Напишем:


✔ Реферат от 200 руб.
✔ Контрольную от 200 руб.
✔ Курсовую от 500 руб.
✔ Решим задачу от 20 руб.
✔ Дипломную работу от 3000 руб.
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

 

 

 

Состояние электронов в атоме

Состояние электронов в атоме описывается с помощью четырёх квантовых чисел: главного, орбитального, магнитного и спинового.

Главное квантовое число обозначается буквой n. Оно характеризует общий запас энергии электрона и выражается целыми числами натурального ряда: 1,2,3,4 и т.д. Электроны вокруг ядра образуют слои. Они называются квантовыми слоями или энергетическими уровнями и имеют буквенные обозначения: K,L,M,N  и т.д. Номер слоя, в котором находится электрон,  равен его главному квантовому числу. Если для какого-то электрона главное квантовое число равно 1, то он находится в первом (самом близком к ядру) энергетическом слое (K) и  обладает минимальным запасом энергии. Если n = 2, электрон находится во втором квантовом слое (L) и т.д. Энергетический уровень объединяет все электроны с одинаковым значением главного квантового числа.

Количество квантовых слоёв в атоме определённого элемента зависит от его положения в периодической системе Д.И.Менделеева. Оно равно номеру периода, в котором находится данный элемент. Химические свойства атома зависят от строения его внешнего (самого удалённого от ядра) квантового слоя, номер которого также  совпадает с номером периода. Для конкретного энергетического уровня существуют подуровни, определяемые орбитальным квантовым числом.

 

Орбитальное квантовое число обозначается буквой l.  Оно имеет столько значений, какова величина числа «n». Если n =1, то l имеет только одно значение; если n = 2, оно имеет два значения и т.д. Орбитальное квантовое число зависит от главного и принимает значения от 0 до (n–1). Каждому значению  l  соответствует свой подуровень в данном квантовом слое:

n = 1                       l = 0;                                       один подуровень;

n = 2                       l = 0, 1;                  два подуровня;

n = 3                       l = 0, 1, 2;                              три подуровня;

n = 4                        l = 0, 1, 2, 3;          четыре подуровня.

Формально (математически) орбитальное квантовое число показывает количество узловых поверхностей, которые проходят через центральную точку атома — ядро. Под узловой поверхностью понимают плоскость, в которой электронная плотность равна нулю. Геометрически орбитальное квантовое число определяет форму электронной орбитали.

Если l = 0, через ядро не проходит ни одной узловой поверхности. В этом случае электронная орбиталь обладает сферической симметрией. Она называется s-орбиталью и имеет форму шара (рис. 1).

Если при этом n = 1, она обозначается 1s, если n = 2, — 2s и т. д. Эти орбитали отличаются радиусом (объёмом внутреннего пространства) и распределением электронной плотности. При увеличении размера орбиталь становится более рыхлой, диффузной: 4s-орбиталь более диффузна, чем 3s-орбиталь, которая в свою очередь является более рыхлой, чем  2s- и  1s-орбитали (рис. 2).

 

 

 

 

 

 

 


Значение l = 1 показывает, что орбиталь имеет одну узловую поверхность, т.е. через ядро проходит одна плоскость, в которой электрон находиться не может. Тогда орбиталь принимает форму объёмной восьмёрки (или гантелеобразную форму) и называется p-орбиталью (рис. 3). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Если p-орбиталь принадлежит второму квантовому слою (n = 2), она обозначается 2p; если она находится в третьем квантовом слое,  — 3p и т.д.

Если l = 2, через ядро проходит две узловых поверхности, образуется d-орбиталь, которая имеет форму объёмного четырёхлистника (рис. 4). Если при этом  n = 3, орбиталь обозначается 3d, если n = 4, то — 4d и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В четвёртом квантовом слое появляются f-орбитали, они соответствуют значению l = 3. Эти орбитали имеют сложную геометрическую форму (рис. 5).

  

Магнитное квантовое число обозначается ml  или просто m и принимает все значения от –l до +l. Оно характеризует положение орбитали в пространстве и показывает количество одноимённых орбиталей в данном квантовом слое.

При l = 0 магнитное квантовое число имеет одно значение — ноль. Это показывает, что s-орбиталь имеет только одну ориентацию в пространстве, поэтому в любом квантовом слое может быть лишь одна s-орбиталь (рис. 6).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если l = 1, магнитное квантовое число может принимать три значения: -1,0,+1. Это показывает, что p-орбиталь имеет три ориентации в пространстве — вдоль координатных осей x,y,z, т.е. взаимно перпендикулярно. Следовательно, в любом квантовом слое, начиная со второго должно находиться три  р-орбитали: рх, рy, pz (рис. 7). У каждой  р-орбитали есть  узловая поверхность, в которой её волновая функция y меняет свой знак, поэтому иногда доли р-орбиталей помечают «+» и «-». Эти математические символы не являются зарядами. На самом  деле обе доли р-облака имеют отрицательный заряд, но волновая функция всегда имеет противоположные знаки по обе стороны узловой поверхности.

Подпись:

Подпись: Рис. 7. Пространственное расположение  p-орбиталей

Таким образом, во втором квантовом слое находится четыре орбитали: одна s и три  р. Они образуют два подуровня — s-подуровень и  р-подуровень.

s-Орбитали имеют симметрию шара и могут совмещаться в пространстве: 1s-орбиталь находится внутри 2s-орбитали. «Гантели»  трёх  p-орбиталей, ориентированных взаимно перпендикулярно вдоль координатных осей, совмещаются с «шаром», образованным s-облаками (рис. 8).

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Если l=2, магнитное квантовое число принимает пять значений:          -2,-1,0,+1,+2. Они соответствуют пяти d-орбиталям (рис. 9). В третьем квантовом слое находится девять орбиталей — одна s, три р и пять d, которые образуют три подуровня. 3s-Орбиталь имеет больший диаметр, чем предыдущие одноимённые орбитали, поэтому она охватывает их. 3р-Орбитали располагаются аналогично 2р-орбиталям, а четырёхлистники 3d-орбиталей занимают пространство между ними.

 

Подпись: Рис. 9. Пространственное расположение d-орбиталей

Запомните:

·       Количество орбиталей в любом квантовом слое равно квадрату номера этого слоя.

·       В образовании химических связей принимают участие только орбитали внешнего квантового слоя.

·       Количество орбиталей во внешнем квантовом слое равно квадрату номера периода, в котором находится данный элемент.

 

Спиновое квантовое число (spin англ. — крутиться). При движении отрицательно заряженного электрона вокруг своей оси создаётся магнитное поле. Спиновое квантовое число характеризует собственный магнитный момент электрона. Оно обозначается ms и принимает два значения: + ½ (правое вращение) и – ½ (левое вращение). Графически электрон принято изображать с помощью стрелки, направленной остриём вверх (правое вращение) или вниз (левое вращение).

На одной орбитали может находится не более двух электронов, при этом они должны иметь противоположную ориентацию спинов (антипараллельные спины).

 Максимальное количество электронов в любом квантовом слое не должно превышать 2n2, где n — номер слоя. Так, например, для элементов второго периода обязательно должно соблюдаться правило октета: в их внешнем квантовом слое не может находиться более восьми электронов, т.к. количество орбиталей в этом слое равно четырём. Восьмиэлектронные оболочки являются наиболее устойчивыми.

 

Предыдущие материалы: Следующие материалы: