6. Konceptet med en elektronisk sky. Wave funktion.
Fordi elektron bærer en negativ ladning, så repræsenterer dens orbital en bestemt ladningsfordeling, som kaldes elektronisk sky. Sandsynligheden for at finde en elektron i et bestemt område af rummet er beskrevet ved bølgefunktion ψ, som karakteriserer bølgens amplitude som funktionen af elektronkoordinaterne. Ligesom amplituden af enhver bølgeproces kan den antage både positive og negative værdier. Værdien af ψ² er dog altid positiv. Samtidig har den en bemærkelsesværdig egenskab: Jo større værdi i et givent rumområde, jo større er sandsynligheden for, at elektronen vil manifestere sin handling her, dvs. at dens eksistens vil blive afsløret i en eller anden fysisk proces.
7. Kvantetal.
Den moderne model er baseret på 2 grundlæggende principper for kvantefysik. 1. en elektron har egenskaberne af både en partikel og en bølge på samme tid ( Louis de Broglie) 2. partikler har ikke nøje definerede koordinater og hastigheder. Bevægelsen af en elektron er beskrevet i Kantiansk mekanik ved den stående bølgeligning, ifølge hvilken elektronen til enhver tid kan placeres på et vilkårligt punkt i rummet omkring kernen. Den kvantemekaniske model repræsenterer den som en elektronsky, der omgiver kernen. Skyens maksimale tæthed svarer til elektronbanen. Bevægelsen af en elektron i en orbital bestemmes af værdierne af 4 kvantetal. Hoved kvantetal n(energiniveau) – afstand fra kernen. Når n stiger, øges elektronenergien. Antallet af energiniveauer = antallet af den periode, hvori grundstoffet er placeret. Det maksimale antal elektroner bestemmes af N=2n 2. det første elektroniske niveau kan ikke rumme mere end 2 elektroner, det andet - 8 og det tredje - 18. Orbital kvantetal l(energi underniveau) er angivet med bogstaverne s (sfærisk), p (håndvægt-formet), d (4-blads roset), f (mere kompleks). Magnetisk kvantetalinteraktion af en elektronsky med eksterne magnetfelter. Spin kvantetal er den iboende rotation af en elektron omkring dens akse. Magnetisk kvantetal m interaktion af elektronskyen med eksterne magnetfelter. Jo mere kompleks skyens form er, jo flere variationer i skyens orientering i rummet. Tager værdien 2l+1. Spin kvantetal s elektronens egen rotation omkring sin akse. Accepterer 2 værdier +1/2 og –1/2.
8. Proceduren for udfyldning af elektroniske niveauer og underniveauer. . Princippet om minimumsenergi. Paulis princip. Rule of Hund og Klechkovsky V.M.
Elektron fyldt Underniveauet skal have minimal overskudsenergi i forhold til energiunderniveauet.
Al 18 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 0
K 19 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 4S 1
1. Klechkovskys styre.
Fyldning går fra n+1 mindre til n+l større
4+0 < 3+2 (сначала 4S, потом 3d)
Hvis summerne n+l er lig med hinanden, så udfyldes niveauerne og underniveauerne f.eks. hovedkvantetallet n
4+1 3+2 => først 
, derefter 4p
Klechkovskys styre.
Hvis summen af n+l er lig
Fænomenet elektronslip-reglen.
Cr 24 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 4S 2 3d 4
Ikke kun energien af en elektron i et atom (og den tilhørende størrelse af elektronskyen) kan kun antage visse værdier. Formen på elektronskyen kan ikke være vilkårlig. Det bestemmes af det orbitale kvantetal l (også kaldet sekundært eller azimutalt), som kan tage heltalsværdier fra 0 til (n-1), hvor n er hovedkvantetallet. Forskellige værdier af n svarer til forskellige antal mulige værdier af l. Så med n=1 er kun én værdi af det orbitale kvantetal mulig - nul (l=0), med n=2 kan l være lig med 0 eller 1, med n=3 er de mulige værdier af l lig med 0, 1 og 2, generelt svarer en given værdi af hovedkvantetallet n til n forskellige mulige værdier af orbitalkvantetallet.
Konklusionen om, at formerne af atomare elektronskyer ikke kan være vilkårlige, følger af den fysiske betydning af kvantetallet l. Det bestemmer nemlig værdien af elektronens orbitale vinkelmoment; denne størrelse er ligesom energi en kvantiseret fysisk karakteristik af en elektrons tilstand i et atom.
Lad os huske på, at kredsløbsvinkelmomentet for en partikel, der bevæger sig rundt om rotationscentret i en bestemt bane, er produktet af , hvor er partiklens masse, er dens hastighed, og er radiusvektoren, der forbinder rotationscentret med partikel (fig. 7). Det er vigtigt at bemærke, at - er en vektorstørrelse; retningen af denne vektor er vinkelret på det plan, hvori vektorerne og er placeret.
En bestemt form af elektronskyen svarer til en meget specifik værdi af elektronens kredsløbsvinkelmoment. Men da det kun kan tage diskrete værdier specificeret af det orbitale kvantenummer l, kan formerne af elektronskyer ikke være vilkårlige: hver mulig værdi af l svarer til en meget specifik form af elektronskyen.
Vi ved allerede, at energien af en elektron i et atom afhænger af det vigtigste kvantetal n. I et brintatom er elektronenergien fuldstændig bestemt af værdien af n.
ris. 7. Til begrebet orbital vinkelmoment.
Ris. 8. Til begrebet elektronskyens størrelse og form.
Men i multi-elektron atomer afhænger elektronenergien også af værdien af orbitalkvantetallet l; årsagerne til denne afhængighed vil blive diskuteret i § 31. Derfor er elektronens tilstande karakteriseret ved forskellige værdier af l , kaldes normalt energi underniveauer af elektronen i atomet. Disse underniveauer er tildelt følgende bogstavbetegnelser:
I overensstemmelse med disse notationer taler de om s-underniveauet, p-underniveauet osv. Elektroner karakteriseret ved værdierne af sidekvantetallet 0, 1, 2 og 3 kaldes s-elektroner, p-elektroner, d -elektroner og f-elektroner, henholdsvis elektroner. For en given værdi af hovedkvantetallet n har s-elektronerne den laveste energi, derefter f-elektronerne.
Tilstanden af en elektron i et atom, svarende til visse værdier af n og l, er skrevet som følger: først er værdien af hovedkvantetallet angivet med et tal, og derefter er orbitalkvantetallet angivet med et brev. Således henviser betegnelsen 2p til en elektron med n=2 og l=1, betegnelsen 3d henviser til en elektron med n=3 og l=2.
Elektronskyen har ikke skarpt definerede grænser i rummet. Derfor kræver begrebet dens størrelse og form en afklaring. Lad os som et eksempel betragte elektronskyen af en 1s-elektron i et brintatom (fig. 8). I punkt a, der ligger i en vis afstand fra kernen, bestemmes tætheden af elektronskyen af kvadratet på bølgefunktionen. Lad os gennem punkt a tegne en overflade med samme elektrontæthed, der forbinder de punkter, hvor tætheden af elektronskyen er karakteriseret ved den samme værdi. I tilfælde af en 1s-elektron vil en sådan overflade vise sig at være en kugle, indeni hvilken en del af elektronskyen er indeholdt (i fig. 8 er tværsnittet af denne kugle ved tegningens plan afbildet af en cirkel, der går gennem punkt a). Lad os nu vælge punkt b, der ligger i større afstand fra kernen, og også tegne en overflade med samme elektrontæthed igennem det. Denne overflade vil også have en sfærisk form, men indeni vil den være indeholdt en større del af elektronskyen end inde i kugle a. Lad endelig den overvejende del af elektronskyen være indeholdt i en overflade med samme elektrontæthed trukket gennem et bestemt punkt c; Normalt tegnes denne overflade, så den indeholder elektronens ladning og masse. En sådan overflade kaldes en grænseflade, og det er dens form og dimensioner, der generelt anses for at være elektronskyens form og dimensioner. Grænseoverfladen af 1s-elektronen er en kugle, men p- og d-elektronernes grænseflader har en mere kompleks form (se nedenfor).
Ris. 9. Grafer over funktioner og for -elektron.
Ris. 10. Elektronsky - elektron.
I fig. Figur 9 viser værdierne af bølgefunktionen (fig. 9, a) og dens kvadrat (fig. 9, b) for elektronen afhængig af afstanden r fra kernen. De viste kurver afhænger ikke af retningen, hvori den målte afstand r er plottet; det betyder, at elektronskyen - elektronen - har sfærisk symmetri, det vil sige den har form som en kugle. Kurve i fig. 9a er placeret på den ene side af afstandsaksen (abscisseaksen). Det følger heraf, at -elektronens bølgefunktion har et konstant fortegn; vi vil betragte det som positivt.
Ris. 9b viser også, at når afstanden fra kernen øges, falder værdien monotont. Det betyder, at når du bevæger dig væk fra kernen, falder tætheden af elektronskyen - elektronen; Denne konklusion kan illustreres ved fig. 5.
Dette betyder dog ikke, at når r stiger, falder sandsynligheden for at detektere en elektron også monotont. I fig. 10 er et tyndt lag fremhævet, indesluttet mellem kugler med radier r og (), hvor er en vis lille værdi. Når r stiger, falder tætheden af elektronskyen i det sfæriske lag under overvejelse; men samtidig stiger volumen af dette lag, svarende til . Som angivet i § 26 er sandsynligheden for at detektere en elektron i et lille volumen udtrykt af produktet . I dette tilfælde er sandsynligheden for at detektere en elektron i et sfærisk lag indesluttet mellem r og proportional med værdien derfor. I dette produkt, når r stiger, stiger faktoren, og faktoren falder. For små værdier af r stiger værdien hurtigere, end den falder, for store værdier - omvendt. Derfor passerer produktet, der karakteriserer sandsynligheden for at detektere en elektron i en afstand r fra kernen, gennem et maksimum, når r stiger.
Afhængigheden af værdien af r er vist for -elektronen i fig. 11 (sådanne grafer kaldes grafer over den radiale fordeling af sandsynligheden for at finde en elektron). Som fig. 11 er sandsynligheden for at detektere en elektron i korte afstande fra kernen tæt på nul, da r er lille. Sandsynligheden for at detektere en elektron i meget stor afstand fra kernen er også ubetydelig: her er multiplikatoren tæt på nul (se fig. 9b).
Ris. 11.Graf over den radiale sandsynlighedsfordeling for en 1s elektron.
Ris. 12. Grafer over bølgefunktionen for og -elektroner (b).
I en vis afstand fra kernen er sandsynligheden for at detektere en elektron maksimal. For brintatomet er denne afstand 0,053 nm, hvilket falder sammen med værdien af radius af elektronbanen tættest på kernen beregnet af Bohr. Fortolkningen af denne størrelse i Bohrs teori og fra et kvantemekanisk synspunkt er imidlertid anderledes: ifølge Bohr er elektronen i et brintatom placeret i en afstand af 0,053 nm fra kernen, og fra et kvantesynspunkt. mekanik denne afstand svarer kun til den maksimale sandsynlighed for at detektere en elektron.
Elektroniske skyer af s-elektroner af det andet, tredje og efterfølgende lag har, som i tilfældet med 1s-elektroner, sfærisk symmetri, dvs. de er karakteriseret ved en sfærisk form. Men her ændres bølgefunktionen på en mere kompleks måde med stigende afstand fra kernen. Som fig. 12 er afhængigheden af r for 2s og 3s elektroner ikke monoton; i forskellige afstande fra kernen har bølgefunktionen et andet fortegn, og på de tilsvarende kurver er der knudepunkter (eller knudepunkter), hvor værdien af bølgefunktionen er nul. I tilfælde af en 2s elektron er der et sted, i tilfælde af en 3s elektron er der 2 steder osv. I overensstemmelse hermed er strukturen af elektronskyen her også mere kompleks end en 1s elektron. I fig. 13 viser et skematisk diagram af en elektronsky af en 2s elektron som et eksempel.
Graferne for den radiale sandsynlighedsfordeling for 2s og 3s elektroner har også en mere kompleks form (fig. 14).
Ris. 13. Skematisk fremstilling af en elektronsky - en elektron.
Ris. 14. Grafer over den radiale sandsynlighedsfordeling for og -elektroner (b).
Ris. 15. Graf over bølgefunktionen af en 2p elektron.
Ris. 16. Graf over den radiale sandsynlighedsfordeling for en 2p elektron.
Her er der ikke længere et maksimum, som i tilfældet med 1s-elektronen, men følgelig to eller tre maksimum. I dette tilfælde er hovedmaksimum placeret jo længere væk fra kernen, jo større er værdien af hovedkvantetallet n.
Lad os nu overveje strukturen af 2p-elektronens elektronsky. Når man bevæger sig væk fra kernen i en bestemt retning, ændres bølgefunktionen af 2p elektronen i overensstemmelse med kurven vist i fig. 15, a. På den ene side af kernen (til højre i figuren) er bølgefunktionen positiv, og her er der et maksimum på kurven, på den anden side af kernen (til venstre i figuren) er bølgefunktionen negativ , og der er et minimum på kurven; ved origo bliver værdien nul. I modsætning til s elektroner har bølgefunktionen af en 2p elektron ikke sfærisk symmetri. Dette kommer til udtryk i det faktum, at højden af maksimum (og følgelig dybden af minimum) i fig. 15 afhænger af den valgte retning af radiusvektoren r. I en bestemt retning (for bestemthed vil vi betragte det som retningen af x-koordinataksen) er højden af maksimum størst (fig. 15, a). I retninger, der laver en vinkel med x-aksen, jo større vinklen er, jo mindre er højden af maksimum (fig. 15, b, c); hvis den er lig med , så er værdien i den tilsvarende retning nul i enhver afstand fra kernen.
Grafen over den radiale sandsynlighedsfordeling for 2p-elektronen (fig. 16) har en form svarende til fig. 15, med den forskel, at sandsynligheden for at finde en elektron i nogen afstand fra kernen altid er positiv. Placeringen af maksimum på sandsynlighedsfordelingskurven afhænger ikke af retningsvalget. Højden af dette maksimum afhænger dog af retningen: den er størst, når radiusvektoren falder sammen med x-aksens retning og aftager, når radiusvektoren afviger fra denne retning.
Denne fordeling af sandsynligheden for at detektere en 2p elektron svarer til formen af elektronskyen, der ligner en dobbelt pære eller håndvægt (fig. 17). Som du kan se, er elektronskyen koncentreret nær x-aksen, men der er ingen elektronsky i yz-planet, vinkelret på denne akse: sandsynligheden for at detektere en 2p-elektron her er nul.
Ris. 17. Skematisk fremstilling af en elektronsky - en elektron.
Ris. 18. Skematisk fremstilling af en elektronsky - en elektron.
Skilte og i Fig. 17 henviser ikke til sandsynligheden for at detektere en elektron (den er altid positiv!), men til bølgefunktionen, som har forskelligt fortegn i forskellige dele af elektronskyen.
Ris. 17 viser tilnærmelsesvis formen af elektronskyen ikke kun af 2p-elektroner, men også af p-elektroner i det tredje og efterfølgende lag. Men graferne for den radiale sandsynlighedsfordeling er mere komplekse her: i stedet for et maksimum vist på højre side af fig. 16 vises to maksima (3p elektron), tre maksima (4p elektron) osv. På de tilsvarende kurver er det største maksimum placeret længere og længere fra kernen.
Elektroniske skyer af d-elektroner (l=2) har en endnu mere kompleks form. Hver af dem repræsenterer en "fire kronblade", og tegnene på bølgefunktionen i "kronbladene" skifter (fig. 18).
Ikke kun energien af en elektron i et atom (og den tilhørende størrelse af elektronskyen) kan kun antage visse værdier. Formen på elektronskyen kan ikke være vilkårlig. Det bestemmes af det orbitale kvantetal I (også kaldet sekundært eller azimutalt), som kan tage heltalsværdier fra 0 til (n - 1), hvor n er hovedkvantetallet. Forskellige værdier af n svarer til forskellige antal mulige værdier af /. Således, med n = 1, er kun én værdi af det orbitale kvantetal mulig - nul (/ = 0), med n = 2 / kan være lig med 0 eller 1, med n = 3, de mulige værdier af / er lig med 0, 1 og 2, generelt svarer en given værdi af hovedkvantetallet n til n forskellige mulige værdier af orbitalkvantetallet.
Konklusionen om, at formerne af atomare elektronskyer ikke kan være vilkårlige, følger af den fysiske betydning af kvantetallet /. Det er det, der bestemmer meningen kredsløbsvinkelmoment for elektronen, denne størrelse er ligesom energi en kvantiseret fysisk karakteristik af en elektrons tilstand i et atom.
Orbital vinkelmoment M-formlen for en partikel, der bevæger sig rundt om rotationscentret i en bestemt bane, er produktet mvf, Hvor T- partikelmasse, v- dens hastighed, G- radiusvektor, der forbinder rotationscentret med partiklen (fig. 7). Det er vigtigt at bemærke, at M er en vektorstørrelse; retningen af denne vektor er vinkelret på det plan, hvori vektorerne er placeret v Og G.
En bestemt form af en elektronsky svarer til en meget specifik værdi af det orbitale vinkelmomentum af en elektron M. Men da M kun kan tage diskrete værdier specificeret af orbitalkvantetallet /, kan formerne af elektronskyer ikke være vilkårlige: hver mulig værdi af / svarer til en meget specifik form af en elektronsky.
Vi ved allerede, at energien af en elektron i et atom afhænger af det vigtigste kvantetal P. I et brintatom er elektronenergien fuldstændig
Ris.
Ris. 8. Til begrebet elektronskyens størrelse og form er bestemt af værdien P. Men i multielektronatomer afhænger elektronenergien også af værdien af orbitalkvantetallet /; årsagerne til denne afhængighed vil blive overvejet i § 31. Derfor kaldes elektrontilstande karakteriseret ved forskellige værdier af / normalt energi underniveauer elektron i et atom. Disse underniveauer er tildelt følgende bogstavbetegnelser:
I overensstemmelse med disse notationer taler de om .s-sublevel, /^-sublevel osv. Elektroner karakteriseret ved sidekvantetalværdier på 0, 1, 2 og 3 kaldes henholdsvis s-elektroner, p-elektroner, b/-elektroner og /-elektroner. For en given værdi af det primære kvantetal P s-elektroner har altså den laveste energi p-, d- og /-elektroner.
En elektrons tilstand i et atom svarende til bestemte værdier pi jeg, skrives som følger: først angives værdien af hovedkvantetallet med et tal, og derefter angives orbitalkvantetallet med et bogstav. Altså betegnelse 2 R henviser til en elektron, der har n = 2 og 1 = 1, betegnelse 3d- til elektronen, som har n = 3 og / = 2.
Elektronskyen har ikke skarpt definerede grænser i rummet. Derfor kræver begrebet dens størrelse og form en afklaring. Lad os som et eksempel betragte elektronskyen af en 15-elektron i et brintatom (fig. 8). På punktet EN, placeret i en vis afstand fra kernen bestemmes elektronskyens tæthed af kvadratet på bølgefunktionen Tegn gennem punktet ENoverflade med samme elektrontæthed, forbinder de punkter, hvor tætheden af elektronskyen er karakteriseret ved den samme værdi af j^. I tilfælde af en 15-elektron vil en sådan overflade vise sig at være en kugle, indeni hvilken en del af elektronskyen er indeholdt (i fig. 8 er tværsnittet af denne kugle ved figurens plan afbildet af en cirkel, der går gennem punktet EN). Lad os nu vælge et punkt b, placeret i større afstand fra kernen, og også trække en overflade med samme elektrontæthed igennem den. Denne overflade vil også have en sfærisk form, men indeni vil den være indeholdt en større del af elektronskyen end inde i kuglen EN. Lad endelig den overvejende del af elektronskyen være indeholdt i en overflade med samme elektrontæthed trukket gennem et bestemt punkt c; Normalt er denne overflade tegnet, så den indeholder 90% af ladningen og massen af elektronen. Sådan en overflade kaldes grænseflade, og det er dens form og dimensioner, der anses for at være elektronskyens form og dimensioner. Grænseoverflade
Ris. 9. Grafer over funktioner fif 2 for 1 s-elektron
Ris. 10.
15-elektronen er en kugle, men grænsefladerne af ^- og ^-elektronerne har en mere kompleks form (se nedenfor).
I fig. Figur 9 viser værdierne af bølgefunktionen φ (se figur 9, EN) og dens firkant (se fig. 9, 6) for en 15-elektron afhængig af afstanden r fra kernen De afbildede kurver afhænger ikke af retningen, hvori den målte afstand r er plottet; det betyder at ls-elektronens elektronsky har sfærisk symmetri, dvs. har form som en kugle. Kurve i fig. 9, EN placeret på den ene side af afstandsaksen (abscisseaksen). Det følger heraf, at 15-elektronens bølgefunktion har et konstant fortegn; vi vil betragte det som positivt.
Figur 9 b viser også, at når afstanden fra kernen øges, falder værdien af φ 2 monotont. Det betyder, at når du bevæger dig væk fra kernen, falder tætheden af 15-elektronens elektronsky; Denne konklusion kan illustreres ved fig. 5.
Det betyder dog ikke det med vækst G sandsynligheden for at detektere en 15-elektron falder også monotont. I fig. 10 er et tyndt lag fremhævet, indesluttet mellem kugler med radier G og (g + Ar), hvor Ar er en lille mængde. Når r stiger, falder tætheden af elektronskyen i det sfæriske lag under overvejelse; men samtidig stiger dette lags volumen, svarende til 4l g 2 Ar. Som angivet i § 26 er sandsynligheden for at detektere en elektron i et lille volumen AK udtrykt ved produktet φ 2 DK. I dette tilfælde er AK = 4lg 2 Ar; derfor er sandsynligheden for at detektere en elektron i et sfærisk lag indesluttet mellem r og (r + Ar) proportional med værdien 4r 2 f 2. I dette produkt, når r stiger, stiger faktoren 4l r 2, og faktoren φ 2 falder. Ved små værdier af g stiger værdien 4l g 2 hurtigere end φ 2 falder, ved store værdier - omvendt. Derfor passerer produktet 4lr 2 φ 2, som karakteriserer sandsynligheden for at detektere en elektron i en afstand r fra kernen, gennem et maksimum, når r stiger.
Afhængigheden af størrelsen 4r 2 f 2 af r er vist for 15-elektronen i fig. 11 (sådanne grafer kaldes grafer over radial dis-
Ris. elleve.
Ris. 12. Bølgefunktionsplot for 25- (EN) og 35 elektroner (b)
sandsynlighedsgrænser at finde en elektron). Som fig. 11, er sandsynligheden for at detektere en 15-elektron i korte afstande fra kernen tæt på nul, da G få. Sandsynligheden for at detektere en elektron i meget stor afstand fra kernen er også ubetydelig: her er faktoren φ 2 tæt på nul (se fig. 9, 6). I nogen afstand fra kernen g 0 sandsynligheden for at detektere en elektron har en maksimal værdi. For brintatomet er denne afstand 0,053 nm, hvilket falder sammen med værdien af radius af elektronbanen tættest på kernen beregnet af Bohr. Fortolkningen af denne størrelse i Bohrs teori og fra kvantemekanikkens synspunkt er imidlertid anderledes: ifølge Bohr er en elektron i et brintatom befinde sig i en afstand af 0,053 nm fra kernen, og fra et kvantemekanisk synspunkt svarer denne afstand kun til maksimal sandsynlighed elektrondetektion.
Elektroniske skyer af 5-elektroner af det andet, tredje og efterfølgende lag har, som i tilfældet med 15-elektroner, sfærisk symmetri, dvs. kendetegnet ved en sfærisk form. Men her ændres bølgefunktionen på en mere kompleks måde med stigende afstand fra kernen. Som fig. 12, afhængighed af φ af G for 25- og 35-elektroner er ikke monotont; i forskellige afstande fra kernen har bølgefunktionen et andet fortegn, og på de tilsvarende kurver er der knudepunkter(eller noder), hvor værdien af bølgefunktionen er nul. I tilfælde af en 25-elektron er der et sted, i tilfælde af en 35-elektron er der 2 steder osv. I overensstemmelse hermed er strukturen af elektronskyen her også mere kompleks end 15-elektronens. I fig. 13 viser et skematisk diagram af en elektronsky af en 25-elektron som et eksempel.
Graferne for den radiale sandsynlighedsfordeling for 25 og 35 elektroner har også et mere komplekst udseende (fig. 14). Her er der ikke længere et maksimum, som i tilfældet med 15-elektronen, men derfor to eller tre maksimum. I dette tilfælde er hovedmaksimum placeret jo længere væk fra kernen, jo større er værdien af hovedkvantetallet P.
Ris. 13.
Ris. 14. Radial sandsynlighedsfordelingsplot for 2s- (EN) og 35 elektroner ( 6 )
Lad os nu overveje strukturen af elektronskyen af 2/? elektronen. Når man bevæger sig væk fra kernen i en bestemt retning, ændres bølgefunktionen af 2p elektronen i overensstemmelse med kurven vist i fig. 15, EN. På den ene side af kernen (til højre i figuren) er bølgefunktionen positiv, og her er der et maksimum på kurven, på den anden side af kernen (til venstre i figuren) er bølgefunktionen negativ , og der er et minimum på kurven; ved origo bliver værdien af φ nul. I modsætning til 5-elektroner har bølgefunktionen af en 2p-elektron ikke sfærisk symmetri. Dette kommer til udtryk i det faktum, at højden af maksimum (og følgelig dybden af minimum) i fig. 15 afhænger af den valgte retning af radiusvektoren G. I en bestemt retning (for bestemthed vil vi betragte det som retningen af koordinataksen X) højden af maksimum er størst (se fig. 15, O). I retninger, der laver en vinkel med aksen X, Jo større denne vinkel er, jo mindre er højden af maksimum (se fig. 15, b, V); hvis den er lig med 90°, så er værdien af φ i den tilsvarende retning nul i enhver afstand fra kernen.
Grafen over den radiale sandsynlighedsfordeling for 2p-elektronen (fig. 16) har en form svarende til fig. 15, med den forskel, at sandsynligheden for at finde en elektron i nogen afstand fra kernen altid er positiv. Placeringen af maksimum på fordelingskurven er sandsynligvis
Ris. 16.
Ris. 15.
Ris.
Ris.
afhænger ikke af retningsvalget. Højden af dette maksimum afhænger dog af retningen: den er størst, når radiusvektoren falder sammen med aksens retning X, og falder, når radiusvektoren afviger fra denne retning.
Denne fordeling af sandsynligheden for at detektere en 2/β-elektron svarer til formen af elektronskyen, der minder om en dobbeltpære eller håndvægt (fig. 17). Som det kan ses, er elektronskyen koncentreret nær aksen X, og i flyet yz, Der er ingen elektronsky vinkelret på denne akse: sandsynligheden for at detektere en 2p elektron her er nul. Tegnene "+" og "-" i fig. 17 henviser ikke til sandsynligheden for at detektere en elektron (den er altid positiv!), men til bølgefunktionen φ, som har forskelligt fortegn i forskellige dele af elektronskyen.
Figur 17 viser tilnærmelsesvis formen af elektronskyen ikke kun af 2p-elektroner, men også af p-elektroner i det tredje og efterfølgende lag. Men graferne for den radiale sandsynlighedsfordeling er mere komplekse her: i stedet for et maksimum vist på højre side af fig. 16 vises to maksima (3p-elektron), tre maksima (4p-elektron) osv. på de tilsvarende kurver. I dette tilfælde er det største maksimum placeret længere og længere fra kernen.
Elektroniske skyer (7 elektroner (/ = 2)) har en endnu mere kompleks form.Hver af dem er en "fire kronblade", og tegnene på bølgefunktionen i "kronbladene" skifter (fig. 18).
Elektronisk sky
Elektronisk sky er en visuel model, der afspejler fordelingen af elektrontæthed i et atom eller molekyle.
I den første tid efter fremkomsten af den berømte bølgeligning af E. Schrödinger blev der gjort mange forsøg på at finde ud af den mulige fysiske betydning af bølgefunktionen og at udvikle en model for opførselen af en elektron i et atom. Helt fra begyndelsen talte E. Schrödinger om en "udtværet elektron", hvis ladning også er smurt ud i rummet og fordelt langs antinoderne af oscillationer, og foreslog konceptet om en "bølgepakke".
Men fysikere var kritiske over for denne model. Max Born viste, at disse bølger skulle fortolkes statistisk ud fra sandsynlighedsteoriens synspunkt. Selve bølgerne er ikke materielle, de er kun matematiske udtryk, der beskriver sandsynligheden for at detektere en elektron på et bestemt punkt i rummet.
Som en visuel model af tilstanden af en elektron i et atom i kemi, er billedet af en sky vedtaget, hvis tæthed af de tilsvarende sektioner er proportional med sandsynligheden for at detektere en elektron der. Elektronskyen tegnes som tættest (hvor der er det største antal punkter) i de områder, hvor elektronen med størst sandsynlighed vil blive detekteret.
Der er andre måder at skildre den radiale fordeling af sandsynligheden for at finde en elektronelektrondensitet i forhold til atomkernen.
Den radiale fordelingskurve for sandsynligheden for at finde en elektron i et brintatom viser, at sandsynligheden for at finde en elektron er maksimal i et tyndt sfærisk lag med et centrum ved protonstedet og en radius lig med Bohr-radius a 0 .
Elektronskyen er oftest afbildet som en grænseflade (dækker ca. 90% af tætheden). I dette tilfælde er tæthedsbetegnelsen ved hjælp af prikker udeladt.
Noter
se også
Wikimedia Foundation. 2010.
Se, hvad "Elektronisk sky" er i andre ordbøger:
elektronsky
elektronsky- elektronų debesis statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektronų buvimo aplink atomo branduolį erdvė. atitikmenys: engl. elektron atmosfære; elektron sky; elektronisk atmosfære; elektronisk sky rus. elektronsky... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
elektronsky- elektronų debesis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. elektron sky; elektronisk atmosfære; elektronisk sky vok. Elektronenatmosphäre, f; Elektronenwolke, f rus. elektronsky, n; elektronsky, n pranc. atmosphère électronique … Fizikos terminų žodynas
Heliumatom Atom (oldgræsk: ἄτομος udeleligt) er den mindste del af et kemisk grundstof, som er bæreren af dets egenskaber. Et atom består af en atomkerne og en omgivende elektronsky. Kernen i et atom består af positivt ladede protoner og... ... Wikipedia
Heliumatom Atom (oldgræsk: ἄτομος udeleligt) er den mindste del af et kemisk grundstof, som er bæreren af dets egenskaber. Et atom består af en atomkerne og en omgivende elektronsky. Kernen i et atom består af positivt ladede protoner og... ... Wikipedia
LAMBDA DOBLING (SPLITTING) AF ENERGINIVEAUER AF MOLEKYLER svag opdeling i to niveauer af hver elektronisk vibrationsrotationsenergi. niveau af et molekyle med ikke-nul kvantetal og J (se Molekyle). Tallet L beskriver projektionen... ... Fysisk encyklopædi
- (fra det græske atomos udelelige) en partikel af et stof af mikroskopisk størrelse og meget lav masse (mikropartikel), den mindste del af et kemisk grundstof, som er bæreren af dets egenskaber. Hvert element svarer til en bestemt slægt A.,... ...
- (σ- og π-bindinger) kovalente kemiske bindinger, karakteriseret ved en mere specifik, men anderledes rumlig symmetri af elektrontæthedsfordelingen. Som bekendt dannes en kovalent binding som et resultat af deling af elektroner... ... Stor sovjetisk encyklopædi
- (fra det græske atomos udelelige), del i va mikroskopisk. størrelse og masse (mikropartikel), den mindste del af kemikaliet. element, som er bærer af dens St. Hver kemi. element svarer til definitionen. slægt A., betegnet med kemikalie. symbol. A. findes i … … Fysisk encyklopædi
Tidligere troede videnskabsmænd, at elektroner kredsede om positivt ladede kerner og blev holdt i en vis afstand fra dem.
Det er nu blevet bevist, at sådanne baner ikke findes i atomer. Baseret på beregninger og eksperimentelle data har forskere fastslået, at en elektron, når den bevæger sig, kan være i forskellige afstande fra kernen. Jeg var også i stand til at installere sandsynlighed for ophold elektroner i en vis afstand fra kernen.
Tilstedeværelsen af en elektron i en vis afstand fra kernen er konventionelt repræsenteret ved prikker. Hvor elektronen er oftere, er arrangementet af punkter mere tæt, hvor det er sjældnere, er det mindre tæt.
Når en elektron bevæger sig for eksempel i et H-atom, danner den en slags sfærisk sky.
Sættet af forskellige elektronpositioner betragtes som elektronsky med en vis negativ ladningstæthed.
I nærheden af kernen kan du vælge et rum, hvor sandsynligheden for at finde en elektron er størst.
Det rum omkring atomkernen, hvor en elektron med størst sandsynlighed findes, kaldes elektronsky.
|
S-elektroner har en sfærisk form af elektronskyen.
C - 1S 2 2 S 2 2P 2 P-elektroner har en håndvægtformet elektronform. skyer
(almindelig figur otte figur).
Formen og størrelsen af en bestemt elektronsky bestemmes atomare orbitaler. Atomiske orbitaler er en funktion af elektronens dobbelte natur, defineret ved hvert punkt i det cirkumnukleare rum. De har ingen form, fordi... Dette er et matematisk koncept. Men ligesom deres tilsvarende elektronskyer er orbitaler betegnet med symbolerne s, p, d, f.
I atomer af kemiske grundstoffer svarer det første lag til én s-orbital, som kan indeholde to s-elektroner. Det andet lag har en s orbital, energireserven for elektronerne på det er højere end for elektronerne i det første lag. Derudover har det andet lag tre p-orbitaler, som svarer til håndvægtformede elektronskyer af samme størrelse. De er indbyrdes vinkelrette, ligesom x-, y- og z-koordinatakserne. Det tredje lag har udover en s og tre p orbitaler fem d orbitaler.
Der er 2 Sē i He-atomet. Derfor opstår spørgsmålet: hvordan kan to sfæriske elektronskyer sameksistere på samme energiniveau?
Det viser sig, at udover bevægelsen omkring kernen, som vi allerede har overvejet, har elektroner også en bevægelse, der kan repræsenteres som deres rotation omkring deres egen akse. Denne rotation kaldes spin(oversat fra engelsk - spindel).
En orbital kan kun indeholde 2 ē med modsatte (antiparallelle) spin, dvs. den ene ē ser ud til at rotere rundt om en akse med uret, og den anden - mod uret.
Som et resultat af eksperimentelle undersøgelser viste det sig, at der for eksempel i naturlig ilt udover iltatomer med en masse på 16 også er atomer med en masse på 17 og 18.
Variationer af atomer af det samme grundstof, der har den samme kerneladning (samme antal protoner i kernen), men forskellige masser (forskelligt antal neutroner) kaldes isotoper.