Квантово-механічні уявлення про будову електронної оболонки атома вуглецю

Згідно з принципами квантової механіки, стан електрона в атомі характеризується чотирма так званими квантовими числами: n, l, т і s, де n – головне квантове число, в основному визначальне енергію електрона; l – орбітальне (побічне) квантове число, що характеризує момент кількості руху електрона; т – магнітне квантове число, що характеризує проекцію моменту кількості руху електрона на деякий виділений напрям, а саме – напрям зовнішнього магнітного поля; s – спінове квантове число, що характеризує певний додатковий момент кількості руху електрона, властивий самому електрону. На квантові числа l, т і s накладаються наступні обмеження: l не може бути більше, ніж головне квантове число мінус одиниця; т може приймати 2l +1 різних значень від – l до + l; s може приймати тільки два значення. Крім того, будова електронної оболонки многоелек –

тронного атома таке, що завжди виконується принцип Паулі, згідно з яким в атомі не може бути двох електронів, у яких усі чотири квантових числа однакові; іншими словами, в атомі не може бути двох електронів, абсолютно однакових за всіма параметрами. Загальноприйнято наступне умовне позначення електронів: значення головного квантового числа п вказується попереду цифрою (або літерою К, L, М, N і т. д.), а орбітальні квантові числа l, рівні 0, 1, 2, 3 і т. д., позначаються літерами відповідно s, р, d, f і т. д. Число електронів, що мають однакові значення п і l (а отже, різні т і s), вказується цифрою, яка записується як показник ступеня. Так, електрон атома водню, для якого п = 1 і l = 0, записується у вигляді 1s, електронна оболонка атома гелію, що складається з двох електронів з однаковими піl (п = 1, l = 0), записується у вигляді 1s2. Електронна оболонка літію складається з трьох електронів: два з них такі ж, як і у атома гелію (n = 1, l = 0), а третій характеризується головним квантовим числом n = 2 і орбітальним l = 0. Тому електронна оболонка літію записується у вигляді 1s22s. Можливість цього процесу, пов’язаного з великою витратою енергії (161,5 ккал / моль), пояснюється тією обставиною, що така витрата енергії з надлишком компенсується при утворенні двох нових зв’язків четирехвалентного вуглецю (186 ккал / моль).

Слід зазначити, що наведене вище міркування про порушення вуглецю і перетворенні його з двовалентного в четирехвалентний має істотне значення тільки для наочності, так як воно (дозволяє усунути позірна протиріччя з досвідом. Розчленування процесу (спочатку збудження, а потім освіта дзух нових зв’язків) є тільки умовною схемою, пояснювальним можливість утворення чотирьох зв’язків атома вуглецю.

Хімік завжди має справу з вуглецем в першому, другому чи третьому валентному станах, які умовно вважаються станами четирехвалентного вуглецю, навіть якщо це елементарний вуглець у вигляді графіту або алмазу.

Посилання на основну публікацію