Понятие об электронной орбитали и электронном облаке кратко
Обновлено: 30.06.2024
Ключевые слова конспекта: строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева, завершенный электронный слой, валентный слой, энергетические уровни, правило октета, орбиталь,
Электронная оболочка атома — это все электроны атома. Электроны в электронной оболочке атома расположены слоями. Электроны в разных слоях различаются энергией взаимодействия с ядром атома. Чем дальше от ядра находится электрон, тем меньше энергия его взаимодействия с ядром.
Вместимость электронных слоев различная. В слое № 1, или в первом слое, у всех элементов, кроме водорода, находится 2 электрона. (В атоме водорода всего 1. электрон, и он — в первом слое.) Во втором слое может находиться не больше восьми электронов. В третьем слое максимально может расположиться 18 электронов. В четвертом слое максимально бывает 32 электрона.
Если N — максимальное число электронов на электронном слое с номером n, то для определения числа N можно воспользоваться формулой N = 2n 2 .
Завершенный электронный слой — это слой в атоме, содержащий максимально возможное для него число электронов.
Электронные слои заполняются так: сначала первый, потом второй и последующие — по мере уменьшения энергии их взаимодействия с ядром. Расположение по слоям электронов в атомах водорода, кислорода и магния:
Число электронных слоев атома равно номеру периода химического элемента в таблице Менделеева. Поэтому у атома водорода один электронный слой, у кислорода — два слоя, а у магния — три слоя.
Зная максимальное число электронов в каждом электронном слое атома, можно составить схему расположения электронов по слоям в заданном элементе. Электронные слои атомов называют энергетическими уровнями.
Химические свойства атомов определяются свойствами их электронов. Движение электронов в атоме описывают с привлечением понятия орбитали. Каждый электрон в атоме находится на своей орбитали.
Орбиталь — это часть электронного облака, создаваемого электронами при движении в атоме. Орбиталь — это пространство около ядра, где чаще всего находится электрон.
Электроны первых 30 химических элементов от водорода до цинка размещены на орбиталях трех видов — s , р и d . Вместимость любой орбитали — два электрона. На 1-м энергетическом уровне одна s-орбиталь.
Таблица. Строение электронных оболочек атомов
первых 20 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева
Приведем некоторые сведения, которые следуют из электронной формулы атома на примере атома фтора: F 1s 2 2s 2 2р 5 .
Фтор — элемент 2-го периода, т.к. в его электронной формуле два электронных слоя. Сумма всех надстрочных индексов — 9 (общее число электронов), это и атомный номер фтора. Элементы, у которых очередные электроны помещаются на s- и р-орбиталях, относятся к главным подгруппам таблицы Менделеева. Сумма электронов 2-го внешнего слоя дает номер группы — VII.
Электронное облако — модель движения электрона в атоме; область пространства, в каждой точке которой может находиться данный электрон.
Электронная орбиталь — область околоядерного пространства, в которой вероятность нахождения электрона более \(90\) %.
Электронные орбитали имеют разную форму . В атоме водорода орбиталь единственного электрона имеет форму шара. Это \(s\) - орбиталь .
Электронные орбитали различаются размерами . Размер зависит от энергии электрона. Чем больше энергия электрона, тем больше по размеру его орбиталь, и тем дальше он находится от ядра.
На одной орбитали может содержаться не более двух электронов . Два электрона на одной орбитали называют спаренными. Если на орбитали находится один электрон, то он неспаренный.
Большинство из нас думает, что знает об атомах достаточно много. Мы знаем какие они маленькие и даже можем дать определение атому. Но как же человечество пришло к пониманию, что такое атом и каковы основы строения атомов?
Модель атома Томпсона (пудинг с изюмом)
Эти лучи он назвал катодными лучами, позднее их стали называть электронными лучами. С помощью магнита, Томпсон определил, что эти лучи содержат частицы с отрицательным зарядом. После большой серии опытов ему удалось установить, что отрицательные частицы (электроны) очень малы, по сравнению с тем, что дает положительный заряд атому.
Модель атома Томпсона
Модель атома Резерфорда (ядерная модель)
Опыт резерфорда
Но вот произошло то, что он никак не ожидал увидеть: хотя большинство частиц летели прямо, некоторые отклонялись на большой угол, а некоторые летели назад в сторону источника. Этот эксперимент позволил предположить, что весь положительный заряд находится в ядре атома, а отрицательно заряженные электроны плавают вокруг него. Согласно ядерной модели строения атома по Резерфорду, большую часть атома занимает пустое пространство.
Модель атома Резерфорда
Модель атома Бора (планетарная модель)
Пока другие ученые ставили эксперименты с катодными лучами, Нильс Бор был озадачен теми линиями, которые давал водород при добавлении ему энергии. И вот возникла планетарная модель атома, в которой Бор предположил, что электроны движутся вокруг ядра по круговым орбитам, подобно планетам, вращающихся вокруг Солнца.
Также он полагал, что чем дальше электрон находится от ядра, тем большей энергией он обладает. При получении атомом дополнительной энергии, электроны с ближних орбит могут перескакивать на более отдаленные. Начальная орбиталь называется основной, а конечная – возбужденной. Энергия, полученная атомом должна куда-то уйти, и она высвобождается в виде квантов электромагнитного излучения. Т.к. существует несколько возбужденных состояний, то испускаются кванты различных энергий. Этим он объяснил полученный спектр водорода.
Опыт Нильса Бора
Современная модель атома (квантовая модель)
Во что мы верим сейчас? Из предыдущего раздела Основные понятия и законы химии, мы знаем, что Атом состоит из ядра и электронов. Атомное ядро имеет положительный заряд и состоит из протонов (Z) и нейтронов (N), а сумма масс протонов (Z) и нейтронов (N) атомного ядра называется массовым числом A = Z + N. Электроны атома расположены вокруг ядра на своих орбиталях.
Все 3 определения, найденные в интернете подозрительно похожи друг на друга.
Здесь всё предельно ясно. 1) Электронная (или атомная) орбиталь - решение уравнения Шрёдингера (точное или приближенное) для электрона в атоме. 2) Электронное облако - квадрат орбитали (электронная плотность) . 3) Электронная оболочка - сумма квадратов орбиталей всех электронов, имеющих одно и то же значение орбитального квантового числа (при фиксированном значении главного квантового числа) ; если оболочка полностью заполнена, то она имеет сферическую симметрию. И ещё: орбиталь - штука не наблюдаемая в принципе, а электронное облако - реально существующая вещь.
Похожи, но не одинаковы. Если ты смотришь правильные определения, то найдешь отличия.
Электронное облако - это наибольшая вероятность вращения электрона вокруг атома, иногда приравнивают к самому электрону.
Электронная оболочка атома - это совокупность всех электронных облаков (электронов) атома.
Электронная орбиталь - эта определённая траектория вращения электрона вокруг атома, определяется (описывается) побочным и магнитным квантовыми числами.
Читайте также: