Будова електронних оболонок атомів

Число електронів в атомі хімічного елемента визначається зарядом ядра Ze, де Z – номер елемента (число протонів або Зарядове число атома); е – заряд протона, рівний за абсолютним значенням заряду електрона. Розглянуті вище квантові числа точно характеризують можливі стану одного електрона в полі ядра. Це – квантові стани одноелектронного іона.

У всіх атомах, окрім водню, електрони взаємодіють не тільки з ядром, а й один з одним. За допомогою рівняння Шредінгера можна розрахувати хвильові функції атомів з різним числом електронів. Розрахунки показують, що стану електронів в таких атомах можна також охарактеризувати квантовими числами n, l, т, s. Взаємодія між електронами призводить до того, що відбувається їх розподіл за різними квантовим станам. Цей розподіл визначає будову або конфігурацію електронних оболонок атомів.

Конфігурацію електронної оболонки довільного атома можна визначити шляхом “заповнення” квантових станів одноелектронні-ного іона на основі принципів або правил заповнення, запропонованих В. Паулі.

Кожне квантовий стан можна зобразити на енергетичній діаграмі за допомогою риси – енергетичного рівня Enlm і відповідної йому хвильової функції атомної орбіталі. При побудові електронної конфігурації зручно будь-яку орбіталь і відповідний їй рівень зображати за допомогою гуртка і риси чи квадрата і риси. Це так звана квантова комірка. Гурток з межею символічно позначає енергетичний рівень і відповідну йому атомну орбіталь. Але й таку енергетичну діаграму можна спростити, зобразивши кожне квантовий стан (осередок) однією рисою.

Електронну конфігурацію довільного атома отримують, “заповнюючи” діаграму станів електронами за методом Паулі за допомогою наступних трьох правил:

– принцип мінімуму енергії: електрони в збудженому атомі розподіляються по квантовим станам таким чином, щоб сумарна енергія атома Еат була мінімальна: Еат = Enlm min. Конфігурація, при якій атом володіє мінімальною енергією, називають основним або незбудженим станом атома.

– принцип Паулі: на одній атомній орбіталі (в одній квантової комірці) не може бути більше двох електронів. Відповідно до принципу Паулі на енергетичній діаграмі станів лений в комірці зображують електрони з різними значеннями спинового квантового числа; – правило Гунда: за наявності декількох порожніх або наполовину заповнених осередків даного підрівня електрони займають максимально можливе число порожніх клітинок. Найбільш просто електронна конфігурація представляється у вигляді електронної формули атома. Для цього символи заповнених квантових осередків записують в один рядок з показником ступеня, що дорівнює кількості електронів в осередку. Символи осередків записують у порядку підвищення енергетичних рівнів. Наприклад, для атома азоту електронна формула оболонки має вигляд: N – 1s22s22px2py2pz, або ще коротше: N – 1s22s22p3. Очевидно, що сума ступенів при символах повинна дорівнювати числу електронів Z в оболонці або номеру елемента. Для азоту (Z = 7) ця сума дорівнює 2 + 2 + 3 = 7. Істотно, що в електронній формулі атома, як і в енергетичній діаграмі, відображена послідовність розташування енергетичних рівнів по висоті: ls <2s <3s.

При поглинанні енергії один або кілька електронів атома можуть перейти на більш високі енергетичні рівні. Такий атом називається збудженим. У збудженому атомі електрони займають нові квантові осередки, вже не підкоряючись принципом мінімальної енергії. Відповідно змінюються енергетичні діаграми та електронні формули. Для прикладу – перехід атома вуглецю з основного стану С – 1s22s22p2 в збуджений С * – 1s22s12p3.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 5.00 out of 5)

Будова електронних оболонок атомів