2015-06-05
339
Современные представления о природе химической связи сложились после создания квантовой механики. Согласно квантово-механическим представлениям электроны в атомах находятся на атомных орбиталях. Под атомной орбиталью подразумевается область пространства вокруг атомного ядра, где наиболее высокая вероятность нахождения электрона. Каждая АО является решением волнового уравнения Шреденгера. Волновое уравнение является дифференциальным уравнением второго порядка. Решениями дифференциальных уравнений являются функции. Решениями дифференциальных уравнений второго порядка являются функции экспоненты «еr» и круговых функций «sinφ» и «cosΘ». В условиях квантования экспонента и круговые функции зависят также от трех чисел, которые принимают определенные значения. В этим числам относятся:
1. Главное квантовое число «n», которое определяет энергию и размер АО и принимает положительные целочисленные значения. Эти значения соответствуют номеру периода в таблице Менделеева.
|
|
|
2. Орбитальное квантовое число (побочное или азимутальное) «l» характеризует форму орбитали и принимает значения от 0 до n-1 (l = 0, 1, 2, …. n-1). АО для l=0 имеет форму сферы и называется s – орбиталью. АО для l = 1 имеет форму гантели и называется p–орбиталью. АО для l = 2 имеет форму лепестков и называется d-орбиталью:
3. Магнитное квантовое число «m». Характеризует пространственную ориентацию и принимает значения 0, ±1, ±2, ….±l
Различные значения «m» для р-орбиталей означают различную пространственную ориентацию. Так р-орбитали ориентированы по трем координатным осям и называются соответственно рх, рy и рz. Ориентация по координатным осям обуславливает их взаимную перпендикулярность или ортогональность. У каждой р-орбитали есть узловая точка, в которой волновая функция обращается в нуль и меняет знак на противоположный. Смена знака волновой функции связана с ростом энергии АО. Чем больше случаев смены знака АО тем выше она по энергии. Из этого следует что из трех видов АО: s, p и d наиболее низкой является s у нее отсутствует узловая точка. Далее следуют p-орбиталь с одной узловой точкой. Еще выше расположены d –орбитали, у которых две узловые точки.
Кроме перечисленных квантовых чисел действует еще одно – так называемый спин, характеризующий квантование движения самого электрона. Спин принимает два значения ½ и – ½.
По мере роста порядкового номера элемента в таблице Менделеева происходит заселение АО. Заселение проводится в соответствии со следующим правилами:
1. Соблюдается принцип минимума энергии в соответствие с ростом главного квантового числа.
|
|
|
2. Соблюдается правило Клечковского в соответствии с ростом суммы главного и орбитального квантового числа.
3. По принципу Паули в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором квантовых чисел.
4. По правилу Гунда заселение идет таким образом, чтобы суммарный спин был максимален.
Графически АО часто изображают в виде квадратика – ячейки.
В соответствии с перечисленными правилами ячейки будут заполняться следующим образом:
Как видно из ячеечных формул различаются два вида АО. Одни заполнены, другие заполняются. Главное квантовое число заполняемых АО, как правило, соответствует номеру периода в таблице Менделеева. Оно соответствует внешним электронным оболочкам. Электроны, находящиеся на внешних, заполняемых электронных оболочках участвуют в образовании химической связи.
