Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Строение электронных оболочек атома
|
|
В 1900г. М. Планк предположил, что лучистая энергия испускается и поглощается телами не непрерывно, а дискретно (порциями). Квант – это минимальная порция электромагнитного излучения с определенной частотой.
Уравнение Планка
Е=h× n (уравнение Планка), где n – частота излучения; h =6, 626× 10-34 Дж× с – постоянная Планка.
Частота колебаний 
и длина волны 
связаны соотношением: 
, где 
– скорость света.
В 1913г. Н. Бор предложил теорию строения атома, объединившую ядерную модель атома с квантовой теорией света и сформулировал следующие постулаты:
1) Электрон может вращаться вокруг ядра только по некоторым определенным круговым орбитам.
2) Двигаясь по стационарной орбите, электрон не излучает электромагнитной энергии.
3) Излучение происходит при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую.
В 1924 г. Луи де Бройль предложил движение любой микрочастицы рассматривать как волновой процесс. Математически это выражается cледующим уравнением, согласно которому частице массой 
, движущейся со скоростью v, соответствует волна длиной :
Корпускулярно-волновой дуализм (двойственность) заключается в том, что любые микрочастицы материи (фотоны, электроны, протоны, атомы и др.) обладают свойствами и частиц (корпускул), и волн.
В 1925 г Гейзенберг предложил принцип неопределенности, согласно которому характер движения электрона принципиально не может быть фиксирован. Оценивается лишь вероятность нахождения электрона в том или ином месте пространства. Оценка этой вероятности проводится чисто математическим путем при помощи волнового уравнения Шредингера (1926 г).
Электроны в атоме находятся на разном расстоянии от ядра и образуют разные энергетические уровни (электронные слои). Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называется орбиталью.
Состояние электрона в атоме описывают четырьмя квантовыми числами.
1. Главное квантовое число п обозначает номер уровня и характеризует запас энергии электрона. n может принимать значенияот 1 до 7 (только целые числа) и соответствует номеру периода, в котором находится элемент в ПС. Энергетический уровень – это совокупность орбиталей близкой энергии и близкого размера (форма орбиталей может отличаться).
Электроны с п =1 образуют ближайший к ядруатома электронный слой. Электронные слои также обозначаются большими буквами латинского алфавита К, L, М, N. О, Р, Q и т. д.
| Значение n | |||||||
| Обозначение электронного слоя | K | L | M | N | O | P | Q |
2. Орбитальное (побочное) квантовое число l характеризует форму электронной орбитали (энергетические подуровни). Подуровень – это совокупность орбиталей в пределах данного уровня с абсолютно одинаковой энергией и одинаковой формой.
| l | ||||
| Обозначение орбиталей и форма |  s
| p | d | f |
| шар | гантель | лепесток |
При данном значении n l может принимать значения целых чисел от 0 до n – 1.
| n | l | Энергетические подуровни |
| s | ||
| 0, 1 | s, p | |
| 0, 1, 2 | s, p, d | |
| 4, 5, 6, 7 | 0, 1, 2, 3 | s, p, d, f |
3. Магнитное квантовое число ml определяет ориентацию орбиталей в пространстве и может принимать значения целых чисел от –l до +l, в том числе значение 0.
| l | ml | Число и вид орбиталей |
| 1s | ||
| –1, 0, +1 | 3p | |
| –2, –1, 0, +1, +2 | 5d | |
| –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3 | 7f |
|
Принцип Паули:
В атоме не может быть двух электронов с одинаковым значением всех четырех квантовых чисел. На одной орбитали может находиться не более двух электронов и эти электроны имеют противоположные (антипараллельные) спины.
Орбиталь с двумя электронами, спины которых антипараллельны (квантовая ячейка), схематически изображают так:
Максимальное число электронов (N) в электронном слое можно определитьпоформуле N = 2n2, п - номер слоя (главноеквантовое число).
1) n = 1, N = 2× 12 = 2
n = 1
s
Электронная конфигурация 1s2: большая цифра показывает номер слоя (главное квантовое число); буква(s, p, d, f) обозначает форму орбитали (орбитальное квантовое число); маленькая цифранадбуквой справавверхупоказывает число электронов наданнойорбитали.
2) n = 2, N = 2× 22 = 8
 |
n = 2
s р
2s22p6
3) n = 3, N = 2× 32 = 18
 |
n = 3
s p d
3s23p63d10
4) n = 4, N = 2× 42 = 32
 |
n = 4
s p d f
4s24p64d104f14
П равило наименьшего запаса энергии:
Орбитали заполняются электронами в порядке возрастания их энергии, которая характеризуется суммой n + l. При этом если сумма
п + l двух разных орбиталей одинакова, то раньше заполняется орбиталь, у которой n меньше.
Как видно из таблицы, порядок заполнения электронных орбиталей по сумме п + 1 следующий:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f146d107p66f147d107f14.
| n | l | n+l | Орбиталь | Порядок заполнения | n | l | n+l | Орбиталь | Порядок заполнения |
| 1+0=1 | 1 s2 | 5+0=5 5+1=6 5+2=7 5+3=8 | 5 s2 5 p6 5 d10 5 f14 | ||||||
| 2+0=2 2+1=3 | 2 s2 2 p6 | 6+0=6 6+1=7 6+2=8 6+3=9 | 6 s2 6 p6 6 d10 6 f14 | ||||||
| 3+0=3 3+1=4 3+2=5 | 3 s2 3 p6 3 d10 | 7+0=7 7+1=8 7+2=9 7+3=10 | 7 s2 7 p6 7 d10 7 f14 | ||||||
| 4+0=4 4+1=5 4+2=6 4+3=7 | 4 s2 4 p6 4 d10 4 f14 |
Правило Гунда (правило наибольшего суммарного спинового числа):