Теоретические основы. Атом химического элемента состоит из положительного ядра и двигающихся в поле его действия отрицательно заряженных электро­нов

Атом химического элемента состоит из положительного ядра и двигающихся в поле его действия отрицательно заряженных электро­нов. Сам атом является электронейтральной частицей. Ядро атома состоит из нуклонов: протонов (условный заряд +1; массовое число 1) и нейтронов (заряд 0; массовое число 1). Заряд ядра ра­вен порядковому номеру элемента в периодической системе Менде­леева и совпадает с числом протонов. Массовое число ядра (сумма количества протонов и нейтронов: А = Z + N) примерно определяет относительную массу атома по причине легкости электронов (электрон в 1840 раз легче протона).

Состояние электронов в атоме волновую природу и согласно квантовой (или волновой) механике описывается плотностью веро­ятности обнаружения электрона в данной области пространства от­носительно ядра. Граничная поверхность, внутри которой располо­жена область наибольшей вероятности обнаружения электрона, на­зывается атомной орбиталью. Атомная орбиталь характеризуется па­раметрами, которые получили название квантовых чисел: n - главное квантовое число описывает энергию и размеры атомной орбитали; l - орбитальное квантовое число - форму орбитали; m - магнитное квантовое число - ее ориентацию в пространстве.

Условная запись, которая представляет распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням (атомным орбиталям), называется электронной формулой атома. Для написания электрон­ной формулы, в которой с помощью квантовых чисел зашифровано состояние каждого электрона необходимо знать:

- систему обозначений;

- последовательность заполнения подуровней электронами (принцип наименьшей энергии);

- максимальную ёмкость каждого подуровня (принцип Паули).

Система обозначений в общем виде выглядит так: nl^x , где n - главное квантовое число, соответствующее номеру энергетического уровня; l - орбитальное квантовое число - подуровню, который обозначается буквами s, p, d или f; х - количество электронов в данном квантовом состоянии. Например, запись 3d⁵ (читается: три дэ пять) означает, что пять электронов находятся на d -подуровне третьего энергетического уровня.

Первый энергетический уровень (n = 1) состоит из одного s -по­дуровня, второй энергетический уровень (n = 2) - из s - и p -поду­ровней, при n = 3 имеем три подуровня: s -, p - и d -, а при n = 4 - четыре: s -, p -, d - и f -подуровни. Последовательность запол­нения энергетических подуровней имеет вид: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 5d=4f, 6p, 7s, 6d=5f,...

Максимальная ёмкость энергетических подуровней: s - два электрона; p - шесть; d - десять; f - четырнадцать. Заполне­ние последующих энергетических подуровней происходит только после полной застройки предыдущих. Например, электронная фор­мула углерода имеет вид: