Строение атома. Физические модели строения атома

Натурфилософские представления об атомном строении материи.
(5 в.до н.э.) Демокрит – понятие «атом». Эпикур, Аристотель

2 – Химическая гипотеза об атоме, как наименьшей частице химического
элемента. Атомы отличаются массой. Парацельс, Бойль, Берцелиус
(16-17 в.)

3 – Физические модели. Описывают сложное строение атома (на рубеже 19-
20 в. по настоящее время) на основании:

Атомы содержат разноименно заряженные частицы

атома (1911 г.)

Эрвин Шредингер - [квантово-механическая модель]
Квантовая (волновая) механика - теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (1926 г.)

излучение

Волна: λ - длина волны
ν- частота
Т - период

Частица: m - масса
p = mv - импульс
E= mv2/2 - кинетическая энергия

hν = mc2
Корпускулярно-
волновой дуализм
ЭМИ:фотон - частица и/или волна

импульса P любого движущегося матер.объекта с длиной волны λ, представляющей волновой хар-р его движения (1924) г.

Частица: m - масса, v – скорость

электрон

Ek = 100 эВ (1эВ=1,602⋅10-19Дж) , λ = 1.2 Å (1 Å =10-10 м)

Луи де Бройль

Р ≤ 1

Р - вероятность

Эрвин Шредингер – квантово-механическая модель строения атома на основе квантовой (волновой) механики - теории, устанавливающей способ описания и законы движения микрочастиц - базируется на 2-х основных гипотезах-постулатах Л. Де Бройля и В. Гейзенберга

для описания движения электрона

с координатами (x,y,z)

Ψ(x,y,z,t) - волновая функция - пси функция (стоячая волна)
- Текущая амплитуда, функция координат (x,y,z) и времени (t)

λ - длина волны

потенциальная энергия

2. Уравнение должно содержать в себе характеристики электрона как волны - λ, так и частицы - m (дуализм микромира)

1926 г.

волновая функция(амплитудная) и физического смысла не имеет

Принцип нормирования волновых функций
PV = ∫v A2 |Ψ(x,y,z) |2 dV = 1,
А –нормирующий множитель

(ящик) - область пространства, вне которой потенциальная энергия электрона обращается в бесконечность, т.е электрон не может выйти за границы ящика (связанное состояние)-модель для электрона в атоме

Граничные условия:
внутри ящика: V=0 Ψ(x)
на границах ящика: V= ∞ Ψ(0)=0; Ψ(а)=0

набор волн.функций Ψ(х), где a - параметр потенциального ящика,
n = 1,2,3…- квантовое число

число

значения Е: E1, E2, E3… n = 1,2,3… – квантовое число

Энергетическое состояние - {En - Ψn }- определяют величина Е и соответствующая ей волновая функция (распределение вероятности нахождения эл-на в пространстве. Каждому энергетическому состоянию соответствует своё n, где n = 1,2,3… – квантовое число

– квантовые числа

Выводы:
1. Энергия электрона квантована.
2. Энергетическое состояние определяется набором целочисленных параметров - трех квантовых чисел nx. ny, nz.

- несколько волновых функций

а = b = c

[1,1,1]

[2,2,2]

в з-не Кулона

x = r⋅sinϑ⋅cosϕ
y = r⋅sinϑ⋅sinϕ
z = r⋅cosϑ

Ψ(r) – волновая функция (собственная функция), явл. решением ур.Шредингера,
а – const, А – нормирующий коэффициент

сферич.слоя тощиной dr

Орбиталь электрона – (объём) область пространства (для атома водорода в основном состоянии это сфера) в которой вероятность нахождения электрона P=0.90 (90 %)

=

Используя метод разделения переменных Ψ(r,θ,ϕ) представляют в виде R(r)⋅Y(θ,ϕ)

R(r)n, l -функция радиального распределения электронной плотности в явном виде(получают при решении ур. Шреденгера) содержит n и l

Y(θ,ϕ)l,m -функция углового распределения электронной плотности в явном виде(получают при решении ур. Шреденгера) содержит l и m

Квантовые числа:

главное – n = 1,2,3,4…∞

орбитальное – l = 0,1,2,3...(n -1)

магнитное – m = -l, (-l+1),...,0,...,(+l–1), +l

энергии электрона, размер орбитали(расстояния е до ядра)

орбитальное : l = 0,1,2,3...(n-1) Возможные квантовые значения орбитального
момента кол.движения электрона(Екин -форма орбитали)

s- орбиталь

р- орбиталь

d- орбиталь

магнитное : m = -l, (-l+1),...,0,..., (l-1), +l Разрешенные направления в пространстве вектора орбит.момента кол.движения-число орбиталей(Епот –зависит от положения е в пространстве)

s- орбиталь- m = 0

р- орбиталь m = 1, 0,-1

cпиновое : ms ±1/2 Собственный момент кол.движения

1

+1, 0, -1

3

E3

5

3

0 – 3s
1 – 3p
2 – 3d

0 1
+1, 0, -1 3

+2, +1, 0, -1, -2

4

0 – 1s

= E3p = E3d < E4s = E4p = E4d = E4f < E5s … (вырождение по орбит.кв.ч. l и по магн.кв.ч. m, Е электрона зависит только от значения главного кв.ч. n)

способность орбиталей: ns>np>nd
Число
максимумов
ns-орбиталей равно n
Число
максимумов орбиталей равно
n - l

– заряд ядра
Zэ - эффективный заряд ядра
σn,l - константа экранирования

радиального распределения электронной плотности s,p и d-орбиталей (проникающей способности орбиталей)

E1s < E2s < E2p< E3s < E3p < E4s < E3d < E4p < E5s < E4d <… снятие вырождения по орбит.кв.ч. l. E e зaвисит от n и l

электронов.

2. Принцип (запрет) Паули

3. Правило Хунда

→ A–