Каждому значению п соответствует число орбиталей, равное n2.
Материалы урока
Состояние электронов в атоме
Под состоянием электрона в атоме понимают совокупность информации об энергии определенного электрона и пространстве, в котором он находится. Мы уже знаем, что электрон в атоме не имеет траектории движения, то есть можно говорить лишь о вероятности нахождения его в пространстве вокруг ядра. Он может находиться в любой части этого пространства, окружающего ядро, и совокупность различных положений его рассматривают как электронное облако с определенной плотностью отрицательного заряда. Образно это можно представить себе так: если бы удалось через сотые или миллионные доли секунды сфотографировать положение электрона в атоме, как при фотофинише, то электрон на таких фотографиях был бы представлен в виде точек. При наложении бесчисленного множества таких фотографий получилась бы картина электронного облака с наибольшей плотностью там, где этих точек будет больше всего.
На рисунке
показан «разрез» такой электронной плотности в атоме водорода, проходящий через ядро, а штриховой линией ограничена сфера, внутри нее вероятность обнаружения электрона составляет 90%. Ближайший к ядру контур охватывает область пространства, в которой вероятность обнаружения электрона -10%, вероятность же обнаружения электрона внутри второго от ядра контура составляет -20%, внутри третьего — -30% и т. д. В состоянии электрона есть какая-то неопределенность. Чтобы охарактеризовать это особое состояние, немецкий физик В. Гейзенберг ввел понятие о принципе неопределенности, то есть показал, что невозможно определить одновременно и точно энергию и местоположение электрона. Чем точнее определена энергия электрона, тем неопределеннее будет его положение, и наоборот, определив положение, нельзя определить энергию электрона. Область вероятности обнаружения электрона не имеет четких границ. Однако можно выделить пространство, где вероятность нахождения электрона будет максимальной.
|
|
|
Пространство вокруг атомного ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называется орбиталью.
В нем заключено приблизительно 90% электронного облака, и это означает, что около 90% времени электрон находится в этой части пространства. По форме различают 4 известных ныне типа орбиталей, которые обозначают латинскими буквами s, р, d, f. Графическое изображение некоторых форм электронных орбиталей представлено на рисунке .
Важнейшей характеристикой движения электрона на определенной орбитали является энергия его связи с ядром. Электроны, обладающие близкими значениями энергии, образуют единый электронный слой или энергетический уровень.
|
|
|
Энергетические уровни нумеруют, начиная от ядра: 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7.
Целое число n, обозначающее номер энергетического уровня, называют главным квантовым числом.
Оно характеризует энергию электронов, занимающих данный энергетический уровень. Наименьшей энергией обладают электроны первого энергетического уровня, наиболее близкого к ядру. По сравнению с электронами первого уровня электроны последующих уровней будут характеризоваться большим запасом энергии. Следовательно, наименее прочно связаны с ядром атома электроны внешнего уровня.
Число энергетических уровней (электронных слоев) в атоме равно номеру периода в системе Д. И. Менделе ева , к которому принадлежит химический элемент: у атомов элементов первого периода — один энергетический уровень, второго периода — два, седьмого периода — семь.
Наибольшее число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле
N = 2n2,
где N — максимальное число электронов; n — номер уровня или главное квантовое число. Следовательно, на первом, ближайшем к ядру энергетическом уровне может находиться не более двух электронов-,
• на втором — не более 8;
|
|
|
• на третьем — не более 18;
• на четвертом — не более 32.
А как, в свою очередь, устроены энергетические уровни (электронные слои)?
Начиная со второго энергетического уровня (n = 2), каждый из уровней подразделяется на подуровни (подслои), несколько отличающиеся друг от друга энергией связи с ядром.
Число подуровней равно значению главного квантового числа: первый энергетический уровень имеет один подуровень; второй — два; третий — три; четвертый — четыре подуровня. Подуровни, в свою очередь, образованы орбиталями.
Каждому значению п соответствует число орбиталей, равное n2.
По данным, представленным в таблице 1, можно проследить связь главного квантового числа п с числом подуровней, типом и числом орбиталей и максимальным числом электронов на подуровне и уровне.
Таблица 1 Главное квантовое число, типы и число орбиталей, максимальное число электронов на подуровнях и уровнях
Подуровни принято обозначать латинскими буквами, равно как и форму орбиталей, из которых они состоят: s, р, d, f.
s-Подуровень — первый, ближайший к ядру атома подуровень каждого энергетического уровня, состоит из одной s-орбитали;
р-подуровень — второй подуровень каждого, кроме первого, энергетического уровня, состоит из трех р-орбиталей;
|
|
|
d-подуровень — третий подуровень каждого, начиная с третьего, энергетического уровня, состоит из пяти d-орбиталей;
f-подуровень каждого, начиная с четвертого, энергетического уровня, состоит из семи f-орбиталей.
Ученые условились обозначать каждую атомную орбиталь квантовой ячейкой - квадратиком на энергетической диаграмме:
На s-подуровне может находиться одна атомная орбиталь
а на p -подуровне их может быть уже три -
(в соответствии с тремя осями координат):
Орбиталей d - и f -подуровня в атоме может быть уже пять и семь соответственно:
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 22; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!