Состояние электронов в атоме

Электрон в атоме не имеет траектории движения, то есть можно говорить лишь о вероятности нахождения его в пространстве вокруг ядра. Он может находиться в любой части этого пространства, окружающего ядро, и совокупность различных положений его рассматривают как электронное облако с определенной плотностью отрицательного заряда.  Рисунок 2. Электронное облако атома водорода

На рисунке 2.показан «разрез» такой электронной плотности в атоме водорода, проходящий через ядро, а штриховой линией ограничена сфера, внутри нее вероятность обнаружения электрона составляет 90 %. Ближайший к ядру контур охватывает область пространства, в которой вероятность обнаружения электрона ~10 %, вероятность же обнаружения электрона внутри второго от ядра контура составляет ~ 20%, внутри третьего – ~30 % и т. д.

 Область вероятности обнаружения электрона не имеет четких границ. Однако можно выделить пространство, где вероятность нахождения электрона будет максимальной.

Пространство вокруг атомного ядра, в котором наиболее наиболее вероятно нахождение электрона, называется орбиталью.

 Рисунок 3 Форма s -, p - и d -орбиталей

 

В нем заключено приблизительно 90 % электронного облака, и это означает, что около 90 % времени электрон находится в этой части пространства. По форме различают 4 известных ныне типа орбиталей, которые обозначают латинскими буквами s, p, d и f. Графическое изображение некоторых форм электронных орбиталей представлено на рисунке 3.

Важнейшей характеристикой движения электрона на определенной орбитали является энергия его связи с ядром.

 

Электроны, обладающие близкими значениями энергии, образуют единый электронный слой или энергетический уровень. Энергетические уровни нумеруют, начиная от ядра: 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7.

Целое число n, обозначающее номер энергетического уровня, называют главным квантовым числом.

Число энергетических уровней (электронных слоев) в атоме равно номеру периода в системе Д. И. Менделеева, к которому принадлежит химический элемент: у атомов элементов первого периода – один энергетический уровень, второго периода – два, седьмого периода – семь.

Наибольшее число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле

N = 2 n ²,

где N – максимальное число электронов; n – номер уровня или главное квантовое число. Следовательно, на первом, ближайшем к ядру энергетическом уровне может находиться не более двух электронов;

· на втором – не более 8;

· на третьем – не более 18;

· на четвертом – не более 32.

А как, в свою очередь, устроены энергетические уровни (электронные слои)?Начиная со второго энергетического уровня (n = 2), каждый из уровней подразделяется на подуровни (подслои), несколько отличающиеся друг от друга энергией связи с ядром.

Число подуровней равно значению главного квантового числа: первый энергетический уровень имеет один подуровень; второй – два; третий – три; четвертый – четыре подуровня. Подуровни, в свою очередь, образованы орбиталями.Подуровни принято обозначать латинскими буквами, равно как и форму орбиталей, из которых они состоят: s, p, d, f.

· s -Подуровень – первый, ближайший к ядру атома подуровень каждого энергетического уровня, состоит из одной s -орбитали;

· р-подуровень – второй подуровень каждого, кроме первого, энергетического уровня, состоит из трех p -орбиталей;

· d -подуровень – третий подуровень каждого, начиная с третьего, энергетического уровня, состоит из пяти d -орбиталей;

f -подуровень каждого, начиная с четвертого, энергетического уровня, состоит из семи f -орбиталей.