4. Квантово-механическая модель атома.

Современная модель атома является развитием планетарной модели. Согласно этой модели, ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов и окружено отрицательно заряженными электронами. Однако представления квантовой механики не позволяют считать, что электроны движутся вокруг ядра по сколько-нибудь определённым траекториям.

Химические свойства атомов определяются конфигурацией электронной оболочки и описываются квантовой механикой. Положение атома в таблице Менделеева определяется электрическим зарядом его ядра (то есть количеством протонов), в то время как количество нейтронов принципиально не влияет на химические свойства; при этом нейтронов в ядре, как правило, больше, чем протонов (см.: атомное ядро). Если атом находится в нейтральном состоянии, то количество электронов в нём равно количеству протонов. Основная масса атома сосредоточена в ядре, а массовая доля электронов в общей массе атома незначительна (несколько сотых процента массы ядра).

Массу атома принято измерять в атомных единицах массы, равных ¹⁄₁₂ от массы атома стабильного изотопа углерода ¹²C.

Шредингер, учитывая двойственность поведения ℮, предложил описывать состояние ℮ в атоме с помощью уравнения волновой механики: Нψ = Еψ

Н – оператор Гамильтона, ψ – волновая функция, Е – полная энергия ℮.

Основные выводы:

1. ψ не имеет физического смысла, она может принимать -,+ и мнимые значения, физический смысл имеет ψ² – вероятность нахождения ℮

2. задача имела решение только для сферически симметричных систем. Для более сложных атомов решение имело место относительно некоторых целых чисел n,l,m – квантовые числа.

5. Квантовые числа.

Квантовые числа – это энергетические параметры, определяющие состояние электрона и тип атомной орбитали, на которой он находится. Квантовые числа необходимы для описания состояния каждого электрона в атоме.

1. n – главное кв. ч., является энергетическим уровнем , принимает значения целых натур. чисел; хар-ет энергетическое состояние ℮ или его удаленность от ядра атома: чем дальше находится ℮ от ядра, тем выше его энергия. N=2n² N – емкость эл. слоя (кол-во ℮)

2. l – орбитальное кв.ч., является энергетическим подуровнем, принимает значения от 0 до n-1; хар-ет форму эл. облака. l = 0 S l = 1P l = 2 d l = 3 f

3. m – магнитное кв. ч., принимает значения m = (-l, 0, +l), общее кол-во m = 2l + 1; хар-ет ориентацию ℮ во внешнем магн. поле.

4. s – спиновое кв. ч., вращаясь по орбитали вокруг ядра, имеет собственный момент движения, т.е. он способен вращаться вокруг своей оси по и против часовой стрелки → характ. вращение ℮ вокруг своей оси; принимает значения s = ± ½

6. Правила Клечковского

Это правило основано на зависимости орбитальной энергии от квантовых чисел n и l и описывает энергетическую последовательность атомных орбиталей как функцию суммы n+l. Суть его очень проста:

орбитальная энергия последовательно повышается по мере увеличения суммы n+l, причём при одном и том же значении этой суммы относительно меньшей энергией обладает атомная орбиталь с меньшим значением главного квантового числа n.

Эмпирическое правило Клечковского и вытекающее из него схема очерёдностей несколько противоречат реальной энергетической последовательности атомных орбиталей только в двух однотипных случаях: у атомов Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au имеет место “провал” электрона с s-подуровня внешнего слоя на d-подуровень предыдущего слоя, что приводит к энергетически более устойчивому состоянию атома, а именно: после заполнения двумя электронами орбитали 6s следующий электрон появляется на орбитали 5d, а не 4f, и только затем происходит заселение четырнадцатью электронами 4f орбиталей, затем продолжается и завершается заселение десятиэлектронного состояния 5d. Аналогичная ситуация характерна и для орбиталей 7s, 6d и 5f.

1. при возрастании заряда ядра атома, последовательное заполнение ℮ энергет. уровней начинается с меньшего значения суммы главного и орбитального кв.ч.

2. в случае одинаковой суммы n+1 последовательность заполнения энергет. уровней начинается с меньшего значения главного кв.ч.