Народна Освіта » Хімія » § 11. Рух електронів в атомі. Електронні орбіталі

НАРОДНА ОСВІТА

§ 11. Рух електронів в атомі. Електронні орбіталі

Пригадайте, як визначити склад атомів та властивості субатомних частинок (за § 9).

Подвійність поведінки електрона

Частинки з такими малими розмірами, як в електрона, мають унікальні властивості, що відрізняють їх від звичайних тіл, з якими ми маємо справу в повсякденному житті. У 1923 р. видатний французький фізик Луї де Бройль установив, що електрон одночасно виявляє властивості і частинки, і хвилі, тобто має двоїсту природу. Подібно до інших частинок, електрон має певну масу й заряд. Разом з тим під час руху електрон виявляє хвильові властивості. Хвиля відрізняється від частинки тим, що її положення в просторі в певний момент часу не можна точно визначити.

Через це для електрона неможливо водночас визначити швидкість руху та напрямок. Якщо ми знаємо, у якому напрямку рухається електрон, то не можна визначити його швидкість руху, і навпаки. Тому неможливо визначити, якою траєкторією рухається електрон в атомі. Цей принцип уперше визначив німецький учений В. Гейзенберг.

Отже, планетарна модель атома Резерфорда не зовсім відповідає дійсності в тім, що електрон обертається навколо ядра за певною орбітою. Для електрона поняття «траєкторія» застосовувати взагалі не можна. Про електрон можна стверджувати, що в певній точці простору є певна імовірність його перебування.

Поняття про орбіталі

Спробуйте відповісти на запитання: «Де під час футбольного матчу перебуває воротар?». Відповідь «у воротах» не зовсім відповідає дійсності. Воротар постійно рухається у межах певного простору навколо воріт. Найімовірніше його місце — безпосередньо поблизу воріт, із меншою імовірністю можна знайти його всередині футбольного поля і ще менша імовірність, що він буде у воротах супротивника або за воротами. І майже неймовірно знайти воротаря на трибунах болільників під час матчу. Отже, якщо сліди від взуття воротаря позначити на умовній схемі, то отримаємо зображення, як на малюнку 11.1. Можна сказати, що сліди воротаря утворюють так звану «хмарку» навколо воріт. Там, де щільність «хмарки» найбільша, там воротар перебуває частіше за все, а там, де воротар перебуває досить рідко,— «хмарка» розріджена.

Так і електрон в атомі перебуває не в одній конкретній точці, а утворює під час руху електронну хмару, густина якої (електронна густина) показує, у яких місцях електрон перебуває частіше, а в яких — рідше. Якщо б ми мали можливість відмічати слід електрона в просторі, то для атома Гідрогену отримали б хмару, як на малюнку 11.2. Ту частину електронної хмари, у якій електрон перебуває найбільше часу, тобто в якій електронна густина достатньо велика, називають атомною орбіта ллю. Якщо подовжити аналогію з переміщенням воротаря під час матчу, то «орбіталь воротаря» — це місце навколо воріт (мал. 11.1). Атомна орбіталь — це частина простору, де найімовірніше перебуває електрон.

Орбіталь — це частина простору, де імовірність перебування електрона вища за 90 %.

Електронні хмари, що утворюються окремими електронами в атомі, разом утворюють спільну електронну хмару атома — електронну оболонку.

Різновиди електронних орбіталей

Зазвичай електронну оболонку атомів утворює не один електрон, їх може бути до декількох десятків і навіть близько сотні. Вони не можуть міститися на одній орбіталі. Тому в більшості атомів електрони перебувають на різних орбіталях, серед яких виділяють чотири типи. Кожний тип орбіталей характеризується різними властивостями, зокрема, вони мають різну форму.

Орбіталі різної форми позначають різними буквами: 8, р, d і f.

s-Орбіталі мають форму кулі (мал. 11.3а, с. 60), інакше кажучи, електрон, що перебуває на такій орбіталі (його називають

s-електроном), більшість часу знаходиться в середині сфери. р-Орбіталі мають форму об’ємної вісімки (мал. 11.30)· Форми d- і /-орбіталей набагато складніші (мал. ІІ.Зв-е).

Як дізналися про форми орбіталей? Звичайно, орбіталь побачити неможливо ані неозброєним оком, ані за допомогою сучасних приладів. Орбі- і таль — це лише частина простору. А як можна побачити простір? Так само й неможливо побачити електрон, що перебуває на орбіталі. Про форму орбіталей ми знаємо завдяки математичним методам моделювання руху і частинок. У 1926 р. австрійський фізик Ервін Шредінгер вивів фундаментальне рівняння (рівняння Шредінгера), яке описує рух електрона в атомі, що дозволило обчислити ймовірність перебування електрона в тій чи іншій частині простору, а, отже, і визначити форму орбіталей. Відкриття Шредінгера було однією з передумов виникнення квантової хімії, яка вивчає будову і електронних оболонок атомів і молекул.

 

 

Австрійський фізик, лауреат Нобелівської премії з фізики 1933 року. Народився у Відні в родині фабриканта. Середню освіту здобув удома, у 1906 р. вступив до Віденського університету, а вже через чотири роки захистив докторську дисертацію. Свої дослідження проводив у галузі загальної теорії відносності, статистичної механіки, теорії кольору. Найбільший внесок зробив у квантову механіку, сформулювавши хвильову функцію (рівняння Шредінгера), яке описує поведінку мікрочастинок — електронів, протонів, атомів тощо. Це відкриття було потужним поштовхом у розвитку теоретичної фізики й хімії.

Висновки

1. Електрон виявляє подвійні властивості: він водночас виявляє властивості як частинки, так і хвилі. Завдяки цьому при визначенні положення електронів в атомі використовують поняття про орбіталь, як частину простору, де перебування електрона найімовірніше.

2. Розрізняють чотири типи орбіталей: s, р, d і f

Контрольні запитання

1. Яка незвичайна властивість електрона відрізняє його від звичайних фізичних тіл?

2. У чому полягає двоїста природа електрона?

3. Що називають: а) електронною хмарою; б) атомною орбіталлю; в) енергетичним рівнем; г) енергетичним підрівнем?

4. Яку форму мають S- і р-орбіталі?

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Зобразіть графічно структуру орбіталей в атомі для перших трьох енергетичних рівнів.

2. Чим відрізняються s-орбіталі першого і другого енергетичних рівнів? Що в них спільного?

3. Як ви вважаєте, завдяки яким взаємодіям електрони притягуються до ядра і відштовхуються один від одного?

 

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Григорович

 

Категорія: Хімія

Автор: admin от 13-09-2016, 17:47, Переглядів: 4945