Будова електронних оболонок атомів – хімія

Ми з’ясували, що серце атома – це його ядро. Навколо нього розташовуються електрони. Вони не можуть бути нерухомі, так як негайно впали б на ядро.

На початку XX ст. була прийнята планетарна модель будови атома, згідно з якою навколо дуже малого за розмірами позитивного ядра рухаються електрони, подібно до того як обертаються планети навколо Сонця. Подальші дослідження показали, що будова атома значно складніше. Проблема будови атома залишається актуальною й для сучасної науки.

Елементарні частинки, атом, молекула – все це об’єкти мікросвіту, що не спостережуваного нами. У ньому діють інші закони, ніж у макросвіті, об’єкти якого ми можемо спостерігати або безпосередньо, або за допомогою приладів (мікроскоп, телескоп і т. Д.). Тому, обговорюючи далі будова електронних оболонок атомів, будемо розуміти, що ми створюємо своє уявлення (модель), яке в значній мірі відповідає сучасним поглядам, хоча і не є абсолютно таким же, як у вченого-хіміка. Наша модель спрощена.

Електрони, рухаючись навколо ядра атома, утворюють в сукупності його електронну оболонку. Число електронів в оболонці атома одно, як ви вже знаєте, числу протонів в ядрі атома, йому відповідає порядковий, або атомний, номер елемента в таблиці Д. І. Менделєєва. Так, електронна оболонка атома водню складається з одного електрона, хлору – з сімнадцяти, золота – з сімдесяти дев’яти.

Як же рухаються електрони? Хаотично, подібно мошкам навколо палаючої лампочки? Або ж в якомусь певному порядку? Виявляється, саме в певному порядку.

число електронів на енергетичному рівні
Електрони в атомі різняться своєю енергією. Як показують досліди, одні з них притягуються до ядра сильніше, інші – слабше. Головна причина цього полягає в різній відстані електронів від ядра атома. Чим ближче електрони до ядра, тим вони міцніші пов’язані з ним і їх важче вирвати з електронної оболонки, а ось чим далі вони від ядер, тим легше їх відірвати. Очевидно, що в міру віддалення від ядра атома запас енергії електрона (Е) збільшується (рис. 38).

Електрони, що рухаються поблизу ядра, як би загороджують (екранують) ядро ​​від інших електронів, які притягуються до ядра слабше і рухаються на більшій відстані від нього. Так утворюються електронні шари в електронній оболонці атома. Кожен електронний шар складається з електронів з близькими значеннями енергії, тому електронні шари називають ще енергетичними рівнями. Далі ми так і будемо говорити: «Електрон знаходиться на певному енергетичному рівні».

Число заповнюваних електронами енергетичних рівнів в атомі дорівнює номеру періоду в таблиці Д. І. Менделєєва, в якому знаходиться хімічний елемент. Значить, електронна оболонка атомів 1-го періоду містить один енергетичний рівень, 2-го періоду – два, третьому – три і т. Д.

Число електронів на зовнішньому енергетичному рівні електронної оболонки атома для хімічних елементів головних підгруп дорівнює номеру групи.

Тепер ми можемо скласти схеми будови електронних оболонок атомів, керуючись планом:

а) визначимо загальне число електронів на оболонці за порядковим номером елемента;
б) визначимо число заповнюваних електронами енергетичних рівнів в електронній оболонці за номером періоду;
в) визначимо число електронів на кожному енергетичному рівні (на 1-м – не більше двох; на 2-м – не більше восьми, на зовнішньому рівні число електронів дорівнює номеру групи – для елементів головних підгруп).

Тепер, коли ми познайомилися з спрощеними уявленнями про будову атомів елементів 1-го і 2-го періодів Періодичної системи Д. І. Менделєєва, можна внести уточнення, що наближають нас до більш вірному погляду на будову атома.

Почнемо з аналогії. Подібно до того як швидко рухається голка швейної машинки, пронизує тканину, вишиває на ній візерунок, так і незмірно швидше рухається в просторі навколо атомного ядра електрон «вишиває», тільки не плоский, а об’ємний малюнок електронної хмари. Так як швидкість руху електрона в сотні тисяч разів більше швидкості руху швейної голки, то говорять про ймовірність знаходження електрона в тому чи іншому місці простору. Припустимо, що нам вдалося, як на спортивному фотофініші, встановити положення електрона в якомусь місці близько ядра і відзначити це положення точкою. Якщо такий «фотофініш» зробити сотні, тисячі разів, то вийде модель електронного хмари.

Іноді електронні хмари називають орбиталями. Надійдемо так і ми. Залежно від енергії електронні хмари, або орбіталі, відрізняються розмірами. Зрозуміло, що чим менше запас енергії електрона, тим сильніше притягається він до ядра і тим менше за розмірами його орбіталь.

Посилання на основну публікацію