Электронное строение атома

 

Система квантовых чисел

 

Первый постулат Н. Бора

В атоме водорода существуют стационарные орбиты, вращаясь по которым электрон не излучает и не поглощает энергию.

Н. Бор рассчитал радиусы стационарных орбит с помощью главного квантового числа.

n – главное квантовое число, n = 1,2,3,4,...+ ∞.

 

Второй постулат Н. Бора

Вращаясь по стационарным орбитам, электроны обладают определённым запасом потенциальной энергии

n1 = 1	r2 = 0,53 А0	Е = -13,6. 1/n2 эВ,
n1 = 2	r2 = 2,12 А0	где n-главное квантовое число.

 

по мере удаления от ядра потенциальная энергия электронов возрастает.

 

Стационарные орбиты называются энергетическими уровнями.

Со временем на основании принципа неопределённости отказались от понятия плоских орбит, предложенных Бором, и перешли к понятию электронного облака, или орбитали.

Орбиталь (электронное облако) – это наиболее вероятное местонахождение электрона в каком-то объёме околоядерного пространства. За пределами этого пространства вероятность встретить электрон достаточно мала (менее 5%).

Радиусы орбиталей имеют значения, рассчитанные Бором для стационарных орбит.

Главное квантовое число имеет две функции:

• определяет размер электронного облака;
• определяет его энергетический запас.

Следующее квантовое число – орбитальное. Орбитальное число отвечает значению орбитального момента количества движения электрона.

l – орбитальное квантовое число. Оно тесно связано с главным и принимает значения l = 0…(n-1).

 

n	l
1	0(S)
2	0(S) 1(p)
3	0(S) 1(p) 2(d)
4	0(S) 1(p) 2(d)3(f)

 

Орбитальное квантовое число характеризует энергетические подуровни в электронной оболочке атома.

Орбитальное квантовое число определяет конфигурацию подуровней. Согласно квантовомеханическим расчётам

S-орбитали имеют форму шара,

p-орбитали - форму гантели,

d- и f-орбитали - более сложные формы.

На одном уровне энергия подуровней возрастает в ряду:

E_S < E _p< E_d< E_f.

В атоме возникают магнитные поля, которые ориентируют подуровни в пространстве строго определённым образом.

Магнитное квантовое число принимает значение целых чисел:

-l...0...+l.

 

l	mI
	значение	количество
0(S)	0	1
1(p)	-1...+1	3
2(d)	-2, …+2	5
3(f)	-3, …+3	7

s – подуровень выражен единожды; p - подуровень выражен троекратно; d - подуровень выражен пятикратно; f - подуровень выражен семикратно.

 

Для описания орбиталий используются три квантовых числа n, l , m_l.

Четвёртое квантовое число - спиновое - описывает собственный момент количества движения электрона и принимает значения:

S = ± 1/2.

Электроны могут вращаться только в двух взаимопротивоположных направлениях, условно обозначаемых

.

 

Законы, определяющие положение электронов в атоме

1. Любая частица стремится к минимальному запасу потенциальной энергии.

Электрон атома водорода занимает нижний энергетический уровень:
₁Н 1S¹ - электронная формула атома водорода.

- электроннографическая схема атома водорода.

2. Запрет Паули

В атоме не может быть двух электронов, имеющих одинаковые значения всех четырёх квантовых чисел.

Таким образом, запрет Паули определяет электронную ёмкость орбиталей, подуровней и уровней.

Электронная ёмкость уровней рассчитывается по формуле:

N = 2n²,

где N – число электронов на данном уровне,

n – главное квантовое число.

3. Принцип Хунда

На данном энергетическом подуровне электроны располагаются таким образом, чтобы их суммарный спин был максимальным.

7N		1S2 2S2 2p3
		ΣS = ± 1/2 · 3 = 1,5