Էլեկտրոնի ալիքամասնիկային երկվությունը, ատոմային օրբիտալ

Էլեկտրոնի ալիքամասնիկային երկվությունը, ատոմային օրբիտալ

19-րդ դարի վերջում և 20-րդ դարի սկզբում մի շարք գիտական հայտնագործությունների և Է. Ռեզերֆորդի փորձի շնորհիվ ձևակերպվեց ատոմի կառուցվածքի մոլորակային մոդելը, ըստ որի՝ ատոմը կազմված է միջուկից և էլեկտրոններից, ընդ որում միջուկի շուրջը, ինչպես մոլորակներն Արեգակի շուրջը, պտտվում են էլեկտրոնները՝ առաջացնելով ատոմի էլեկտրոնային թաղանթը:

Էլեկտրոնների թիվը ատոմի էլեկտրոնային թաղանթում հավասար է ատոմի միջուկում առկա պրոտոնների թվին:

Օրինակ ածխածին տարրի ատոմի միջուկում կան վեց պրոտոններ, իսկ միջուկաշուրջ տարածությունում՝ վեց էլեկտրոններ:

Էլեկտրոններն ատոմում տարբերվում են իրենց էներգիայով:

Որոշ էլեկտրոններ ավելի ուժեղ են ձգվում միջուկի կողմից, ավելի մոտ են ատոմի միջուկին, որոշները ավելի թույլ են ձգվում միջուկի կողմից, ավելի հեռու են ատոմի միջուկից և նրանց հեշտ է պոկել  ատոմից:

Միջուկին ավելի մոտ գտնվող էլեկտրոնները կարծես քողարկում են միջուկը մյուս էլեկտրոններից, որոնք ավելի թույլ են ձգվում միջուկի կողմից և հեռավորությունը միջուկից հետզհետե մեծանում է:

Ստացվում է, որ էլեկտրոնային թաղանթում էլեկտրոնները բաշխվում են ըստ էլեկտրոնային շերտերի, որոնք անվանվում են էներգիական մակարդակներ: 

Էներգիական մակարդակների թիվը տարրի ատոմում հավասար է պարբերական համակարգում այդ տարի պարբերության համարին:

Օրինակ սիլիցիումը և ֆոսֆորը երրորդ պարբերության տարրեր են և նրանց էլեկտրոնները բաշխված են երեք էներգիական մակարդակներում:

Արտաքին ազդեցության (լույս, ջերմություն, ճառագայթում և այլն) բացակայության դեպքում էլեկտրոններն ըստ էներգիական մակարդակների բաշխվում են այնպես, որ ատոմի գումարային էներգիան նվազագույնը լինի: Ատոմի այդ վիճակն անվանում են հիմնական վիճակ:

Որոշակի էներգիա ունեցող ճառագայթով ազդելիս էլեկտրոնն անցում է ավելի բարձր էներգիական մակարդակ, սակայն ատոմի համար սա անկայուն վիճակ է, կոչվում է ատոմի գրգռված վիճակ:

Կարճ ժամանակ անց էլեկտրոնը վերադառնում է իր հիմնական վիճակին՝ ճառագայթելով «ավելցուկային» էներգիան: 

20-րդ դարի սկզբին բազմաթիվ լուրջ գիտական հետազոտությունների շնորհիվ պարզվեց, որ մոլեկուլների, ատոմների, էլեկտրոնների և այլն աշխարհի՝ միկրոաշխարհի օրինաչափությունները չեն համընկնում մեր՝ մարդկանց, մակրոաշխարհի օրինաչափությունների հետ:

Լուի Դե-Բրոյլ

Օրինակ ըստ քվանտային մեխանիկայի հիմնադիրներից մեկի՝ ֆրանսիացի ֆիզիկոս Լ. Դե-Բրոյլի, էլեկտրոնի երկվության մասին հիպոթեզի՝ էլեկտրոնն ունի երկակի բնույթ, այն ունի և՛ մասնիկային, և՛ ալիքային հատկություններ:

Կամ ըստ գերմանացի ֆիզիկոս Վ. Հայզենբերգի անորոշությունների սկզբունքի՝ ժամանակի տվյալ պահին հնարավոր չէ ճշգրիտ որոշել էլեկտրոնի գտնվելու տեղը և նրա շարժման արագությունը միաժամանակ: Այլ կերպ՝ էլեկտրոնը չունի դադարի զանգված:

Վ. Հայզենբերգ

Ըստ ատոմի կառուցվածքի ժամանակակից պատկերացումների, պետք է խոսել ոչ թե միջուկի շուրջ էլեկտրոնի որոշակի տեղի, դիրքի մասին, այլ միայն այդ տեղում գտնվելու հավանականության մասին: Օրինակ, եթե հնարավոր լիներ մեծ հաճախականությամբ նկարել մենապարզ ատոմի՝ ջրածնի, միակ էլեկտրոնի բոլոր դիրքերը

և ստացված բոլոր նկարները համադրել, ապա կստացվեր ջրածնի էլեկտրոնի ատոմային օրբիտալը, որի լայնական կտրվածքը կունենար հետևյալ տեսքը:

Միջուկին հարող ամենամոտ տարածությունում էլեկտրոնի գտնվելու հավանականությունը ամենամեծն է, միջուկից հեռանալիս հավանականությունը աստիճանաբար փոքրանում է: 

Այսպիսով՝

Ատոմային օրբիտալը միջուկաշուրջ տարածության այն տիրույթն է, որում էլեկտրոնի գտնվելու հավանականությունը մեծ է՝ մոտ 90−95%:

Ատոմային օրբիտալները լինում են տարբեր չափերի և ձևերի: Օրինակ՝