БУДОВА ЕЛЕКТРОННИХ ОБОЛОНОК АТОМІВ
Електронна оболонка – це сукупність електронів, що рухаються в атомі
навколо ядра.
Простір навколо ядра, де знаходження електрона
найбільш ймовірне, називається орбіталлю. Орбіталі знаходяться на певних
відстанях від ядра, мають певні форми і спосіб орієнтації в просторі.
Для характеристики стану електронів у атомі
використовують набір чотирьох квантових чисел (кв. ч.). За допомогою трьох
квантових чисел: – головного,
– орбітального (побічного),
– магнітного, значення яких одержується
із рівняння Шредингера, можна описати
стан електрона при його русі навколо ядра. Четверте – спінове квантове число
характеризує рух електрона навколо власної
осі.
Головне квантове число характеризує енергію електрона і визначає
енергетичний рівень електрона в атомі.
Набуває значень =
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7…∞.
Електрони з однаковим значенням n
перебувають на одному енергетичному рівні.
Енергетичний рівень – це сукупність орбіталей з однаковим значенням
головного квантового числа .
Відповідні позначення:
Головне квантове число 1 2
3 4 5
6 7
Енергетичний
рівень K L M N O P Q
Чим далі від ядра, тим більша енергія енергетичного
рівня.
Орбітальне (побічне) квантове число визначає форму орбіталі і уточнює значення
енергії електрона в межах енергетичного рівня. Визначає енергетичний підрівень.
Набуває значень від 0 до (
).
Позначення:
Побічне квантове число : 0 1
2 3
Енергетичний
підрівень: s p d f
Кожному енергетичному рівню з пeвним значенням n відповідає набір енергетичних підрівнів із
значенням від 0
до (
). Наприклад:
n = 1
l = 0 (s)
n = 2
l = 0 (s);
l = 1 (p)
n = 3
l = 0 (s); l =
1(p); l = 2 (d)
n = 4 l = 0 (s); l = 1(p); l = 2 (d); l = 3 (f)
Кожному значенню відповідають орбіталі певної форми. Орбіталь
-підрівня
має форму кулі, орбіталі
-
підрівня – об’ємної «вісімки»,
-
підрівень – комбінація «вісімок» або «вісімки» і тора. Електрони, що
перебувають у
-
станах називають відповідно
-
електронами.
Eлектрони, що знаходяться на одному енергетичному
підрівні по різному взаємодіють з магнітним полем атома. Електромагнітні
властивості електрона визначає магнітне квантове число.
Магнітне квантове число показує орієнтацію електронної орбіталі у
просторі. Може набувати значень від
до
:
Сума значень ml визначає число орбіталей даного виду.
Наприклад:
l = 0(s); ml =0 (одна - орбіталь)
l = 1(p); ml = -1; 0; 1 (три - орбіталі)
l = 2(d); ml = -2; -1; 0; 1; 2
(п’ять - орбіталей)
l = 3(f); ml = -3; -2; -1; 0; 1; 2; 3 (сім
- орбіталей ).
Головне, орбітальне і магнітне квантові
числа описують атомну електронну орбіталь.
Принцип невизначеності Гейзенберга:
не можна з однаковою достовірністю
визначити одночасно швидкість і положення електрона у просторі.
Спінове квантове число – визначає момент кількості руху електрона при
його русі навколо власної осі. Приймає два значення:
;
Розподіл
електронів на енергетичних рівнях атома відбувається відповідно до таких
принципів.
Принцип
Паулі
В атомі не може бути навіть двох
електронів з однаковими значеннями всіх чотирьох квантових чисел, тобто на
одній орбіталі знаходиться не більше 2-х електронів, які мають протилежні
спіни.
Орбіталь з 2-ма електронами, спіни яких
протилежні – квантова комірка.
За принципом Паулі можна розрахувати максимальне
число електронів на орбіталі, підрівні, рівні. На кожній орбіталі – по , тому
на
-
підрівні –
; на
-
підрівні –
; на
-
підрівні –
;
на
-
підрівні –
.
Максимальне число електронів на енергетичному рівні
, де
– головне квантове число.
Принцип найменшого запасу енергії (правило Клечковського)
Електрони в атомах розміщуються на енергетичних
рівнях і підрівнях у порядку зростання їх енергії, починаючи від найменшої,
тобто в порядку зростання суми (). Заповнення відбувається в такій
послідовності:
1s–2s–2p–3s–3p–4s–3d–4p–5s–4d–5p–6s–5d1–4f–5d2-10–6p–7s–6d1–5f–6d2-10–7p.
Правило
Гунда
У межах даного підрівня електрони
розміщуються так, щоб модуль суми їх спінових чисел був максимальним. Тому
електрони на підрівні займають орбіталі спочатку по одному на орбіталь, а потім
– по двоє.
Електронні формули атомів
Будову електронних оболонок атомів відображають за
допомогою електронних формул або конфігурацій. Електронна формула – це умовне
зображення розподілу електронів по орбіталях на енергетичних рівнях і
підрівнях. Наприклад:
енергетичний рівень
Електронні формули
атомів Сульфуру і Хрому:
Графічні зображення враховують значення спінового
квантового числа. Наприклад, 2
електрони з протилежними спінами на орбіта лі
1s зображують так:
↑↓ |
1s2