.-Elektron - elektron do 4 f.-Ao, itd.
Ponašanje elektrona u orbitale ovisi o jednoj od njegovih neobičnih karakteristika zvanih natrag. Ovaj poseban (koji nema analoge u makromiru) karakterističan za mikročestike, definirajući njihovu magnetna svojstva. Za njegovo računovodstvo koristi se četvrti kvantni broj - spin. Naznačeno je slovom s.. U različitim česticama, kvantni broj Spin je različit, ali za elektron može trajati samo dvije vrijednosti: s. \u003d 1/2 I. s. = –1/2.
Tako je elektron u atomu u potpunosti i jedinstveno karakteriziran četiri kvantna brojeva ( n., l., m. i s.), od kojih tri ( n., l. i m.) karakteriziraju orbital ovog elektrona, a četvrti ( s.) - Njegov spin

Tabela 13..Kompleti kvantnih brojeva za razne AD

			Oznaka AO-a.
		Jedan
	0 –1, 0, 1	Jedan Tri	2s. 2p.
	0 –1, 0, 1 –2, –1, 0, 1, 2	Jedan Tri Pet	3s. 3r. 3d
0 1 2 3	0 –1, 0, 1 –2, –1, 0, 1, 2 –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3	Jedan Tri Pet Sedam	4s. 4p. 4D. 4f.

U budućnosti ćemo koristiti oznake atomske orbite dane u posljednjem stupcu Tabele 13.

Atomski orbitalni, molekularni orbitalni, kvantni brojevi.
1. Predložite simbole atomske orbite za koje a) n. = 2, l.\u003d 0; b) n.= 3, l. \u003d 0; u) n. = 3, l. =
2. Koje vrijednosti n. i l. Odlično a) 4 s.-Ao, b) 4 r-Ao, c) 5 d.AO, A) 6 p-JSC?
3. Samo u atomu s.-Subitali, r-Subitali, d.-Vubitali?
4. Koliko u atomu 2 r-Subitali, 3. s.-Vubitali, 4. d.-Vubitali, 4. f.-Vubitali? Dokažite da su upravo toliko.
5. Koliko atoma orbitata ima simbol od 5 p., 6s., 4d., 5f.? Koji su kvantni broj orbitali s istim simbolom?
6. U sljedećim skupovima kvantnih brojeva n., l. i m. Odaberite one koji odgovaraju AD-u. Navedite znakove ovih JSC-a: a) n. = 2, l. = 0, m. \u003d 0; b) n. = 3, l. = 3, m. \u003d 1; u) n. = 2, l. = 1, m. \u003d 2; d) n. = 3, l. = 2, m. \u003d - 1; e) n. = 3, l. = 0, m. \u003d 2; e) n. = 3, l. = 1, m.= 0.

6.3. Energija atomskih orbitala. Elektronski nivoi i stranica

Naučivši šta su orbitale mogući u ATOM-u, sada ćemo pokušati shvatiti koja je njihova energija, jer je uloga energije u svim procesima u svemiru vrlo velika. To se odnosi i na Micromeru i u svemir.

Energy AO ( E. AO) može biti i izračunati iz Schrödinger jednadžbe i određuje se eksperimentalno, što je dugo učinjeno za atome gotovo svih elemenata. Ali prilikom proučavanja hemije, ove tačne apsolutne vrijednosti se rijetko koriste. Obično je dovoljno znati, energije koja je orbitalna veća, a što manje, a također, tako, snažno ili slabo se razlikuje u susjednim orbitama energije. Takve informacije daju, na primjer, Sl. 6.3, gdje je energija orbitalne energije Mendelia Atom (jedan od posljednjih elemenata, elektronska struktura atoma od kojih se eksperimentalno određuje), i uključeni u elektrone i neke besplatne se nanosi na energetsku osovinu. Vrijednosti se primjenjuju na osovinu bez stroge usklađenosti, jer s porastom glavnog kvantnog broja, razlika između energetskih vrijednosti AO vrlo se smanjuje, tako da bi crtež napravljen na skali bio malo. Postoji još jedan razlog za koji se ova skala obično prikaže bez poštivanja razmjera: kao naboj kernela, energija istih orbitala značajno je smanjena, ali ukupni obrazac raspodjele energetskih orbitala ostaje nepromijenjen. Prikazano na slici. 13 ljestvica preciznije odražava jednu od značajki ponašanja elektrona u atomu koji su nam već poznati (u odnosu na Sl. 11).
Kao što vidite, slijed država je prilično kompliciran. Obično, za veću jasnoću, rezultirajuća ljestvica je donekle modificirana. Imajte na umu da energija AO ovisi o tome n. i od l.Dakle, osim osi E. AO je predstavljen još jednu osovinu. Najčešće ova osovina l.. Na rezultirajućim polju, položaj energije različitih orbitala, ali ne i točkica, ali malih trgova, takozvani " kvantna ćelija ". Istovremeno, pored povećane jasnoće, moguće je prikazati broj različitog orbitalnog s iste energije.

Pored kvantnih ćelija nužno ukazuju na simbole orbitale. Rezultat je takozvani energetski dijagram atoma.
Energetski dijagram može odražavati elektroničku strukturu stvarnog atoma, a zatim položaji elektrona emisije (kao što se radi detaljno u stavku 6.5). Ali moguće je napraviti energetsku kartu da pokaže niz energija koji još nisu zauzimali elektroni orbitala - za proizvoljni multi-elektron atoma, takav dijagram je prikazan na Sl. 6.4.

U slučaju atoma vodika, koji ima samo jedan elektron, slika je vrlo pojednostavljena. Kao što se može vidjeti iz energetskog dijagrama (Sl. 6.5), na atomu vodonik, energija orbitala ovisi samo o glavnom kvantnom broju n..

Iz magnetskog kvantnog broja m. Energetske orbite ne ovise o energetskom dijagramu orbite s istim n. i l.Ali s različitim magnetskim kvantnim brojem m.imati istu energiju grupiranu zajedno elektronski sublajnik (EPA) (vidi Sl. 6.4).

Broj orbitala na bilo kojoj EPPA jednak je broju mogućih vrijednosti. m. (Vidi tabelu. 13). Dakle, 2. p.-, 3p.-, 4p.- i ostale P-suplekljske orbite - tri i 3 d.-, 4d.-, 5d.- i drugi d.- Pet je pet. U općem slučaju, broj orbitala na bilo kojem apartmanu jednak je 2 l. + 1.

Budući da svi orbitali sublaji imaju isti simbol, isti simbol je sami vjernik. Dakle, 1. s.-Prob (1. s.-EPU) formiran za jedan 1 s.-Ao i 4 f.-EPU - Porodica 4 f.-Ao.

Na energetskom dijagramu uslovno je uobičajeno imati orbitale uzlazno magnetski kvantni broj, na primjer, za 3 d.-Posjeći

					3d.
–2	–1	0	+1	+2

lijeva kvantna ćelija simbolizira orbitalnu m. \u003d -2, sledeće - sa m. \u003d -1 i onda prije m. = 2.

Subjekti s istim vrijednošću glavnog kvantnog broja kombinovani su u elektronski nivoi (EU).

Dakle, 2. s.- i 2 r-Products formiraju drugi elektronički nivo; 3. s.-, 3p.- i 3. d.- Premještanje formiranja treće elektroničke razine.

O energetskim dijagramima prikazanim na slici. 6.4 i 6.5, podloge jedne razine povezane su ravnim linijama. U slučaju atoma vodika, ove su linije horizontalne, a u slučaju multi-elektronskog atoma - nagnute. Korisno je znati da je broj podloge na istom nivou jednak broju ovog nivoa (to je glavni kvantni broj n.), a broj orbitale na istoj razini je jednak n. 2 .
Ponekad se elektroničke razine nazivaju "nivoi energije". Zapaljeno je, ali još uvijek se često koristi naziv vrijedan je za atom vodonik, ali apsolutno ne odražava prirodu elektroničkih granata s više elektroničkih atoma (energija atomske orbitale jednog elektronskog nivoa imaju različitu). Kad proučava elektroničku strukturu atoma vodika (najjednostavniji atom!) Ovo ime je nastalo.
Slično tome, elektronski klip se ponekad nazivaju "energetski stubovi". Ovo ime je dopušteno, jer odražava stvarnost: unutar podprodukcije bilo kojeg atoma energije AO zaista jednak. Ali da ne bismo stvorili nepotrebnu zbrku, nije potrebno koristiti.

Energija AO, kvantna ćelija, energetski dijagram atoma, elektronička razina, elektronička podloška.
1.energija bilo kojeg elektrona istog atoma, 1 s. ili 2 s.Više? Koji je slabiji spojen na jezgru?
2. Koji orbitali, 1 s.-Ao atom vodika ili 1 s.-Ao atom helijuma, elektroni imaju veću energiju? Gdje su fiksirani sa jezgrom?
3. Koje orbitale čine četvrti elektronički nivo?
4. Koristite broj JSC-a na a) 3 s.-EPU, B) 4 f.-Pep.
5. Koliko elektronskih podloška
a) treći elektronički nivo, b) peti elektronički nivo, c) Sedmi elektronički nivo?

6.4. Elektronski oblaci. Oblik i veličina elektronskog oblaka

Razumijevši se energijom elektrona, pokušat ćemo shvatiti kako se elektroni u atomu kreću, imaju različite energetske vrijednosti i općenito, u različitim državama (na različitim orbitama).

Na različitim mjestima elektronskog oblaka vjerovatno će otkriti elektron može biti različit.
Različita gustina bodova u različitim dijelovima slike 6.6 odgovaraju različitoj vjerojatnosti pronalaženja elektrona u ovim dijelovima elektronskog oblaka.
Verovatnoća otkrivanja elektrona u bilo kojem dijelu oblaka karakterizira fizička vrijednost koja se zove gustoća elektrona (R E). Definisan je kao omjer broja elektrona ( N. e) za volumen ( V.), koji su ravnomerno ispunjeni (vidi § 5.9):

Što je veća gustoća elektrona, veća je vjerovatnoća da je pronalaženje elektrona u ovom dijelu oblaka (a razlozi su bodovi na slici 6.6).
Gustina elektrona naglo se smanjuje sa povećanjem udaljenosti od jezgre, ali teoretski je jednak nuli samo na beskonačnoj udaljenosti od nje. Slijedi da Yi nema jasne granice. U smjeru jezgre, elektronska gustina opada još oštro i u blizini je gotovo jednaka nuli.
Elektronski oblak karakteriše veličina, oblik i distribucija u njemu gustoće elektrona.
Sve što smo razgovarali o elektroničkom oblaku pripada EO-u jednog orbitalnog, ali elektron se može nalaziti na različitom orbilu. Prirodno, elektronski oblaci u tim slučajevima također će biti različiti, odnosno razlikovati se po veličini, obliku i distribuciji gustoće elektrona.
Kao što smo napomenuli, elektronski oblak nema jasne granice, čini se da su rubovi o njemu zamagljeni u prostoru. Što razumijevati pod veličinom takvog objekta i kako to opisati?
Da bismo odgovorili na ova pitanja, morat ćemo detaljnije shvatiti kako "uređeni" neki elektronički oblaci, odnosno njihovu strukturu. Struktura takvog neobičnog objekta, kao elektronski oblak, karakteriše samo distribucijom svojim količinom gustoće elektrona. Prvo se upoznajte sa strukturom najjednostavnijih elektronskih oblaka.

Krenimo sa 1. s.-Ako. Na vrhu riže. 6.7 prikazuje presjek ovog oblaka avionom koji prolazi kroz jezgru atoma. Na dnu slike postavlja se graf koji prikazuje kako se gustoća elektrona mijenja u ovom oblaku. Takav raspored mogao bi izgraditi vrlo mali "posmatrač", koji leti kroz osovinu x. i kontinuirano mjerenje gustoće elektrona. Potpuno isti raspored napravio bi naš "posmatrač" ako je preletio nakon 1 s.-Ako u bilo kojem drugom smjeru, ali nužno kroz Cloud Center. Slijedom toga, u 1 s.- Distribucija gustoće elektrona ne ovisi o smjeru, a oblik ovog oblaka je sfernim.
Ali nije uvijek lako zamisliti oblik elektronskog oblaka, crtanjem samo grafikona distribucije gustoće elektrona. Stoga se obično oblik elektronskog oblaka karakterizira granična površina.
Kao granična površina odabrana je takva površina, unutar kojeg opća vjerovatnost otkrije elektron je dovoljno velik (na primjer: 90; 95 ili čak 99%). Ali setovi takvih površina mogu se odabrati za svaki oblak, među njima, među njima biraju jednu - površinu u kojoj je u bilo kojem trenutku vjerovatnoća elektrona ista. Postoji još jedan način odabira granične površine. U ovom slučaju, među površinama s istim (u bilo kojem trenutku) gustoćnost elektrona, površina je odabrana na kojoj je gustoća elektrona izuzetno beznačajna (na primjer, 0,01 ili 0,001 E /\u003e 3, odnosno 1,6? 10 9 ili 1,6? 10 9 ili 1.6? 10 8 CL / M 3). Granice odabrane po ove dvije metode razlikuju se iz izgleda međusobno razlikuju se.

Oblik i struktura drugih elektronskih oblaka je složeniji. Dakle 2. s.-Eo, kao i sve s.- mladenka sa sfernim, dvoslojnim (Sl. 6.10 ali). Unutar vanjskog sloja s glavnom maksimalnom gustoćom elektrona nalazi se još jedan sloj sa znatno manjem gustoćom elektrona.
3p.-Eo se sastoji od četiri dijela (Sl. 6.10 b.). Dvije velike površine su slične u obliku na polovinama 2 p-EO, ali dvije male površine sa manje gustoće elektrona nalaze se bliže kernelu. U svemirskoj osovini 3 p.-Elektronični oblaci, kao i osovina 2 p-EO, međusobno okomito.
S porastom glavnog kvantnog broja n. Oblik elektronskih oblaka (C je isti l.) Sve je sve složenije, ali vanjske regije takvih oblaka ostaju slične, geometrijski slične.
Još je jači zakompliciran obliku oblaka s povećanjem orbitalnog kvantnog broja. Razmislite o obrascu 3. d.- Poljska. Od pet oblaka ovog sublajca, četiri u obliku su potpuno iste, a petina se razlikuje (Sl. 6.11) (u stvari, situacija sa petim oblakom nešto je složenija) svaka od četiri identična 3 d.- Sadržaj formira četiri područja koja su nalik zaobljenim narančastim kriškama. Peti oblak sastoji se od tri dijela, od kojih dva daljinski podsećaju 2 r-WORDOCHKO i treći oblici slični razlozima prva dva.

Elektronski sloj formira se oblacima orbitala jednog elektronskog nivoa. Dakle, prvi elektronički sloj formira jedan 1 s.-Eo, drugi - jedan 2 s.-Eo i tri 2 r-Eo, treći - jedan 3 s.-Ako, tri 3 r-Eo i pet 3 d.-Ako. Ukupan broj elektronskih oblaka u bilo kojem elektroničkom sloju je jednak n. 2, gdje n. - Glavni kvantni broj koji služi istovremeno i elektronički broj sloja.

Oblaci istog sloja, karakterizirani samo vrijednostima magnetskog kvantnog broja, odgovaraju orbitama jedne podloge. Kada r-proštiće različitih vrijednosti m. Samo različita orijentacija elektronskih oblaka odgovaraju. U oblacima jedne EPPA sa velikim značenjem l.Na primjer, u 3 d.- Poljska, takođe različit oblik.

Elektronski oblak, granična površina EO, EO obrazac, radijus EO, dijagram EO veličine, elektronički sloj.
1. Da li su elektronski oblaci u prirodi? I elektroni?
2. Pokušajte pronaći analogije između elektroničke ljuske i višespratne stambene kuće izvorne arhitekture.
3. Nakon što se položaj granične površine elektronskog oblaka bira proizvoljno (tačnije - konvencionalno)?
4. Point se mijenja u gustoći elektrona snimljenog od strane "posmatrača" koji leti kroz 1 s.-Eo se uz direktno A i B (Sl. 6.13).
5. Rep. Promjena gustoće elektrona zabilježena od strane "posmatrača" koji leti kroz 2 r- a) kroz sredinu atoma u smjeru okomito na osovinu x. (Sl.6.8); b) paralelno sa osi x., izvan sfere najviše gustoće elektrona; c) paralelno sa osi x., hvatajući sferu najviše gustoće elektrona.
6. Koji elektronički oblaci tvore drugi elektronički sloj?
7. Elektronski oblaci orbitale razlikuju se jedan od drugog sa sljedećim skupovima kvantnog brojeva: a) n. = 2, l. = 0, m. \u003d 0 I. n. = 2, l. = 1, m. \u003d 0; b) n. = 2, l. = 1, m. \u003d 0 I. n. = 2, l. = 1, m. \u003d 1; u) n. = 1, l. = 0, m.\u003d 0 I. n. = 2, l. = 0, m. = 0?
8. Koliko elektronskih oblaka čini potpuno ispunjeni četvrti elektronički sloj?
9. Koji je elektronski oblak istog atoma veći u veličini A) 2 r-Eo ili 3. r-Eo, b) 2 r-Eo ili 3. s.-Eo, c) 1 s.-Eo ili 2. r-Ako?
10.Kone iz elektronskih oblaka Pogledajte više: 1 s.-Ako atoma vodika, ili 1 s.-Oko atom helijum?
11. Kako mislite koliko puta je radijus od 1s-eo urana atoma manji od poluprečnog kruga istog oblaka atoma vodika?
12. Šta je od sljedećih elektronskih oblaka istog atoma približno iste dimenzije: 1S-EO, 4p-EOB 3D-EO, 4s-yi, 3s-eo?

6.5. Elektroni u atomu

U svakom atomu, broj AO-a teoretski je beskonačno, a broj elektrona je naravno. Kako su elektroni "objavljeni" u elektroničkoj školjci?
Uzmi (naravno mentalno) jezgro atomskog atomskog broja Z. i Z. elektroni. Dosljedno ćemo "baciti" jedan elektron u smjeru uzetog tona. Elektrone će privući kernel i zauzimati (punjenje) neke orbitale. Koja vrsta? Koji niz?
Da bismo odgovorili na ova pitanja, moramo se upoznati sa zakonima (principima, pravilima) ispunjavanja JSC elektrona, drugim riječima, sa elektronska zgrada školjke.

Prvi zakon ( princip najmanje energije): elektroni u atomu zauzimaju orbitalnu s najmanjim mogućim energetskim vrijednostima. Drugim riječima, ukupna energija svih elektrona atoma mora biti minimalna. Ako je tako, tada se ovo stanje atoma naziva osnovniili neistražen. Ovo je stabilno stanje atoma. Svako drugo stanje atoma se zove uzbuđen.

Glavno stanje atoma - stanje atoma sa najnižom energijom.

Korištenje energetskog dijagrama atoma i simbolično prikazujući elektrone u obliku strelica usmjerenih gore ( s. \u003d 1/2) ili dolje (s \u003d - 1/2), možemo ilustrirati princip najniže energije:

Po želji možemo iskoristiti analogiju makromira: elektrona, punjenja orbitala, ponašaju se poput vode punjenja stakla. Voda uvijek ispunjava čašu s odozdo prema gore i nikad - naprotiv.
Ako su elektroni bili "vođeni" samo princip najniže energije, tada svi Z. elektroni našeg atoma bili bi 1 s.-Pliveno. Ali to se ne događa, jer postoji drugi zakon ( powli princip): ne može biti čak dva elektrona u atomu sa svim četiri identična kvantna brojeva (Švicarski fizičar Wolfgang Pauli Formulirao je, u nešto drugačijem obliku, ovaj princip 1925.) . Podsjetimo da atomske orbitarne karakterizira tri kvantna brojeva ( n., l., m.), i spin kvantni broj ( s.) može uzeti samo dvije vrijednosti, dakle, na jednom AO-u ne može biti više od dva elektrona . Drugim riječima, elektronski oblak može formirati samo jedan ili dva elektrona.
Orbital bez elektrona poziva besplatni orbitalni, orbital sa jednim elektronom - orbitalan sa nepakiranim elektronom, orbital sa dva elektrona - napunio orbital.

U svakodnevnom životu se često susrećemo sa jednim slučajnim analogom PAULI principa: Načelo "Jedna karta je jedan putnik" radi u željezničkom kolivu kolica. Ali na željezničkoj karti su navedeni i četiri "diskretna parametara": datum, broj vlaka, automobil i mjesto.

Da bi pravilno stavio prvih pet elektrona u atomu, dovoljno je koristiti princip najmanje energije i principa Paulia. Pokušajmo to učiniti za takvu atomu (bor Boronom).

Za vizuelnu sliku elektronske strukture ili, kako kažu, elektronska konfiguracija Atom će koristiti energetski dijagram multi-elektronskog atoma (Sl. 6.4). Na ovom dijagramu unutar kvantnih ćelija, uz pomoć strelica, prikazuju elektrone koji su u onim statuema koji simboliziraju kvantne ćelije. Kao rezultat toga, za Boron Atom dobijamo energetski dijagram prikazan na slici. 6.14.

Na šestom elektron, koji je, na primjer, u ugljičnom atomu, pojavljuje se problem: gdje je na 2 r-Peep je isplativije smjestiti se na slobodno AO ili na nepakrivenom električnom ao.
Treći zakon je odgovoran za ovo pitanje, koje se zove pravilo HUND(Njemački fizičar Frederich fredulirao ga je 1927. godine). Podsjetimo da je elektron nabijen čestica, a samim tim, elektroni se odbijaju jedna od druge; I ako je tako, za njih je isplativije u različitim orbitalima jednog podloškog, jer elektronski oblaci ovih orbitala ne podudaraju se u prostoru. Nekoliko pojednostavljenog pravila Hund zvuči ovako: unutar podprodukcije, elektroni se distribuiraju u orbitalima tako da je modul iznosi njihov kvantni brojevi za spin.
Ako šesti elektron može doći do istog orbitata kao prethodni, a zatim zbroj kvantna broja spina tih elektrona prema principu Pauli nužno će biti 1/2 + (-1/2) \u003d 0 (elektroni moraju biti sa različitim spinovima). I ako će ovaj elektron uzeti još 2 r-Ao, tada će zbroj kvantnog brojeva spina biti jednak 1/2 + 1/2 \u003d 1, odnosno više nego u prvom slučaju. Modul iz količine pojavit će se da bude veći nego u prvom slučaju, a zatim kada će biti kvantni brojevi oba elektrona negativan. Otuda, elektroni zauzimaju orbitalni jedan apartman prvi po jedan i tek tada dva, a šesti elektron će pasti na besplatno r-Orbital (Sl. 6.15).

U životu se suočavamo sa dalekom analogije pravila HUND-a: na završnom zaustavljanju nepoznatih putnika, unoseći trolejbus, obično se sjedi prvo za svako sjedište i samo tada.

Poznavanje energetske strukture elektronskih školjki atoma i zakona za koje elektroni formiraju ove granate, možemo prikazati elektroničku konfiguraciju atoma gotovo bilo kojeg elementa. Da biste to učinili, moramo znati samo naboj jezgre. Možete, naravno, odabrati naboj jezgre proizvoljno, ali onda malo vjerovatno nećemo brzo pronaći u strukturi elektronskih granata. Logično je dogovoriti atome kako bi povećali troškove njihovih jezgara, počevši od + 1e. Takav broj se zove prirodne blizu elemenata(Ere). Činjenica da se ova serija može zasnivati \u200b\u200bna klasifikaciji hemijskih elemenata, postalo je jasno nakon djela mlade engleske fizike Henryja COSLI-a, ubrzo nakon toga da je tragično umro u jednoj od bitaka Prvog svjetskog rata. Broj sekvence elementa u ovom nizu jednak je broju protona u jezgri bilo kojeg atoma ovog elementa i naznačen je istim slovom - Z.. D. I. Mendeleev, koji nije živio prije otkrića kozlosa, imao je elemente da bi povećali atomske mase ("atomske vage", kao što su rekli), iako je osjećao da se taj broj zasniva na još dubokim karakteristikama.

"Izgradnja" elektronskih školjki atoma, mi ćemo prikazati njihove elektronske konfiguracije. Jedan od načina za njihovu sliku je izgradnja energetske karte - već smo rastavljali. Drugi način - pisanje elektronska formula Atom. Upoznaćemo se s njim u procesu rada.
Prvi element u Ere je vodonik. Jedini elektron atoma na principu najmanje energije potrebno je 1 s.-Subital, a elektronska formula hidrogen atoma piše se na sljedeći način: 1 s. jedan. Gornji indeks s orbitalnim simbolom znači broj elektrona na njemu. Jedini elektronski oblak ovog atoma (1 s.-Eeo) formira jedan (neusporeni) elektron.
Drugi element je helijum. Drugi elektron u svom atomu također nastoji najmanje energije i ako ima suprotne leđa, na principu Paulia može ponijeti isti orbitalni. Elektronska formula helijum atoma 1 s. 2. Takođe, jedini elektronski oblak ovog atoma formira se dva elektrona (par elektrona).
Treći elektron koji se pojavljuje na litijumtom atomu, na principu Pauli ne može uzimati 1 s.-Orbital i prisiljeni da zauzimaju veću energiju 2 s.-Orbital, formirajući se oko prve sekunde, veće veličine, elektronskog oblaka. Elektronska formula litijumskog atoma 1 s. 2 2s. 1 .
Posljednji (četvrti) elektron atoma sljedećeg elementa - Beryllium - treba uzeti isto 2 s.-Orbital, jer još ima slobodnog prostora na njemu. Elektronska formula Beryllium 1 s. 2 2s. 2, a njegova elektronska ljuska sastoji se od dva oblaka, od kojih je svaki formiran par elektrona. Energetski dijagrami bora i atoma ugljika već smo rastavljali (Sl. 24 i 25). Elektronske formule atoma ovih elemenata - B 1 s. 2 2s. 2 2p. 1 i C 1 s. 2 2s. 2 2p. 2 .
2p.-Provine i dalje se ispunjava sljedećim elementima, u neon ( Z. \u003d 10) uključivo da je ovaj podloge u potpunosti ispunjen. Elektronska formula Neon 1 s. 2 2s. 2 2p. 6, a njegova elektronska ljuska sastoji se od pet oblaka: jedan oblak prvog sloja (1 s.-Eo) i četiri oblaka drugog sloja (jedan 2 s.- i tri 2 r-Eeo), a svi oblaci formiraju elektronski parovi.
Na atomima sljedećeg elementa - natrijum - posljednji elektron prisiljen je da uzme 3 s.-Orbital, a formiranje trećeg elektronskog sloja započinje svojim elektronskim oblakom. Natrijum elektronska formula 1 s. 2 2s. 2 2p. 6 3s. 1 .
Treći elektronički sloj (i, naravno, treći elektronički nivo) i dalje ispunjava argonu inkluzivno, ali ne u potpunosti ispunjeno, jer od sljedećeg atoma - kalijum-atoma - započinje punjenje četvrtog sloja počinje. To je zato što je energija preostala 3 d.- većina više od energije 4 s.-Produkcija. 3. d.-Product počinje ispuniti samo u Scandia Atom (SC 1 s. 2 2s. 2 2p. 6 3s. 2 3p. 6 4s. 2 3d. 1) Nakon završetka punjenja 4 s.-Produkcija.
Nastavljajući ispunjavanje elektrona atomske orbite, moguće je dobiti elektronske konfiguracije i atome sljedećih elemenata. Potrebno je samo pratiti redoslijed supljenosti (na slici 14) i strogo posmatrati princip najniže energije, principa Paulia i pravila Hund-a.
Elektronske formule atoma svih elemenata date su u Dodatku 4.

Princip najmanje energije, princip Paulia,Pravilo Hund, prirodni asortiman hemijskih elemenata.
1. Koliko se čitavih elektrona može nalaziti na a) 4S-EP, b) 4R-EP, C) 3D-EP, D) 5F-EU? 2. Koliko elektrona može biti smješteno na svakom od prvih pet eh? Napraviti opću formulu za takvo brojanje.
3. Koji je kvantni broj uobičajen za sve elektrone vanjskog elektronskog sloja? Opišite njegovu vrijednost.
4. Za atome na, mg, al, si, p, s, cl, ar a) prikazuju energetske karte, b) kompletne elektronske formule.