Лекция 2 Строение атома

атома находится положительно заряженное ядро,
занимающее ничтожную часть

пространства внутри атома;
Весь положительный заряд и почти вся масса атом сосре-
доточены в ядре атома (масса электрона равна 1/1823 а.е.м.);
Вокруг ядра вращаются электроны. Их число равно положи-
тельному заряду ядра.

дискретные
орбиты, по которым движутся электроны не излучая

энергии;
Частота ν (ню) поглощаемого или испускаемого атомом излучения при
переходе из одного состояния с энергией Е₁ во второе с энергией E₂
определяется отношение:


где ν – частота поглощаемого или испускаемого атомом излучения;

- постоянная Планка.

1900 г.);
Применение «старой квантовой теории» для описания строения и спектра

атома водорода (Н. Бор,1913 г.);
«Волновая («волноподобная»?) природаматерии (Л. де Бройль, 1924 г.);
Построение квантовой и волновой механики (В. Гейзенберг, 1925 г.; Э. Шредингер, 1925-1926 гг.; учет теории относительности Эйнштейна, П. Дирак, 1928 г.);
Принцип Паули для многоэлектронных систем (В. Паули, 1925 г.);
Орбитальная модель многоэлектронных систем (Д. Хартри, 1928 г., В.А. Фок, 1930 г.);
Компьютер для расчета строения атома (Д. Атанасов, 1943 г.).

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

него электронов.
Ядро состоит из протонов (р) и нейтронов (n), которые

составляют основную массу атома: ; ;

; .
Сумма протонов и нейтронов составляет массу ядра и его заряд.
Электроны внешних слоев определяют реакционную способность вещества.

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

определяющая амплитуду стоячей электронной

волны;
- гаммильтониана;
- полная энергия.
Волновая функция должна удовлетворять стандартным условиям:
Волновая функция должна быть непрерывной, т.е. не приводить к исчезновению электрона;
Должна быть конечной, т.е. не должна быть бесконечной при определенных
значениях аргумента;
Однозначной, т.е. для любой точки должно иметься одно значение;
Обращаться в ноль на бесконечности.

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

водорода, который содержит один электрон. Было установлено, что энергия электронов

дискретна, т.е. характеризуется квантами, которые можно описать уравнением Планка:

Тогда,

где m - масса частицы.

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

l;
Угловая функция содержит

l и .
Угловая функция Ф(φ) содержит .

Безразмерные величины n, l, ms, ml называют квантовыми числами.
При решении уравнения Шредингера на квантовые числа накладываются строгие граничные условия, которые принимают целочисленные значения.

области атомного пространства,
только в различной вероятностью;
Величина ядра

атома и количество электронов определяется порядковым
номером элемента в периодической системе элементов Д.И. Менделеева.
Вероятность нахождения электрона в определенной области атомного
пространства зависит от собственных функций – квантовых чисел:

уровень энергии в целом.
Принимает значения простых целых чисел:

Совокупность

электронов с одинаковым главным квантовым числом
определяет квантовый или энергетический уровень.

форму орбитали.
Орбиталь – это область пространства в атоме, где вероятность

нахождения электрона максимальна.

Совокупность электронов с одинаковым значением орбитального квантового
числа образует квантовый или энергетический подуровень.
Орбитальное квантовое число принимает значения:

это s-подуровень, s-орбиталь, форма – сфера;
Если n = 2, l

= 1 – это р-подуровень, р-орбиталь, форма – гантель;
Если n = 3, l = 2 – это d-подуровень, d-орбиталь, форма – более сложная;
Если n = 4, l = 3 – это f-подуровень, f-орбиталь, форма – еще более сложная
форма;

электронной
орбитали в пространстве относительно осей x, y, z в

магнитном поле.
Магнитное квантовое число принимает значения включая 0,
всего направлений. Это означает, что для каждой формы орбитали
существует ( ) энергетически равноценных ориентации в пространстве.

Для s-орбитали (l = 0) такое положение одно и соответствует , поскольку сфера не может иметь разные ориентации в пространстве.
На р-подуровне (l = 1) находятся три равноценные орбитали в пространстве
(2l+1 = 3): m = -1; 0; +1.
На d-подуровне (l = 2) находятся пять равноценные орбиталей в пространстве
(2l+1 = 5): m =-2; -1; 0; +1; +2.
На f-подуровне (l = 3) находятся семь равноценные орбиталей в пространстве
(2l+1 = 7): m = -3; -2; -1; 0; +1; +2; +3.

определяет направление движения электрона
вокруг собственной оси. Эта величина векторная.

Электрон в атоме занимает
не любые, а строго определенные орбитали.
Спиновое квантовое число принимает только два значения , соот-
ветствующие противоположным направлениям движения электрона вокруг
собственной оси.

Функция определена, если известны 3-и квантовых числа.

не может быть 2-х электронов с одинаковым
набором

(одинаковыми значениями) всех четырех квантовых чисел.

Например:

распределиться
таким образом, чтобы спин был максимальным
Например:
Суммарный спин –

это число неспаренных электронов умноженное на спиновое
квантовое число, т.е. на каждой орбитали могут максимально находиться 2-а
электрона с противоположным спином.

стремятся занять наименьший по энергии энергетический
(квантовый) уровень или подуровень:
1s

< 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s = 4d < 5p < 6s = 4f = 5d < 6p < 7s=5f=6d<7p

незавершенные

Максимальное число электронов равно: , где
n – номер уровня

, то суммарный спин будет:
Если

, то суммарный спин будет:

это энергия, которая необходима для отрыва наиболее слабо связанного электрона

из атома в его нормальном состоянии (эВ).
Энергии ионизации отражают дискретность структуры электронных слоев и оболочек атомов химических элементов.
Чем больше заполнен энергетический (квантовый) уровень, тем меньше способность к ионизации.
Например: наименьшей величиной ионизации обладают щелочные металлы, что можно объяснить экранированием заряда ядра полностью завершенными электронными оболочками.

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

электрона к нейтральному атому. Электроотрицательность измеряется в эВ.
Наибольшим сродством к

электрону характеризуются р-элементы, наименьшим – атомы с конфигурацией и благородные газы.
Сродство к электрону определено не для всех элементов и выражается в относительных единицах в разных шкалах.

Например: шкала Полинга

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

рассчитанный из предположения ионного строения вещества или полного смещения электронов

к более электроотрицательному атому.
Номер группы в ПС указывает на высшую положительную степень окисления, которую может иметь элементы данной группы в соединениях.
Исключения: O; F; металлы семейства Fe; подгруппы Cu.

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

внешнего энергетического уровня и возможными переходами электронов.
Например:
СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

с другими атомами в соединении.
Для определения валентности атома необходимо

знать строение соединения.
Нельзя валентность отождествлять со степенью окисления.

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ