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:     

= 0(s);  ml =0                                       (одна -  орбіталь)

= 1(p);  ml = -1; 0; 1                            (три -  орбіталі)

= 2(d);  ml = -2; -1; 0; 1; 2                  (п’ять -  орбіталей)

= 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