Стан електронів в атомі
Під станом електрона в атомі розуміють сукупність інформації про енергію певного електрона і просторі, в якому він знаходиться. Ми вже знаємо, що електрон в атомі не має траєкторії руху, тобто можна говорити лише про ймовірність знаходження його в просторі навколо ядра. Він може знаходитися в будь-якій частині цього простору, що оточує ядро, і сукупність різних положень його розглядають як електронне хмара з певною щільністю негативного заряду. Образно це можна уявити собі так: якби вдалося через соті або мільйонні частки секунди сфотографувати положення електрона в атомі, як при фотофініші, то електрон на таких фотографіях був би представлений у вигляді точок. При накладенні незліченної безлічі таких фотографій вийшла б картина електронної хмари з найбільшою щільністю там, де цих точок буде найбільше.
На малюнку 2 показаний “розріз” такої електронної щільності в атомі водню, що проходить через ядро, а штриховий лінією обмежена сфера, всередині неї ймовірність виявлення електрона складає 90%. Найближчий до ядру контур охоплює область простору, в якій ймовірність виявлення електрона -10%, ймовірність ж виявлення електрона всередині другого від ядра контуру складає -20%, всередині третього – -30% і т. Д. У стані електрона є якась невизначеність. Щоб охарактеризувати це особливий стан, німецький фізик В. Гейзенберг ввів поняття про принцип невизначеності, тобто показав, що неможливо визначити одночасно і точно енергію і місце розташування електрона. Чим точніше визначена енергія електрона, тим невизначений буде його становище, і навпаки, визначивши положення, можна визначити енергію електрона. Область ймовірності виявлення електрона не має чітких меж. Однак можна виділити простір, де ймовірність знаходження електрона буде максимальною.
Простір навколо атомного ядра, в якому найбільш ймовірно знаходження електрона, називається орбиталью.
У ньому укладено приблизно 90% електронного хмари, і це означає, що близько 90% часу електрон знаходиться в цій частині простору. За формою розрізняють 4 відомих нині типу орбіталей, які позначають латинськими буквами s, р, d, f. Графічне зображення деяких форм електронних орбіталей представлено на малюнку 3.
Найважливішою характеристикою руху електрона на певній орбіталі є енергія його зв’язку з ядром. Електрони, що володіють близькими значеннями енергії, утворюють єдиний електронний шар або енергетичний рівень. Енергетичні рівні нумерують, починаючи від ядра: 1, 2, 3, 4, 5, 6 і 7.
Ціле число n, що позначає номер енергетичного рівня, називають головним квантовим числом.
Воно характеризує енергію електронів, що займають даний енергетичний рівень. Найменшою енергією володіють електрони першого енергетичного рівня, найбільш близького до ядра. У порівнянні з електронами першого рівня електрони наступних рівнів будуть характеризуватися великим запасом енергії. Отже, найменш міцно зв’язані з ядром атома електрони зовнішнього рівня.
Число енергетичних рівнів (електронних шарів) в атомі дорівнює номеру періоду в системі Д. І. Менделєєва, до якого належить хімічний елемент: у атомів елементів першого періоду – один енергетичний рівень, другого періоду – два, сьомого періоду – сім.
Найбільше число електронів на енергетичному рівні визначається за формулою
N = 2n2,
Де N – максимальне число електронів; n – номер рівня або головне квантове число. Отже, на першому, найближчому до ядра енергетичному рівні може перебувати не більше двох електронов-,
– на другому – не більше 8;
– на третьому – не більше 18;
– на четвертому – не більше 32.
А як, в свою чергу, влаштовані енергетичні рівні (електронні шари)?
Починаючи з другого енергетичного рівня (n = 2), кожен з рівнів підрозділяється на підрівні (підшари), що трохи відрізняються один від одного енергією зв’язку з ядром.
Число підрівнів дорівнює значенню головного квантового числа: перший енергетичний рівень має один підрівень; другий – два; третій – три; четвертий – чотири підрівні. Підрівні, в свою чергу, утворені орбиталями.
Кожному значенню п відповідає число орбіталей, рівне n2. За даними, наведеними в таблиці 1, можна простежити зв’язок головного квантового числа п з числом підрівнів, типом і числом орбіталей і максимальним числом електронів на підрівні і рівні.
Таблиця 1 Головне квантове число, типи і кількість орбіталей, максимальне число електронів на підрівні і рівнях
Стан електронів в атомі
Підрівні прийнято позначати латинськими літерами, так само як і форму орбіталей, з яких вони складаються: s, р, d, f.
S-підрівень – перший, найближчий до ядра атома підрівень кожного енергетичного рівня, складається з однієї s-орбіталі;
Р-підрівень – другий підрівень кожного, крім першого, енергетичного рівня, складається з трьох р-орбіталей;
D-підрівень – третій підрівень кожного, починаючи з третього, енергетичного рівня, складається з п’яти d-орбіталей;
F-підрівень кожного, починаючи з четвертого, енергетичного рівня, складається з семи f-орбіталей.
На малюнку 4 представлена схема, що відображає число, форму і положення в просторі електронних орбіталей перших чотирьох електронних шарів окремого атома.
1. В даний час не прийнято говорити про обертанні електрона навколо атомного ядра. Чому?
2. Що таке електронна хмара і як це поняття співвідноситься з поняттям “орбіталь”?
3. Як за допомогою електролізу визначити заряд електрона?
4. Чим відрізняється 1s-орбіталь від 2s-орбіталі?
5. Що таке головне квантове число? Як воно співвідноситься з номером періоду?
6. Що таке підрівень і як це поняття співвідноситься з номером періоду?
(1 votes, average: 5.00 out of 5)