Движение электронов в атоме

Представление о строении атома прошли сложный путь развития. Очень важную роль в развитии теории строения атома сыграла планетарная модель атома Резерфорда. Однако эта модель не смогла объяснить движение электронов в атоме. Современная модель атома базируется на представлениях о микромир - мир микроскопических частиц размеров, которые не поддаются законам макромира. Электрон, как микрочастица, имеет определенную массу и заряд. В то же время электрон, двигаясь с огромной скоростью, проявляет волновые свойства. Говорят, что электрон имеет двойственную природу - одновременно проявляет свойства и частицы и волны. Благодаря этому для электрона не возможно одновременно определить скорость движения и направление. Выяснилось, что невозможно определить траекторию движения электрона в атоме. Можно лишь говорить о вероятности нахождения электрона в том или ином месте от ядра. Подобная модель движения электрона позволяет составить представление о электронное облако. Пространство вблизи ядра, в котором вероятность нахождения электрона достаточно велика (примерно девяносто процентов), называется орбіталлю. Это пространство ограничивается поверхностью, т.е. является объемной геометрической фигурой.

Орбитали (электронные облака) отличаются как размерами, так и формой. Теоретические расчеты доказали, что они могут иметь форму сферы, гантели и другие формы более сложного строения. Орбитали, имеющие сферическую форму, обозначают буквой s, орбитали, имеющие форму гантели, - буквой p, орбитали более сложных форм обозначают буквами d, f и т.д. Центры орбиталей совпадает с центром ядра.

Кроме вращения вокруг ядра, для электрона еще характерное движение вокруг собственной оси - спин. Если два электрона имеют одинаковые направления вращения, то такие электроны называют электронами с параллельными спинами. Если, наоборот, направления вращения двух электронов противоположные, то это электроны с антипаралельними спинами. Согласно принципу Паули на одной орбитали может находиться только два электрона, имеющих антипаралельні спіни.

Электронные облака отдельных электронов в атоме образуют общее электронное облако атома - электронную оболочку. При графическом изображении электронной оболочки орбитали часто изображают квадратом (клеткой). Электрон изображают стрелкой. Два электрона со спинами антипаралельними схематично изображают двумя стрелками в одной клетке, что имеют противоположные направления.

Электроны электронной оболочки атома различаются энергией. Чем дальше электрон от ядра, тем меньше у него энергия. Электронные облака с близкой энергией составляют в атоме электронный слой (энергетический уровень). Электроны первого, ближайшего к ядру слоя притягиваются к ядру сильнее, чем электроны второго слоя. Соответственно электроны третьего слоя притягиваются к ядру слабее, чем электроны второго слоя.

Каждый электронный слой состоит из определенного числа орбиталей определенной формы (электронных підшарів или энергетических подуровней). Число энергетических подуровней равно номеру энергетического уровня. То есть первый энергетический уровень состоит из одного подуровня, второй - из двух, третий - из трех и т.д. Эти подуровни обозначаются так же, как и орбитали, которым они образованы. Энергетический подуровень может содержать только определенное число орбиталей. s-подуровень представлен одной s-орбіталью, р-подуровень - тремя г-орбіталями, d-подуровень - пятью d-орбіталями, f-подуровень - семью f-орбіталями. Таким образом

· первый слой состоит из одной s - орбитали, ее обозначают 1s;

· второй слой состоит из четырех орбиталей: одной s и трех p - орбиталей, их обозначают 2s и 2p;

· третий слой состоит из девяти орбиталей: одной sи трех p и пяти d - орбиталей, их обозначают 3s, 3p и 3d.

Поскольку на одной орбитали может находиться только два электрона, можно определить общее число электронов, находящихся на определенном энергетическом уровне. Для этого надо воспользоваться формулой: N = 2 · n², где N - общее число электронов на энергетическом уровне, n - номер уровня. Итак, на первом энергетическом уровне может находиться два электрона, на втором - восемь электронов, на третьем - восемнадцать электронов, на четвертом - тридцать два электрона.