5,6.Строение атома, квантовые числа

В 1896 году французкий ученый Анри Беккерель открыл явление естественной радиоактивности - самопроизвольного распада ядер атомов тяжелых элементов.

α-лучи – Не2+, β -лучи – ,γ -лучи – коротковолновое электромагнитное излучение.

Модель строения атома Томпсона (1903)Атом состоит из положительного заряда, равномерно распределенного по всему объему атома, и электронов, колеблющихся внутри этого заряда.

Планетарная модель строения атома (Э. Резерфорд, 1911 г.): В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома; Весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточена в ядре атома (масса электрона равна 1/1823 а.е.м.); Вокруг ядра по замкнутым орбитам ( как планеты вокруг Солнца) движутся электроны. Их число равно заряду ядра. Атом в целом –электронейтрален. Подтверждение теории Резерфорда: Г.Мозли (1913) установил простую связь между длинами волн определенных линий рентгеновского спектра эл-та и его порядковым номером. Д.Чедвик (1920) – определил с большой точностью заряды атомных ядер ряда эл-тов по рассеянию α-частиц. Атомные спектры1900 г М. Планк: Вещества поглощают и выделяют энергию дискретными порциями – квантами. E = h ∙ ν; ∆E = E2 – E1 = h ∙ ν; где E2 и E1 – энергии электрона на стационарных орбитах, ν – частота излучения, ν = с / λ, С – скорость света, h – постоянная Планка, 6,63∙10-34 Дж∙с. Теория Бора 1913 Электрон вращается не по произвольным, а по строго определенным (разрешенным орбитам). При движении по этим орбитам электрон не поглощает и не выделяет энергию. Излучение и поглощение энергии атомом происходит при скачкообразном переходе из одного стационарного состояния в другое.

Квантовая теория строения атома (Л. Де Бройль, В. Гейзенберг, Э. Шредингер, П. Дирак)

основные положения квантовой механики: 1)Электрон имеет двойственную (корпускулярно - волновую природу). Длина волны λ и скорость электрона V связаны соотношением Де Бройля: λ = h ∙ V, h – постоянная Планка, 6,63∙10-34 Дж∙с. 2)Для электрона невозможно одновременно точно измерить координату и скорость (принцип неопределенности Гейзенберга). 3)Электрон в атоме может находиться в любой части околоядерного пространства.Орбиталь – область пространства вокруг ядра, в которой нахождение электрона наиболее вероятно;

Квантовые числа электронов

Энергетическое состояние каждого электрона в атоме описывают с помощью четырех квантовых чисел (первые три квантовых числа характеризуют движение электрона в пространстве, а четвертое -вокруг собственной оси): Главное квантовое число (n): характеризует общий запас энергии электронов, расположенных на данном энергетическом уровне; определяет энергетический уровень электрона, удаленность уровня от ядра, размер электронного облака; принимает целочисленные значения: (n = 1, 2, 3 ...∞) Орбитальное (побочное) квантовое число (ℓ) характеризует геометрическую форму орбитали; принимает значение целых чисел от 0 до (n -1); набор орбиталей с одинаковыми значениями n называется энергетическим уровнем; набор орбиталей с одинаковыми значениями n и ℓ называется энергетическим подуровнем. Каждому значению орбитального квантового числа соответствует орбиталь особой формы: ℓ =0, s- подуровень, s- орбиталь – форма орбитали – сфера; ℓ =1, р- подуровень, р- орбиталь - форма орбитали гантель; ℓ =2, d- подуровень, d- орбиталь, форма орбитали - двойная гантель; ℓ =3, f-подуровень, f-орбиталь - орбиталь еще более сложной формы.

Магнитное квантовое число (m): характеризует положение электронной орбитали в пространстве; принимает целочисленные значения от -ℓ до + ℓ, включая 0; опред.число орбиталей на подуровне, для каждой формы орбитали существует (2 ℓ + 1) энергетически равноценных ориентаций в пространстве.

Спиновое квантовое число (s): характеризует магнитный момент, возникающий при вращении электрона вокруг своей оси. Принимает только два значения: S = +1/2 и S = -1/2 ,соответствующие противоположным направлениям вращения.Принципы заполнения электронных оболочек атомов:

Принцип наименьшей энергии: В основном состоянии каждый электрон располагается таким образом, чтобы его энергия была минимальной. Правила Клечковского: Сначала заполняются орбитали имеющие меньшее значение суммы (n + ℓ); при одинаковом значении (n + ℓ), наименьшую энергию имеет орбиталь с меньшим n. Энергия орбиталей возрастает в ряду:1s < 2s < 2р < 3s < Зр < 4s < 3d < 4р < 5s < 4d < 5p < 6s< 5d » 4f < 6p < 7s….Принцип Паули: в атоме не может быть двух электронов, у которых значения всех квантовых чисел (n,l, m, s) были бы одинаковы. Правило Гунд: В пределах подуровня электроны располагаются таким образом, чтобы сумма спиновых квантовых чисел имела бы максимальное значение по абсолютной величине.Периодический закон Менделеева: «св-ва эл-тов и образуемых ими простых и сложных в-в находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов»