Bazele teoriei moderne a structurii atomului sunt legile și pozițiile mecanicii cuantice, ramura fizicii care studiază mișcarea microobiecturilor (electroni, protoni și alte particule care au o masă neglijabilă).
Conform conceptelor mecanice cuantice, microobjectele în mișcare au o natură duală: sunt particule, dar au un caracter de mișcare a mișcării, adică microobjectele posedă atât proprietăți corpusulare, cât și valuri.
O abordare probabilistică este utilizată pentru a descrie mișcarea microparticulelor. și anume nu este exact poziția lor determinată, ci probabilitatea de a găsi un spațiu aproape nuclear în această sau regiune.
Statul (în mecanica cuantică, un sinonim al cuvântului "mișcare") a unui electron într-un atom este descris folosind un model mecanic cuantic - un nor de electroni. Norul de electroni reflectă grafic probabilitatea ca electronul să fie în fiecare secțiune a orbitalilor electronici. O orbită electronică ar trebui înțeleasă ca o regiune a spațiului în care, cu un anumit grad de probabilitate (aproximativ 90-95%), poate exista un electron. Orbitul electron al fiecărui electron dintr-un atom este numit orbitalul atomic (AO). în moleculă, de către molecula moleculară (MO). O descriere completă a stării norului de electroni se realizează utilizând ecuația Schrodinger. Soluția acestei ecuații, adică descrierea matematică a orbitalului este posibilă numai pentru anumite valori discrete (discontinue) ale numerelor cuantice
Numărul orbitar (secundar sau azimutal) cuantic l (ln)
Principalul număr cuantic (n) determină rezerva de energie de bază a electronului, adică gradul de îndepărtare a acestuia din nucleu sau dimensiunea norului de electroni (orbital). Este nevoie de orice valori întregi, începând cu una. Pentru atomii reali în starea solului, n = 1 ÷ 7.
Starea unui electron care se caracterizează printr-o anumită valoare a lui n se numește nivelul de energie al unui electron într-un atom. Electronii care au aceleași valori de n formează straturi electronice (cochilii electronice), care pot fi desemnate atât în numere, cât și în litere.
Valoarea n ................................. .1 2 3 4 5 6 7
Denumirea stratului de electroni ...... .K L M N O P Q
Cea mai mică valoare a energiei corespunde n = 1, iar electronii cu n = 1 formează stratul electronic cel mai apropiat de nucleul atomului, fiind mai strâns legați de nucleu.
Numărul orizontal (lateral sau azimutal) cuantic determină impulsul orbital orbitar al electronului și caracterizează forma norului de electroni. Poate lua valori întregi de la 0 la (n-1). Pentru atomii reali în starea de bază, iau valorile 0,1,2 și 3.
Fiecare valoare a l corespunde unui orbital al unei forme speciale. La l = 0, orbitalul atomic, indiferent de valoarea numărului principal quantum, are o formă sferică (S-orbitală). Valoarea l = 1 corespunde unei orbite atomice având forma unei gantere (p-orbitală). Forme mai complexe pentru d- și f-orbitale (l = 2, 1 = 3).
Pentru fiecare n există un anumit număr de valori ale numărului orbital cuantic, adică nivelul de energie este un set de subsoluri energetice. Numărul de subsoluri de energie ale fiecărui strat de electroni este egal cu numărul stratului, adică valoarea numărului cuantum principal. Deci primul nivel de energie (n = 1) corespunde unui sub-nivel-s; a doua (n = 2) - două sublevels s și p; a treia (n = 3) - trei sublevels s, p, d; a patra (n = 4) - patru sublevels s, p, d, f.
Astfel, subsolul energetic este o stare electronică într-un atom caracterizat printr-un anumit set de numere cuantice n și l. O astfel de stare electronică, care corespunde anumitor valori ale n și l (tip orbital), este înregistrată ca o combinație a denumirii numerice n și literei l. de exemplu 4p (n = 4; 1 = 1); 5d (n = 5; l = 2).
Corespondența denumirilor numărului orbital cuantal și subsolului
Numărul orbital cuantic
arată momentul momentului de rotație al electronului
numerele + 1 și -1 și -1 pentru fiecare ml
Comportamentul electronilor în atomi respectă principiul interzicerii, V. Pauli. într-un atom nu pot exista doi electroni în care toate cele patru numere cuantice ar fi identice.
Conform principiului Pauli, pe o orbitală, caracterizată prin anumite valori ale numerelor cuantice n, l și m, poate exista fie un electron sau doi, dar diferind în valoarea lui s.
Orbital cu doi electroni, ale căror rotații sunt antiparalerale (celula cuantică), pot fi reprezentate schematic după cum urmează:
Maximul într-un singur strat electronic poate fi 2n 2 electroni, așa-numita capacitate a stratului de electroni.
Tabelul 3 enumeră numerele cuantice pentru diferitele stări ale electronului și indică, de asemenea, numărul maxim de electroni care pot fi localizați la unul sau alt nivel de energie și sublevel în atom.
Starea cuantică a electronilor, capacitatea nivelurilor de energie și substraturile.
Numărul cuantic magnetic ml
Numărul de stări cuantice (orbitale)
Aranjamentul electronilor de-a lungul straturilor și orbitalilor este reprezentat sub forma unor configurații electronice. În acest caz, electronii sunt plasați în conformitate cu principiul energiei minime. Starea cea mai stabilă a unui electron într-un atom corespunde valorii minime posibile a energiei sale.
Realizarea concretă a acestui principiu este reflectată de principiul Pauli (vezi pagina 8), de regulile Hund și de regulile lui Klechkovsky.
Norma lui Hund: în interiorul subsolului energetic, electronii sunt aranjați astfel încât rotația lor totală să fie maximă.
Regula Klechkovsky. Orbitalele sunt umplute cu electroni în ordinea cresterii energiei, care se caracterizeaza prin suma (n + 1). În acest caz, dacă suma de (n + 1) două orbitale diferite este aceeași, atunci orbitalul este umplut înainte. în care numărul principal cuantic este mai mic.
Secvența de umplere a subsolurilor de energie electronică într-un atom este prezentată în Tabelul 4.
Ordinea de umplere a orbitalilor cu suma numerelor principale și a celor cuantice (n + 1).