Двойственная природа электрона. Урок 33-34

ПРОАНАЛИЗИРУЕМ, ЧТО МЫ УЖЕ ЗНАЕМ О СТРОЕНИИ АТОМА, А ЧТО ЕЩЕ НЕТ

Факт №1 Экспериментально было установлено, что …
а) электрон имеет определенный заряд Электрон (е-) несет отрицательный электрический заряд, равный 1,6 * 10-19 Кл. Условно заряд е- принимается за «-1».
б) электрон имеет определенную массу m (e-) = 9,1095 * 10-28 г , что составляет ⅟1836 массы атома водорода.
Вывод №1
Электрон – легчайшая отрицательно заряженная частица в атоме.

Факт №2
Пучок электронов, рассеиваемый кристаллом, дает такую же дифракционную картину, как и рентгеновское излучение.
Вывод №2
Электрон имеет волновой характер

В 1924 г. Луи де Бройль высказал гипотезу, что все объекты микромира характеризуются двойственной природой, обладая одновременно свойствами и частицы и волны.
В 1926 г. Шредингер показал, что движение электрона в атоме может быть описано волновой функцией, т.е. электрон следует рассматривать как размытое отрицательно заряженное «электронное облако».
Двойственная природа (дуализм) микромира

Двойственная природа электрона
Электрон имеет массу и заряд, как частица.
Электрон проявляет волновые свойства – способен к дифракции.
Электрон в атоме можно рассматривать как частицу, которая при движении проявляет волновые свойства. Т.е. нельзя описать движение электрона в атоме определенной траекторией (орбитой).

Электрон в атоме может находиться в любой точке пространства вокруг ядра, однако вероятность его пребывания в разных местах атомного пространства различна.
Атомная орбиталь –
область вокруг ядра атома,
в которой наиболее вероятно
нахождение электрона.

В настоящее время считается, что состояние каждого электрона в атоме определяется с помощью четырех квантовых чисел.
Первое из них называется главным квантовым числом. Оно обозначается буквой «n» и принимает значение простых целых чисел. Главное квантовое число определяет энергию электрона, степень удаленности от ядра, размеры электронной обитали.

Второе квантовое число называется орбитальным. Оно обозначается буквой «l » и принимает значения от 0 до n-1. Орбитальное квантовое число определяет орбитальный момент импульса электрона, а также пространственную форму электронной орбитали.

Формы атомных орбиталей
s-орбиталь
p-орбиталь

Формы атомных орбиталей
d-АО

Формы атомных орбиталей
f-АО

Число подуровней, на которые расщепляется энергетический уровень равно номеру уровня.
Энергетический подуровень – это совокупность электронных состояний, характеризующихся определенным набором квантовых чисел n и l.

Магнитное квантовое число ml определяет значения проекции орбитального момента на одной из осей, а также пространственную ориентацию элементарных орбиталей и их максимальное число на электронном подуровне. –
Оно принимает все целочисленные значения от – l до + l.
Например, при l =0 ml = 0;
при l =1 ml = -1; 0 ; +1;
при l =2 ml = -2; -1; 0 ; +1; +2;
Любому значению l соответствует (2l+1) возможных расположений электронного облака данного типа в пространстве.

Четвертое квантовое число называется спиновым квантовым числом. Оно обозначается ms или S и может принимать два значения +1/2 и –1/2. Наличие спинового квантового числа объясняется тем, что электрон обладает собственным моментом импульса(«спином»), не связанным с перемещением в пространстве вокруг ядра.

Общая характеристика состояния электрона в многоэлектронном атоме определяется принципом Паули:
в атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковыми.
На одной орбитали могут находиться не более двух электронов, отличающихся друг от друга спинами. Максимальная емкость энергетического подуровня – 2(2+l ) электронов, а уровня – 2n2.

Порядок заполнения орбиталей электронами
1s2 2s22p6 3s23p6 4s23d104p6 5s24d105p6 6s25d14f145d96p6 7s26d15f146d7…
Причем, строение электронной оболочки предыдущего (по ПСХЭ) атома наследуется.
При заполнении подуровня электроны стремятся занять свободные орбитали и только при их отсутствии размещаются на наполовину заполненных орбиталях, спариваясь с уже находящимися там электронами (правило Хунда).

Энергетические уровни атома

Энергетические подуровни

Упражнения
Пример 1.
Составим схему электронного строения и электронную формулу элемента с порядковым номером 7.
Решение.
Определим положение элемента в Периодической системе: 2-ой период, 5А группа.
2. Сделаем вывод о строении атома: заряд ядра =+7, общее кол-во электронов =7, кол-во электронных слоев =2, кол-во e- на внешнем слое =5.
3. Составим схему электронного строения: +7N )2e-)5e-
4. Определим распределение e- по подуровням и составим электронную формулу: 1s22s22p3.

Упражнения
Пример 2.
Составим схему электронного строения и электронную формулу элемента с порядковым номером 23.
Решение.
Определим положение элемента в Периодической системе: 4-ой период, 5Б группа.
2. Сделаем вывод о строении атома: заряд ядра =+23, общее кол-во электронов =23, кол-во электронных слоев =4, электронами заполняется предвнешний слой. 3. Составим схему электронного строения: +23N )2e-)8e- )8+3e- )2e-
4. Определим распределение e- по подуровням: 1s22s22p63s23p64s23d3.