2.Строение атома

В начале 20-х годов 20 века была разработана новая физическая теория, пригодная для описания свойств объектов микромира ¾ квантовая или волновая механика.. Создание квантовой механики происходило на пути обобщения представления о корпускулярно-волновой двойственности фотона на все объекты микромира, прежде всего на электрон.

В волновых свойствах электрона заложен первый основной принцип волновой механики, сформулированный де Бройлем: с движущимся электроном ассоциируется волна, длина которой определяется уравнением де Бройля:

,

где - длина волны; - скорость электрона; - масса электрона;

= 6.62^.10^-34 Дж^.с

Вторым фундаментальным принципом квантовой механики является принцип неопределенности Гейзенберга, согласно которому невозможно одновременно осуществить точное измерение двух дополняющих друг друга характеристик частиц, например, ее скорости и координаты. Основная идея квантовой механики состоит в том, что в микромире определяющим является представление о вероятности событий.

Вероятностное описание движения электрона около ядра приводит к представлению о том, что электрон как бы одновременно рассредоточен вокруг ядра и образует той или иной формы электронное облако, плотность которого в разных точках определяется вероятностью пребывания электрона в этих точках: чем выше плотность, тем с большей вероятностью находится электрон в этой области. Математически описать корпускулярно-волновые свойства электрона в атоме позволило уравнение Шредингера, с помощью которого можно найти волновую функцию y. Она описывает движение электронов в атоме, а ее квадрат y² определяет вероятность нахождения электрона в данном участке атома.

2.1. Квантовые числа

Состояние электрона в атоме описывается значениями 4-х квантовых чисел.

Главное квантовое число (n) характеризует энергетические состояния или уровни на которых может находиться электрон. С увеличением n возрастает размер электронного облака и увеличивается энергия электрона. n может принимать только положительные целые значения 1,2,3,…¥.

Max число орбиталей на уровне = n² ;

Max число электронов на уровне = 2n² ;

Значениям главных квантовых чисел соответствует буквенное обозначение квантовых слоев:

n=	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
обозначение квантовых слоев	K, L, M, N, O, P, Q

Орбитальное квантовое число ( ) характеризует форму электронного облака и принимает значения от 0 до n-1:

= 0, 1, 2, 3… n-1. При n= 3 = 0, 1, 2. Орбитальное квантовое число обычно обозначают латинскими буквами:

…	0 1 2 3 4
Обозначение	s p d f g

Состояния электрона, характеризующиеся различными значениями , принято называть также энергетическими подуровнями.

Решение вероятностного волнового уравнения для электрона с = 0 показывает, что они с большой вероятностью находятся в сфере. Эта сферическая орбиталь с = 0 называется s- орбиталью. При =1 зона вероятностного расположения электрона представляет собой гантелеобразное облако с центром в ядре (p-орбиталь), у d-орбитали ( =2) – форма розетки, у f-орбитали – более сложная форма.

Max число орбиталей на подуровне = 2 +1;

Max число электронов на подуровне = 2( 2 +1).

Магнитное квантовое число (m )

Квантовое число называется магнитным, поскольку учитывает влияние магнитного и электрического полей на состояние электрона, ведь электрон может различным образом ориентироваться в пространстве. Магнитное квантовое число характеризует расположение и число возможных ориентаций орбиталей. Оно может принимать целочисленные значения от - до + : m = 0; ±1; ±2; ± . В зависимости от значений m определяются возможные ориентации одной и той же формы орбиталей и их число, которое равно количеству значений m . Так, для s-орбиталей с =0 m =0, т.е. одна ориентация поскольку шар симметричен относительно 3-х осей ординат. Для p-орбиталей с =1, m =-1; 0; 1, что соответствует трем ориентациям p-орбитали относительно трех осей ординат, поэтому они обозначаются соответствующими индексами p_x, p_y, p_z.

Для d- орбиталей с =2 число возможных ориентаций –5: -2; -1; 0; 1; 2. (рис.1.)

Рис.1. Формы и пространственная ориентация электронных облаков 1s-,2p-,3d- электронов

Спиновое квантовое число (m_s) характеризует наличие у электрона еще одной степени свободы. Упрощенно можно это представить как возможность вращения электрона вокруг собственной оси. Возможны два значения спинового квантового числа ; .