§ 9. Стан электрона ў атаме

Атамныя арбіталі, парадак іх запаўнення электронамі

На энергетычнай дыяграме атамныя арбіталі намаляваны ў выглядзе клетак (ячэек): $box enclose space space space space end enclose$ (мал. 18). На кожным энергетычным падузроўні можа знаходзіцца толькі пэўны лік аднолькавых па энергіі атамных арбіталей: на любым s-падузроўні — адна $box enclose space space space space end enclose$ , на p — тры $box enclose space space space space end enclose box enclose space space space space end enclose box enclose space space space space end enclose$ , на d — пяць $box enclose space space space space end enclose box enclose space space space space end enclose box enclose space space space space end enclose box enclose space space space space end enclose box enclose space space space space end enclose$ .

Як вам ужо вядома, на кожнай атамнай арбіталі можа размясціцца не больш за два электроны: $box enclose upwards arrow leftwards of downwards arrow$ , прычым электроны павінны адрознівацца сваімі спінамі. Спін умоўна характарызуе вярчэнне электрона вакол уласнай восі па гадзіннікавай стрэлцы або супраць яе. Гэтыя адрозненні ў электронаў на схеме малююць стрэлкамі, накіраванымі ў процілеглыя бакі. Калі на арбіталі знаходзіцца адзін электрон $box enclose upwards arrow$ , яго называюць няспараным, а атамную арбіталь — напалову запоўненай. Калі на арбіталі два электроны $box enclose upwards arrow leftwards of downwards arrow$ , то электроны называюць спаранымі, а арбіталь — запоўненай. Атамную арбіталь без электронаў называюць вакантнай, або свабоднай $box enclose space space space space end enclose$ .

Умяшчальнасць энергетычных узроўняў паказана ў табліцы 5.

Вам вядомыя тры спосабы адлюстравання размеркавання электронаў у атаме:

1) у выглядзе электронных схем (паказваюць размеркаванне электронаў толькі па энергетычных узроўнях), напрыклад для вугляроду ₆С 2е^–, 4е^–;

2) у выглядзе формулы электроннай канфігурацыі (паказваюць размеркаванне электронаў па арбіталях), напрыклад ₆С 1s²2s²2p², дзе лічбы перад літарамі s і p паказваюць нумар энергетычнага ўзроўню, літары s і p — форму электроннага воблака, а верхні індэкс над літарамі — лік электронаў, размешчаных на падузроўнях;

3) з дапамогай электронна-графічных схем (паказваюць размеркаванне электронаў па арбіталях з улікам спіна электрона), напрыклад:

₆C

Электронна-графічная схема — гэта тая ж энергетычная дыяграма, але з адлюстраваннем запаўнення электронамі атамных арбіталей. Стан атама з найменшай магчымай для яго энергіяй электронаў называюць асноўным, або няўзбуджаным, станам. Усе іншыя энергетычныя станы гэтага атама, якім адпавядае большая энергія электронаў, чым у асноўным стане, называюцца ўзбуджанымі.

Для таго каб перавесці атам ва ўзбуджаны стан, яму трэба надаць энергію — энергію ўзбуджэння (ΔE) (мал. 19). Яна перадаецца пры ўздзеянні на атам электрамагнітнага выпраменьвання (напрыклад, сонечнага святла), пры награванні або ўздзеянні на атам хуткіх электронаў. У асноўным стане атам можа знаходзіцца неабмежавана доўга, а ва ўзбуджаным — каля 10^–15 с, пасля чаго ўзбуджаныя электроны вяртаюцца ў асноўны стан. Пераход атама з узбуджанага стану ў асноўны суправаджаецца электрамагнітным выпраменьваннем.

Уласцівасць атамаў пасля іх энергетычнага ўзбуджэння выпраменьваць святло з пэўнымі даўжынямі хваляў ляжыць у аснове метаду спектральнага аналізу — аднаго з асноўных метадаў якаснага і колькаснага аналізу рэчываў. Спектр складаецца з асобных ліній, кожная з якіх з’яўляецца ў выніку пераходу атама з узбуджанага ў асноўны стан. Лінейчаты спектр выпускання — сведчанне розных канкрэтных значэнняў энергіі электронаў у атаме.