Електронна будова атома. Періодичний закон, Хімія

30.09.2015

Електронна будова атома. Періодичний закон

Лекція № 2 і 3

Електронна будова атома.

Періодичний закон.

Квантово-механічна модель атома. Атомні орбіталі. Квантові числа.

Правила заповнення електронами атомних орбіталей. Валентність.

Періодичний закон. Періодична система.

Теорія будови атома заснована на законах, що описують рух мікрочастинок (електронів, атомів, молекул) і їх систем (наприклад, кристалів). Маси і розміри мікрочастинок надзвичайно малі порівняно з масами і розмірами макроскопічних тел. Тому властивості і закономірності руху окремих мікрочастинок відрізняються від властивостей і закономірностей руху макроскопічних тіл, мов класичної фізикою. Рух і взаємодію мікрочастинок описує квантова механіка, яка ґрунтується на уявленні про квантуванні енергії, хвильовому характер руху мікрочастинок і імовірнісному (статистичний) метод опису мікрооб’єктів.

Приблизно на початку XX ст. дослідження явища (фотоефект, атомні спектри) привели до висновку, що енергія поширюється і передається, поглинається і випускається не безперервно, а дискретно, окремими порціями — квантами. Енергія системи мікрочастинок також може приймати певні значення, які є кратними частками квантів.

Припущення про квантуванні енергії вперше було висловлено М. Планком у 1900 р. і було обґрунтовано Ейнштейном в 1905 р. енергія кванта залежить від частоти випромінювання. де (1)

— постійна Планка ()

Частота коливань і довжина хвилі пов’язані співвідношенням.

де — швидкість світла.

Згідно співвідношенню (1), ніж менше. тим більше енергія кванта і навпаки. Таким чином, ультрафіолетові і рентгенівські промені володіють більшою енергією, ніж скажімо радіохвилі та інфрачервоні промені. Для опису електромагнітного випромінювання залучають як хвильові, так і корпускулярні уявлення: з одного боку монохроматичне випромінювання поширюється як хвиля характеризується довжиною хвилі. з іншого боку воно складається з мікрочастинок — фотонів, що переносять кванти енергії.

Явище дифракції електромагнітного випромінювання доводить його хвильову природу. У той же час електромагнітне випромінення володіє енергією, масою, здійснює тиск. Так, обчислено, що за 1 рік маса Сонця зменшується за рахунок випромінювання .

У 1924 р. Луї де Бройль запропонував поширити корпускулярно-хвильові уявлення на всі мікрочастинки, тобто рух будь-якої мікрочастинки розглядати як хвильовий процес. Математично це виражається співвідношенням де Бройля, згідно з яким частці масою. рухається зі швидкістю. відповідає хвиля довжиною. (2)

— імпульс частинки.

Гіпотеза де Бройля була експериментально підтверджено виявленням дифракційного і интерферентного ефектів потоку електронів.

Згідно співвідношенню (2) руху електрона (, ) відповідає хвиля довжиною. тобто її довжина порівнянна з розмірами атомів.

У 1925 р. Шредінгер припустив, що стан руху електрона в атомі має описуватися рівнянням стоячої електромагнітної хвилі. Він отримав рівняння, яке енергію електрона пов’язує з простором Декартових координат і так званої хвильової функцією. яка відповідає амплітуді 3-х мірного хвильового процесу:

, де

— повна енергія електрона

— потенційна енергія електрона

— друга приватна похідна

Рівняння Шредінгера дозволяє знайти хвильову функцію як функцію координат. Фізичний зміст хвильової функції в тому, що квадрат її модуля визначає ймовірність знаходження електрона в елементарному обсязі. тобто характеризує електронну щільність.Т. к. електрон має властивості хвилі і частинки, ми не можемо визначити його положення в просторі в певний момент часу. Електрон розмазаний, тобто делокализирован в просторі атома. У цьому полягає принцип Гейзенберга.

Мікрочастинка, так само як і хвиля не має одночасно точних значень координат і імпульсу. Це проявляється в тому, що чим точніше визначається координати частинки, тим більш невизначена її імпульс, і навпаки. Тому ми говоримо про максимально ймовірне перебування електрона в даному місці в певний момент часу. Ту область простору, де >90% знаходиться електрон називається атомною орбиталью. Рівняння Шредінгера має безліч рішень, але фізично осмислене рішення тільки в певних умовах.

Для опису стоячої хвилі, утвореної в атомі рухомих електронів, тобто для знаходження хвильової функції необхідні квантові числа.

В 3-х мірному просторі 4-ма квантовими числами описується стан електрона:

Головне квантове число характеризує відстань електрона від ядра і визначає його енергію (чим більше. тим більше енергія електрона і тим менше енергія зв’язку з ядром). приймає цілочисельні значення від 1 до .

Стан електрона характеризується різними значеннями головного квантового числа. називається електронним шаром (електронною оболонкою, енергетичним рівнем). Вони позначаються цифрами 1, 2, 3, 4, 5, … або відповідно літерами K, L, M, N, O….

Квантовий стан атома з найменшою енергією — основний стан, а з більш високою — збуджений стан. Перехід електрона з одного рівня на інший супроводжується або поглинанням або виділенням енергії.

Побічна квантове (орбітальне, азимутальні) число (приймає всі цілочисельні значення від 0 до (n-1)).

Короткий опис статті: електронна будова атома

Джерело: Електронна будова атома. Періодичний закон — Хімія

Також ви можете прочитати