6. Elektroonilise pilve mõiste. Laine funktsioon.
Sest elektron kannab negatiivset laengut, siis tema orbitaal esindab teatud laengujaotust, mida nimetatakse elektrooniline pilv. Elektroni leidmise tõenäosust teatud ruumipiirkonnas kirjeldab lainefunktsioon ψ, mis iseloomustab laine amplituudi kui elektronkoordinaatide funktsiooni. Nagu iga laineprotsessi amplituud, võib see võtta nii positiivseid kui ka negatiivseid väärtusi. ψ² väärtus on aga alati positiivne. Samas on sellel märkimisväärne omadus: mida suurem on väärtus antud ruumipiirkonnas, seda suurem on tõenäosus, et elektron avaldab siin oma tegevust, s.t. et selle olemasolu selgub mingis füüsilises protsessis.
7. Kvantarvud.
Kaasaegne mudel põhineb kahel kvantfüüsika põhimõttel. 1. elektronil on samaaegselt nii osakese kui laine omadused ( Louis de Broglie) 2. osakestel ei ole rangelt määratletud koordinaate ja kiirusi. Elektroni liikumist kirjeldatakse Kanti mehaanikas seisulaine võrrandiga, mille kohaselt võib elektron igal ajahetkel paikneda suvalises ruumipunktis tuuma ümber. Kvantmehaaniline mudel kujutab seda tuuma ümbritseva elektronpilvena. Pilve maksimaalne tihedus vastab elektronide orbitaalile. Elektroni liikumine orbitaalil määratakse 4 kvantarvu väärtusega. Peamine kvantarv n(energiatase) – kaugus tuumast. Kui n suureneb, suureneb elektronide energia. Energiatasemete arv = perioodi arv, milles element paikneb. Maksimaalse elektronide arvu määrab N=2n 2. esimene elektrooniline nivoo ei mahuta rohkem kui 2 elektroni, teine - 8 ja kolmas - 18 elektroni. Orbitaalkvantarv l(energia alamtase) on tähistatud tähtedega s (sfääriline), p (hantlikujuline), d (4 kroonlehe rosett), f (keerulisem). Elektronipilve magnetilise kvantarvu vastastikmõju väliste magnetväljadega. Spinn-kvantarv on elektroni sisemine pöörlemine ümber oma telje. Magnetkvantarv m elektronipilve vastastikmõju väliste magnetväljadega. Mida keerulisem on pilve kuju, seda rohkem varieerub pilve orientatsioon ruumis. Võtab väärtuse 2l+1. Spinni kvantarv s elektroni enda pöörlemine ümber oma telje. Aktsepteerib 2 väärtust +1/2 ja –1/2.
8. Elektrooniliste tasemete ja alatasemete täitmise kord. . Energia miinimumi põhimõte. Pauli põhimõte. Hundi reegel ja Klechkovsky V.M.
Elektron täis Alamtasandil peab energia alamtasemega võrreldes olema minimaalne üleliigne energia.
Al 18 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3p 0
K 19 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 4S 1
1. Kletškovski reegel.
Täitmine muutub n+1 väiksemast n+l suuremaks
4+0 < 3+2 (сначала 4S, потом 3d)
Kui summad n+l on üksteisega võrdsed, siis täidetakse tasemed ja alamtasandid näiteks põhikvantarvuga n
4+1 3+2 => esimene 
, siis 4p
Klechkovski reegel.
Kui n+l summa on võrdne
Elektronide libisemise reegli nähtus.
Kr 24 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 4S 2 3p 4
Mitte ainult elektroni energia aatomis (ja sellega seotud elektronpilve suurus) ei saa omandada ainult teatud väärtusi. Elektronipilve kuju ei saa olla meelevaldne. Selle määrab orbitaalkvantarv l (mida nimetatakse ka sekundaarseks või asimuudiks), mis võib võtta täisarvväärtusi vahemikus 0 kuni (n-1), kus n on peamine kvantarv. Erinevad n väärtused vastavad l võimalike väärtuste erinevatele arvudele. Seega, kui n = 1, on orbitaalkvantarvust võimalik ainult üks väärtus - null (l = 0), n = 2 korral võib l olla 0 või 1, n = 3 korral on l võimalikud väärtused võrdub 0, 1 ja 2, üldiselt vastab põhikvantarvu n antud väärtus orbitaalkvantarvu n erinevale võimalikule väärtusele.
Kvantarvu l füüsikalisest tähendusest järeldub järeldus, et aatomi elektronpilvede kujud ei saa olla meelevaldsed. Nimelt määrab see elektroni orbiidi nurkimpulsi väärtuse; see suurus, nagu ka energia, on elektroni oleku kvantifitseeritud füüsikaline tunnus aatomis.
Tuletagem meelde, et teatud orbiidil ümber pöörlemiskeskme liikuva osakese orbiidi nurkimpulss on korrutis , kus on osakese mass, selle kiirus ja raadiuse vektor, mis ühendab pöörlemiskeskme pöördkeskmega. osake (joon. 7). Oluline on märkida, et - on vektorkogus; selle vektori suund on risti tasapinnaga, millel vektorid ja asuvad.
Teatud elektronpilve kuju vastab elektroni orbiidi nurkimpulsi väga spetsiifilisele väärtusele. Kuid kuna see võib võtta ainult diskreetseid väärtusi, mis on määratud orbitaalkvantarvuga l, ei saa elektronipilvede kujud olla suvalised: iga l võimalik väärtus vastab elektronipilve väga spetsiifilisele kujule.
Teame juba, et elektroni energia aatomis sõltub peakvantarvust n. Vesinikuaatomis määrab elektroni energia täielikult n väärtusega.
riis. 7. Orbiidi nurkimpulsi mõiste juurde.
Riis. 8. Elektronpilve suuruse ja kuju mõiste juurde.
Kuid mitmeelektronilistes aatomites sõltub elektroni energia ka orbitaalkvantarvu l väärtusest, selle sõltuvuse põhjustest tuleb juttu §-s 31. Seetõttu on elektroni olekud, mida iseloomustavad erinevad l väärtused. nimetatakse tavaliselt elektroni energia alamtasemeteks aatomis. Neile alamtasanditele on määratud järgmised tähetähised:
Nende tähiste kohaselt räägitakse s-alatasemest, p-alatasemest jne. Elektrone, mida iseloomustavad külgkvantide arvud 0, 1, 2 ja 3, nimetatakse s-elektroniteks, p-elektroniteks, d. -elektronid ja f-elektronid vastavalt.elektronid. Peakvantarvu n etteantud väärtuse korral on madalaima energiaga s-elektronid, siis f-elektronid.
Elektroni olek aatomis, mis vastab teatud väärtustele n ja l, kirjutatakse järgmiselt: esiteks tähistatakse põhikvantarvu väärtust numbriga ja seejärel orbitaalkvantarvu kiri. Seega tähistab tähis 2p elektroni, mille n=2 ja l=1, tähis 3d tähistab elektroni, mille n=3 ja l=2.
Elektronipilvel ei ole ruumis teravalt määratletud piire. Seetõttu vajab selle suuruse ja kuju mõiste selgitamist. Vaatleme näiteks vesinikuaatomis oleva 1s elektroni elektronpilve (joonis 8). Punktis a, mis asub tuumast teatud kaugusel, määrab elektronipilve tihedus lainefunktsiooni ruuduga. Joonistame läbi punkti a võrdse elektrontihedusega pind, mis ühendab punkte, kus elektronpilve tihedust iseloomustab sama väärtus. 1s elektroni puhul osutub selline pind keraks, mille sees on mingi osa elektronipilvest (joonis 8 on selle sfääri ristlõiget joonise tasapinna järgi kujutatud punkti a) läbiv ringjoon. Valime nüüd tuumast kaugemal asuv punkt b ja tõmmame sellest läbi ka võrdse elektrontihedusega pind. See pind on samuti sfäärilise kujuga, kuid selle sees on suurem osa elektronpilvest kui sfääri a sees. Lõpuks olgu valdav osa elektronipilvest mahutatud läbi teatud punkti c tõmmatud võrdse elektrontihedusega pinnale; Tavaliselt joonistatakse see pind nii, et see sisaldab elektroni laengut ja massi. Sellist pinda nimetatakse piirpinnaks ning selle kuju ja mõõtmeid peetakse üldiselt elektronpilve kujuks ja mõõtmeteks. 1s elektroni piirpind on kera, kuid p ja d elektronide piirpinnad on keerulisema kujuga (vt allpool).
Riis. 9. Funktsioonide ja -elektroni graafikud.
Riis. 10. Elektronipilv – elektron.
Joonisel fig. Joonisel 9 on näidatud lainefunktsiooni (joonis 9, a) ja selle ruudu (joonis 9, b) väärtused elektroni jaoks sõltuvalt kaugusest r tuumast. Näidatud kõverad ei sõltu suunast, kuhu mõõdetud vahemaa r on kantud; see tähendab, et elektronpilvel - elektronil - on sfääriline sümmeetria, see tähendab, et tal on palli kuju. Kõver joonisel fig. 9a asub kaugustelje (abstsisstellje) ühel küljel. Sellest järeldub, et -elektroni lainefunktsioonil on konstantne märk; peame seda positiivseks.
Riis. 9b näitab ka, et kui kaugus tuumast suureneb, väheneb väärtus monotoonselt. See tähendab, et tuumast eemaldudes elektronipilve – elektroni – tihedus väheneb; Seda järeldust saab illustreerida joonisel fig. 5.
See aga ei tähenda, et r suurenedes väheneb monotoonselt ka elektroni tuvastamise tõenäosus. Joonisel fig. 10 on esile tõstetud õhuke kiht, mis on ümbritsetud raadiusega r ja () sfääride vahel, kus on teatud väike väärtus. Kui r suureneb, väheneb vaadeldavas sfäärilises kihis elektronpilve tihedus; kuid samal ajal suureneb selle kihi maht, mis on võrdne . Nagu on märgitud §-s 26, väljendab elektroni tuvastamise tõenäosust väikeses mahus toode . Sel juhul on elektroni tuvastamise tõenäosus sfäärilises kihis, mis on ümbritsetud r ja vahel, võrdeline väärtusega. Selles tootes r-i suurenedes tegur suureneb ja tegur väheneb. Väikeste r väärtuste korral suureneb väärtus kiiremini kui väheneb, suurte väärtuste korral vastupidi. Seetõttu läbib korrutis, mis iseloomustab elektroni tuvastamise tõenäosust kaugusel r tuumast, maksimumi, kui r suureneb.
Väärtuse sõltuvus r-st on näidatud -elektroni puhul joonisel fig. 11 (sellisi graafikuid nimetatakse elektroni leidmise tõenäosuse radiaaljaotuse graafikuteks). Nagu joonisel fig. Nagu on näidatud joonisel 11, on elektroni tuvastamise tõenäosus tuumast lühikese vahemaa tagant nullilähedane, kuna r on väike. Ka elektroni tuvastamise tõenäosus tuumast väga suurel kaugusel on tühine: siin on kordaja nullilähedane (vt joonis 9b).
Riis. 11. 1s elektroni radiaalse tõenäosusjaotuse graafik.
Riis. 12. Lainefunktsiooni graafikud elektronide ja -elektronide jaoks (b).
Teatud kaugusel tuumast on elektroni tuvastamise tõenäosus maksimaalne. Vesinikuaatomi puhul on see kaugus 0,053 nm, mis langeb kokku Bohri arvutatud tuumale lähima elektroni orbiidi raadiuse väärtusega. Selle suuruse tõlgendus Bohri teoorias ja kvantmehaanika seisukohalt on aga erinev: Bohri järgi asub elektron vesinikuaatomis tuumast 0,053 nm kaugusel ja kvantmehaanika seisukohalt. mehaanika see kaugus vastab ainult elektroni tuvastamise maksimaalsele tõenäosusele.
Teise, kolmanda ja järgnevate kihtide s-elektronide elektroonilistel pilvedel on nagu 1s-elektronidelgi sfääriline sümmeetria, st neid iseloomustab sfääriline kuju. Siin aga muutub lainefunktsioon tuumast kaugenedes keerulisemalt. Nagu joonisel fig. 12, sõltuvus r-st 2s ja 3s elektronide puhul ei ole monotoonne, erinevatel kaugustel tuumast on lainefunktsioon erineva märgiga ja vastavatel kõveratel on sõlmpunktid (või sõlmed), mille juures lainefunktsiooni väärtus on null. 2s elektroni puhul on üks sait, 3s elektroni puhul 2 kohta jne. Selle järgi on ka elektronpilve struktuur siin keerulisem kui 1s elektronil. Joonisel fig. Joonisel 13 on kujutatud näitena 2s elektroni elektronpilve skemaatiline diagramm.
Ka 2s ja 3s elektronide radiaalse tõenäosusjaotuse graafikud on keerulisema kujuga (joonis 14).
Riis. 13. Elektronpilve skemaatiline kujutis - elektron.
Riis. 14. Graafikud ja -elektronide (b) radiaalse tõenäosusjaotuse kohta.
Riis. 15. 2p elektroni lainefunktsiooni graafik.
Riis. 16. 2p elektroni radiaalse tõenäosusjaotuse graafik.
Siin pole enam ühte maksimumi, nagu 1s elektroni puhul, vaid vastavalt kaks või kolm maksimumi. Sel juhul asub põhimaksimum, mida kaugemal tuumast, seda suurem on põhikvantarvu n väärtus.
Vaatleme nüüd 2p elektroni elektronpilve struktuuri. Tuumast teatud suunas eemaldudes muutub 2p elektroni lainefunktsioon vastavalt joonisel fig. 15, a. Ühel pool tuuma (joonisel paremal) on lainefunktsioon positiivne ja siin on kõveral maksimum, teisel pool tuuma (joonisel vasakul) on lainefunktsioon negatiivne , ja kõveral on miinimum; lähtepunktis muutub väärtus nulliks. Erinevalt s elektronidest ei ole 2p elektroni lainefunktsioonil sfäärilist sümmeetriat. See väljendub selles, et maksimumi kõrgus (ja vastavalt ka miinimumi sügavus) joonisel fig. 15 sõltub raadiusvektori r valitud suunast. Teatud suunas (määratluse huvides loeme seda x-koordinaatide telje suunaks) on maksimumi kõrgus suurim (joon. 15, a). Suundades, mis moodustavad x-teljega nurka, mida suurem on nurk, seda väiksem on maksimumi kõrgus (joon. 15, b, c); kui see on võrdne , siis väärtus vastavas suunas on null igal kaugusel tuumast.
2p elektroni radiaalse tõenäosusjaotuse graafik (joonis 16) on sarnaselt joonisele fig. 15, selle erinevusega, et elektroni leidmise tõenäosus tuumast mingil kaugusel on alati positiivne. Maksimumi asukoht tõenäosusjaotuse kõveral ei sõltu suuna valikust. Selle maksimumi kõrgus sõltub aga suunast: see on suurim, kui raadiuse vektor langeb kokku x-telje suunaga ja väheneb, kui raadiusvektor sellest suunast kõrvale kaldub.
Selline 2p elektroni tuvastamise tõenäosuse jaotus vastab elektronipilve kujule, mis meenutab topeltpirni või hantlit (joonis 17). Nagu näete, on elektronipilv koondunud x-telje lähedale, kuid yz-tasandil, selle teljega risti, elektronpilve pole: 2p elektroni tuvastamise tõenäosus on siin null.
Riis. 17. Elektronpilve skemaatiline kujutis - elektron.
Riis. 18. Elektronpilve skemaatiline kujutis - elektron.
Märgid ja joonisel fig. 17 ei viita mitte elektroni tuvastamise tõenäosusele (see on alati positiivne!), vaid lainefunktsioonile, millel on elektronpilve erinevates osades erinev märk.
Riis. 17 annab ligikaudu edasi mitte ainult 2p elektroni, vaid ka kolmanda ja järgnevate kihtide p elektronide elektronpilve kuju. Kuid radiaalse tõenäosusjaotuse graafikud on siin keerulisemad: ühe maksimumi asemel, mis on näidatud joonise fig. 16, vastavatele kõveratele ilmuvad kaks maksimumi (3p elektron), kolm maksimumi (4p elektron) jne. Suurim maksimum asub sel juhul tuumast üha kaugemal.
D-elektronide (l=2) elektroonilised pilved on veelgi keerulisema kujuga. Igaüks neist kujutab "nelja kroonlehe" kuju ja lainefunktsiooni märgid "kroonlehtedes" vahelduvad (joonis 18).
Mitte ainult elektroni energia aatomis (ja sellega seotud elektronpilve suurus) ei saa omandada ainult teatud väärtusi. Elektronipilve kuju ei saa olla meelevaldne. Selle määrab orbitaalkvantarv I (mida nimetatakse ka sekundaarseks või asimuutseks), mis võib võtta täisarvväärtusi vahemikus 0 kuni (n - 1), kus n on peamine kvantarv. Erinevad n väärtused vastavad erinevatele võimalike väärtuste arvule /. Seega, kui n = 1, on võimalik ainult üks orbitaalkvantarvu väärtus - null (/ = 0), kui n = 2 / võib olla võrdne 0 või 1, kui n = 3, on võimalikud väärtused / on võrdsed 0, 1 ja 2, üldiselt vastab põhikvantarvu n antud väärtus orbitaalkvantarvu n erinevale võimalikule väärtusele.
Kvantarvu / füüsikalisest tähendusest järeldub järeldus, et aatomi elektronpilvede kuju ei saa olla meelevaldne. See määrab tähenduse elektroni orbiidi nurkimment, see suurus, nagu ka energia, on elektroni oleku kvantifitseeritud füüsikaline tunnus aatomis.
Teatud orbiidil ümber pöörlemiskeskme liikuva osakese orbiidi nurkimpulsi M valem on korrutis mvf, Kus T- osakeste mass, v- selle kiirus, G- raadiuse vektor, mis ühendab osakese pöörlemiskeskme (joon. 7). Oluline on märkida, et M on vektorsuurus; selle vektori suund on risti tasapinnaga, millel vektorid asuvad v Ja G.
Teatud elektronpilve kuju vastab elektroni M orbiidi nurkimpulsi väga spetsiifilisele väärtusele. Kuid kuna M saab võtta ainult diskreetseid väärtusi, mis on määratud orbitaalkvantarvuga /, ei saa elektronipilvede kuju olla meelevaldne : iga võimalik väärtus / vastab väga spetsiifilisele elektronpilve kujule.
Teame juba, et elektroni energia aatomis sõltub peamisest kvantarvust P. Vesinikuaatomis on elektroni energia täielikult
Riis.
Riis. 8. Elektronipilve suuruse ja kuju mõistele määrab väärtus P. Kuid mitmeelektronilistes aatomites sõltub elektronide energia ka orbitaalkvantarvu väärtusest /; selle sõltuvuse põhjuseid käsitletakse §-s 31. Seetõttu nimetatakse elektroni olekuid, mida iseloomustavad erinevad väärtused / energia alamtasandid elektron aatomis. Neile alamtasanditele on määratud järgmised tähetähised:
Nende tähiste kohaselt räägivad nad .s-alatasemest, /^-alamtasemest jne. Elektrone, mida iseloomustavad külgmised kvantarvu väärtused 0, 1, 2 ja 3, nimetatakse vastavalt s-elektroniteks, p-elektroniteks, b/-elektroniteks ja /-elektroniteks. Peakvantarvu etteantud väärtuse jaoks P s-elektronidel on siis madalaim energia p-, d- ja /-elektronid.
Teatud väärtustele vastav elektroni olek aatomis pi mina, on kirjutatud järgmiselt: esmalt märgitakse numbriga põhikvantarvu väärtus ja seejärel tähega orbitaalkvantarv. Niisiis, tähistus 2 R viitab elektronile, millel on n = 2 ja 1 = 1, tähistus 3d- elektronile, millel on n = 3 ja / = 2.
Elektronipilvel ei ole ruumis teravalt määratletud piire. Seetõttu vajab selle suuruse ja kuju mõiste selgitamist. Vaatleme näiteks 15-elektroni elektronpilve vesinikuaatomis (joonis 8). Punktis A, paikneb tuumast teatud kaugusel, elektronpilve tihedus määratakse lainefunktsiooni ruuduga Joonista läbi punkti Avõrdse elektrontihedusega pind,ühendades punkte, milles elektronpilve tihedust iseloomustab sama väärtus j^. 15-elektroni puhul osutub selline pind keraks, mille sees on mingi osa elektronpilvest (joonis 8 on kujutatud selle sfääri ristlõiget joonise tasapinna järgi punkti läbiva ringiga A). Nüüd valime punkti b, asub tuumast suuremal kaugusel ja tõmbab sellest läbi ka võrdse elektrontihedusega pinna. See pind on samuti sfäärilise kujuga, kuid selle sees on suurem osa elektronipilvest kui sfääri sees A. Lõpuks olgu valdav osa elektronipilvest mahutatud läbi teatud punkti c tõmmatud võrdse elektrontihedusega pinnale; Tavaliselt joonistatakse see pind nii, et see sisaldab 90% elektroni laengust ja massist. Sellist pinda nimetatakse piirdepind, ja just selle kuju ja mõõtmeid peetakse elektronpilve kujuks ja mõõtmeteks. Piirdepind
Riis. 9. Funktsioonide fif 2 graafikud 1 s-elektroni kohta
Riis. 10.
15-elektron on kera, kuid ^- ja ^-elektronite piirpinnad on keerulisema kujuga (vt allpool).
Joonisel fig. Joonisel 9 on näidatud lainefunktsiooni φ väärtused (vt joonis 9, A) ja selle ruut (vt joonis 9, 6) 15-elektroni puhul sõltuvalt kaugusest tuumast r. Kujutatud kõverad ei sõltu suunast, kuhu mõõdetud kaugus r on kantud; see tähendab et ls elektroni elektronpilv on sfäärilise sümmeetriaga, st. on palli kujuga. Kõver joonisel fig. 9, A asub kaugustelje (abstsisstellje) ühel küljel. Sellest järeldub, et 15-elektroni lainefunktsioonil on konstantne märk; peame seda positiivseks.
Joonis 9 b näitab ka seda, et tuumast kauguse kasvades φ 2 väärtus monotoonselt väheneb. See tähendab, et tuumast eemaldudes väheneb 15-elektroni elektronpilve tihedus; Seda järeldust saab illustreerida joonisel fig. 5.
See aga ei tähenda, et kasvuga G monotoonselt väheneb ka 15-elektroni tuvastamise tõenäosus. Joonisel fig. 10 on esile tõstetud õhuke kiht, mis on ümbritsetud raadiusega sfääride vahele G ja (g + Ar), kus Ar on mingi väike kogus. Kui r suureneb, väheneb vaadeldavas sfäärilises kihis elektronpilve tihedus; kuid samal ajal selle kihi maht suureneb, võrdub 4l g 2 Ar-ga. Nagu on märgitud §-s 26, väljendatakse elektroni tuvastamise tõenäosust väikeses mahus AK korrutisega φ 2 DK. Sel juhul AK = 4lg 2 Ar; seetõttu on r ja (r + Ar) vahele jäävas sfäärilises kihis elektroni tuvastamise tõenäosus võrdeline väärtusega 4r 2 f 2. Selles korrutises suureneb r suurenemisega tegur 4l r 2 ja tegur φ 2 väheneb. Väikeste g väärtuste korral suureneb väärtus 4l g 2 kiiremini kui φ 2 väheneb, suurte väärtuste korral vastupidi. Seetõttu läbib korrutis 4lr 2 φ 2, mis iseloomustab elektroni tuvastamise tõenäosust kaugusel r tuumast, r suurenedes maksimumi.
Suuruse 4r 2 f 2 sõltuvus r-st on 15-elektroni puhul näidatud joonisel fig. 11 (sellisi graafikuid nimetatakse radiaaldis-
Riis. üksteist.
Riis. 12. Lainefunktsiooni graafikud 25- (A) ja 35 elektroni (b)
tõenäosuspiirid elektroni leidmine). Nagu joonisel fig. Nagu on näidatud joonisel 11, on 15-elektroni tuvastamise tõenäosus tuumast lühikese vahemaa tagant nullilähedane, kuna G vähe. Ka elektroni tuvastamise tõenäosus tuumast väga suurel kaugusel on tühine: siin on tegur φ 2 nullilähedane (vt joonis 9, 6). Mõnel kaugusel tuumast g 0 elektroni tuvastamise tõenäosusel on maksimaalne väärtus. Vesinikuaatomi puhul on see kaugus 0,053 nm, mis langeb kokku Bohri arvutatud tuumale lähima elektroni orbiidi raadiuse väärtusega. Selle suuruse tõlgendus Bohri teoorias ja kvantmehaanika seisukohast on aga erinev: Bohri järgi elektron vesinikuaatomis asub 0,053 nm kaugusel tuumast ja kvantmehaanika seisukohalt vastab see kaugus ainult maksimaalne tõenäosus elektronide tuvastamine.
Teise, kolmanda ja järgnevate kihtide 5-elektronilistel elektronpilvedel on nagu 15-elektronitelgi sfääriline sümmeetria, s.t. mida iseloomustab sfääriline kuju. Siin aga muutub lainefunktsioon tuumast kaugenedes keerulisemalt. Nagu joonisel fig. 12, φ sõltuvus G 25- ja 35-elektronite puhul ei ole monotoonne, erinevatel kaugustel tuumast on lainefunktsioon erineva märgiga ja vastavatel kõveratel on sõlmpunktid(või sõlmed), milles lainefunktsiooni väärtus on null. 25-elektronilise puhul on üks sait, 35-elektroni puhul 2 saiti jne. Vastavalt sellele on ka elektronpilve struktuur siin keerulisem kui 15-elektronil. Joonisel fig. 13 on näitena kujutatud 25-elektronilise elektronpilve skemaatiline diagramm.
Keerulisema välimusega on ka 25 ja 35 elektroni radiaalse tõenäosusjaotuse graafikud (joonis 14). Siin pole enam ühte maksimumi, nagu 15-elektroni puhul, vaid vastavalt kaks või kolm maksimumi. Sel juhul asub põhimaksimum, mida kaugemal tuumast, seda suurem on põhikvantarvu väärtus P.
Riis. 13.
Riis. 14. Radiaalsed tõenäosusjaotuse graafikud 2s- (A) ja 35 elektroni ( 6 )
Vaatleme nüüd 2/? elektroni elektronpilve struktuuri. Tuumast teatud suunas eemaldudes muutub 2p elektroni lainefunktsioon vastavalt joonisel fig. 15, A.Ühel pool tuuma (joonisel paremal) on lainefunktsioon positiivne ja siin on kõveral maksimum, teisel pool tuuma (joonisel vasakul) on lainefunktsioon negatiivne , ja kõveral on miinimum; algpunktis muutub φ väärtus nulliks. Erinevalt 5-elektronist ei ole 2p-elektroni lainefunktsioonil sfäärilist sümmeetriat. See väljendub selles, et maksimumi kõrgus (ja vastavalt ka miinimumi sügavus) joonisel fig. 15 sõltub raadiusvektori valitud suunast G. Teatud suunas (määratluse huvides käsitleme seda koordinaatide telje suunana X) maksimumi kõrgus on suurim (vt joonis 15, O). Suundades, mis moodustavad teljega nurga X, Mida suurem on see nurk, seda väiksem on maksimumi kõrgus (vt joonis 15, b, V); kui see on võrdne 90°, siis on φ väärtus vastavas suunas null igal kaugusel tuumast.
2p elektroni radiaalse tõenäosusjaotuse graafik (joonis 16) on sarnaselt joonisele fig. 15, selle erinevusega, et elektroni leidmise tõenäosus tuumast mingil kaugusel on alati positiivne. Maksimumi asukoht jaotuskõveral on tõenäoliselt
Riis. 16.
Riis. 15.
Riis.
Riis.
see ei sõltu suuna valikust. Selle maksimumi kõrgus sõltub aga suunast: see on suurim, kui raadiuse vektor langeb kokku telje suunaga X, ja väheneb, kui raadiuse vektor kaldub sellest suunast kõrvale.
Selline 2/a elektroni tuvastamise tõenäosuse jaotus vastab elektronipilve kujule, mis meenutab topeltpirni või hantlit (joonis 17). Nagu näha, on elektronipilv koondunud telje lähedale X, ja lennukis jah, Selle teljega risti elektronipilve pole: 2p elektroni tuvastamise tõenäosus on siin null. Märgid “+” ja “-” joonisel fig. 17 ei viita mitte elektroni tuvastamise tõenäosusele (see on alati positiivne!), vaid lainefunktsioonile φ, millel on elektronpilve erinevates osades erinev märk.
Joonisel 17 on ligikaudu edasi antud mitte ainult 2p elektroni, vaid ka kolmanda ja järgnevate kihtide p elektronide elektronpilve kuju. Kuid radiaalse tõenäosusjaotuse graafikud on siin keerulisemad: ühe maksimumi asemel, mis on näidatud joonise fig. 16, vastavatele kõveratele ilmuvad kaks maksimumi (3p-elektron), kolm maksimumi (4p-elektron) jne. Suurim maksimum asub sel juhul tuumast aina kaugemal.
Veelgi keerulisema kujuga on elektroonilised pilved (7 elektroni (/ = 2)), millest igaüks on “nelja kroonlehega” kujund ja lainefunktsiooni märgid “kroonlehtedes” vahelduvad (joonis 18).
Elektrooniline pilv
Elektrooniline pilv on visuaalne mudel, mis peegeldab elektrontiheduse jaotust aatomis või molekulis.
Esimest korda pärast kuulsa E. Schrödingeri lainevõrrandi ilmumist tehti palju katseid lainefunktsiooni võimaliku füüsikalise tähenduse väljaselgitamiseks ja elektroni käitumise mudeli väljatöötamiseks aatomis. E. Schrödinger rääkis algusest peale “määrdunud elektronist”, mille laeng on samuti laiali kogu ruumis ja jaotub mööda võnkumiste antinoodi, ning pakkus välja “lainepaketi” mõiste.
Füüsikud olid aga selle mudeli suhtes kriitilised. Max Born näitas, et neid laineid tuleks tõenäosusteooria vaatenurgast statistiliselt tõlgendada. Lained ise ei ole materiaalsed, need on vaid matemaatilised avaldised, mis kirjeldavad elektroni tuvastamise tõenäosust teatud ruumipunktis.
Keemias elektroni oleku visuaalse mudelina aatomis võetakse omaks pilve kujutis, mille vastavate lõikude tihedus on võrdeline elektroni tuvastamise tõenäosusega seal. Elektronipilv joonistatakse kõige tihedamalt (kus on kõige rohkem punkte) nendes piirkondades, kus elektron on kõige tõenäolisemalt tuvastatav.
Elektroni elektrontiheduse leidmise tõenäosuse radiaalse jaotuse kujutamiseks aatomituuma suhtes on teisigi viise.
Elektroni leidmise tõenäosuse radiaalne jaotuskõver vesinikuaatomist näitab, et elektroni leidmise tõenäosus on maksimaalne õhukeses sfäärilises kihis, mille keskpunkt on prootoni asukohas ja raadius on võrdne Bohri raadiusega a 0 .
Elektronpilve on kõige sagedamini kujutatud piirpinnana (katab ligikaudu 90% tihedusest). Sel juhul jäetakse tiheduse tähistamine punktidega välja.
Märkmed
Vaata ka
Wikimedia sihtasutus. 2010. aasta.
Vaadake, mis on "elektrooniline pilv" teistes sõnaraamatutes:
elektronide pilv
elektronide pilv- elektronų debesis statusas T valdkond keemia definis Elektronų buvimo aplink atomo branduolį erdvė. vastavusmenys: engl. elektronide atmosfäär; elektronpilv; elektrooniline atmosfäär; elektrooniline pilv rus. elektronide pilv... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
elektronide pilv- elektronų debesis statusas T ala fizika vastavusmenys: engl. elektronpilv; elektrooniline atmosfäär; elektrooniline pilv vok. Elektronenatmosfäär, f; Elektronenwolke, f rus. elektronipilv, n; elektronpilv, n pranc. atmosphère électronique … Fizikos terminų žodynas
Heeliumi aatom Aatom (vanakreeka keeles ἄτομος jagamatu) on keemilise elemendi väikseim osa, mis on selle omaduste kandja. Aatom koosneb aatomituumast ja seda ümbritsevast elektronpilvest. Aatomi tuum koosneb positiivselt laetud prootonitest ja... ... Wikipediast
Heeliumi aatom Aatom (vanakreeka keeles ἄτομος jagamatu) on keemilise elemendi väikseim osa, mis on selle omaduste kandja. Aatom koosneb aatomituumast ja seda ümbritsevast elektronpilvest. Aatomi tuum koosneb positiivselt laetud prootonitest ja... ... Wikipediast
MOLEKULIDE ENERGIATASEME LAMBDA KAHEKORDNE (LAHENDAMINE) nõrk jagunemine iga elektroonilise vibratsiooni pöörlemisenergia kaheks tasandiks. nullist erineva kvantarvuga molekuli tase ja J (vt Molekul). Arv L kirjeldab projektsiooni...... Füüsiline entsüklopeedia
- (kreeka sõnast atomos jagamatu) mikroskoopilise suuruse ja väga väikese massiga aineosake (mikroosake), keemilise elemendi väikseim osa, mis on selle omaduste kandja. Iga element vastab teatud perekonnale A.,... ...
- (σ ja π sidemed) kovalentsed keemilised sidemed, mida iseloomustab spetsiifilisem, kuid erinev elektrontiheduse jaotuse ruumiline sümmeetria. Teatavasti tekib elektronide jagamise tulemusena kovalentne side... ... Suur Nõukogude entsüklopeedia
- (kreeka sõnast atomos jagamatu), osa va mikroskoopiline. suurus ja mass (mikroosake), kemikaali väikseim osa. element, mis on selle St. Iga keemia. element vastab määratlusele. perekond A., tähistatud keemiliselt. sümbol. A. eksisteerivad…… Füüsiline entsüklopeedia
Varem uskusid teadlased, et elektronid tiirlevad positiivselt laetud tuumade ümber ja hoitakse neist teatud kaugusel.
Nüüdseks on tõestatud, et selliseid orbiite aatomites ei eksisteeri. Arvutuste ja katseandmete põhjal on teadlased kindlaks teinud, et elektron võib liikudes olla tuumast erinevatel kaugustel. Sain ka installida viibimise tõenäosus elektronid, mis asuvad tuumast teatud kaugusel.
Elektroni olemasolu tuumast teatud kaugusel on tinglikult tähistatud punktidega. Seal, kus elektron on sagedamini, on punktide paigutus tihedam, kus harvem, seal vähem.
Kui elektron liigub näiteks H-aatomis, moodustub ta omamoodi sfäärilise pilve.
Erinevate elektronide positsioonide kogumit peetakse elektronide pilv teatud negatiivse laengutihedusega.
Tuuma lähedal saab valida ruumi, kus elektroni leidmise tõenäosus on suurim.
Nimetatakse ruumi aatomituuma ümber, milles elektron kõige tõenäolisemalt leidub elektronide pilv.
|
S-elektronitel on elektronpilve sfääriline kuju.
C-1S 2 2 S 2 2P 2 P-elektronitel on hantlikujuline elektroni kuju. pilved
(tavaline kaheksakujuline kuju).
Määratakse kindlaks konkreetse elektronpilve kuju ja suurus aatomi orbitaalid. Aatomiorbitaalid on elektroni kahetise olemuse funktsioon, mis on määratletud igas tuumaringi punktis. Neil pole vormi, sest... See on matemaatiline mõiste. Kuid nagu nende vastavad elektronpilved, on orbitaalid tähistatud sümbolitega s, p, d, f.
Keemiliste elementide aatomites vastab esimene kiht ühele s-orbitaalile, mis võib sisaldada kahte s-elektroni. Teisel kihil on s orbitaal, sellel olevate elektronide energiavaru on suurem kui esimese kihi elektronidel. Lisaks on teises kihis kolm p-orbitaali, mis vastavad sama suurusega hantlikujulistele elektronpilvedele. Need on üksteisega risti, nagu x-, y- ja z-koordinaatide teljed. Kolmandal kihil on lisaks ühele s- ja kolmele p-orbitaalile viis d-orbitaali.
He aatomis on 2 Sē. Seetõttu tekib küsimus: kuidas saavad kaks kerakujulist elektronipilve ühel energiatasemel koos eksisteerida?
Selgub, et lisaks liikumisele ümber tuuma, mida me juba käsitlesime, on elektronidel ka liikumine, mida saab kujutada nende pöörlemisena ümber oma telje. Seda pöörlemist nimetatakse keerutada(inglise keelest tõlgitud - spindle).
Üks orbitaal võib sisaldada ainult 2 ē, millel on vastassuunalised (antiparalleelsed) spinnid, s.t. üks ē näib pöörlevat ümber telje päripäeva ja teine - vastupäeva.
Eksperimentaalsete uuringute tulemusena selgus, et näiteks looduslikus hapnikus on lisaks 16 massiga hapnikuaatomitele ka 17 ja 18 massiga aatomeid.
Nimetatakse sama elemendi aatomite sorte, millel on sama tuumalaeng (tuumas on sama arv prootoneid), kuid erinev mass (erinev arv neutroneid). isotoobid.