Бейорганикалыќ Ќосылыстардыѕ негізгі кластары
Атомдардың электрондық құрылымы
жүктеу/скачать 5,09 Mb.
|
бейорганикалық химия дәрістер
| Атомдардың электрондық құрылымы.
Н.Бор ұсынған атом құрылысының теориясы. 1913 жылы Дания ғалымы Нильс Бор сутек атомы құрылысының теориясын ұсынды. Бұл теорияны жасауда ол Э.Резерфордтың планетарлық моделін және М.Планктың сәуле шығарудың кванттық теориясын негізге алды. Кванттық теория бойынша заттар энергияны жеке-жеке порциялар – кванттар түрінде сіңіреді немесе бөліп шығарады: E=hν, мұнда h – Планк тұрақтысы, ν – тербеліс жиілігі. Бор электронның ядроға құламайтын себебі электрон ядроны айналғанда пайда болатын орталықтан тебетін күш mv2/r электронның ядроға тартылу күшімен e2/r2 теңестіріліп тұрады деген пікірге келеді mv2/r=e2/r2 , (I) мұндағы m – электрон массасы, e – электрон мен ядро зарядтары, r – орбитаның радиусы, v – электрон қозғалысының жылдамдығы. Бұл теңдеуде m мен e-нің мәндері белгілі, ал r мен v–нің мәндері белгісіз. Екі белгісі бар теңдеуді шешуге болмайды. Классикалық электродинамика бойынша бір дененің орталықтың төңірегіндегі қозғалуы mvּ2πr-ге тең қозғалыс мөлшерінің моментімен аяқталады, ал кванттық механика бойынша электрон энергиясы, яғни электрон қозғалысы мөлшерінің моменті бүтін санды квант әрекеттеріне nh тең. Олай болса, мынадай теңдеу құруға болады: mvּ2π=nh. (II) Бұл (II) теңдеуден v мен r–ді тауып, олардың мәндерін бірінші (I) теңдеуге қойсақ, мынадай теңдеулер келіп шығады: ; Енді теңдеудегі әріптердің сандық мәндерін (h=6,62·10-34Дж·с,π =3,14, e=1,6·10-19 Кл, m=9,108·10-31кг) қою арқылы тұрақты орбиталдың радиустары (rn) мен оларды айналатын электрон жылдамдықтарын (vn) табамыз: rn = 0,053 n2 нм, vn = 2187 1/n км/с, n – Бор тұрақты орбитасының нөмері. Келтірілген теңдеулер Бор теориясының I постулатының математикалық көрінісі. Бордың I постулаты. Электрон ядроның маңайында кез келген орбиталар бойынша емес, тек тұрақты орбиталар бойынша айналады. Бұл орбиталар бойынша айналғанда электрон энергия бөліп шығармайды. Бірінші тұрақты орбита үшін n=1. Олай болса оның радиусы r1=0,053·12=0,053нм, бұл орбита бойынша айналатын электронның жылдамдығы v1=2187/1=2187 км/с. Екінші орбита үшін n=2, олай болса, оның радиусы r2=0,053·22=0,212 нм, ал екінші орбита бойынша айналатын электронның жылдамдығы v2=2187/2=1093,5км/с Бордың II постулаты. Электрон бір тұрақты орбитадан екінші тұрақты орбитаға көшкенде атом квант түрінде энергия сіңіреді немесе бөліп шығарады: E=hν, мұндағы, ν-тербеліс жиілігі. Электрон жақын орбитадан алыс орбитаға көшкенде атом квант түрінде энергия сіңіреді, ал электрон алыс орбитадан жақын орбитаға көшкенде атом энергия бөліп шығарады. Кванттық механика тұрғысынан атомдардағы электрондардың күйі. Кванттық механика – микробөлшектердің – молекулалардың, атомдардың қозғалыстары мен әрекеттесулерін зерттейді. Кванттық теория бойынша электрон әрі материалдық бөлшектердің, әрі толқынның қасиеттерін көрсетеді. Оның материалдық бөлшек сияқты белгілі массасы болады, қысым туғызады, сонымен бірге электрондар қозғалғанда толқындық құбылыстар байқалады. Толқындық қасиеттері бар электрон өте шапшаң қозғалып ядро төңірегіндегі кеңістіктің кез келген бөлігінде бола алады. Сондықтан қазіргі көзқарас бойынша электрон ядро төңірегінде белгілі тығыздығы бар теріс зарядтардың электрон бұлтын түзеді. Электронның атомдағы күйін 4 квант сандарының мәндері сипаттайды. 1. Бас квант саны n. Бас квант саны электрондардың жалпы энергия қорын және электрондар орналасқан деңгейлердің ядродан қашықтығын көрсетеді. Бас квант санының мәндерін бүтін сандармен, ал оларға сәйкес келетін энергетикалық деңгейлерді латынша бас әріптермен белгілейді: Бас квант сандары 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7; Энергетикалық деңгей K, L, M, N, О, P, Q. Электрондар орналасқан деңгейлерді электрондық қабаттар дейді. Бас квант сандарының өсуіне байланысты ол деңгейлерде орналасқан электрондардың энергия қорлары да өседі. 2. Орбиталь квант саны l. Энергетикалық деңгейдегі деңгейшелердің санын орбитальдық квант санының мәндері анықтайды. Электрондар орналасқан деңгейшелерді қабатшалар дейді. Орбиталь квант саны l осы энергетикалық деңгейдегі орбитальдардың мүмкін болатын пішіндерін және сол пішіндерге сәйкес келетін деңгейшелердің сандары мен түрлерін ( s, p, d, f) анықтайды. Орбиталь квант саны бас квант санына тәуелді және бас квант санының n мәніне сәйкес 0-ден n–1-ге дейінгі бүтін сандар болып келетін мәндері болады және оларға деңгейшелер сәйкес келеді: 0, 1, 2, 3 … n - 1 s, p, d, f Сонымен n=1-ге сәйкес келетін бірінші энергетикалық деңгейде бір s-деңгейшесі болады, оның орбиталының пішіні шар тәрізді болады. Екінші энергетикалық деңгейде n=2 екі (s және p деңгейшелер, ал оларға сәйкес келетін s-орбитальдың пішіні шар тәріздес, p-орбитальдарының пішіні гантель тәріздес болады. Үшінші деңгейде үш деңгейше -s p d, төртінші деңгейде төрт деңгейшелер -s p d f болады. Бас квант саны (n мен қосымша квант санының l) қосындысы деңгейшенің энергиясын анықтайды. Бұл қосынды n+l неғұрлым көп болса энергетикалық деңгейшенің энергиясы да соғұрлым көп болады. 3. М а г н и т к в а н т с а н ы ml пішіндері бірдей орбитальдардың кеңістікте орналасу бағытын көрсетеді. Магнит квант саны орбиталь квант санына тәуелді болады және осы орбиталь квант санының мәніне сәйкес – l, 0, +l шегінде болатын бүтін сандармен өрнектеледі. 4. С п и н к в а н т с а н ы ms электронның өз осінен қай бағытта қозғалатынын көрсетеді. Электрон өз осінен сағат тілінің бағыты бойынша немесе оған қарсы бағытта қозғалуы мүмкін. Осыған сәйкес спин квант санының және болатын мәндері болады. Графикалық түрде электрон спинін жоғары немесе төмен бағытталған стрелкалармен белгілейді. П а у л и п р и н ц и п і. Атомдардың спектрлерін зерттей келіп швейцария ғалымы В. Паули (1925 ж.) мынадай ереже немесе принцип ұсынды: атомда төрт квант сандарының мәндері бірдей болатын екі электрон болмайды. Бұл принциптен шығатын салдар бойынша бір орбитальда екі электроннан артық электрон болмайды. Жоғарыда келтірілген бас (n), орбитальдық (l), магнит (ml) квант сандарының мәндерін және Паули принципін пайдалана отырып атомдардың деңгейлері мен деңгейшелеріндегі электрондардың мүмкін болатын максималь сандарын есептеп шығаруға болады (1-кесте). 1-кесте Атомдардың энергетикалық деңгейлері мен деңгейшелеріндегі электрондардың максималь сандары
жүктеу/скачать 5,09 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||