Строение атома. Квантовые числа

постулатов  Бора для таких расчетов. В дальнейшем

теория  Бора была распространена и на атомную  структуру

других  элементов, хотя это было связанно с  некоторыми

трудностями из-за ее новизны.

Теория  Бора позволила разрешить очень  важный

вопрос  о расположении электронов в атомах различных

элементов и установить зависимость свойств  элементов

от строения электронных оболочек их атомов. В

настоящее время разработаны схемы строения атомов

всех химических элементов. Однако, иметь ввиду, что

все эти  схемы это лишь более или менее  достоверная

гипотеза, позволяющая объяснить многие физические и

химические  свойства элементов. Как раньше уже  было

сказанно, число электронов, вращающихся вокруг ядра

атома, соответствует  порядковому номеру элемента в

периодической системе.

Электроны расположены по слоям, т.е. каждому

слою принадлежит  определенное заполняющие или как бы

насыщающее  его число электронов. Электроны  одного и

того же слоя характеризуются почти одинаковым запасом

энергии, т.е. находятся примерно на одинаковом

энергетическом  уровне. Вся оболочка атома распадается

на несколько  энергетических уровней. Электроны

каждого следующего слоя находятся на более высоком

энергетическом  уровне, чем электроны предыдущего

слоя. Наибольшее число электронов N, могущих

находиться  на данном энергетическом уровне, равно

удвоенному  квадрату номера слоя:

N=2n

где n-номер  слоя. Таким образом на 1-2, на 2-8,

на 3-18 и  т.д. Кроме того, установлено, что  число

электронов  в наружном слое для всех элементов, кроме

палладия, не превышает восьми, а в предпоследнем -

восемнадцати.

Электроны наружного слоя, как наиболее

удаленные от ядра и, следовательно, наименее прочно

связанные с ядром, могут отрываться от атома и

присоединяться  к другим атомам, входя в состав

наружного слоя последних. Атомы, лишившиеся одного

или нескольких электронов, становятся заряженные

положительно, так как заряд ядра атома превышает

сумму зарядов  оставшихся электронов. Наоборот атомы

присоединившие  электроны становятся заряженные

отрицательно. Образующиеся таким путем заряженные

частицы, качественно отличные от соответствующих

атомов. называются ионами. Многие ионы в свою очередь

могут терять или присоединять электроны, превращаясь

при этом или в электронейтральные атомы, или в новые

ионы с  другим зарядом.

Теория  Бора оказала огромные услуги физике и

химии, подойдя, с одной стороны, к раскрытию  законов

спектроскопии и объяснению механизма лучеиспускания,

а с другой - к выяснению структуры отдельных  атомов и

установлению  связи между ними. Однако оставалось еще

много явлений  в этой области, объяснить которые

теория  Бора не могла.

Движение  электронов в атомах рисовалось Бору до

известной степени как простое механическое

перемещение, между тем как оно является весьма

сложным и  своеобразным. Своеобразие движения

электронов  было раскрыто новой теорией - квантовой,

или волновой, механикой. Квантовая механика

показывает, что законы движения электронов имеют

много общего с законами распространения волн. Я хочу

лишь основное уравнение волновой механики, в связи  с

ее сложностью: связывающие длину волны для  потока

электронов  с их скоростью и массой :

=-----

где h- постоянная Планка.

Охватывая более широкий круг явлений, чем

теория  Бора, решает ряд вопросов, с которыми теория

Бора справится не смогла.

Так, например, при помощи волновой механики

получает  объяснение устойчивость лишь определенных

электронных орбит. "Устойчивыми" являются лишь те

орбиты, на которых укладывается целое число  волн. Так

как длина  круговой орбиты с радиусом r равна 2 r,то

устойчивость  орбиты будет определятся ур-нием:

2 r=------

где n-целое  число. Это и есть математическое

выражение первого постулата Бора, которое  он в 1913

г. положил  в основу расчета движения электрона  в

атоме водорода.

В приведенном  выше ур-ние n-главное квантовое

число. Принимает  значения любого натурального числа.

1) Главное  квантовое число n определяет  уровень

энергии, которому отвечает данная орбита, и ее

удаленность от ядра. Главное квантовое число

определяет  среднее радиальное распределение

электронной плотности около ядра. Помимо главного

квантового  числа, состояние электрона в  атоме

характеризуется еще тремя другими квантовыми числами:

l,m,s.

2) Побочное (азимутальное) квантовое число l

характеризует момент количества движения электрона

относительно  центра орбиты. Оно определяет форму

электронного  облака (форму орбиты), его сплошность

или разрывы  и его вытянутость. (s,p,d орбитали)

3) Магнитное  квантовое число m определяет

положение плоскости орбиты электрона в  пространстве

или, согласно представления волновой механики, то

направление, в котором вытянуто электронное  облако.

Равно по модулю l.

4) Спиновое  квантовое число s определяет

направление вращения электрона. может принимать

только  два значения.

На основании  анализа спектров и учета

положения элементов в периодической системе  физиком

Паули был  найден общий принцип, позволяющий  избрать

те сочетания  квантовых чисел, которые отвечают

реальной  действительности. Согласно этому принципу

два электрона  в атоме не могут иметь четыре

одинаковых квантовых числа.