Расположение электронов

Электроны расположены по слоям, т. е. каждому слою принадлежит определенное заполняющие или как бы насыщающее его число электронов. Электроны одного и того же слоя характеризуются почти одинаковым запасом энергии, т. е. находятся примерно на одинаковом энергетическом уровне. Вся оболочка атома распадается на несколькоэнергетических уровней. Электроны каждого следующего слоя находятся на более высоком энергетическомуровне, чем электроны предыдущего слоя. Наибольшее число электронов N, могущих находиться на данном энергетическом уровне, равно удвоенному квадрату номера слоя:

N=2n

где n-номер слоя. Таким образом на 1-2, на 2-8, на 3-18 и т.д. Кроме того, установлено, что число электронов в наружном слое для всех элементов, кроме палладия, не превышает восьми, а в предпоследнем восемнадцати.

Электроны наружногослоя, 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 рисовалось Бору до известной степени как простое механическое перемещение, между тем как оно является весьма сложным и своеобразным. Своеобразие движения электронов было раскрыто новой теорией - квантовой, иливолновой, механикой. Квантовая механика показывает, что законы движения электронов имеют много общего с законами распространения волн. Я хочу лишь основное уравнение волновой механики, в связи с ее сложностью: связывающие длину волны для потока электронов с их скоростью и массой.

Охватывая более широкий круг явлений, чем теория Бора, решает ряд вопросов, с которыми теория Бора справится не смогла.

Так, например, при помощи волновой механики получает объяснение устойчивость лишь определенных электронных орбит. «Устойчивыми» являются лишь те орбиты, на которых укладывается целое число волн.

1) Главное квантовое число n определяет уровень энергии, которому отвечает данная орбита, и ее удаленностьот ядра. Главное квантовое число определяетсреднее радиальное распределение электронной плотности около ядра. Помимо главного квантового числа, состояние электрона в атоме характеризуется еще тремя другими квантовыми числами: l, m, s.

2) Побочное (азимутальное) квантовое число l характеризует момент количества движения электрона относительно центра орбиты. Оно определяет форму электронного облака (форму орбиты), его сплошность или разрывы и его вытянутость. (s, p, d орбитали)

3) Магнитное квантовое число m определяет положение плоскости орбиты электрона в пространстве или, согласно представления волновой механики, то направление, в котором вытянуто электронное облако. Равно по модулю l.

4) Спиновоеквантовое число s определяет направление вращения электрона. может принимать только два значения.

На основании анализа спектров и учета положения элементов в периодической системе физиком Паули был найден общий принцип, позволяющий избрать те сочетания квантовых чисел, которые отвечают реальной действительности. Согласно этому принципу дваэлектрона в атоме не могут иметь четыре одинаковых квантовых числа.