Строение атома
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=2n2,
где n - номер слоя;
N – наибольшее количество элементов.
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 Бор представлял как простое механическое,
однако, оно является сложным и своеобразным. Это своеобразие было объяснено
новой квантовой теорией. Отсюда и пошло: «Карпускулярно-вролновой дуализм».
И так, электрон в атоме характеризуется:
1. Главным квантовым числом n, указывающим на энергию электрона;
2. Орбитальным квантовым числом l , указывающим на характер орбиты;
3. Магнитным квантовым числом, характеризующим положение облаков в
пространстве;
4. И спиновым квантовым числом, характеризующим веретенообразное движение
электрона вокруг своей оси. [ 1, 4 ]
Глава II. Строение атома
Химики XIXв. Не в состоянии были ответить на вопрос, в чем суть
различий между атомами разных элементов, например меди и йода. Лишь в
период 1897-1911гг. удалось установить, что сами атомы состоят из еще более
мелких частиц. Открытие этих частиц и исследование строения атомов – того,
каким образом построены атомы разного вида из более мелких частиц, - одна
из наиболее интересных страниц истории науки. Более того, знание строения
атомов позволило затем провести исключительно успешную систематизацию
химических фактов, а это сделало химию более легкой для понимания и
усвоения. Величайшую помощь каждому, изучающему химию, окажет, прежде
всего, ясное представление о строении атома.
Частицы, из которых состоят атомы, - это электроны и атомные ядра.
Электроны и атомные ядра несут электрические заряды, которые в значительной
степени обуславливают свойства самих частиц и строение атомов.
2.1 Природа электричества.
Еще древние греки знали, что если янтарь натереть шерстью или мехом, то
он будет притягивать легкие предметы, например перья или кусочки соломы.
Это явление изучал Уильям Гильберт (1540-1603), который предложил
прилагательное электрический для описания действующей в данном случае силы
притяжения; оно происходит от греческого слова электрон, означающего
янтарь. Гильберт и многие другие ученые, в том числе и Бенджамин Франклин,
исследовали электрические явления; на протяжении XIX ст. были сделаны
многочисленные открытия, объясняющие явления электричества и магнетизма
(тесно связанного с электричеством).
Было установлено, что если сургучный стержень, ведущий себя так же, как
янтарь, натереть шерстяной тканью и сблизить его со стеклянным стержнем,
натертым шелковой тканью, то между стержнями проскакивает электрическая
искра. Было найдено также, что между такими стержнями действует сила
притяжения. Так, если сургучный стержень, получивший электрический заряд в
результате натирания шерстяной тканью, подвесить на нитке и приблизить к
нему заряженного стеклянного стержня, то заряженный конец сургучного
стержня повернется к стеклянному стержню. В то же время конец
наэлектризованного сургучного стержня; точно так же наэлектризованный
стеклянный стержень отталкивается от такого же наэлектризованного
стеклянного стержня.
В результате экспериментального изучения такого рода явлений сложилось
представление о существовании двух видов электричества, получивших название
смоляного электричества (которое собирается на стеклянном стержне); было
установлено, что противоположные виды электричества протягиваются, тогда,
как одинаковые отталкиваются. Франклин несколько упростил это
представление, приняв допущение, согласно которому может перетекать от
объекта к другому объекту электричество лишь одного вида. Он предположил,
что в процессе натирания стеклянного стержня шелковой тканью некий
электрический «флюид» переходит из ткани в стекло и стеклянный стержень
становится положительно заряженным благодаря избытку электрического флюида.
В ткани создается недостаток электрического флюида. В ткани создается
недостаток электрического флюида, и она становится отрицательно заряженной.
Он подчеркивал, что на самом деле не знает, перешел ли электрический флюид
из шелковой ткани в стеклянный стержень или из стеклянного стержня в ткань,
и поэтому решение считать электричество на стеклянном заряженном стержне
положительным является позволительным. В настоящее время действительно
известно, что когда стеклянный стержень натирают шелковой тканью, то
отрицательно заряженные частицы – электроны – переходят со стеклянного
стержня на шелковую ткань, и что Франклин в своем допущении сделал ошибку.
[5]
2.2 Электрон
Представление о содержащихся в веществах электрических частицах было
высказано в качестве гипотезы английским ученым Г. Джонстоном Стонеем.
Стоней знал, что вещества можно разложить электрическим током, – например,
воду можно разложить таким способом на водород и кислород. Ему было
известно также о работах Майкла Фарадея, установившего, что для получения
некоторого количества элемента из того или иного его соединения требуется
определенное количество электричества. Обдумывая эти явления, Стоней в
1874г. пришел к выводу о том, что они указывают на существование
электричества в виде дискретных единичных зарядов, причем эти единичные
заряды связаны с атомами. В 1891г. Стоней предложил название электрон для
постулированной им единицы электричества. Экспериментально электрон был
открыт в 1897г Дж. Дж. Томсоном (1856-1940) в Кембриджском университете.
[5]
2.2.1 Свойства электрона
Электрон представляет собой частицу с отрицательным зарядом величиной
–0,1602 10-18 Кл.
Масса электрона равна 0,9108 10-30кг, что составляет 1/1873 массы
атома водорода.
Электрон имеет очень небольшие размеры. Радиус электрона точно не
определен, но известно, что он значительно меньше 1·10-15м.
В 1925г. было установлено, что электрон вращается вокруг собственной
оси и что он имеет магнитный момент. [5]
2.2.2. Общие принципы заполнения электронных оболочек атомов
элементов по периодам.
Число электронов в электронейтральном атоме закономерно повышается при
переходе элемента от Z к Z + 1. Эта закономерность подчиняется квантовой
теории строения атома.
Максимальная устойчивость атома, как системы электрических частиц,
отвечает минимуму его полной энергии. Потому электроны при заполнении
энергетических уровней в электромагнитном поле ядра будут занимать
(застраивать) в первую очередь наиболее низкий из них (К – уровень; n=1). В
электронейтральном невозбужденном атоме электрон в этих условиях имеет
наименьшую энергию (и, соответственно, наибольшую связь с ядром). Когда К –
уровень будет заполнен (1s2 – состояние, характерное для атома гелия),
электроны начнут застраивать уровень L (n = 2), затем M – уровень (n=3).
При данном n электроны должны застраивать сначала s-, затем p-, d- и т. д.
подуровни.
Однако, как показывает рис. 3, энергетические уровни в атоме элемента
не имеют ясных грани. Более того, здесь наблюдается даже взаимное
перекрывание энергий отдельных подуровней. Так, например, энергетическое
состояние электронов в подуровнях 4s и 3d, а так же 5s и 4d очень близки
между собой, а 4s1 и 4s2 – подуровни отвечают более низким значениям
энергии, чем 3d. Поэтому электроны, застраивающие, M- и N- уровни, в первую
очередь попадут на 4s – оболочку, которая относится к внешнему электронному
слою N (n=4), и лишь по ее заполнении (т. е. после завершения построения
оболочки 4s2) будут размещаться в 3d – оболочке, относящейся к предвнешнему
слою M (n=3). Аналогичное наблюдается и в отношении электронов 5s- и 4d –
оболочек. Еще более своеобразно идет заполнение электронами f – оболочек:
они при наличии электронов на внешнем уровне n (при n, равном 6 или 7)
застраивают уровень n=2, т. е. предпревнешний слой, - пополняют оболочку 4f
(при n=6) или соответственно обол
| |  скачать работу |
Строение атома |
