3. Квантово-механическая модель атома, квантовые числа, типы атомных орбиталей.
Квантово-механическая модель атома
Движение е- в атоме нельзя представить определенной траекторией (линейной или плоской). Движение е- в атоме принято изображать с помощью атомной орбитали (АО).
Атомная орбиталь (АО) - трехмерная область пространства, нахождение электрона в которой наиболее вероятно (90%-98%). Для каждого атома существует целый набор атомных орбиталей, отличающихся друг от друга значениями энергии. Каждая атомная орбиталь (ее энергия, форма, размер, ориентация в пространстве) описывается 4 квантовыми числами (n,l,m,s). Первые три соответствуют трем степеням свободы электрона в трехмерном пространстве, а четвертое соответсвует вероятности вращения электрона вокруг воображаемой собственной оси.
Квантовые числа:
“n” – главное квантовое число. Характеризует уровень энергии электрона в поле атома, удаленность от ядра.Совпадает с номером периода. Принимает значения n=1,…,7. Есвязи=-21,76∙*1/n2
Каждый энергетический уровень имеет сложное строение, и в поле ядра разделяется на подуровни. Число подуровней совпадает с уровнем т.е. на 1 уровне один подуровень, …, на третьем –три..
“l” – орбитальное квантовое число. Характризует тип энергетического подуровня (форма электронного облака). l=0,1,2,…,(n-1). Обозначается буквами s, p, d, f, q, h. При этом нулю соответствует 0-s, 1-p, 2-d, 3-f, 4-q, 5-h.
Число АО на подуровне определяется числом возможных ориентаций этой орбитали, т.е магнитным квантовым числом m.
“m”
– магнитное квантовое число. Определяет
пространственное расположение АО. m=0,
1,
2,…,
l.
Cумма
орбиталей на подуровне: =2l+1.
“s” – спиновое квантовое число. Характеризует вероятность вращения электрона вокруг своей оси в двух противоположенных направлениях. s=1/2. “+” – по часовой стрелке, “-“ – против часовой стрелке, собственная характеристика электрона, которая не может быть уничтожена. Вращение сообщает электрону собственный магнитный момент, который называется спином электрона.
Вывод: Квантовые числа дают полную характеристику состояния электрона в атоме: энергия, форма, ориентация электронов в пространстве и спиновые характеристик.
4. Основные принципы заполнения Атомных Орбиталей электронами. Принцип Паули, правило Хунда.
Принцип
Паули:
у атомов, имеющих больше одного электрона,
не может быть 2х
электронов с одинаковыми значениями
всех 4х
квантовых чисел. Следствие:
на каждой АО максимально может находится
только два электрона с антипараллельными
спинами
.
Подуровни p, d и f состоят из нескольких орбиталей, энергия которых одинакова, поэтому эти подуровни называются «вырожденными»: p подуровень вырожден трехкратно, d пятикратно и f семикратно. Для электронов этих подуровней соблюдается правило Хунда.
Правило
Хунда:
в основном (невозбужденном) состоянии
атома на подуровнях np,
nd
и nf
всегда имеется максимальное количество
неспаренных электронов (максимальный
неспаренный спин).
Правило Хунда. Минимумом энергии обладает конфигурация с максимальным сумм. спином.
Особенности формирования d- и f-подуровней
Принцип минимума энергии: состояние электрона должно отвечать основному принципу – принципу минимума энергии. Энергия задается: Е= n+l. Минимум энергии соответствует максимуму устойчивости. На внешнем уровне не может быть более 8 электронов.
Правило Кличковского: Энергетические подуровни заполняются в порядке увеличения суммы квантовых чисел (n+l). При равных значениях суммы сначала заполняется подуровень с меньшим n.
Особенности заполнения и формирования многоэлектронных подуровней
S - max 2e
P - max 6e
D - max 10e
F - max 14 e