Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 1 (1110090), страница 126
Текст из файла (страница 126)
водорода зависит только от л, и уровню с заданным н соответствует ряд состояний, отличающихся значениями 1, шь ю,. Состояния с заданными л н ! принято обозначать как 1А 2з, 2р, Зз и т.д., где цифры указывают значения л, а буквы а р, А/'и дальше по латинскому алфавиту соответствуют значениям ! = О, 1, 2, 3, ... Число разл состояний с заданными н и ! равно 2(21+ 1) числу комбинаций значений вч и в,. Общее число разл состояний с зал — 1 данным н равно 2' 2(21 + 1) = 2лз, т.
е. уровням со значе- ~-е пнями н = 1, 2, 3, . соЪтветствуют 2, В, 18, ..., 2лз разл. квантовых состояний. Уровень, к-рому соответствует лишь одно квантовое состонние (одна волновая ф-ция), наз. невы- рожденным. Если уровню соответствует два или более квантовых состояниц он наз. вырожденным (см. Выролсдение энергеюичесхих уровней). В А. водорода уровни энергии вырождены по значениям ! и вб вырождение по нь имеет 404 к значению, отвечающему своб.
(покояшемуся) электрону, удаленному из А. Квантовое состояние А. с энергией Е полностью описывается волновой ф-лией ф(г), гле г — ралиусвектор электрона относительно ядра. Произведение )ф(г))зй)'равно вероятности нахождения электрона в объеме ЯК то есть ) ф(г)! '-плотность вероятности (электронная плотность! Волновая ф-ция ф определяется уравнением Шрбдингера Нф = Еф, где Н-оператор полной энергии (гамильтоииан) Наряду с энергией движение электрона вокруг ядра (орбитальное движение) характеризуется орбитальным моментом импульса (орбитальным мех. моментом) Мб квадрат его величины может принимать значения, определяемые орбитальным квантовым числом 1=О, 1, 2, Мз = Ьз!(!+!), где Ь = Ь/2х.
При заданном л квантовое число ! может принимать значения от 0 до (л — 1). Проекция орбитального момента на нек-рую ось г также принимает дискретный ряд значений Ма =Ьпь где лп — магнитное квантовое число, имеющее дискретные значения от — ! до + ! (- !, ... — 1, О, 1, ... + !), всего 21+ 1 значений. Ось х для А. в отсутствие внеш. сил выбирается произвольно, а в маги.
поле совпадает с направлением вектора напракенности поля. Электрон обладает также собственным моментом импульса — сл«лом и связанным с ним сливовым маги. моментоы. Квадрат спинового мех. момента М' = Азу(Е+ +1) определяется синцовым квантовым числом В = '/, а проекция этого момента на ось г М„= = ю,й -квантовым числом т„принимаюпшм полуцелые значения зи,='/з н и,= /з. место лишь приближенно, если не учитывать взаимод, спинового маги. момента электрона с маги.
полем, обусловленным орбитальным движением электрона в электрич. поле ядра (см. Слил-орбитальное взаимодействие). Это-релятивистский эффект, малый в сравнении с кулоновским взаимод., однако он принципиально существен, т.к. приводит к дополнит. расщеплению уровней энергии, что проявляется в атомных спектрах в виде т.наз. тонкой структуры. При заданных л,! н т! квадрат модуля волновой ф-ции (фигли) определяет для электронного облака в А. среднее распределение электронной плотности.
Разл. квантовые состояния А. волорода существенно отличаются друг от друга распределением электронной плопюсти (рис 2). Так, при 1= 0 (з-состояния) электронная плотность отлична от нуля в центре А. и не зависит от направления (т. е. сферически симметрична), для остальных состояний она равна нулю в центре А. и зависит от направления. гз т-О Ззтб 28 т-О ИНД ЕИН Зр т ! За т-О За т-! Рис 2 Форма змктроиимз облаков Ллк различима состовлиб атома волорола Зал 2 В многоэлектронных А, вследствие взаимного электростатич.
отталкивания электронов существенно уменьшается прочность их связи с ядром, Напр., энергия отрыва электрона от иона Не" равна 54,4 ЗВ, в нейтральном атоме Не она значительно меньше — 24,6 ЗВ. Для более тяжелых А. связь виеш. электронов с ядром еще слабее. Важную роль в многоэлектронных А. играет спецнфич. обменное взаимодействие, связанное с неразличимостью электронов, и тот факт, что электроны подчиняются Паули принципу, согласно к-рому в каждом квантовом состоянии, характеризуемом четырьмя квантовыми числами, не может находиться более одного электрона. Для многоэлектронного А.
имеет смысл говорить только о квантовых состояниях всего А. в целом. Однако приближенно, в т.нах однозлектронном приближении, можно рассматривать квантовые состояния отдельных электронов н характеризовать каждое одноэлектронное состояние (определенную орбиталь, описываемую соответствующей ф-пней) совокупностью четырех квантовых чисел л, 1, т! и тм Совокупность 2(2!+ 1) электронов в состоянии с данными л и 1 образует электронную оболочку (нах также подуровнем, подоболочкой); если все этн состояния заняты электронами, оболочка нах заполненной (замкнутой).
Совокупность 2нг состояний с одним и тем же л, но разными ! образует электронный слой (наз. также уровнем, оболочкой); Для л = 1, 2, 3, 4, ... слои обозначают символами К, Е, и, А(, ... Число электронов в оболочках и слоях прн полном заполнении приведены в таблице: 405 АТОМ 215 л ! 3 4 кс ! о зз г ! своа О! м 2р 2 ч- б 8 М.слоя О зз гз Зр ЗВ 2+ б.!- зе зб Слои ! оболочки Число злак троиоа в слос Л.слов Озг З 4з 4р 44 41 2+8+ зе+ !4 Для кщкдого периода указаны электронная конфигурация благородного газа, макс. число электронов, а в последней строке приведены значения н+ 1, Имеются, однако, ототупления от этого порядка заполнения (подробнее о заполнении оболочек см. Периодическая система химических элементов).
Между стационарными состояниями в А, возможны квинтовые переходы. При переходе с более высокого уровня энергии Е, на более низкий Еь А. отдает энергию (Е, — Ез), при обратном переходе получает ее. При излучательных переходах А. испускает или поглощает квант злектромагн. излучения (фотонь Возможны и безызлучательные переходы, когда А. отдает или получает энергию при взаимод.
с др:. частицами, с к-рыми он сталкивается (напр., в газах) или длительно связан (в молекулах, жидкостях и твердых телах). В атомарных газах в результате столкновения сноб. А. с др. частицей он может перейтн на др. уровень энергии-испытать неупругое столкновение; при упругом столкновении изменяется лишь кнпетич. энергия поступат. движения А., а его полная внутр, энергия Е остается неизменной. Неупругое столкновение своб. А. с быстро движущимся электроном, отдающим этому А, свою кинетич энергию;возбуждение А. электронным ударом -один из методов опрелеления уровней энергии А.
Прочность связи электрона в Ао т.е. энергия, к-рую необходимо сообщить электрону, чтобы удалить его из Ам уменьшается с увеличением л, а при данном л — с увеличением ! Порядок заполнения электронами оболочек и слоев в сложном А. определяет его электронную конфигурациюю, т.е. распределение электронов по оболочкам в основном (невозбужденном) состоянии этого А. и его ионов При таком заполнении последовательно связываются электроны с возрастающими значениями л и !. Напр, для А.
азота (Е = 7) и его ионов )ч) ', )ч)г ', Хв а, )ч)а з, )ч) " и Хь ' электпзонные конфигурации имеют вид соотгм 1зг2зг2рз. 18 28г2рг. (згзчг2р. 1882лг. (лгй. 182. 18 (число электронов в каждой оболочке указывается индексом справа сверху). Такие же электронные конфигурации„как и у ионов азота, имеют нейтральные А. элементов с тем же числом электронов: С, кь Ве, !л, Не, Н (Е= 6, 5, 4, 3, 2, 1). Начиная с л = 4 порядок заполнения оболочек изменяется: электроны с большим л, но меньшим ! оказываются связаннымн прочнее, чем электроны с меньшим л и большим ! (правило Клечковского), напр.
4э.электроны связаны прочнее Ы-электронов, и сперва заполняется оболочка 48, а затем Зд. При заполнении оболочек Ы, 4з(, 5д получаются группы соответствующих переходных элементов; при заполнении 4)-' и 57"-оболочек — соота лантаноиды и актиноиды. Порядок заполнения обычно соответствует возрастанию суммы квантовых чисел (л+ (); при равенстве этих сумм для двух или более оболочек сначала заполняются оболочки с меньшим л. Имеет место след.
последонательность заполнения электронных оболочек: Период 1 2 3 4 1бг 2822рь ЗлзЗрь 4зтЫго4рь з 2 8 8 18 н+! 1 2 3 3 4 4 5 5 Период 5 6 7 58г4дзо5рь 68242 та5дзобрь 7825)за 18 32 л+! 5 6 6 6 7 7 7 7 8 21б АТОМНАЯ Строенне атома и свойства веществ. Хим. св-ва определяются строением внеш электронных оболочек Аи в к-рых электроны связаны сравнительно слабо (энергии связи от неск. зВ до песк. десятков зВ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
