Характеристика орбіталей

Датським вченим Нільсом Бором в 1913 р було встановлено наступне. Кожна орбіталь (Бор називав їх орбітами) має строго певні розміри і тому називається стаціонарною або стійкою. Рухаючись за такою орбіталі, електрон не виділяє і не поглинає енергії, а повністю зберігає її запас Такий стан називається нормальним. Якщо електрону повідомити додатково енергію ззовні, то він «збуджується» і ядро ​​не може більше утримувати його поблизу себе. Тоді електрон відсувається більш віддалений від ядра (більш високий) енергетичний рівень, відповідний більшого запасу енергії. Перескок електрона з більш високого рівня найбільш низький супроводжується випромінюванням деякої кількості енергії. Чим далі від ядра, тим більшим запасом енергії володіє електрон, тим слабкіше утримується він ядром, а нерідко може зовсім відірватися від свого атома, Найбільш рухливий зовнішній енергетичний рівень. Оcoбенно легко від нього відриваються електрони; якщо їх небагато – один, два, три наприклад в атомах металів. Чим ближче до ядра тим менше запас енергії електрона, тим міцніше утримується воно близько ядра.

■ 11. Чому електронні орбіталі були названі Бором стаціонарними? (Див. Відповідь)

12. Як змінюється запас енергії електрона при перескока: а) з більш віддаленого на ближчий до ядра енергетичний рівень; б) з більш близької на більш віддалений?

Енергетичних рівнів в атомі відомо сьомій, як і періодів в періодичній таблиці елементів. Електрони, що володіють однаковим запасом енергії, знаходяться на одному і тому ж енергетичному рівні. Електрони того ж енергійного рівня утворюють електронний шар. Електронних шарів, так само як енергетичних рівнів, відомо сьомій, вони мають буквені позначення. Рахунок їх ведеться від ядра. Перший шар, найближчий до ядра, позначається буквою К, другий – L, третій – М, четвертий – N, п’ятий – О, шостий – Р, сьомий – Q. Основною характеристикою електронного шару є головне квантове число n. Воно визначає положення шару відносно ядра, запас енергії електронів даного шару і дозволяє розрахувати максимальне число електронів, що може розташуватися на даному електронному шарі. Для кожного електронного шару характерно своє значення головного квантового числа. Для шару Кn = 1, для шару Ln = 2, для Мn = 3 і т. Д. Іншими словами, головне квантове число збігається з номером електронного шару. Максимальне число електронів в електронному шарі розраховується за формулою x = 2n2, де n – головне квантове число. Наприклад, на першому шарі К, де n = 1, може розміщуватися не більше двох електронів, на другому шарі L, де n = 2, – не більше 8 електронів, на третьому M, де n = 3, – не більше 18, на четвертому N, де n = 4, – не більше. 32 і т. Д. На зовнішньому електронному шарі, яким би за рахунком він не був, може розташовуватися не більше 8 електронів (октет). Такий шар є завершеним.

■ 13. Які буквені позначення мають електронні шари? 14. Для чого необхідно знати значення головного квантового числа? 15. За якою формулою можна розрахувати максимальне число електронів в електронному шарі? (Див. Відповідь)

16. Яке максимальне число електронів може розташовуватися на зовнішньому електронному шарі?

Крім головного, існує ще три квантових числа, що характеризують стан електронних орбіталей. Наприклад, побічна квантове число l визначає форму орбіталі, магнітне квантове число m визначає положення орбіталі в просторі, а спіновий квантове число ms визначає напрямок спінового обертання електрона. Всі ці квантові числа залежать від головного квантового числа. У 1925 році німецьким вченим Паулі було встановлено, що в атомі не може бути двох електронів, у яких всі чотири квантових числа однакові. Це положення отримало назву принципу Паулі (заборони Паулі). У відповідності з цим принципом електрони повинні обов’язково відрізнятися хоча б одним квантовим числом. Саме тому на одній орбіталі не може розміщуватися більше двох електронів. Вони відрізняються один від одного тільки квантовим числом ms. Решта квантові числа у них збігаються. Електронні пари, про які говорилося вище, можуть виникнути в тому випадку, якщо два електрони різняться між собою тільки значенням спінового квантового числа. Якщо головне квантове число визначає енергетичний рівень або електронний шар, на якому розташовані електрони, то інші квантові числа визначають розташування електронів усередині шару по підшарами, або, як їх ще називають, оболонкам. Помічено також, що якщо електрони розташовуються на одній і тій же електронній оболонці, то для них енергетично вигідніше зайняти якомога більшу кількість орбіталей.

Посилання на основну публікацію