Движение электронов вокруг ядра

Энергию атома в основном составляет энергия взаимодействия ядра с электронами (вообще-то надо учитывать еще и энергию взаимодействия электронов между собой, но она значительно меньше энергии взаимодействия между ядром и электронами, и поэтому мы не будем о ней говорить). Все электроны данного атома разделены на группы, которые расположены на определенных энергетических уровнях. Электроны, находящиеся на самом близком к ядру энергетическом уровне, связаны с ядром сильнее всего; по мере удаления энергетических уровней от ядра связь электронов с ядром ослабевает.

Движение электрона непосредственно увидеть нельзя, поскольку его масса настолько мала, что любое вмешательство прибора неминуемо приведет к перемещению электрона в другую точку пространства, он все время будет «играть в прятки>. Значит, необходимо было придумать, как правильно описать движение одного электрона, не опираясь на данные эксперимента.

В теории атома Резерфорда предполагалось, что движение электрона вокруг ядра происходит по определенной траектории – орбите и в каждый момент времени мы можем найти координаты электрона, но на деле оказалось, что движение электрона значительно сложнее: скорость его вращения вокруг ядра настолько велика, что в атомных масштабах понятие траектории теряет смысл, нельзя одновременно получить точное значение координат электрона и его энергии: чем точнее удается определить одну из этих величин, тем менее определенным становится значение другой. Это утверждение носит название принципа неопределенности. Он был установлен известным немецким физиком В. Гейзенбергом.

Таким образом, принцип неопределенности требует, чтобы вместо классического понятия траектории было введено какое-то другое. Теоретики придумали способ описания движения электрона вокруг ядра, в котором основным понятием является атомная орбиталь (АО). Оно отражает пространственное распределение электрона в атоме. В этом случае говорят еще по-другому: электрон «размазан» в пространстве, он представляет собой электронное облако. Действительно, ведь электрон движется вокруг ядра в каком-то пространстве, и задача заключается в том, чтобы определить форму этого разрешенного природой для электрона пространства. Теория предсказала, что форма областей, в которых движется электрон, может быть разной.

По форме атомных орбиталей электроны делятся на группы, обозначаемые буквами s, р, d, f.

Между энергетическими уровнями электронов в атоме (К, L, М и др.) и распределением электронов по группам s, р, d, f существует вполне определенная связь. Теория предсказала, а эксперименты по изучению атомных спектров показали, что на К-уровнях могут находиться только s-электроны, на L-уровнях– s- и р-электроны, на М-уровне –- электроны s-, р- и d-типа.

Для s-электронов АО имеет сферическую форму, и, как показывает теория, электрон чаще всего находится в центре этого сферического облака. Для р-электронов вид АО напоминает гантель, она может быть расположена в пространстве по-разному, поэтому и найти, как распределен электрон по атомной орбитали труднее. Для d- и f-электронов вид АО еще сложнее.


Полезное чтиво:
Электроны и ядра атомов
Атомы химических элементов
О химических процессах
Как образуются молекулы
Строение молекулы из атомов
Особенности электронов металла