Основы химии
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
?ачения волновой функции и возможные /допустимые/ значения квантовых чисел.
2.1.4. Квантовые числа. Атомные орбитали.
Так как электрон имеет четыре степени свободы, то для характеристики его поведения в атоме требуется четыре квантовых числа.
Главное квантовое число n определяет удаленность атомной орбитали от ядра и характеризует общий запас энергии электрона на данном энергетическом уровне. n принимает целочисленные значения от единицы до бесконечности. В зависимости от цифровых значений главного квантового числа приняты буквенные обозначения квантовых уровней n=1, 2, 3, 4,…
обозначение К, L, M, N,…
Чем больше n, тем слабее электрон связан с ядром и более емким становится квантовый уровень. Числовые значения n определяют также и количество подуровней, содержащееся на данном квантовом уровне /т.е. числовые значения n определяют емкость квантового уровня/. Так, если n=3, то это значит, что имеем третий квантовый уровень, который состоит из трех подуровней.
Орбитальное квантовое число l характеризует момент количества движения электрона относительно центра орбитали. Наличие такого движения приводит к делению квантового уровня на подуровни. Орбитальное квантовое число характеризует так же пространственную форму электронного облака. Это квантовое число предопределяется главным квантовым числом n и принимает ряд целочисленных значений от нуля до n1. В зависимости от числовых значений l приняты буквенные обозначения подуровней:
n=1, 2, 3, 4,…
l=0, 1, 2, 3,…,1
обозначение подуровня: s, p, d, f,…
форма орбитали
Магнитное квантовое число ml характеризует магнитный момент электрона. Определяет ориентацию квантового подуровня в пространстве. Число проекций подуровня на направление магнитных силовых линий квантуется и оно равно количеству орбиталей на данном подуровне. Можно сказать, что магнитное квантовое число определяет количество орбиталей на подуровне. ml принимает значения от l через ноль до +l.
ml = l,…,+1, 0, 1,…, +l.
Рассмотрим подуровень s. Для него: l=0, ml=0
Hрис.2.1.
У подуровня шарообразной формы может быть только одна проекция. (рис.2.1.), имеющая значение ноль. Следовательно, на s -подуровне только одна s-орбиталь.
Подуровень Р имеет l=1, а ml = 1, 0, +1
l=1
В данном случае согласно правил квантования уже три проекции.
Следовательно на р-подуровне три р-орбитали. рис2.2.
Для d-подуровня: l=2, ml = 2, 1, 0, +1, +2. Это значит, что согласно квантовой теории d-подуровень состоит из пяти d-орбиталей.
Подуровень f имеет l=3, ml = 3, 2, 1, 0, +1, +2, +3. Следовательно f-подуровень состоит из семи f-орбиталей.
Число орбиталей на подуровне можно определить из выражения ml =2l+1:
значение l: 0, 1, 2, 3, …….
подуровень: s, p, d, f, …….
число орбиталей: 1, 3, 5, 7, …….
Спиновое квантовое число ms характеризует собственный момент количества движения, возникающий как бы из-за вращения электрона вокруг собственной оси. Принимает два значения: +1/2 и 1/2, что соответствует двум возможным направлениям вращения электрона.
ms= +1/2; 1/2.
Оно получено из опытов Штерна и Герлаха.
Рассмотренные квантовые числа определяют энергию электрона, объем и форму пространства, в котором вероятно его пребывание в околоядерном объеме, т.е. размер, форму и ориентацию орбитали в пространстве.
Так как волновая функция y является решением уравнения Шредингера при всевозможных значениях квантовых чисел, то можно сказать, что волновая функция является в свою очередь функцией рассмотренных квантовых параметров n, l и ml, где:
n= 1, 2, 3, 4,…,
l= 0, 1, 2, 3,…,n1
ml=l,…, 1, 0, +1,…, +l
Атомные орбитали. Так как вероятность нахождения электрона в пространстве далеком от ядра очень мала, когда говорят об орбиталях, то имеют в виду такую область вокруг ядра атома внутри которой сосредоточено 9095% электронного заряда. С точки зрения квантовой механики атомные орбитали являются геометрическим изображением волновой функции y (n, l, ml).
Z Электронное облако. Если бы в каждый момент времени
y определяли положение электрона в трехмерном пространстве и
ставили в том месте точку, то через множество таких определений
X получили бы картину в виде пространственного облака изображен-
ного точками с размытыми краями /рис.2.3.)
рис.2.3.
Такое зарядовое облако называют электронным облаком. Его плотность, пропорциональная y2, является непосредственной мерой вероятности нахождения электрона. Граничная поверхность облака, внутри которой содержится 9095% электронного заряда, дает форму орбитали.
Z s-орбиталь. Она существует при l=0. Значение ml тоже равно
Yнулю. Имеем только одно значение ml =0. Следовательно,
s-орбиталь имеет максимальную симметричность. У нее
Xсферическая форма (рис.2.4.). В этом случае вероятность на
хождения электрона в околоядерном пространстве определя
рис.2.4. ется только радиусом-вектором и не зависит от угла координат.
yРадиальное распределение электронной плотности для 1s
электрона соответствует кривой с максимумом (рис.2.5.).
Максимум распространения вероятности находится на
0r1r,A0расстоянии от ядра r1, которые соответствует радиусу
рис.2.5.первой боровской орбиты.
р-орбиталь. Существует при l=1. ml = 1, 0, +1.
Zр-орбиталь появляется на втором и всех последующих
Рz уровнях. Так как ml имеет три значения, то на р-подуров-