Современные представления о строении атома

Современные представления о строении атома

Название частицы

протон

Обозначе-ние

нейтрон

P +

Заряд частицы

электрон

n 0

В кулонах

1,6 ˑ 10 -19

+1

0

e -

Масса частицы

В единицах

1,6 ˑ 10 -19

В а.е.м.

В кг

1,6 ˑ 10 -27

0

-1

1

1,6 ˑ 10 -27

(1\12 массы атома изотопа углерода-12)

9 ˑ 10 -31

1

0 (0,000549) ˑ

Число протонов как и число электронов в атоме определяется порядковым номером элемента в периодической системе химических элементов . Число протонов определяет заряд ядра атома (обозначается Z). Количество нейтронов рассчитывается как разность между массовым числом атома и зарядом ядра (A-Z).

Совокупность атомов с определенным значением заряда ядра Z , массового числа A, называется нуклидом . Например: 37 Cl, 15 P.

Если атомы одного и того же элемента отличаются по массе, то они являются изотопами .

В атомах изотопов содержится разное количество нейтронов Например: 1 H , 2 H, 3 H – водород (H), дейтерий (D) и тритий (T).

Понятие об электронном облаке и s -,p -, d -, f- электронах

Область пространства вокруг ядра, где наиболее вероятно нахождение электрона, называют атомной орбиталью. Атомные орбитали имеют различные формы, размеры и ориентацию в пространстве.

Состояние электронов в пространстве описывают с помощью четырех квантовых чисел.

Главное квантовое число n – соответствует номеру энергетического уровня, на котором расположен электрон. (Количество энергетических уровней в атоме соответствует номеру периода, в котором расположен элемент.). Энергетический уровень – это совокупность энергетических состояний электрона в атоме, характеризующихся одним и тем же значением квантового числа n. Максимальное число электронов на каждом энергетическом уровне равно 2n 2 . Главное квантовое число принимает значения из множества натуральных чисел.

Орбитальное квантовое число l – определяет форму атомной орбитали. Принимает значения: для s- орбитали= 0, для p-орбитали=1, для d =2, а для f =3 Орбитальное квантовое число принимает значения (n-l).

Совокупность орбиталей одной формы (с одинаковым значением орбитального квантового числа) на данном энергетическом уровне образует энергетический подуровень.

На основании математических расчетов определили, что электронные облака имеют следующую форму: s – орбиталь - форму сферы, р – орбиталь форму вытянутой восьмерки, формы d - и f - еще более сложные. На каждом энергетическом уровне (кроме первого) содержится несколько разных орбиталей. На первом уровне – одна - s. На втором - две- s и p . На третьем – три s,p,d. На четвертом – четыре s, p, d, f и т.д.

Строение

первых четырех энергетических уровней

Если электрон находится на s орбитали, то его называют s- электроном и т.д.

Номер энергетического уровня

1 уровень

Возможные орбитали

s -орбиталь

2 уровень

Максимальное количество электронов на каждой орбитали

s и p орбитали

3 уровень

2 е 2

2п 2

4 уровень

2е, 6е 8

s , p, и d орбитали

s, p, d, и f орбитали

2е, 6е, 10е 18

2е, 6е, 10е, 14е 32

Магнитное квантовое число m l – определяет ориентацию атомных орбиталей в пространстве.

Значение меняется от -l до +l. Число значений l определяется по формуле: (2l+1).

Вид электронной орбитали.

Значение орбитального квантового числа (l).

s

0

p

Число значений магнитного квантового числа (2l+1).

1

1 (1)

d

2

f

-1,0,1 (3)

3

-2,-1,0,1,2 (5)

-3,-2,-1,0,1,2,3 (7)

Магнитное спиновое квантово число – m s - принимает два значения -1\2 и +1\2.

На каждой орбитали могут одновременно находиться не более двух электронов, они будут отличаться друг от друга значением спинового квантового числа.

Принцип заполнения электронами атомных орбиталей подчиняется запрету Паули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковым значением всех четырех квантовых чисел, т.е. в атоме не может быть электронов, которые находились бы в одинаковом квантовом состоянии.

Правило Хунда : Наиболее устойчивым состоянием является такое, при котором будет максимально возможное число неспаренных электронов на каждом из подуровней.

Строение электронных оболочек описывают с помощью электронных формул, ее также называют электронной конфигурацией . Заполнение электронами электронных оболочек подчиняется правилу Хунда и правилу Клечковского .

В соответствии с правилом Клечковского атомные орбитали заполняются электронами в порядке плавного возрастания суммы (n+l). При одинаковых значениях (n+l) сначала заполняются орбитали с наименьшим значением n.

1s

n

2s

1

l

0

2p

(n+l)

2

1

0

3s

2

1

3p

2

3

3

0

3d

3

1

4s

3

3

4p

4

4

2

4d

0

4

5

1

4f

4

4

5s

2

5

4

6

3

5

5p

0

5d

5

7

1

5f

5

5

2

5

6

3

7

8

Таким образом, электронная конфигурация будет иметь вид:

1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d и т.д.

Примеры:

S 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3 p 4 p – элемент (т.к. последней заполняемой орбиталью является p-орбиталь);

Ca 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4 s 2 s – элемент;

V 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 4 3 d 3 d – элемент;

Pr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 4 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4 f 3 5d 0 f - элемент

Радиус атома. Радиус атома – половина межъядерного расстояния в молекулах простых и сложных веществ в среднем достигают 10 -10 м. По периоду радиус атома немонотонно уменьшается . С увеличением заряда ядра атома число энергетических уровней остается постоянным. Т.о. электронная оболочка испытывает более сильное притяжение ядра, которое приводит к сжатию атома, т.е. уменьшению радиуса. В главных подгруппах радиус атома увеличивается. По мере увеличения номера периода происходит увеличение заполняющихся электронами уровней.

Основное и возбужденное состояние атома. Основное состояние атома – это то состояние, которое следует при составлении электронной конфигурации с учетом принципа минимума энергии, когда каждый электрон стремиться занять положение ближайшее к ядру. Для объяснения валентных возможностей атома элемента иногда прибегают к понятию возбужденного состояния атома. При этом происходит распаривание общих электронных пар, расположенных на валентном уровне и перевод электронов на другую валентную орбиталь. Пример обозначения состояния атома: основное возбужденное, C C *