§2.4. Будова електронних оболонок атомов

Електронна хмара, що оточує ядро має складну будову. Електрони можуть знаходитися всередині електронної хмари тільки в певних областях, які називають ЕНЕРГЕТИЧНИМИ (або електронними) РІВНЯМИ, ПІДРІВНЯМИ і ОРБІТАЛЯМИ.

Якщо електронну хмару атома порівняти з містом, де “живуть” всі електрони даного атома, то рівень можна порівняти з вулицею, підрівень - з будинком, а орбіталь - з квартирою для електронів. Кожний електрон в атомі має свою “адресу”, яка записується набором чотирьох квантових чисел, про які буде детально розказано в параграфі §2.5.

Отже, електронна хмара будь-якого атома складається з багатьох електронних рівнів. Електрон має подвійну (корпускулярно-хвильову) природу. Завдяки хвильовим властивостям електрони в атомі можуть мати тільки чітко визначені значення енергії, які залежать від відстані до ядра. Електрони, що мають близькі значення енергії утво­рюють енергетичний рівень. Він містить певне число електронів – мак­­си­мально 2n² (n – номер енергетичного рівня). Енергетич­ні рівні під­розділяються на s-, p-, d- і f- підрівні; їх число дорівнює номеру рівня.

В хімічних реакціях ядра атомів залишаються без змін, зміню­єть­ся лише будова електронних рівнів внаслідок перерозподілу елект­ро­нів між атомами. Здатність атома віддавати або приєднувати елект­рони визначає його хімічні властивості.

Електрони “поселяються” ближче до ядра (в цьому випадку їх енер­­­гія менша), тому з багатьох енергетичних рівнів атома не всі засе­лені електронами. Рівні нумерують числами 1, 2, 3 ... n, починаючи з най­нижчого, тобто найближчого до ядра рівня, як показано на мал. 2.3.

Мал. 2.3. Схематичне зображення електронних рівнів, підрівнів і ор­бі­талей.

Чим далі від ядра знаходиться рівень, тим складнішу будову він має. Найближчий до ядра рівень № 1 (n = 1) – найпростіший, він має тільки один 1s-підрівень. Рівень № 2 (n = 2) складається вже з двох підрівнів. Вони відрізняються за енергією електронів, що знаходяться на них, і називаються: 2s-підрівень та 2p-підрівень. Третій рівень (n = 3), має вже три підрівні: 3s-, 3p- і 3d. На четвертому рівні (n = 4) до них додається ще і 4f-підрівень (мал. 2.3).

Підрівні, у свою чергу, складаються з орбіталей. На мал. 2.3 ор­бі­талі позначені квадратиками. Кожна орбіталь - це ніби “квартира” (в “будинку”- підрівні) для одного або двох електронів. Так, наприк­лад, s-підрівень – це “будинок” з однієї “квартири” (містить тільки одну s-орбіталь). На p-підрівні містяться три p-орбіталі, на d-підрівні – п′ять d-орбіталей, на f-підрівні – сім f-орбіталей.

АТОМНА ОРБІТАЛЬ це простір навколо ядра атома в якому знаходження електрона є найбільш ймовірним.

Внаслідок дуже швидкого руху усередині орбіталі електрон займає її повністю і виглядає як хмара певної форми (куляста або витягнута, схожа на гантель) - залежно від виду орбіталі (мал. 2.4).

Мал. 2.4. Форма s-, p-, і d-орбіталей атома.

Існують орбіталі принаймні 4-х різних видів: s-орбіталі (сферичної форми), p-орбіталі (схожі на об'ємні вісімки), а також d-орбіталі (мал. 2.4) і f-орбіталі, форма яких також нагадує об'ємні вісімки в різних комбінаціях. Електрони, що знаходяться на s-, p-, d- і f-орбіталях дещо відрізняються один від одного по енергії.

Орбіталь, на якій знаходиться електрон позначають за допомогою цифри та букви. Цифра позначає енергетичний рівень, а буква – підрівень, тобто вид орбіталі на якому знаходиться електрон. Наприклад, позначення 1s – це s-підрівень, що знаходиться на першому (най­ближчому до ядра) енергетичному рівні. Цей підрівень складається з єдиної 1s-орбіталі. 2p - це p- підрівень, що знаходяться на 2-у електронному рівні. Такий 2p- підрівень складається вже з трьох однакових p_x-, p_y- і p_z-орбіталей.

Таким чином, електрони в атомах можуть знаходитися на різних рівнях, підрівнях і орбіталях. Залежно від підрівня їх називають s-, p-, d- і f-електронами. Елементи, у яких зовнішні (тобто найбільш віддале­ні від ядра) електрони знаходяться на s-підрівні, називають s-еле­мен­тами. Так само визначають p-елементи, d-елементи і f-елементи.