1. Квантовые числа, волновая функция, понятие об атомной орбитали.

Атом - химически неделимая единица вещества и представляет собой сложную электронейтральную микросистему находящихся в движении элементарных частиц. В 1911 г. Э.Резерфорд предложил модель атома, согласно которой атом состоит из положительно заряженного ядра, в котором находится почти вся масса атома, и располагающихся вокруг ядра электронов. Ядро состоит из протонов и нейтронов. Число электронов равно числу протонов, и поэтому атом электронейтрален.

Шредингер, основ-сь на постулате Де-Бройля (Любая движ-ся частица обладает волновыми св-ми и мож быть охарактеризована длиной волны и частотой), прин-пе неопределенности Гейзенберга (Невозможно одновремен с высокой стпенью точности устанавливать координаты местоположения и величину скорости дв-ия микрочас-цы, для к-ой присущи корпускулярно-волновые св-ва) и з-не сохранения энергии электрона (е) в атоме составил ур-ие и решил его для простейшего атома H. Решениями ур-ия Шред явл энергии е в атоме и "волновые" ф-ции, зависящие от координат. Волновая ф-ция (ψ_i) не имеет определен физич смысла, но квадрат волновой ф-ции (ψ_i²) - это плотность вероятности нахождения е в точке с координатами (x,y,z) или плотность отрицательного заряда е-ного облака в данной точке ψ_i²∙ dV - вероятность нахождения e в объеме dV. Требования: волновая ф-ция непрерывная, однозначная, ограниченная. В рез-те точного решения ур-ия Шред оказалось, что кажд волновой ф-ции соответств набор 3х целочисленных параметров - n, l, m - квантовых чисел. Шред рассчитал вероятность (W) нахождения е на расс-нии r от ядра в основном сост-нии атома водорода или, иначе, распределение -ной плотности в атоме водорода в основном состоянии.

Кривая имеет экстремальный хар-р: вероят-ть нахождения е в ядре равна 0, на расст-нии r₀=0,53 А⁰(А⁰=10м) достигает макс-ого знач, далее, с увелич рассn-ия (r) – уменьш-ся. Кривая асимптотически приближается к оси, но не пересекает ёё, т.е. с незначительной вероятностью е может находиться даже на бесконечном удалении от ядра, на наиболее вероятно его нахождение на r₀ = 0,53 A⁰, кот-ое совпало с радиусом перв"стационарной орбиты" модели Бора. Обл-ть простр-ва вокруг ядра,в котор вероят-ть нахождения е составляет не менее 90%, наз атомной орбиталью. Граничная поверх-ть - это поверхность, ограничивающая атомную орбиталь. Атомная орбиталь может быть задана, охарактеризована волновой ф-цией или набром из 3х квантовых чисел - n, l, m. Атомная орбиталь, на кот-ой наход е , мож быть представлена как "облако отриц-ого заряда" или диффузное "е-ное облако". Причем, отрицат заряд е оказ неравномерно распределенным во всем объеме простр-ва вокруг ядра и плотность е-ного облака в разн точках простр-ва разл-на. Представления об е-ных облаках исп-ют в химии для объяснен образ-ния хим связей. Атомные орбитали (электрон облака) разл-ся по энергии, размерам. форме, ориентации в пространстве и могут быть охарактеризованы с помощью квант чисел.

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА - энергетические параметры, определ состояние е и тип АО(атомн орбитали), на кот-ой он нах-ся.

Главное квантовое число - n - хар-ет энергию и размер АО. (т.е. определ общую эн-ию е и степень удаления его от ядра номер энергетич уровня). Принимает значения целых положит чисел от 1 до беск. Все АО с одинаковым n образуют 1 энергетич уровень (слой, оболочку). Чем > n, тем > энергия и размер АО.

Орбитальное (побочное/азимутальное) кв число - l - определ форму АО, хар-ет энергию в многоэлектронных атомах. Принимает целочисленные значения от 0 до (n-1).

l=0 - s-орбиталь. 1АО, max 2e.

l=1 - p-орбиталь. 3АО, max 6e.

l=2 - d-орбиталь. 5АО, max 10e.

l=3 - f-орбиталь. 7АО, max 14e.

Mагнитное квант число - m - хар-ся числом АО на подуровне и возможной ориентацией в пространстве. Его значения изменяются от +l до -l, включая 0. Например, при l = 1 число m принимает 3 значения: +1, 0, -1, поэтому существуют 3 типа р-АО: р_x, р_y, р_z.

Спиновое квантовое число - s - может принимать лишь два возможных значения +1/2 и -1/2. Они соответ-ют двум возможным и противоположным друг другу направлениям собственного магнитного момента электрона, называемого спином (от англ. веретено).

Главное квантовое число – n - принимает только целые положительные значения n = 1, 2, 3…∞. С увеличением n энергия и размер электронного облака (атомной орбитали) возрастает. Совокупность атомных орбиталей с одинаковым значением n называют уровнем, или электронным слоем. Максимально возможные числа орбиталей и электронов на уровне соответственно равны ⁿ² и 2ⁿ².

Орбитальное квантовое число l определяет значения орбитального момента количества движения электрона и принимает значения от 0 до (n-1), например, при n = 3: l = 0, 1, 2. Характеризует форму атомных орбиталей (электронных облаков), для которых в зависимости от l приняты соответствующие обозначения: l 0, 1, 2, 3, 4, 5…

обозначение s, p, d, f, g, h…

s - Орбиталь (s – электронное облако) имеет шарообразную форму. При l=1 зона вероятностного распределения электронов представляет собой гантелеобразное облако с центром в ядре (р-орбиталь). У d - орбитали (l = 2) и f - орбитали (l= 3) форма электронных облаков еще более сложная. Совокупность атомных орбиталей с одинаковым значением n и l называют подуровнем или электронной подоболочкой. Число возможных орбиталей и электронов в пределах подуровня соответственно равны (2l+1) и 2(2l+1).

Магнитное квантовое число m_l может принимать положительные и отрицательные целочисленные значения от минус l до плюс l через нуль. В зависимости от значений m_l определяются возможные ориентации орбиталей одной формы и их число, которое равно количеству значений m_l. Так, для s - орбиталей (l = 0, m_l = 0), возможна одна ориентация, поскольку шар симметричен относительно трех осей ординат. Для р - орбиталей (l=1, m_l = -1, 0, +1), что соответствует трем ориентациям р - орбиталей относительно трех осей. Для d - орбиталей (l=2, m_l = -2, -1, 0, +1, +2) число возможных ориентаций – пять, для f – орбиталей - семь.

Спиновое (m_s) квантовое число характеризует сложное движение электрона вокруг собственной оси и принимает значения +1/2 или –1/2.

С движущимся электроном ассоциируется волна, длина которой определяется уравнением Де-Бройля: где λ - длина волны, (м); m - масса электрона; V-скорость движения частицы (≈10⁸ м/с), h - постоянная Планка