Енергетичний стан електрона в атомі. Будова електронних оболонок атомів. Електронні формули.

Енергетичний стан електрона в атомі. Будова електронних оболонок атомів. Електронні формули.

Планетарна (ядерна) модель будови атома була запропонована вченим Ернестом Резерфордом у 1911 році. Суть моделі. В центрі атома знаходиться позитивно зарядженне ядро. Навколо ядра рухаються негативно заряджені електрони, що утворюють електронну оболонку атома, розміри якої визначають розміри самого атома. Вся маса атома зосереджена в ядрі Вивчення будови атома підтвердило те, що електрони в атомі перебувають у постійному русі. Однак ядерна (планетарна) модель будови атома виявилася недосконалою, оскільки не дала чітких уявлень про розподіл електронів у просторі, який утворюється навколо ядра атома, та їх рух. Окрім цього, під час обертання навколо ядра електрони мали б втрачати енергію та впасти на ядро, чого насправді не відбувається. Це спонукало дослідників будови атома до нових роздумів і наштовхнуло на думку про те, що електрон проявляє подвійну природу, зокрема, як установив французький фізик Л. де Бройль (1892-1987), окрім властивостей мікрочастинки, він має властивості хвилі. Отже, було зроблено висновок: фізичні закони про рух великих тіл не відповідають уявленням про рух електронів.

Науковими дослідженнями встановлено, що електрон, рухаючись в атомі, не описує чітко виражену траєкторію, а утворює певний об’єм простору навколо ядра - електронну орбіталь. Тому можна описати більшу чи меншу ймовірність (до 90 %) перебування його в цьому просторі. Стан електронів в атомі. Електронна орбіталь — це об’єм простору навколо ядра атома, у якому найбільш імовірне перебування електрона. Отже, електрон перебуває в певний проміжок часу на електронній орбіталі. Унаслідок того, що електрон, крім властивостей частинки, наділений і властивостями хвилі, одночасно визначити швидкість і напрямок його руху неможливо. Досліджено, що швидкий рух електрона навколо ядра спричиняє утворення «електронної хмари» (уявіть собі рух прив’язаної до нитки кульки, яку швидко обертають). Ця хмара характеризується певною густиною негативного заряду, що ніби розтягується в об’ємі руху електрона. Там, де ймовірність перебування електрона найбільша, густина хмари велика, але з віддаленням його від ядра атома густина цієї хмари швидко зменшується  Електронні хмари, що виникають унаслідок руху окремих електронів у атомі, у сумі утворюють електронну оболонку атома. З’ясовано, що під час хімічних реакцій ядра атомів не зазнають жодних змін. Змінюються електронні оболонки й, відповідно, властивості елементів. Тому, щоб зрозуміти та пізнати суть хімічного перетворення, потрібно знати про стан електронів в атомі.

Відповідно до сучасної квантово-механічної теорії атомні орбіталь і стан електрона в атомі характеризується відповідно до певних законів з урахуванням двоїстої природи електрона в атомі. З цих законів випливає, що електрони в атомі розміщені шарами, які розташовані на певній відстані від ядра і один від одного. Електронні шари називають також енергетичними рівнями. Загальна кількість енергетичних рівнів у атомі елемента відповідає номеру періода, в якому знаходиться елемент у Періодичній системі. Так у елементів першого періоду існує лише один енергетичний рівень (позначається цифрою 1), у елементів другого періоду – два рівня (1 і 2), у елементів третього періоду – три рівня (1,2 і 3) і т.і. Енергетичні рівні у свою чергу розщеплюються на енергетичні підрівні, які відрізняються один від одного енергією зв’язку з ядром. Кількість енергетичних підрівнів на одному енергетичному рівні дорівнює номеру цього енергетичного рівня. Отже, на першому електронному шарі існує тільки один підрівень (позначається 1s), на другому – два підрівня (2s і 2p), на третьому – три (3s, 3p, 3d), на четвертому – чотири (4s, 4p, 4d, 4f). Енергетичні підрівні поділяються на орбіталі, кожна з яких характеризується власним запасом енергії, який визначає загальну відстань від ядра, орієнтацію у просторі, а отже, й форму орбіталей. Характеристика орбіталей. 

Електронна орбіталь – це простір навколо ядра атома, в якому найбільш імовірне перебування електрона Електронні орбіталі різняться за формою й напрямком у просторі. Ці електронні орбіталі різної форми позначають літерами s p d f і мають форми:

Електрони на орбіталях відрізняють: Відстанню від ядра. Формою орбіталі, на якій обертаються. Відрізняються обертом навколо власної осі (спіном) Для запису використовується умовні позначки електронів: Умовно кожень підрівень поділяється на комірки за напрямкомо рбіталі в просторі ⇅. На s-підрівні така квантова комірка лише одна, умовно позначається На р-підрівні їх три На d- підрівні – п’ять На f-дрівні сім Кожна комірка може розмістити лише 2 електрони, в ній може бути розміщено один, або два еектрони але с протилежним спіном

Одна орбіталь може містити не більше двох електронів, з антипаралельними спинами. Це правило називають принципом заборони Паулі. Заповнення електронами енергетичних рівнів записується електронними формулами. В атомі Гідрогену є один енергетичний рівень, на якому міститься один електрон:записується:де на початку записується номер енергетичного рівня, далі вказується форма орбіталі і кількість електронів на ній.