6. Konseptet med en elektronisk sky. Wave funksjon.
Fordi elektron bærer en negativ ladning, så representerer dens orbital en viss ladningsfordeling, som kalles elektronisk sky. Sannsynligheten for å finne et elektron i et bestemt område av rommet er beskrevet av bølgefunksjon ψ, som karakteriserer amplituden til bølgen som funksjonen til elektronkoordinatene. Som amplituden til en hvilken som helst bølgeprosess, kan den ta på seg både positive og negative verdier. Verdien av ψ² er imidlertid alltid positiv. Samtidig har den en bemerkelsesverdig egenskap: jo større verdi i et gitt område av rommet, jo høyere er sannsynligheten for at elektronet vil manifestere sin handling her, dvs. at dens eksistens vil bli avslørt i en fysisk prosess.
7. Kvantetall.
Den moderne modellen er basert på 2 grunnleggende prinsipper for kvantefysikk. 1. et elektron har egenskapene til både en partikkel og en bølge på samme tid ( Louis de Broglie) 2. partikler har ikke strengt definerte koordinater og hastigheter. Bevegelsen til et elektron er beskrevet i Kantiansk mekanikk ved stående bølgeligningen, ifølge hvilken elektronet til enhver tid kan lokaliseres på et vilkårlig punkt i rommet rundt kjernen. Den kvantemekaniske modellen representerer den som en elektronsky som omgir kjernen. Den maksimale tettheten til skyen tilsvarer elektronbanen. Bevegelsen til et elektron i en orbital bestemmes av verdiene til 4 kvantetall. Hoved kvantenummer n(energinivå) – avstand fra kjernen. Når n øker, øker elektronenergien. Antall energinivåer = tallet på perioden elementet befinner seg i. Maksimalt antall elektroner bestemmes av N=2n 2. det første elektroniske nivået kan ikke romme mer enn 2 elektroner, det andre - 8 og det tredje - 18. Orbitalt kvantenummer l(energiundernivå) er betegnet med bokstavene s (sfærisk), p (hantelformet), d (4-bladsrosett), f (mer kompleks). Magnetisk kvantenummerinteraksjon av en elektronsky med eksterne magnetiske felt. Spinnkvantenummer er den iboende rotasjonen av et elektron rundt aksen. Magnetisk kvantenummer m interaksjon av elektronskyen med eksterne magnetiske felt. Jo mer kompleks formen på skyen er, jo flere variasjoner i retningen til skyen i rommet. Tar verdien 2l+1. Spinn kvantenummer s elektronets egen rotasjon rundt sin akse. Godtar 2 verdier +1/2 og –1/2.
8. Prosedyren for å fylle ut elektroniske nivåer og undernivåer. . Prinsippet om minimumsenergi. Paulis prinsipp. Rule of Hund og Klechkovsky V.M.
Elektron fylt Undernivået må ha minimal overskuddsenergi i forhold til energiundernivået.
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 regel.
Fylling går fra n+1 mindre til n+l større
4+0 < 3+2 (сначала 4S, потом 3d)
Hvis summene n+l er lik hverandre, fylles nivåene og undernivåene inn, for eksempel hovedkvantetallet n
4+1 3+2 => først 
, deretter 4p
Klechkovskys styre.
Hvis summen av n+l er lik
Fenomenet elektronglidningsregelen.
Cr 24 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 4S 2 3d 4
Ikke bare energien til et elektron i et atom (og den tilhørende størrelsen på elektronskyen) kan bare anta visse verdier. Formen på elektronskyen kan ikke være vilkårlig. Det bestemmes av det orbitale kvantetallet l (også kalt sekundært eller azimutalt), som kan ta heltallsverdier fra 0 til (n-1), der n er hovedkvantetallet. Ulike verdier av n tilsvarer forskjellige antall mulige verdier av l. Så, med n=1, er bare én verdi av det orbitale kvantetallet mulig - null (l=0), med n=2 kan l være lik 0 eller 1, med n=3 er de mulige verdiene av l lik 0, 1 og 2, generelt tilsvarer en gitt verdi av hovedkvantetallet n n forskjellige mulige verdier av orbitalkvantetallet.
Konklusjonen om at formene til atomelektronskyer ikke kan være vilkårlige følger av den fysiske betydningen av kvantetallet l. Det bestemmer nemlig verdien av det orbitale vinkelmomentet til elektronet; denne mengden, som energi, er en kvantisert fysisk karakteristikk av tilstanden til et elektron i et atom.
La oss huske at banevinkelmomentet til en partikkel som beveger seg rundt rotasjonssenteret i en bestemt bane er produktet av , hvor er massen til partikkelen, er dens hastighet, og er radiusvektoren som forbinder rotasjonssenteret med partikkel (fig. 7). Det er viktig å merke seg at - er en vektormengde; retningen til denne vektoren er vinkelrett på planet som vektorene og befinner seg i.
En viss form av elektronskyen tilsvarer en veldig spesifikk verdi av banevinkelmomentet til elektronet. Men siden det bare kan ta diskrete verdier spesifisert av det orbitale kvantetallet l, kan ikke formene til elektronskyer være vilkårlige: hver mulig verdi av l tilsvarer en veldig spesifikk form av elektronskyen.
Vi vet allerede at energien til et elektron i et atom avhenger av hovedkvantetallet n. I et hydrogenatom er elektronenergien fullstendig bestemt av verdien av n.
ris. 7. Til begrepet orbital vinkelmoment.
Ris. 8. Til konseptet om størrelsen og formen til elektronskyen.
Men i multi-elektronatomer avhenger elektronenergien også av verdien av orbitalkvantetallet l; årsakene til denne avhengigheten vil bli diskutert i § 31. Derfor er elektronets tilstander, karakterisert ved forskjellige verdier av l. , kalles vanligvis energiundernivåer av elektronet i atomet. Disse undernivåene er tildelt følgende bokstavbetegnelser:
I samsvar med disse notasjonene snakker de om s-undernivået, p-undernivået osv. Elektroner karakterisert ved verdiene til sidekvantetallet 0, 1, 2 og 3 kalles s-elektroner, p-elektroner, d -elektroner og f-elektroner, henholdsvis elektroner. For en gitt verdi av hovedkvantetallet n, har s-elektronene den laveste energien, deretter f-elektronene.
Tilstanden til et elektron i et atom, som tilsvarer visse verdier av n og l, er skrevet som følger: først er verdien av hovedkvantetallet indikert med et tall, og deretter orbitalkvantetallet indikert med et brev. Dermed refererer betegnelsen 2p til et elektron med n=2 og l=1, betegnelsen 3d refererer til et elektron med n=3 og l=2.
Elektronskyen har ikke skarpt definerte grenser i rommet. Derfor krever begrepet størrelse og form avklaring. La oss som et eksempel se på elektronskyen til et 1s-elektron i et hydrogenatom (fig. 8). Ved punkt a, som ligger i en viss avstand fra kjernen, bestemmes tettheten til elektronskyen av kvadratet på bølgefunksjonen. La oss trekke gjennom punkt a en overflate med lik elektrontetthet som forbinder punktene hvor tettheten til elektronskyen er karakterisert av samme verdi. Når det gjelder et 1s-elektron, vil en slik overflate vise seg å være en kule, inne i hvilken en del av elektronskyen er inneholdt (i fig. 8 er tverrsnittet av denne kulen ved planen på tegningen avbildet av en sirkel som går gjennom punkt a). La oss nå velge punkt b, som ligger i større avstand fra kjernen, og også tegne en overflate med lik elektrontetthet gjennom det. Denne overflaten vil også ha en sfærisk form, men inne i den vil den inneholde en større del av elektronskyen enn inne i sfære a. Til slutt, la den dominerende delen av elektronskyen være inneholdt i en overflate med lik elektrontetthet trukket gjennom et bestemt punkt c; Vanligvis er denne overflaten tegnet slik at den inneholder ladningen og massen til elektronet. En slik overflate kalles en grenseflate, og det er dens form og dimensjoner som generelt anses å være formen og dimensjonene til elektronskyen. Grenseoverflaten til 1s-elektronet er en kule, men grenseoverflatene til p- og d-elektronene har en mer kompleks form (se nedenfor).
Ris. 9. Grafer over funksjoner og for -elektron.
Ris. 10. Elektronsky - elektron.
I fig. Figur 9 viser verdiene til bølgefunksjonen (fig. 9, a) og kvadratet (fig. 9, b) for elektronet avhengig av avstanden r fra kjernen. De viste kurvene avhenger ikke av retningen som den målte avstanden r er plottet; dette betyr at elektronskyen - elektronet - har sfærisk symmetri, det vil si at den har form som en ball. Kurven i fig. 9a er plassert på den ene siden av avstandsaksen (abscisseaksen). Det følger at bølgefunksjonen til -elektronet har et konstant fortegn; vi vil vurdere det som positivt.
Ris. 9b viser også at når avstanden fra kjernen øker, avtar verdien monotont. Dette betyr at når du beveger deg bort fra kjernen, avtar tettheten til elektronskyen - elektronet; Denne konklusjonen kan illustreres av fig. 5.
Dette betyr imidlertid ikke at når r øker, avtar også sannsynligheten for å oppdage et elektron monotont. I fig. 10 er et tynt lag uthevet, innelukket mellom kuler med radier r og (), hvor er en viss liten verdi. Når r øker, avtar tettheten til elektronskyen i det sfæriske laget som vurderes; men samtidig øker volumet av dette laget, lik . Som angitt i § 26, er sannsynligheten for å oppdage et elektron i et lite volum uttrykt av produktet . I dette tilfellet er derfor sannsynligheten for å oppdage et elektron i et sfærisk lag innelukket mellom r og proporsjonal med verdien. I dette produktet, når r øker, øker faktoren og faktoren synker. For små verdier av r øker verdien raskere enn den synker, for store verdier - omvendt. Derfor passerer produktet som karakteriserer sannsynligheten for å oppdage et elektron i en avstand r fra kjernen gjennom et maksimum når r øker.
Avhengigheten av verdien av r er vist for -elektronet i fig. 11 (slike grafer kalles grafer for den radielle fordelingen av sannsynligheten for å finne et elektron). Som fig. 11, er sannsynligheten for å oppdage et elektron i korte avstander fra kjernen nær null, siden r er liten. Sannsynligheten for å oppdage et elektron i svært stor avstand fra kjernen er også ubetydelig: her er multiplikatoren nær null (se fig. 9b).
Ris. 11.Graf over den radielle sannsynlighetsfordelingen for et 1s-elektron.
Ris. 12. Grafer over bølgefunksjonen for og -elektroner (b).
I en viss avstand fra kjernen er sannsynligheten for å oppdage et elektron maksimal. For hydrogenatomet er denne avstanden 0,053 nm, som sammenfaller med verdien av radiusen til elektronbanen nærmest kjernen beregnet av Bohr. Tolkningen av denne størrelsen i Bohrs teori og fra kvantemekanikkens synspunkt er imidlertid forskjellig: ifølge Bohr er elektronet i et hydrogenatom lokalisert i en avstand på 0,053 nm fra kjernen, og fra et kvantestandpunkt. mekanikk denne avstanden tilsvarer bare den maksimale sannsynligheten for å oppdage et elektron.
Elektroniske skyer av s-elektroner i det andre, tredje og påfølgende laget har, som i tilfellet med 1s-elektroner, sfærisk symmetri, det vil si at de er preget av en sfærisk form. Men her endres bølgefunksjonen på en mer kompleks måte med økende avstand fra kjernen. Som fig. 12 er avhengigheten av r for 2s og 3s elektroner ikke monotonisk; i forskjellige avstander fra kjernen har bølgefunksjonen et annet fortegn, og på de tilsvarende kurvene er det knutepunkter (eller noder) hvor verdien av bølgefunksjonen er null. I tilfellet med et 2s elektron er det ett sted, i tilfellet med et 3s elektron er det 2 steder, osv. I samsvar med dette er strukturen til elektronskyen her også mer kompleks enn for et 1s elektron. I fig. 13 viser et skjematisk diagram av en elektronsky av et 2s elektron som et eksempel.
Grafene for den radielle sannsynlighetsfordelingen for 2s og 3s elektroner har også en mer kompleks form (fig. 14).
Ris. 13. Skjematisk fremstilling av en elektronsky - et elektron.
Ris. 14. Grafer over den radielle sannsynlighetsfordelingen for og -elektroner (b).
Ris. 15. Graf over bølgefunksjonen til et 2p elektron.
Ris. 16. Graf over den radielle sannsynlighetsfordelingen for et 2p elektron.
Her er det ikke lenger ett maksimum, som i tilfellet med 1s-elektronet, men følgelig to eller tre maksimum. I dette tilfellet er hovedmaksimumet plassert jo lenger fra kjernen, jo større er verdien av hovedkvantetallet n.
La oss nå vurdere strukturen til elektronskyen til 2p-elektronet. Når du beveger deg bort fra kjernen i en bestemt retning, endres bølgefunksjonen til 2p-elektronet i samsvar med kurven vist i fig. 15, a. På den ene siden av kjernen (til høyre i figuren) er bølgefunksjonen positiv, og her er det et maksimum på kurven, på den andre siden av kjernen (til venstre i figuren) er bølgefunksjonen negativ , og det er et minimum på kurven; ved origo blir verdien null. I motsetning til s-elektroner, har ikke bølgefunksjonen til et 2p-elektron sfærisk symmetri. Dette kommer til uttrykk i det faktum at høyden på maksimum (og følgelig dybden på minimum) i fig. 15 avhenger av den valgte retningen til radiusvektoren r. I en bestemt retning (for bestemthets skyld vil vi vurdere det som retningen til x-koordinataksen) er høyden til maksimum størst (fig. 15, a). I retninger som gjør en vinkel med x-aksen, jo større vinkelen er, jo mindre er høyden på maksimumet (fig. 15, b, c); hvis den er lik , så er verdien i tilsvarende retning null uansett avstand fra kjernen.
Grafen over den radielle sannsynlighetsfordelingen for 2p-elektronet (fig. 16) har en form som ligner på fig. 15, med den forskjellen at sannsynligheten for å finne et elektron i en viss avstand fra kjernen alltid er positiv. Plasseringen av maksimum på sannsynlighetsfordelingskurven er ikke avhengig av retningsvalget. Høyden på dette maksimumet avhenger imidlertid av retningen: den er størst når radiusvektoren faller sammen med x-aksens retning og avtar når radiusvektoren avviker fra denne retningen.
Denne fordelingen av sannsynligheten for å oppdage et 2p-elektron tilsvarer formen på elektronskyen, som ligner en dobbel pære eller hantel (fig. 17). Som du kan se, er elektronskyen konsentrert nær x-aksen, men det er ingen elektronsky i yz-planet, vinkelrett på denne aksen: sannsynligheten for å oppdage et 2p-elektron her er null.
Ris. 17. Skjematisk fremstilling av en elektronsky - et elektron.
Ris. 18. Skjematisk fremstilling av en elektronsky - et elektron.
Skilt og i fig. 17 refererer ikke til sannsynligheten for å oppdage et elektron (den er alltid positiv!), men til bølgefunksjonen, som har et annet fortegn i forskjellige deler av elektronskyen.
Ris. 17 viser tilnærmet formen til elektronskyen ikke bare av 2p-elektroner, men også av p-elektroner i det tredje og påfølgende lag. Men grafene for den radielle sannsynlighetsfordelingen er mer komplekse her: i stedet for ett maksimum vist på høyre side av fig. 16 vises to maksima (3p elektron), tre maksima (4p elektron) etc. på de tilsvarende kurvene. I dette tilfellet er det største maksimum plassert lenger og lenger fra kjernen.
Elektroniske skyer av d-elektroner (l=2) har en enda mer kompleks form. Hver av dem representerer en "fire kronblad", og tegnene på bølgefunksjonen i "kronbladene" veksler (fig. 18).
Ikke bare energien til et elektron i et atom (og den tilhørende størrelsen på elektronskyen) kan bare anta visse verdier. Formen på elektronskyen kan ikke være vilkårlig. Det bestemmes av orbitalt kvantenummer I (også kalt sekundært eller azimutalt), som kan ta heltallsverdier fra 0 til (n - 1), der n er hovedkvantetallet. Ulike verdier av n tilsvarer forskjellige antall mulige verdier av /. Dermed, med n = 1, er bare én verdi av det orbitale kvantetallet mulig - null (/ = 0), med n = 2 / kan være lik 0 eller 1, med n = 3, de mulige verdiene av / er lik 0, 1 og 2, generelt tilsvarer en gitt verdi av hovedkvantetallet n n forskjellige mulige verdier av orbitalkvantetallet.
Konklusjonen om at formene til atomelektronskyer ikke kan være vilkårlige følger av den fysiske betydningen av kvantetallet /. Det er dette som bestemmer meningen orbital vinkelmoment til elektronet, denne mengden, som energi, er en kvantisert fysisk karakteristikk av tilstanden til et elektron i et atom.
Orbital vinkelmoment M-formelen til en partikkel som beveger seg rundt rotasjonssenteret i en bestemt bane er produktet mvf, Hvor T- partikkelmasse, v- hastigheten, G- radiusvektor som forbinder rotasjonssenteret med partikkelen (fig. 7). Det er viktig å merke seg at M er en vektormengde; retningen til denne vektoren er vinkelrett på planet som vektorene befinner seg i v Og G.
En viss form på elektronskyen tilsvarer en veldig spesifikk verdi av banevinkelmomentet til elektronet M. Men siden M bare kan ta diskrete verdier spesifisert av orbitalkvantetallet /, kan ikke formene til elektronskyene være vilkårlige : hver mulig verdi av / tilsvarer en veldig spesifikk form av elektronskyen.
Vi vet allerede at energien til et elektron i et atom avhenger av hovedkvantetallet P. I et hydrogenatom er elektronenergien fullstendig
Ris.
Ris. 8. Til konseptet av størrelsen og formen til elektronskyen bestemmes av verdien P. Men i multielektronatomer avhenger elektronenergien også av verdien av orbitalt kvantenummer /; årsakene til denne avhengigheten vil bli vurdert i § 31. Derfor kalles elektrontilstander preget av forskjellige verdier av / vanligvis energi subnivåer elektron i et atom. Disse undernivåene er tildelt følgende bokstavbetegnelser:
I samsvar med disse notasjonene snakker de om .s-sublevel, /^-sublevel, etc. Elektroner karakterisert ved sidekvantetallverdier på 0, 1, 2 og 3 kalles henholdsvis s-elektroner, p-elektroner, b/-elektroner og /-elektroner. For en gitt verdi av hovedkvantetallet P s-elektroner har lavest energi, da p-, d- og /-elektroner.
Tilstanden til et elektron i et atom som tilsvarer visse verdier pi jeg, skrives som følger: først angis verdien av hovedkvantetallet med et tall, og deretter indikeres orbitalkvantetallet med en bokstav. Altså betegnelse 2 R refererer til et elektron som har n = 2 og 1 = 1, betegnelse 3d- til elektronet, som har n = 3 og / = 2.
Elektronskyen har ikke skarpt definerte grenser i rommet. Derfor krever begrepet størrelse og form avklaring. La oss som et eksempel se på elektronskyen til et 15-elektron i et hydrogenatom (fig. 8). På punktet EN, plassert i en viss avstand fra kjernen, bestemmes tettheten til elektronskyen av kvadratet på bølgefunksjonen Tegn gjennom punktet ENoverflate med lik elektrontetthet, forbinder punktene der tettheten til elektronskyen er preget av samme verdi av j^. Når det gjelder et 15-elektron, vil en slik overflate vise seg å være en kule, inne i hvilken en del av elektronskyen er inneholdt (i fig. 8 er tverrsnittet av denne kulen ved planet til figuren avbildet av en sirkel som går gjennom punktet EN). La oss nå velge et punkt b, ligger i større avstand fra kjernen, og trekker også en overflate med lik elektrontetthet gjennom den. Denne overflaten vil også ha en sfærisk form, men inne i den vil den inneholde en større del av elektronskyen enn inne i sfæren EN. Til slutt, la den dominerende delen av elektronskyen være inneholdt i en overflate med lik elektrontetthet trukket gjennom et bestemt punkt c; Vanligvis er denne overflaten tegnet slik at den inneholder 90 % av ladningen og massen til elektronet. En slik overflate kalles grenseoverflate, og det er dens form og dimensjoner som anses å være formen og dimensjonene til elektronskyen. Grenseoverflate
Ris. 9. Grafer over funksjoner fif 2 for 1 s-elektron
Ris. 10.
15-elektronet er en kule, men grenseoverflatene til ^- og ^-elektronene har en mer kompleks form (se nedenfor).
I fig. Figur 9 viser verdiene til bølgefunksjonen φ (se figur 9, EN) og kvadratet (se fig. 9, 6) for et 15-elektron avhengig av avstanden fra kjernen r. Kurvene som er avbildet avhenger ikke av retningen som den målte avstanden r er plottet; det betyr at elektronskyen til ls-elektronet har sfærisk symmetri, dvs. har form som en ball. Kurven i fig. 9, EN plassert på den ene siden av avstandsaksen (abscisseaksen). Det følger at bølgefunksjonen til 15-elektronet har et konstant fortegn; vi vil vurdere det som positivt.
Figur 9 b viser også at når avstanden fra kjernen øker, avtar verdien av φ 2 monotont. Dette betyr at når du beveger deg bort fra kjernen, avtar tettheten til elektronskyen til 15-elektronen; Denne konklusjonen kan illustreres av fig. 5.
Dette betyr imidlertid ikke at med vekst G sannsynligheten for å oppdage et 15-elektron avtar også monotont. I fig. 10 er et tynt lag uthevet, innelukket mellom kuler med radier G og (g + Ar), hvor Ar er en liten mengde. Når r øker, avtar tettheten til elektronskyen i det sfæriske laget som vurderes; men samtidig øker volumet av dette laget, lik 4l g 2 Ar. Som angitt i § 26, er sannsynligheten for å detektere et elektron i et lite volum AK uttrykt ved produktet φ 2 DK. I dette tilfellet er AK = 4lg 2 Ar; derfor er sannsynligheten for å oppdage et elektron i et sfærisk lag innelukket mellom r og (r + Ar) proporsjonal med verdien 4r 2 f 2. I dette produktet, når r øker, øker faktoren 4l r 2, og faktoren φ 2 synker. Ved små verdier på g øker verdien 4l g 2 raskere enn φ 2 synker, ved store verdier - omvendt. Derfor går produktet 4lr 2 φ 2, som karakteriserer sannsynligheten for å detektere et elektron i en avstand r fra kjernen, gjennom et maksimum når r øker.
Avhengigheten av mengden 4r 2 f 2 av r er vist for 15-elektronet i fig. 11 (slike grafer kalles grafer av radial dis-
Ris. elleve.
Ris. 12. Bølgefunksjonsplott for 25- (EN) og 35 elektroner (b)
sannsynlighetsgrenser finne et elektron). Som fig. 11, er sannsynligheten for å detektere et 15-elektron i korte avstander fra kjernen nær null, siden G få. Sannsynligheten for å oppdage et elektron i svært stor avstand fra kjernen er også ubetydelig: her er faktoren φ 2 nær null (se fig. 9, 6). På et stykke fra kjernen g 0 sannsynligheten for å oppdage et elektron har en maksimal verdi. For hydrogenatomet er denne avstanden 0,053 nm, som sammenfaller med verdien av radiusen til elektronbanen nærmest kjernen beregnet av Bohr. Imidlertid er tolkningen av denne kvantiteten i Bohrs teori og fra kvantemekanikkens synspunkt annerledes: ifølge Bohr, et elektron i et hydrogenatom plassert i en avstand på 0,053 nm fra kjernen, og fra kvantemekanikkens synspunkt tilsvarer denne avstanden bare maksimal sannsynlighet elektrondeteksjon.
Elektroniske skyer av 5-elektroner av det andre, tredje og påfølgende laget har, som i tilfellet med 15-elektroner, sfærisk symmetri, dvs. preget av en sfærisk form. Men her endres bølgefunksjonen på en mer kompleks måte med økende avstand fra kjernen. Som fig. 12, avhengighet av φ av G for 25- og 35-elektroner er ikke monotont; i forskjellige avstander fra kjernen har bølgefunksjonen et annet fortegn, og på de tilsvarende kurvene er det nodalpunkter(eller noder), der verdien av bølgefunksjonen er null. Når det gjelder et 25-elektron er det ett sted, i tilfelle av et 35-elektron er det 2 steder osv. I samsvar med dette er strukturen til elektronskyen her også mer kompleks enn 15-elektronets. I fig. 13 viser et skjematisk diagram av en elektronsky av en 25-elektron som et eksempel.
Grafene over den radielle sannsynlighetsfordelingen for 25 og 35 elektroner har også et mer komplekst utseende (fig. 14). Her er det ikke lenger ett maksimum, som i tilfellet med 15-elektronen, men følgelig to eller tre maksimum. I dette tilfellet er hovedmaksimum plassert jo lenger fra kjernen, jo større er verdien av hovedkvantetallet P.
Ris. 1. 3.
Ris. 14. Radial sannsynlighetsfordelingsplott for 2s- (EN) og 35 elektroner ( 6 )
La oss nå vurdere strukturen til elektronskyen til 2/?-elektronet. Når du beveger deg bort fra kjernen i en bestemt retning, endres bølgefunksjonen til 2p-elektronet i samsvar med kurven vist i fig. 15, EN. På den ene siden av kjernen (til høyre i figuren) er bølgefunksjonen positiv, og her er det et maksimum på kurven, på den andre siden av kjernen (til venstre i figuren) er bølgefunksjonen negativ , og det er et minimum på kurven; ved origo blir verdien av φ null. I motsetning til 5-elektroner, har ikke bølgefunksjonen til et 2p-elektron sfærisk symmetri. Dette kommer til uttrykk i det faktum at høyden på maksimum (og følgelig dybden på minimum) i fig. 15 avhenger av den valgte retningen til radiusvektoren G. I en bestemt retning (for bestemthet vil vi vurdere det som retningen til koordinataksen X) høyden på maksimum er størst (se fig. 15, O). I retninger som lager en vinkel med aksen X, Jo større denne vinkelen er, desto mindre er høyden på maksimum (se fig. 15, b, V); hvis den er lik 90°, så er verdien av φ i den tilsvarende retningen null uansett avstand fra kjernen.
Grafen over den radielle sannsynlighetsfordelingen for 2p-elektronet (fig. 16) har en form som ligner på fig. 15, med den forskjellen at sannsynligheten for å finne et elektron i en viss avstand fra kjernen alltid er positiv. Plasseringen av maksimum på fordelingskurven er sannsynligvis
Ris. 16.
Ris. 15.
Ris.
Ris.
avhenger ikke av retningsvalget. Høyden på dette maksimum avhenger imidlertid av retningen: den er størst når radiusvektoren faller sammen med aksens retning X, og avtar når radiusvektoren avviker fra denne retningen.
Denne fordelingen av sannsynligheten for å oppdage et 2/β-elektron tilsvarer formen på elektronskyen, som minner om en dobbel pære eller hantel (fig. 17). Som man kan se, er elektronskyen konsentrert nær aksen X, og i flyet yz, Det er ingen elektronsky vinkelrett på denne aksen: sannsynligheten for å oppdage et 2p-elektron her er null. Tegnene "+" og "-" i fig. 17 refererer ikke til sannsynligheten for å oppdage et elektron (den er alltid positiv!), men til bølgefunksjonen φ, som har et annet fortegn i forskjellige deler av elektronskyen.
Figur 17 viser tilnærmet formen til elektronskyen, ikke bare av 2p-elektroner, men også til p-elektroner i det tredje og påfølgende lag. Men grafene for den radielle sannsynlighetsfordelingen er mer komplekse her: i stedet for ett maksimum vist på høyre side av fig. 16 vises to maksima (3p-elektron), tre maksima (4p-elektron) osv. på de tilsvarende kurvene. I dette tilfellet er det største maksimum plassert lenger og lenger fra kjernen.
Elektroniske skyer (7 elektroner (/ = 2)) har en enda mer kompleks form. Hver av dem er en "fire-kronblad", og tegnene på bølgefunksjonen i "kronbladene" veksler (fig. 18).
Elektronisk sky
Elektronisk sky er en visuell modell som reflekterer fordelingen av elektrontetthet i et atom eller molekyl.
I den første tiden etter at den berømte bølgeligningen til E. Schrödinger dukket opp, ble det gjort mange forsøk på å finne ut den mulige fysiske betydningen av bølgefunksjonen og å utvikle en modell for oppførselen til et elektron i et atom. Helt fra begynnelsen snakket E. Schrödinger om et "utsmurt elektron", hvis ladning også er smurt ut i rommet og fordelt langs antinodene til oscillasjoner, og foreslo konseptet med en "bølgepakke".
Fysikere var imidlertid kritiske til denne modellen. Max Born viste at disse bølgene burde tolkes statistisk ut fra sannsynlighetsteoriens synspunkt. Bølgene i seg selv er ikke materielle, de er bare matematiske uttrykk som beskriver sannsynligheten for å oppdage et elektron på et bestemt punkt i rommet.
Som en visuell modell av tilstanden til et elektron i et atom i kjemi, blir bildet av en sky tatt i bruk, hvis tetthet til de tilsvarende seksjonene er proporsjonal med sannsynligheten for å oppdage et elektron der. Elektronskyen er tegnet som tettest (der det er flest punkter) i områdene hvor elektronet er mest sannsynlig å bli oppdaget.
Det er andre måter å skildre den radielle fordelingen av sannsynligheten for å finne en elektronelektrontetthet i forhold til atomkjernen.
Den radielle fordelingskurven for sannsynligheten for å finne et elektron i et hydrogenatom viser at sannsynligheten for å finne et elektron er maksimal i et tynt sfærisk lag med et senter ved protonstedet og en radius lik Bohr-radiusen a 0 .
Elektronskyen er oftest avbildet som en grenseoverflate (som dekker omtrent 90 % av tettheten). I dette tilfellet er tetthetsbetegnelsen ved bruk av prikker utelatt.
Notater
se også
Wikimedia Foundation. 2010.
Se hva "Elektronisk sky" er i andre ordbøker:
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 (gammelgresk: ἄτομος udelelig) er den minste delen av et kjemisk grunnstoff, som er bæreren av dets egenskaper. Et atom består av en atomkjerne og en omgivende elektronsky. Kjernen til et atom består av positivt ladede protoner og... ... Wikipedia
Heliumatom Atom (gammelgresk: ἄτομος udelelig) er den minste delen av et kjemisk grunnstoff, som er bæreren av dets egenskaper. Et atom består av en atomkjerne og en omgivende elektronsky. Kjernen til et atom består av positivt ladede protoner og... ... Wikipedia
LAMBDA DOBLING (SPLITTING) AV ENERGINIVÅER AV MOLEKYLER svak splitting i to nivåer av hver elektronisk vibrasjonsrotasjonsenergi. nivå av et molekyl med ikke-null kvantetall og J (se Molekyl). Tallet L beskriver projeksjonen... ... Fysisk leksikon
- (fra det greske atomos udelelig) en partikkel av et stoff av mikroskopisk størrelse og svært lav masse (mikropartikkel), den minste delen av et kjemisk grunnstoff, som er bæreren av dets egenskaper. Hvert element tilsvarer en bestemt slekt A.,... ...
- (σ- og π-bindinger) kovalente kjemiske bindinger, karakterisert ved en mer spesifikk, men forskjellig romlig symmetri av elektrontetthetsfordelingen. Som kjent dannes en kovalent binding som et resultat av deling av elektroner... ... Stor sovjetisk leksikon
- (fra det greske atomos udelelig), del i va mikroskopisk. størrelse og masse (mikropartikkel), den minste delen av kjemikaliet. element, som er bæreren av St. Hver kjem. element tilsvarer definisjonen. slekt A., betegnet med kjemisk. symbol. A. finnes i … … Fysisk leksikon
Tidligere trodde forskerne at elektroner gikk i bane rundt positivt ladede kjerner og ble holdt i en viss avstand fra dem.
Det er nå bevist at slike baner ikke finnes i atomer. Basert på beregninger og eksperimentelle data har forskere slått fast at et elektron, når det beveger seg, kan være i forskjellige avstander fra kjernen. Jeg var også i stand til å installere sannsynlighet for opphold elektroner i en viss avstand fra kjernen.
Tilstedeværelsen av et elektron i en viss avstand fra kjernen er konvensjonelt representert med prikker. Der elektronet er oftere, er arrangementet av punkter tettere, der det er sjeldnere, er det mindre tett.
Når et elektron beveger seg for eksempel i et H-atom, danner det en slags sfærisk sky.
Settet med forskjellige elektronposisjoner anses som elektronsky med en viss negativ ladningstetthet.
I nærheten av kjernen kan du velge et rom hvor sannsynligheten for å finne et elektron er størst.
Rommet rundt atomkjernen der det er mest sannsynlig at et elektron finnes, kalles elektronsky.
|
S-elektroner har en sfærisk form av elektronskyen.
C - 1S 2 2 S 2 2P 2 P-elektroner har en hantelformet elektronform. skyer
(vanlig figur åtte figur).
Formen og størrelsen på en bestemt elektronsky bestemmes atomorbitaler. Atomorbitaler er en funksjon av elektronets doble natur, definert ved hvert punkt i det sirkumnukleære rommet. De har ingen form, fordi... Dette er et matematisk konsept. Imidlertid, i likhet med deres tilsvarende elektronskyer, er orbitaler betegnet med symbolene s, p, d, f.
I atomer av kjemiske elementer tilsvarer det første laget en s-orbital, som kan inneholde to s-elektroner. Det andre laget har en s orbital, energireserven til elektronene på det er høyere enn for elektronene i det første laget. I tillegg har det andre laget tre p-orbitaler, som tilsvarer hantelformede elektronskyer av samme størrelse. De er innbyrdes perpendikulære, som x-, y- og z-koordinataksene. Det tredje laget, i tillegg til en s og tre p-orbitaler, har fem d-orbitaler.
Det er 2 Sē i He-atomet. Derfor oppstår spørsmålet: hvordan kan to sfæriske elektronskyer sameksistere på samme energinivå?
Det viser seg at i tillegg til bevegelsen rundt kjernen, som vi allerede har vurdert, har elektroner også en bevegelse som kan representeres som deres rotasjon rundt sin egen akse. Denne rotasjonen kalles snurre rundt(oversatt fra engelsk - spindel).
En orbital kan inneholde bare 2 ē med motsatte (antiparallelle) spinn, dvs. den ene ē ser ut til å rotere rundt en akse med klokken, og den andre - mot klokken.
Som et resultat av eksperimentelle studier ble det funnet at for eksempel i naturlig oksygen, i tillegg til oksygenatomer med en masse på 16, er det også atomer med en masse på 17 og 18.
Variasjoner av atomer av samme grunnstoff som har samme kjerneladning (samme antall protoner i kjernen), men forskjellige masser (forskjellig antall nøytroner) kalles isotoper.