Енергетична структура атома

Структура електронних оболонок. Розглянемо структуру електронних оболонок ізольованого атома (рис. 2) виходячи із різних значень головного квантового числа. Відомо, що число електронів в атомі відповідаю його номеру в періодичній таблиці Д. Г. Менделєєва. Електронні оболонки атомів охоплюють відповідну групу орбіт електронів. На схемі електронні оболонки позначають буквами К, L, М, ...Q або цифрами від n = 1 до 7.

Рис. 2. Схема електронних оболонок ізольованого атома.

Перша оболонка (К або n = 1) має тільки одну орбіту. У відповідності до принципу Паулі перша оболонка може бути зайнята лише двома електронами.

Друга і наступна оболонки мають по декілька підгруп орбіт. Підгрупи орбіт в оболонці позначаються буквами: 2 (s, p), 3 (s, p, d) і т. д. Кількість оболонок і підгруп в них, заповнених електронами, зв’язано із номером елемента,тобто найбільше число електронів (N) в кожній оболонці дорівнює 2 n² . Так, друга оболонка (n = 2) має N₂ = 2 n² = 2 2² = 8 електронів, які розміщені на двох (sip) підгрупах орбіт. Перша підгрупа (s) має одну орбіту, зайняту двома електронами з протилежними спінами. В другій підгрупі (р) буде три по різному орієнтовані в просторі орбіті, зайняті шістьма електронами (по два на кожній орбіті).

Структура третьої оболонки (М або n = 3), маєN₃= 2 n² = 2 3²= 18 електронів, складається із трьох підгруп (s, p, d), зайнятих в кожній підгрупі відповідно. 2, 6 і 10 електронами.

2.4 Енергетична структура ізольованого атома.

В поняття електронної оболонки вкладено енергетичний зміст. Для кожної орбіти оболонки характерний енергетичний рівень, який умовно відображає енергетичний стан електрона в атомі.

Відповідно до квантової теорії електрони будь-якого атома мають цілком визначені (дискретні) значення енергії – енергетичні рівні. При цьому, слід зазначити, що електрони намагаються зайняти рівні найменшої енергії, а тому всі внутрішні електронні орбіти виявляються повністю заповненими. Частково може бути заповнена тільки зовнішня орбіта. Чим більш віддалену орбіту займає електрон, тим більшу енергію він має.

Переходи електрона із зайнятої орбіти на іншу, тобто з одного енергетичного рівня на інший супроводжується поглинанням або випромінюванням порції енергії – квантів або фотонів. При переході на рівні, розташовані ближче до ядра , електрон віддає частину своєї енергії в навколишнє середовище у вигляді випромінювання, внаслідок чого його енергія зменшується. Якщо електрон під дією тепла, світла або будь-яких інших зовнішніх факторів набуває додаткової енергії, то він переходить на нову, більш віддалену від ядра орбіту.

Електрон, що дістав додаткову енергію, називають збудженим. У збудженому стані електрони перебувають недовго, біля 10^-8 С, після чого повертається в початковий стан, виділяючи квант енергії у виді електромагнітного випромінювання з частотою, яка визначається із виразу

h = W₁ – W₂ , (6)

де ν– частота електромагнітного випромінювання;

W₁ – W₂– різниця енергій електрона до і після переходу із одного рівня на другий.

Граничним випадком збудження є іонізація атома, при якій електрон відривається від ядра і залишає атом. Слід зазначити, що електрони зовнішніх оболонок (валентні електрони)слабо зв’язані з ядром, потребують меншої додаткової енергії для збудження і іонізації, легко вступають в зв’язок з атомами других речовин і приймають участь в багатьох електричних процесах.

Схематично енергетичну структуру електронної оболонки (рис. 3, а) ізольованого атома представляють у вигляді діаграми. На ній по осі ординат відкладають значення енергії електронів. Рівні показують горизонтальними лініями. Довжина цих ліній довільна і фізичної суті не має. Для зручності зображення за нуль відліку приймають рівень електронів валентної оболонки 2 (рис. 3, б) незбудженого атома. Нижче будуть розташовуватися рентгенівські рівні 1, що відповідають внутрішнім оболонкам, а вище – рівні збудження та іонізації. Валентні електрони, переходячи на ці рівні, втрачають зв’язок з ядром і стають вільними.

Рис. 3. Діаграма енергетичних рівнів ізольованого атома.

Поиск по сайту: