§ 1. Будова атама. Стан электрона ў атаме. Атамная арбіталь

Будова атама. Стан электрона ў атаме. Атамная арбіталь

З курса хіміі 7–9-га класаў вы ўжо ведаеце, што рэчывы складаюцца з атамаў. Напрыклад, малекулы вады складаюцца з атамаў кіслароду і вадароду (мал. 1.1).

У цэнтры атама знаходзіцца дадатна зараджанае ядро. Зарад ядра роўны атамнаму нумару элемента ў перыядычнай сістэме. Вакол ядра рухаюцца адмоўна зараджаныя электроны, утвараючы электронную абалонку. Дадатны зарад ядра кампенсуецца адмоўным зарадам электронаў, таму атам электранейтральны.

Напрыклад, атам вадароду складаецца з ядра, зарад якога роўны 1+, і аднаго электрона. Зарад ядра атама гелію роўны 2+, таму ў атаме гелію два электроны (мал. 1.2).

Калі атам аддае электрон, то ўтвараецца дадатна зараджаны іон — катыён. Калі атам далучае электрон, то ўтвараецца адмоўна зараджаны іон — аніён (мал. 1.3).

Гледзячы на малюнкі 1.2 і 1.3, можна памылкова меркаваць, што электроны верцяцца вакол атамнага ядра падобна таму, як планеты верцяцца вакол Сонца. У рэчаіснасці траекторыю руху электрона ў атаме вызначыць немагчыма. Кожны электрон утварае вакол ядра воблака адмоўнага зараду пэўнай формы і памеру — электроннае воблака. Напрыклад, адзіны электрон у атаме вадароду ўтварае воблака сферычнай формы (мал. 1.4).

Каб лепш уявіць электроннае воблака, правядзём мысленны эксперымент. Дапусцім, у нас ёсць магчымасць сфатаграфаваць атам вадароду ў розныя моманты часу, тады на фотаздымках мы будзем бачыць электрон у розных становішчах адносна ядра (мал. 1.5). Калі зрабіць шмат такіх фотаздымкаў і накласці іх адзін на адзін, па гушчыні кропак мы ўбачым, наколькі часта электрон аказваецца ў дадзенай вобласці прасторы.

З малюнка 1.4 відаць, што электрон у атаме вадароду часцей знаходзіцца ў непасрэднай блізасці ад ядра, па меры аддалення ад ядра верагоднасць выявіць электрон рэзка зніжаецца.

У электрона ёсць яшчэ адна асаблівасць. У атаме вадароду электрон можа мець не любыя, а толькі пэўныя значэнні энергіі. Гэтыя значэнні энергіі электрона ў атаме вадароду называюцца энергетычнымі ўзроўнямі. Энергетычныя ўзроўні абазчаюцца нумарамі.

На малюнку 1.6 паказаны энергетычныя ўзроўні атама вадароду.

Электрону найбольш выгадна займаць першы ўзровень з найменшай энергіяй, пры гэтым ён знаходзіцца бліжэй да ядра.

Электрон можа пераходзіць з аднаго энергетычнага ўзроўню на другі. Пры пераходзе з першага ўзроўню на другі ён паглынае порцыю энергіі, роўную Е₂ – Е₁, пры адваротным пераходзе ён выпраменьвае такую самую порцыю энергіі.

Цяпер мы можам удакладніць паняцце арбіталь, якое было ўведзена ў курсе хіміі 8-га класа. Вы ўжо ведаеце, што электрон у атаме можа знаходзіцца толькі ў пэўных станах. Кожнаму стану адпавядае пэўнае значэнне энергіі і пэўная форма электроннага воблака. Электронны стан называецца арбіталлю.

Электроннае воблака не мае дакладных межаў, таму пры адлюстраванні формы арбіталі прыводзяць не ўсё электроннае воблака, а толькі тую вобласць прасторы, унутры якой верагоднасць выявіць электрон дастаткова вялікая.

Арбіталі могуць мець розную форму. Арбіталі сферычнай формы называюцца s-арбіталямі (мал. 1.7).

Арбіталі ў форме аб’ёмнай васьмёркі называюцца р-арбіталямі (мал. 1.8).

У атамах маюцца таксама d- і f-арбіталі яшчэ больш складанай формы, з імі можна пазнаёміцца, перайшоўшы па спасылцы ў QR-кодзе.

Пытанні і заданні

1. Ядро атама мае дадатны зарад. Чаму ў цэлым атам электранейтральны?

2. Вызначце лік электронаў у атамах азоту, кіслароду і вугляроду.

3. Вызначце лік электронаў у іонах Al³⁺, Ca²⁺, S²⁻, Cl⁻, F⁻, Na⁺. Прывядзіце прыклады злучэнняў, якія складаюцца з гэтых іонаў. Электранейтральныя атамы якіх хімічных элементаў будуць змяшчаць такую самую колькасць электронаў?

4. Што такое атамная арбіталь? Якую форму маюць s-, а якую p-арбіталі?

5. Паглынаючы энергію, электрон у атаме вадароду можа пераходзіць з адной арбіталі на другую. Якія характарыстыкі электрона (зарад, энергія, маса, форма электроннага воблака) будуць пры гэтым змяняцца?