Химические свойства элементов определяются строением электронных оболочек их атомов.
В 20-ых годах XX в. ученые установили, что электрон имеет двойственную структуру: он является одновременно частицей и волной. Подобно частице электрон имеет массу 9,1 · 10-28 г и заряд 1,6 · 10-19 Кл. Движущийся электрон обладает свойствами волны: способность к дифракции и интерференции.
Представление о двойственной природе электрона привело к созданию квантово-механической теории строения атома. Электрон в атоме не движется по определенной траектории, а может находиться в любой части околоядерного пространства, вероятность нахождения электрона в разных частях околоядерного пространства неодинакова.
Таким образом, в соответствие с квантово-механическими представлениями невозможно точно определить энергию и положение электрона, поэтому в квантово-механической модели атома используют вероятностный подход для характеристики положения электрона: можно говорить только о вероятности нахождения электрона в разных частях атомного пространства.
Часть атомного пространства, в которой вероятность нахождения данного электрона наибольшая (равна ≈ 90%), называется атомной орбиталью.
Каждый электрон в атоме занимает определеннуюорбиталь и образует электронное облако, которое является совокупностью различных положений быстро движущегося электрона.
Для характеристики поведения электрона в атоме введены квантовые числа.
Главное квантовое число n определяет энергию и размеры электронныхорбиталей. Главное квантовое число принимает значения 1,2,3,4,5, … и характеризует энергетический уровень. Чем выше n, тем выше энергия. Уровни имеют буквенные обозначения: К (n =1), L (n =2), М (n=3), N (n =4), …
Максимальное число электронов на данном энергетическом уровне находят по формуле ∑ е- = 2 n 2. таким образом, на первом энергетическом уровне n =1,
е- = 2, на втором n =2, е- = 8, на третьем n = 3, е- = 18 и т.д.
Орбитальное квантовое число l определяет форму электроннойорбитали. Орбитальное квантовое число также характеризует энергетические подуровни в электронной оболочке атома. Орбитальные квантовые числа принимают целочисленные значения от 0 до (n -1). Подуровни также обозначаются буквами:
Орбитальное квантовое число, l … 0 1 2 3
Подуровень (подоболочка)…………. spdf
Электроны с орбитальным квантовым числом 0, называются s -электронами. Орбитали и соответственно электронные облака имеют сферическую форму (окружности).
Электроны с орбитальным квантовым числом 1 называются p -электронами. Орбитали и соответственно электронные облака имеют форму, напоминающую гантель.
Электроны с орбитальным квантовым числом 2 называются d -электронами. Орбитали имеют более сложную форму, чем p-орбитали.
Электроны с орбитальным квантовым числом 3 называются f - электронами. Форма их орбиталей еще сложнее, чем форма d -орбиталей.
Максимальное число электронов на энергетическом подуровне находят по формуле ∑ е- = 2(2 l +1). Так максимальное заполнение s2, p6, d10, f14.
Магнитное квантовое число ml характеризует ориентацию орбитали в пространстве. Магнитное квантовое число принимает целочисленные значения от – l до + l, включая 0. Число значений ml определяет число орбиталей на подуровне
Следовательно, на подуровне s (l =0) имеется одна орбиталь (m l =0), на подуровне p (l =1) – три орбитали (m l = -1, 0, +1), на подуровне d (l =2) пять орбиталей (ml =-2, -1, 0, +1+2).
Условно атомнуюорбиталь обозначим в виде клеточки.
Соответственно, для s- подуровня имеется одна АО
Для р -подуровня – три АО
Для d -подуровня - пять АО
Для f - подуровня – семь АО
Спиновое квантовое число ms. Каждый электрон характеризуется собственным механическим моментом движения, который получил название спин. Спиновое квантовое число ms имеет только два значения +1/2 и –1/2 Положительные и отрицательные значения спина связаны с его направлением. Электроны с разными спинами обычно обозначаются противоположно направленными стрелками. Электрон со спином +1/2 условно обозначают ↑, со спином -1/2: ↓.
Таким образом, состояние электрона в атоме полностью характеризуется четырьмя квантовыми числами: n, l, ml, ms
