Будова атома

Мета вивчення теми:

- засвоїти основи теорії будови атома (основні ідеї квантової механіки, апарат квантових чисел електронів в атомі, принцип Паулі, правило Хунда, правила Клечковського, будова оболонок багатоелектронних атомів);

- складати електронні формули і графічні схеми електронних конфігурацій атомів і їх валентних оболонок у стаціонарному і збудженому станах.

Відповідно до сучасних уявлень атом являє собою складну систему з позитивно зарядженого ядра і електронів, що рухаються навколо нього, зв'язаних силами електричної взаємодії. У ядрі сили ядерної взаємодії утримують разом протони, кожний з яких несе один позитивний елементарний заряд, і електрично нейтральні нейтрони. Величина заряду ядра дорівнює (в одиницях елементарного заряду) числу протонів і, відповідно, числу електронів у нейтральному атомі. Ця величина визначає порядковий номер у періодичній системі і тим самим – хімічну індивідуальність кожного елемента.

Корисно зрозуміти і запам'ятати взаємозв'язок основних фізичних характеристик – мас m і зарядів q – складаючих атом частинок з іншими хімічними константами:

m _p» m _n » 1/ N _A = 1/ 6,02×10²³ = 1,67×10^-24 г = 1,67×10^-27 кг.

m _ē = 1/1840 × m _p = 9,1×10^-28 г = 9,1×10^-31 кг.

| q _ē | = | q _p| = F / N _A = 96500 / 6,02×10²³ = 1,60×10^-19 Кл.

Тут: N _A= 6,02×10²³ моль^-1– число Авогадро; F = 96500 Кл/моль – число Фарадея (заряд одного моля електронів).

Розмір атома за порядком величини дорівнює 10^-8см = =0,1нм = 1Å. Розмір ядра приблизно в 10⁵ разів менший розміру атома, однак у ядрі зосереджено понад 99,95 % всієї атомної маси.

Стан електрона в атомі підкоряється законам квантової механіки, яка вивчає рух і взаємодію мікрочастинок. За уявленнями квантової механіки мікрочастинки мають хвильову природу, а хвилі мають загальні властивості із частинками. Це означає, що будь-який мікрооб'єкт поводиться і як локалізована частинка, і як розмита по простору хвиля. Ця властивість називається корпускулярно-хвильовим дуалізмом (подвійністю). Динамічні перемінні, що характеризують частинки (енергія Е и імпульс p = mv, де v – швидкість) і хвилі (довжина хвилі l і частота n) пов'язані через постійну Больцмана h (h = 6,63×10^-34 Дж×с): E = h ×n,

l = h / р.

Не можна одночасно точно визначити положення в просторі й імпульс (швидкість) мікрочастинки. Цей факт визначається співвідношенням невизначеностей Гейзенберга:

D х × D р h /2p,