6. Значения квантовых чисел и максимальное число электронов на квантовых уровнях и подуровнях

Квантовый				Магнитное квантовое число ml	Число кванто-вых состояний (орбиталей)		Максимальное число электронов
уровень		подуровень
обозна чение	глав­ное кванто-вое чи-сло n	обозна-чение	орбиталь-ное кван-товое число l
					в по- дуров- не (2l+1)	в уров-не n2	в по- дуровне 2(2l+1)	в уров-не 2п2
К	1	s	0	0	1	1	2	2
L	2	s	0	0	1		2
		р	1	-1;0;+1	3	4	6	8
М	3	s	0	0	1		2
		р	1	-1;0;+1	3	9	6	18
		d	2	-2;-1; 0+1;+2	5		10
N	4	s	0	0	1		2
		р	1	-1,0;+1	3		6
		d	2	-2;-1;0;+1;+2	5	16	10	32
		f	3	-3;2;-1; 0;+1;+2;+3	7		14

Эти квантовые числа связаны с физическими свойствами электрона, и число n (главное квантовое число) характеризует энергетический (квантовый) уровень электрона; число l (орбитальное) – момент количества движения (энергетический подуровень), число m_l (магнитное) – магнитный момент, m_s - спин. Спин электрона возникает за счет вращения его вокруг собственной оси. Электроны в атоме должны отличаться хотя бы одним квантовым числом (принцип Паули), поэтому в АО могут находиться не более двух электронов, различающихся своими спинами m_s = ±¹/₂. В табл. 6 приведены значения и обозначения квантовых чисел, а также число электронов на соответствующем энергетическом уровне и подуровне.

Глава 3. Периодическая система д.И. Менделеева

3.1. Периодический закон и структура периоди-ческой системы Д.И. Менделеева

Тема строения вещества является центральной в теоретической части курса химии и рассматривается в неразрывной связи с периодическим законом и его графическим изображением – периодической системой Д.И. Менделеева.

Развитие атомистических представлений в XIX веке завершилось открытием в 1869 г. Д.И. Менделеевым периодического закона и созданием периодической системы. «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов» - такова первоначальная, авторская формулировка периодического закона. Наглядным выражением закона служит периодическая система Д.И. Менделеева. К настоящему времени предложено большое число вариантов системы. Наиболее общепризнанными являются короткая и длинная системы.

Периодический закон сыграл огромную роль в развитии химии как науки, в систематизации химических элементов по их важнейшим свойствам, в открытии новых элементов. Периодический закон и периодическая система явились необходимой базой для развития нового этапа в химии – познания структуры атома. В свою очередь, теория строения атома привела к эволюции периодического закона, позволила вскрыть сущность периодичности, выяснить природу взаимосвязи и различия химических элементов, объяснить закономерности периодической системы. Из рассмотрения электронных структур атомов элементов вытекает вывод о причинах периодичности: свойства элементов повторяются периодически через определенные интервалы (через 2, 8, 18, и т.д. элементов), т.к. периодически повторяются одни и те же внешние электронные структуры атомов: электронные аналоги являются и химическими аналогами.

В основе представлений о структуре атома лежит ядерная модель атома Резерфорда (1911 г.), согласно которой в центре атома находится положительно заряженное ядро; вокруг ядра располагаются отрицательно заряженные электроны (электрон – частица с ничтожно малой массой); число электронов равно заряду ядра, так что атом в целом электронейтрален. Радиус атома измеряется ангстремами (1Ǻ=10^-8 см), радиус ядра не превышает 10^-13 см, следовательно, по размерам ядро в 100000 раз меньше атома. Тем не менее, вся масса атома сосредоточена в ядре и плотность ядерного вещества огромна. Если бы удалось собрать 1 см³ атомных ядер (в действительности это невозможно из-за ядерных сил отталкивания), то их масса составила бы 116 млн. тонн.

Работами Резерфорда и Мозли (1921 г.) было установлено, что заряд ядра атома равен порядковому номеру элемента в периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Например, порядковый номер атома азота N равен 7, следовательно, положительный заряд его ядра +7 и вокруг ядра находится 7 электронов.

Заряд ядра – важнейшая и фундаментальная характеристика атома, на ее основе дается современное понятие химического элемента: «Химическим элементом называется вид атомов с определенным зарядом ядра».

В ядре атома находятся два вида частиц: протоны и нейтроны. Протоны – это положительно заряженные частицы с зарядом +1 и массой 1 (точнее, 1,0076). Число протонов равно порядковому номеру элемента. Нейтроны – это нейтральные частицы с массой 1 (точнее, 1,0089)

Вся масса атома сосредоточена в ядре, следовательно, атомная масса элемента – суммарная масса протонов и нейтронов. Чтобы найти число нейтронов (N) в ядре любого атома, нужно из атомной массы (A) вычесть порядковый номер (Z) : N=A-Z. Например, для атома азота число протонов Z=7, число нейтронов N=14-7=7. Атомы одного и того же элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разную массу, называются изотопами. Изотопы одного и того же химического элемента, согласно определению, имеют одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. Например, для изотопов водорода имеют место соотношения, приведенные в табл. 7.