Б. Орбіталі [+1977 Гудман М., Морхауз Ф.
Б. Орбіталі
Уявлення про структуру атома докорінно змінилися протягом перших двох десятиліть XX століття в результаті робіт трьох вчених - Нільса Бора, Вернера Гейзенберга і Ервіна Шредінгера. Нільс Бор, який працював в Данії, ввів уявлення про те, що електрони навколо ядра обертаються по кругових орбітах. Його теорія добре пояснювала будову водню, проте зустрічалася з серйозними труднощами в разі інших атомів, оскільки електрон не рухається по орбіті, подібно твердому кульці. Вернер Гейзенберг в Німеччині висловив припущення про хвильову природу руху електронів. Точного положення електронів визначити не можна, оскільки для такого визначення положення електрона в часі і просторі потрібні були б впливу, які приводили б до порушення електрона і тим самим змінювали його положення. Це обмеження точності визначення місця розташування будь-якого об'єкта відомо як принцип невизначеності Гейзенберга. Ервін Шредінгер, який також працював в Німеччині, сформулював хвильові рівняння, що описують рух електронів навколо ядер. Цим усувалися жорсткі обмеження, що існували для строго визначених кругових орбіт Бора. Приймалося, що електрони розподілені по орбиталям або групам орбіталей. Строго кажучи, термін "орбиталь" є математичним представленням для опису руху електрона три обертанні навколо ядра. Для наочності ми вважаємо, що орбіталі визначають найбільш ймовірне місцезнаходження електронів. Орбіталі групуються в оболонки і подоболочки, що відрізняються один від одного за характером руху (квантовим числам) електронів при їх русі навколо ядра.
Рух електронів навколо ядра можна охарактеризувати за допомогою декількох квантових чисел. Головне квантове число n наближено характеризує розмір електронного хмари або енергетичний рівень орбіталі, по якій рухається електрон. Головне квантове число може приймати цілочисельні значення 1, 2, 3, 4, ..., але не може бути рівним нулю. Ці енергетичні рівні позначають буквами K, L, M, N, ... в порядку зростання енергії. Орбітальний квантове число l визначає форму електронної хмари (сферичне, що має форму гантелі і т. Д.). Воно може приймати значення 0, 1, 2, 3 ... (n-1). Магнітне квантове число m описує орієнтацію електронної хмари в просторі. Воно приймає значення цілих чисел від + l до -l. Нарешті, спінові квантове число s показує напрямок спина електрона. Воно може приймати значення 1/2 або - 1/2.
Електрони з однаковим значенням n належать до однієї і тієї ж електронної оболонці. Електрони з однаковими значеннями п і l відносяться до однієї подоболочкі, а електрони з однаковими значеннями n, l і m знаходяться на одній орбіталі.
З табл. 1 можна бачити взаємозв'язок різних квантових чисел. На рис. 1 представлено розподіл електронної щільності для різних електронів. Електронна щільність s-орбіталей має сферичну симетрію щодо початку координат (рис. 1, а). На рис. 1,6 показано електронне хмара s-електрона і залежність його електронної щільності від відстані від ядра. На рис. 1, в наведено просторове зображення трьох p-орбіталей, що перетинаються в точці початку координат, але рівномірно розподілених по осях x, y і z. Оскільки електрони, розташовані на одній орбіталі (т. Е. Мають однакові значення n, l і m), можуть володіти спіном, рівним або +1/2, або -1/2, на кожній орбіталі може знаходитися тільки два електрони з протилежними спинами . Такі електрони називаються спареними. Принцип, який запроваджує ці обмеження електронної структури, відомий як принцип Паулі і названий так на ім'я вченого, вперше його запропонував. Гунд сформулював правило, згідно з яким орбіталі, що володіють однаковою енергією, наприклад 2px, 2py, 2pz, повинні спочатку заповнюватися одним електроном, а потім вже може відбуватися спаровування електронів. У табл. 2 наведено електронний розподіл для атомів перших трьох періодів періодичної системи елементів. З даних цієї таблиці випливає, що виконується як принцип Паулі, так і правило Гунда.
