5.3. Запитання для самостійної підготовки

1. Недоліки перших моделей будови атома: Томсона та Резерфорда. Модель атома Гідрогену за теорією Бора. Сформулюйте постулати Бора, основні принципи квантової механіки.

2. Сучасні уявлення про будову атома. Які елементарні частинки називають протонами, нейтронами, електронами?

3. У чому виявляється двоїста корпускулярно-хвильова природа частинок мікросвіту, зокрема, електрона? Гіпотеза Луї де Бройля.

4. Чому неможливо описати рух електрона в атомі за допомогою певної траєкторії? Принцип невизначеності Гейзенберга.

5. Для чого застосовують рівняння Шредінгера? Що називають атомною орбіталлю? Який фізичний зміст має  (x, y, z)²?

6. Який фізичний зміст квантових чисел (головного, орбітального, магнітного та спінового)? Яка супідрядність існує між ними? Які два квантових числа характеризують енергію атомної орбіталі?

7. Яку інформацію про хімічні властивості елементів можна одержати, аналізуючи електронні формули атомів?

8. Що розуміють під збудженим станом атома? Поясніть, чому Флуор завжди одновалентний, а Хлор може виявляти перемінну валентність? Які елементи періодичної системи мають незмінну валентність?

9. У чому причина періодичного повторення властивостей хімічних елементів? Яке сучасне формулювання періодичного закону? За якими ознаками елементи розміщують в одній групі; в одній підгрупі періодичної системи?

10. Що характеризує енергія іонізації? Як вона змінюється в періоді, у головних і побічних підгрупах? Відповідь обґрунтуйте за допомогою прикладів.

11. Що характеризує енергія спорідненості до електрона? Як вона змінюється зі збільшенням заряду ядра атома в періоді; у головних підгрупах періодичної системи? Відповідь обґрунтуйте на прикладах.

12. Які властивості елементів можна охарактеризувати за допомогою електронегативності елементів? Як її можна оцінити?

4. Приклади розв’язання типових завдань з теми 5

Завдання 1. На якому енергетичному рівні знаходиться атомна орбіталь, яку характеризує хвильова функція ₄₂₁? Яка це орбіталь?

Розв’язання. Для орбіталі, яку характеризує хвильова функція  (₄₂₁), головне квантове число n = 4. Отже, вона знаходиться на четвертому енергетичному рівні. Оскільки орбітальне квантове число l = 2, це d-орбіталь. Значення магнітного квантового числа m_l = 1, тобто це одне з п’яти можливих розміщень у просторі m_l = 2, 1, 0, +1, +2.

Завдання 2. Знайти кількість атомних орбіталей для енергетичного стану 4f. Визначити максимальне число електронів, які характеризуються цим енергетичним станом.

Розв’язання. Для четвертого енергетичного рівня головне квантове число n = 4. Для f-підрівня орбітальне квантове число l = 3, тому магнітне квантове число m_l може набувати такі значення: 3; 2; 1; 0; 1; 2; 3. Отже, загальна кількість f-орбіталей дорівнює семи.

Згідно з принципом заборони Паулі, в атомі не може бути двох електронів з однаковим набором усіх чотирьох квантових чисел. Отже, кожна орбіталь максимально може вмістити лише два електрони, які мають протилежні спіни, а максимальна кількість електронів на певному підрівні може становити

2(2l  1).

Тоді кількість електронів, які характеризуються енергетичним станом 4f, дорівнює 14:

 	 	 	 	 	 	 
-3	-2	-1	0	1	2	3

Завдання 3. Поясніть, чому не можуть реалізуватися наведені електронні конфігурації: а) 2d³ і б) 4p⁸.

Розв’язання. а) Оскільки головне квантове число n=2, це другий енергетичний рівень. Для для d-АО орбітальне квантове число l = 2. Але для n = 2 орбітальне квантове число може набувати лише два значення l = 0, 1, оскільки l = 0, 1… n – 1. Тому на другому енергетичному рівні можливі тільки s- і p-підрівні. Отже, конфігурація 2d³ не може реалізуватися.

б) Оскільки головне квантове число n = 4, це четвертий енергетичний рівень. Тому можливими значеннями орбітального квантового числа є l = 0, 1, 2, 3. Для р-АО l = 1. Згідно з принципом Паулі, максимальна кількість електронів на підрівні може бути 2(2l + 1), тобто на р-підрівні може міститися тільки шість електронів, що й пояснює неможливість реалізації конфігурації 4p⁸.

Завдання 4. Яким набором квантових чисел характеризується стан кожного з семи електронів, які знаходяться на 4d- атомній орбіталі (4d ⁷)?

Розв’язання. Наводимо набір квантових чисел для семи 4d-електронів у порядку заповнення ними атомних орбіталей (табл. 6.1).

Таблиця 6.1.