Атом состоит из атомного ядра и электронной оболочки

1.Атом состоит из атомного ядра и электронной оболочки.

Электронная оболочка атома – это совокупность всех электронов атома.

Одни электроны ближе к ядру, другие дальше от него. У них разный запас энергии. Чем ближе электроны к ядру, тем прочнее их связь с ядром, но тем меньше запас энергии. По мере удаления от ядра сила притяжения электронов к ядру уменьшается, а запас энергии увеличивается. По этим признакам электроны образуют энергетические уровни (электронные слои).

Квантовые числа - это энергетические параметры, определяющие состояние электрона и тип атомной орбитали, на которой он находится. Состояние электронов в атомах описывается четырьмя квантовыми числами: главным n, орбитаьным (побочным) l, магнитным ml, магнитным спиновым ms.

Главное квантовое число - n.

n – главное квантовое число, n – может принимать значения 1, 2, 3 и до бесконечности. Соответствует номеру периода.

Оно определяет:

• общую энергию электрона на данной орбитали,
• расстояние электрона от ядра (размер орбитали),
• номер электронного слоя, на котором находится данный электрон,
• максимальное количество электронов, которые могут находиться на электронном слое с номером n.

Совокупность электронов в атоме с одинаковым значением n называют электронным слоем (энергетическим уровнем).

Энергетические уровни обозначают прописными латинскими буквами.

Значение n	1	2	3	4	5	6
Обозначение электронного слоя	K	L	M	N	O	P
Максимальное число  электронов на данном слое Nn	2	8	18	32	50	72

Максимальное число электронов Nn, которые могут находиться на электронном слое с номером n равно:

Nn=2n2

Таким образом, на первом электронном слое может находиться не более двух электронов, на втором – 8, на третьем 18 и т.д.

Орбитальное квантовое число - l.

Побочное (орбитальное) квантовое число l принимает целые значения 0, 1, … (n – 1). Максимальное значение побочного квантового числа l на единицу меньше, чем значение главного квантового числа n. Если n=3, то побочное квантовое число может принимать значения 0, 1 и 2. Побочное квантовое число l определяет:

• орбитальный момент импульса электрона,
• форму электронной орбитали (ее тип),
• энергетическое состояние электронов на данной электронной оболочке в многоэлектронном атоме,
• максимальное количество электронов, которое может находиться на данной электронной оболочке.

Совокупность электронов в атоме с одинаковыми значениями n и l составляют электронную оболочку (энергетический подуровень). Максимальное число электронов на электронной оболочке Nl с данным значением l равно:

Nl = 2(2l + 1).

Электронные оболочки принято обозначается не цифрами, а буквами. Обозначение оболочек и максимальное число на них электронов:

Значение l	0	1	2	3	4	5
Обозначение электронной оболочки	s	p	d	f	g	h
Максимальное число электронов на данной оболочке Nl	2	6	10	14	18	22

Орбиталью называют пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона. Обычно орбиталь отождествляют с электронным облаком.

Рассмотрим различные формы электронных орбиталей.

s – орбиталь соответствует величине побочного квантового число l=0. Имеет сферическую симметрию.

p – орбиталь имеет место, если l=1. Имеет форму гантели.

d – орбиталям соответствует побочное квантовое число l=2. Эти орбитали имеют различную форму. 

Магнитное квантовое число - ml.

Магнитное квантовое число - ml - определяет ориентацию орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля. Магнитное квантовое число принимает любые целочисленные значения от -l до +l, включая 0. Это означает, что для каждой формы орбитали существует 2l+1 энергетически равноценных ориентаций в пространстве - орбиталей.

Для s-орбитали:

l=0, m=0 - одна равноценная  ориентация в пространстве (одна  орбиталь).

Для p-орбитали:

l=1, m=-1,0,+1 - три равноценные  ориентации в пространстве (три  орбитали).

Для d-орбитали:

l=2, m=-2,-1,0,1,2 - пять  равноценных ориентаций в пространстве (пять орбиталей).

Для f-орбитали:

l=3, m=-3,-2,-1,0,1,2,3 - семь  равноценных ориентаций в пространстве (семь орбиталей).

Спиновое квантовое число - ms.

Спиновое квантовое число - ms - определяет магнитный момент, возникающий при вращении электрона вокруг своей оси. Спиновое квантовое число может принимать лишь два возможных значения +1/2 и -1/2. Они соответствуют двум возможным и противоположным друг другу направлениям собственного магнитного момента электрона - спинам. Электроны, имеющие различные значения спинового квантового числа условно обозначаются стрелками, направленными вверх и вниз. Как будет показано в следующем разделе, на одной орбитали могут находиться только два электрона с антипараллельными спинами. Условно орбиталь изображается в виде так называемой квантовой ячейки – квадрата, в котором размещена стрелка, указывающая направление спина электрона.

Последовательность заполнения электронами уровней, подуровней, орбиталей в многоэлектронных атомах определяют:

1. принцип наименьшей энергии;

2. правило Клечковского;

3. принцип запрета Паули;

4. правило Гунда.

1) Принцип наименьшей  энергии: максимуму устойчивости системы соответствует минимум её энергии. (принцип устойчивости).

Орбитали заполняются, начиная с имеющих самую низкую энергию, в порядке её повышения. Такое состояние называется основным. В этом случае энергия атома является минимальной, а устойчивость — максимальной.

2) Правило Клечковского: ниже по энергии находится та орбиталь, для которой сумма значений главного и орбитального квантовых чисел (n+l) минимальна.

 Например, орбиталь 4s, для которой  n+l = 4+0 = 4,  заполняется раньше, чем 3d,  где сумма n+l = 3+2 = 5. При равенстве сумм ниже по энергии находится орбиталь с меньшим значением  главного кантового числа. Так, орбиталь 3d имеет более низкую энергию, чем4р.

Обычный порядок заполнения атомных орбиталей  имеет следующий вид:

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f =5d < 6p < 7s < 5f=6d …

3) Принцип запрета Паули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковыми наборами значений квантовых чисел n, l, ml,  ms. На любой орбитали может находиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если они имеют антипараллельные спины.

4) Правило Хунда (Гунда). В каждом квантовом слое одноимённые орбитали (орбитали одного подуровня) вначале заполняются однократно электронами с параллельными спинами, с тем, чтобы суммарный спин атома был максимальным; лишь после этого начинается спаривание электронов.