Эрвин Шредингер предложил уравнение, которое можно использовать для описания поведения электрона в атоме:

-(h2/8π2m)*[(υ2ψ/υx2)+ (υ2ψ/υy2)+( υ2ψ/υz2)]+Vψ=Eψ

Hψ=Eψ

Ψ2 – вероятность нахождения электрона в данной точке пространства.

Точное решение уравнения Шредингера является очень сложной задачей, но приближенные методы решения позволяют получить ряд важных результатов.

Е сли взять определенный вектор и проекцию этого вектора на плоскости ху, то вектор можно охарактеризовать тремя величинами: углом θ, углом φ и r, т.е. получается, функция зависит от 3 переменных: θ, φ, r.

Обычно эту функцию делят на 2 составляющее, одна из которых зависит от r, другая от θ и φ. И называют их соответственно радиальная и угловая составляющие, т.е. чтобы охарактеризовать наиболее вероятное положение электрона в атоме, необходимо знать 3 некоторых переменных.

Эти переменные получили название квантовых чисел:

1. Главное квантовое число – n. Принимает значения от 1 до +∞;

2.     Орбитальное или побочное число – l. Принимает значения от 0 до -1;

3.     mL, принимает значения от –l до +l.

В последствии к этим 3-м числам было добавлено спиновое квантовое число. Соответственно, принимающее 2 значения: mL = -1/2, mL = +1/2.

Используя знания этих чисел, можно рассчитать, каким образом будут заполняться электронные оболочки атома.

В результате экспериментов, посвященных изучению строения атома, было установлено, что атом состоит из положительно заряженного ядра и электронной оболочки.    
     Ядро образовано протонами и нейтронами.    
     Протон — это частица, имеющая положительный заряд (+1).    
     Нейтрон — это нейтральная частица, заряд ее равен 0.    
     Из определений следует, что величина заряда ядра атома равна числу протонов и имеет положительное значение.    
     Электронная оболочка образована электронами, заряд у которых отрицательный. Число электронов равно числу протонов, поэтому заряд атома в целом равен 0 (т. е. атом электронейтральная частица).    
     Число протонов, а следовательно, заряд ядра и число электронов численно равны порядковому номеру химического элемента.    
     Далее следует отметить, что практически вся масса атома сосредоточена в ядре. Это связано с тем, что масса электрона настолько меньше массы протона или нейтрона, что ею пренебрегают (не учитывают).    

---

     Электроны двигаются вокруг ядра атома, не беспорядочно, а в зависимости от энергии, которой они обладают, образуя так называемый электронный слой.    
     На каждом электронном слое может располагаться определенное число электронов: на первом — не больше двух, на втором — не больше восьми, на третьем — не больше восемнадцати.    
     Число электронных слоев определяется по номеру периода, в котором расположен химический элемент.    
     Число электронов на последнем (внешнем) слое определяется по номеру группы рассматриваемого элемента.   
     Так, например, кислород расположен во втором периоде VI группы. Из этого следует, что у него два электронных слоя и на внешнем (втором) расположено шесть электронов.    
     Электронные слои заполняются у атомов постепенно, по мере увеличения общего числа электронов, которое соответствует порядковому номеру химического элемента. В сумме на первых двух электронных слоях может располагаться не более 10 электронов, т. е. элементом, завершающим второй период, является неон (Ne).    
     У атомов третьего периода в атоме находится три электронных слоя. Первый и второй электронные слои заполнены электронами до предела. Для первого представителя элементов третьего периода натрия схема расположения электронов в атоме выглядит так:    
         
     Из схемы видно, что атом натрия имеет заряд ядра +11. Электронную оболочку атома составляют 11 электронов. На первом электронном слое находится два электрона, на втором — восемь, а на третьем — один электрон. У магния, как элемента II группы этого периода, на внешнем электронном слое находится уже два электрона:    
         
     Для остальных элементов периода изменение строения атома происходит аналогично. У каждого последующего элемента, в отличие от предыдущего, заряд ядра больше на одну единицу и на внешнем электронном слое расположено на один электрон больше. Число электронов, располагающихся на внешнем электронном слое, равно номеру группы.

Завершает период аргон. Заряд его ядра +18. Это элемент VIII группы, поэтому на внешнем электронном слое его атома находится восемь электронов:    

---

         
     Далее можно сделать выводы и об изменении свойств элементов в периоде.    
     Любой период (кроме первого) начинается типичным металлом. В третьем периоде это натрий Na. Далее следует магний Mg, также обладающий ярко выраженными металлическими свойствами. Следующий элемент в периоде — алюминий А1. Это ам-фотерный элемент, проявляющий двойственные свойства (и металлов и неметаллов). Остальные элементы в периоде — неметаллы: кремний Si, фосфор Р, хлор С1. И заканчивается период инертным газом аргоном Аг.
    Таким образом, в периоде происходит постепенное ослабление металлических свойств и возрастание свойств неметаллов. Такое изменение свойств объясняется увеличением числа электронов на внешнем электронном слое: от 1 — 2, характерных для металлов, и заканчивая 5 — 8 электронами, соответствующими элементам-неметаллам.
    

---

5)Квантовые числа. Электронные конфигурации атомов.

- Электронная конфигурация — формула расположения электронов по различным электронным оболочкам атома химического элемента или молекулы.
Электронная конфигурация обычно записывается для атомов в их основном состоянии. Для определения электронной конфигурации элемента существуют следующие правила:
- Принцип заполнения. Согласно принципу заполнения, электроны в основном состоянии атома заполняют орбитали в последовательности повышения орбитальных энергетических уровней. Низшие по энергии орбитали всегда заполняются первыми.
- Принцип запрета Паули. Согласно этому принципу, на любой орбитали может находиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если они имеют противоположные спины (неодинаковые спиновые числа).
- Правило Хунда. Согласно этому правилу, заполнение орбиталей одной подоболочки начинается одиночными электронами с параллельными (одинаковыми по знаку) спинами, и лишь после того, как одиночные электроны займут все орбитали, может происходить окончательное заполнение орбиталей парами электронов с противоположными спинами.

С точки зрения квантовой механики электронная конфигурация — это полный перечень одноэлектронных волновых функций, из которых с достаточной степенью точности можно составить полную волновую функцию атома (в приближении самосогласованного поля).
Если говорить в общем, атом, как составную систему, можно полностью описать только полной волновой функцией. Однако такое описание практически невозможно для атомов сложнее атома водорода — самого простого из всех атомов химических элементов. Удобное приближённое описание — метод самосогласованного поля. В этом методе вводится понятие о волновой функции каждого электрона. Волновая функция всей системы записывается как надлежащим образом симметризованое произведение одноэлектронных волновых функций. При вычислении волновой функции каждого электрона поле всех остальных электронов учитывается как внешний потенциал, зависящий в свою очередь от волновых функций этих остальных электронов.
В результате применения метода самосогласованного поля получается сложная система нелинейных интегродифференциальных уравнений, которая всё ещё сложна для решения. Однако уравнения самосогласованного поля имеют вращательную симметрию исходной задачи (то есть они сферически симметричны). Это позволяет полностью классифицировать одноэлектронные волновые функции, из которых составляется полная волновая функция атома.

---

Для начала, как в любом центрально симметричном потенциале, волновую функцию в самосогласованном поле можно охарактеризовать квантовым числом полного углового момента и квантовым числом проекции углового момента на какую-нибудь ось . Волновые функции с разными значениями соответствуют одному и тому же уровню энергии, т. е. вырождены. Также одному уровню энергии соответствуют состояния с разной проекцией спина электрона на какую-либо ось. Всего для данного уровня энергии волновых функций. Далее, при данном значении углового момента можно перенумеровать уровни энергии. По аналогии с атомом водорода принято нумеровать уровни энергии для данного начиная с . Полный перечень квантовых чисел одноэлектронных волновых функций из которых можно составить волновую функцию атома и называется электронной конфигурацией. Поскольку всё вырождено по квантовому числу и по спину, достаточно только указывать полное количество электронов, находящихся в состоянии с данными , .
6) Принцип наименьшей энергии. Принцип Паули. Правило Хунга.

- В атоме каждый электрон располагается так, чтобы его энергия была минимальной (что отвечает наибольшей связи его с ядром).
Энергия электрона в основном определяется главным квантовым числом n и побочным квантовым числом l, поэтому сначала заполняются те подуровни, для которых сумма значений квантовых чисел n и l является наименьшей. Например, энергия электрона на подуровне 4s меньше, чем на подуровне 3d, так как в первом случае n + 1 = 4 + 0 = 4, а во втором n + l = 3 + 2 =5; на подуровне 5s (n + l = 5 + 0 = 5) энергия меньше, чем на 4d (n + l = 4 + 2 = 6); на 5р (n + l = 5 + 1 = 6) энергия меньше, чем на 4f (n + l = 4 + 3 = 7) и т.д.

---

Смотрите также файлы

• Причины гиповитаминоза у детей весной.pdf

• Практическая работа Анализ содержания и методического аппарата умк с точки зрения требований примерных рабочих программ (учитель английского языка Хасанова Э. Д. гр. 486).doc

• Лексус Левобережный Facebook com (дублирование vk com, Instagram com) Контент, апрель 2019.docx

• Тема Происхождение, сущность и функции денег. Денежные системы. Системы металлического денежного обращения.docx

• Контрольная работа 3 по теме Признаки равенства треугольников Цель проверить знания, умения и навыки учащихся по данной теме.docx