Квантовое состояние электрона в атоме

Тема: Строение атома.

Эрнест Резерфорд 1911г. Изучая полет альфа частиц через металлическую пластинку предложил следующую модель атома. Атом состоит из положительно заряженного ядра в котором сосредоточена почти вся масса атома и вращающийся вокруг него электрон. Заряд ядра равен сумме зарядов электронов , атом в целом электронейтрален. Расчет заряда ядер показал, что они равны порядковому номеру элемента в периодической системе. Порядковый номер элемента показывает число движущихся в поле ядра электронов. Развитая Резерфордом модель атома была значительным достижением в изучении строения атома, но имела следующие недостатки:

-не могла объяснить устойчивость атома, электрон электрон должен был бы упасть на ядро после излучении энергии виде электромагнитных волн при его вращении, однако этого не происходило.

-при приближении к ядру длины волн излучаемых электроном должны непрерывно изменяться образуя сплошной спектр, а в действительности спектр линейчатый, устранив этим противоречия попытался в 1913г. Нильс Бор. Опираясь на теория Планка согласно которому цвет излучается квантами.

h- постоянная Планка

- частота колебаний

Исходя из этой модели атома Резерфорда он выдвигает два постулата:

-электрон в атоме вращается вокруг положительно заряженного ядра, по строго стационарным определенным орбитам.

-вращаясь по орбите электрон не излучает и не поглощает энергию.

При переходе с ближней к ядру орбиты на более отдаленную электрон поглощает квант энергии. При переходе с дальней орбиты на ближнию излучает энергию.

Это можно выразить следующим образом:

Основной недостаток теории Бора – это соединение классической механики с квантовой. В частности он считал, что для электронов как и для объектов видимого макромира должно существовать понятие траектории движения однако нельзя распространять закон макромира на микромир.

Современное описание строения атомов исходит из квантовой теории в основе её лежит представление о корпускулярной волновой двойственности всей материи. Была установлена двойственна я природа света которая представляет собой поток материальных частиц фотонов. Учитывая эту двойственность энергии фотона.

И энергия частицы

m-масса частицы

с²-скорость света

должны быть равны т.е. , но

- длина волны

Получим:

1924год Луи Де Броиль предположил что двойственная структура света..........

Заменяя скорость света с скоростью частицы V он получил уравнение

mV-количество движ-я ил импульс р.

-это уравнение Де Броиля говорит о существовании некой волны сопровождающий каждую движущаюсю частицу для объеснения кажущейся двойственной природы электрона. Гесельберг выявил соотношение неопределенности:

-это неопределенность в значении импульса.

-это неопределенность в положении электронов, т.е. чем точнее определяются координаты частицы тем более неопределенным становится её импульс и наоборот.

Из соотношения Гесенберга следует важнейший вывод понятие о траектории движения электрона вокруг ядра атомов теряет всякий смысл т.к. электрон обладает волновыми свойствами, то его состояние в атоме можно описать с помощью уравнения волнового движения предположенного Шведенбергом. Это уравнение связывает энергию электрона в атоме с волновой функцией обозначаемой (пси) .

=это функция координат (ХУZ), квадрат этой функции характеризует вероятность обнаружения частиц в данной точке поля с координатами ХУZ. Т.е. является мерой электронной плотности в данном объеме, т.к. квантовая механика рассматривает вероятность пребывания электрона в пространстве вокруг ядра, то для описания нахождения электрона в атоме принято представление об электроном облаке- пространство вокруг ядра в котором наиболее вероятно нахождение электрона называется орбиталей. В нем сосредоточено 90% электронного облака.

Уравнение Шведенберга имеет решение только при некоторых значениях энергии электрона. Решение этого уравнения дает следующую информацию об электроне.

1-можно определить функции.

2- можно определить дискретный набор энергии которыми могут обладать электроны в атоме.

Квантовое состояние электрона в атоме.

Состояние электрона в атоме определяется четырьмя квантовыми числами:

А) n- главное квантовое число –определяет энергия электрона в атоме и размер электронного облака имеет целочисленное значение uравно номеру периода. Чем больше n тем больше запас энергии электрона и тем больше размеры электронного облака и тем слабее электрон связан с ядром.

Обозначается:

Б) L- орбитальное квантовое число характеризует энергетическое состояние электрона в в пределах данного уровня т.к. на одном и том же энергетическом уровне электроны имеют один и тот же запас энергии. L-показывает подуровней и определяет форму электронного облака. Принимает значение от 0 до n^-1

Если n=1 ,то L=0 (1S подуровень)

Если n=2 ,то L=0 (2S подуровень)

Если n=1 ,то L=1 (2Р подуровень)

n=3 ,то L=0 (2S подуровень)

n=2 ,то L=1 (2Р подуровень)

n=2 ,то L=2 (3d подуровень)

Электроны находятся на этих подуровнях соответственно называется s,p,d,f электронами.