|
|
|
Главная --> Справочник терминов Нахождения электронов вокруг ядра. В дальнейшем было доказано, что такая картина не отвечает действительности. Оказалось, что движение электронов, как и других элементарных частиц, не может быть отражено законами классической механики. Самой характерной особенностью электронов является двойственность их поведения, заключающаяся в способности проявлять одновременно как свойства частиц, так и свойства волн: подобно частице, электроны обладают определенной массой и зарядом; движущийся поток электронов проявляет волновые свойства, например характеризуется способностью к дифракции. В отличие от обычных тел для электрона нельзя одновременно определить его координаты в атоме и скорость. Электрон может находиться в любой части околоядерного пространства, однако вероятность его нахождения в разных частях этого пространства неодинакова. Пространство вокруг ядра, в котором вероятность нахождения электрона достаточно велика, называется орбиталью. Некоторые сведения о строении атомов/Атомная система, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной оболочки, устойчива лишь в состоянии движения. Движение электронов в электростатическом поле ядра и оболочки описывается в квантовой механике функцией W, или так называемой волновой функцией. Последняя в случае устойчивого атома зависит только от пространственных координат, например л:, у, z, и может быть найдена в виде так называемой собственной функции xPi путем решения некоторого дифференциального уравнения в частных производных (независимого от времени уравнения Шредингера). Обычно существует большое число таких решений, и каждой собственной функции соответствует определенное собственное значение энергии EJ. Однако бывает и так, что одному собственному значению ?j соответствует несколько различных собственных функций. 3toT случай называется вырождением. Собственное значение энергии и соответствующая собственная функция каждого электрона определяют его «состояние» (орбиту) в атоме. Наглядная интерпретация собственных функций, по Борну, заключается в следующем: квадрат значения Ч^ (х, у, z), умноженный на элемент объема dy — <= dx dy dz в точке х, у, г, т. е. 4?2dv, представляет собой критерий вероятности нахождения электрона в данной точке пространства. Таким образом, величина W2, зависящая от характера движения электрона, определяет плотность «электронного облака». Энергию системы принимают равной нулю, когда электрон и положительно заряженный атомный остаток бесконечно удалены друг от друга и находятся в состоянии покоя. При переходе электрона в связанное состояние выделяется энергия ?;, а энергия системы принимает значение —Е t. • В случае ^-состояний электронное облако обладает шаровой симметрией. Если принять за элемент объема шаровой слой с рациусрц г и толщиной dr, то величина 4тсг2ф2{г) -является. мероЛ вероятности, нахождения электрона на расстоянии г от ядра. На рис. 6 изображена радиальная часть функции распределения вероятности в виде пространственного облака. ls-Состояние представляет собой шаровое облако, 25-состояние — концентрически расположенные шар и шаровой слой, разделенные узловой шаровой поверхностью. Объем, заключенный в контуры (рис. 6 и 6а), соответствует вероятности пребывания электрона, равной 95%. где h — постоянная Планка; m — масса частицы; х, у, z — координаты; U и Е — потенциальная и полная энергии соответственно. Таким образом, уравнение Шредингера устанавливает соотношение между энергией Е электрона и волновой функцией Ч', определяющей его различные энергетические состояния. Квадрат этой функции Т2 представляет собой вероятность нахождения электрона в определенной точке пространства вокруг ядра, т. е. 4я2 является мерой электронной плотности в данной точке атомного пространства. Такое пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называется электронным облаком, или орби-талью. Согласно методу МО, каждому электрону в молекуле соответствует волновая функция \\>. Величина ^dr равна относительной вероятности нахождения электрона в элементе объема d\. Об электроне на МО можно говорить как о зарядовом облаке с плотностью яр2. Физически МО можно представить, изобразив граничную поверхность, в пределах которой находится практически все зарядовое облако. Квадрат модуля волновой функции представляет собой вероятность нахождения электрона в данном месте пространства в определенный момент времени. Поскольку электрон существует, то можно записать для него где т — масса электрона, Е — его полная энергия, V — его потенциальная энергия, h — постоянная Планка. В физическом смысле функция г5 — есть корень квадратный от вероятности нахождения электрона в некотором положении, определяемом координатами х, у и z, с началом координат в ядре атома. Для систем, содержащих более одного электрона, уравнение аналогично, но имеет более сложный вид. область, вероятность нахождения электрона в которой ничтожно мала [2]. Как видно из рис. 1.1, некоторые доли орбиталей помечены знаком «+», а другие — знаком «—». Эти знаки означают не положительный или отрицательный заряд, так как обе доли электронного облака должны быть заряжены отрицательно, а являются знаками волновой функции гэ. Если две части какой-либо орбитали разделены узлом, функция ч) всегда имеет противоположные знаки по обе стороны от узла. Согласно принципу запрета Паули, на одной орбитали не может находиться более двух электронов, и эти электроны должны иметь противоположные спины. связи в зависимости от того, к какому из атомов (ядру вместе с электронами) оно притягивается в большей степени. Такого рода притяжение называют электроотрицательностью [16]; наибольшая электроотрицательность присуща атомам, расположенным в верхнем правом углу периодической системы, а наименьшая — атомам, расположенным в нижнем левом углу. Связь между фтором и хлором, например, деформирована таким образом, что вероятность нахождения электрона вблизи фтора выше, чем вблизи хлора; это придает фтору частичный отрицательный, а хлору — частичный положительный заряд. 2. При расчетах по волновому уравнению Шрёдингера вероятность нахождения электрона в узловой области равна нулю, хотя такое представление игнорирует релятивистские рассмотрения. Дирак показал, что при учете релятивистских эффектов узловые области имеют очень низкую электронную плотность, см.: Powell, J. Chem. Ed., 45, 558 (1968); Ellison, Hollingsworth, J. Chem. Ed., 53, 767 (1976); McKelvey, J. Chem. Ed., 60, 112 (1983). Состояние электрона в атоме водорода. Простейшей атомной системой является водород. Согласно теории Бора, водород состоит из ядра, несущего один положительный заряд, и одного электрона — отрицательно заряженной частицы, вращающейся вокруг ядра на определенном расстоянии (0,529 А)* по круговой орбите. Это можно представить схемой / на рис. 5. По современным же представлениям, движение электрона в атоме водорода не ограничивается перемещением по кругу. Двигаясь с очень большой скоростью, электрон в каждый данный момент может находиться в любой точке шаровой области пространства вокруг ядра. Характеризуя вероятность нахождения электрона в различных местах этой области, говорят, что быстро движущийся электрон создает вокруг ядра определенное электронное облако. Термин характернее? вероятность нахождения электронов в молекуле. Термин характеризует вероятность нахождения электронов в молекуле. Термин характеризует вероятность нахождения электронов в молекуле. нахождения электрона на молекулярной орбитали, так же как и на атомной орбитали, простирается до бесконечности. Скорее, последняя линия соответствует контуру 95%-ной вероятности (иными словами, в 95% времени вероятность нахождения электронов внутри крайней контурной линии необычайно высока). Этот разрыв существует там, где вероятность нахождения электронов равна нулю. Совокупность таких точек и есть узловая поверхность. Поскольку в данном случае узловая поверхность плоская, она является в действительности узловой плоскостью. Термин характеризует вероятность нахождения электронов в моле- р-Орбнталь имеет две части, которые разделяет узловая плоскость (вероятность нахождения электронов в узловой плоскости равна нулю). Волновая функция в узловой плоскости меняет знак, Наиболее полное понимание природы химической связи оказалось возможным, однако, лишь после создания квантовой механики (работы Н. Бора, Л. де Бройля, Э. Шрёдингера и других). Согласно квантово-меха-ническим представлениям, электроны в атомах находятся на атомных орби-талях. Атомная орбиталь (АО) - понятие, принятое для обозначения наиболее вероятной области нахождения электронов в атоме. В физическом понимании каждая АО представляет собой волновую функцию. Она описывается собственным набором квантовых чисел и для атома водорода может быть выражена математической функцией. Атом каждого элемента обладает орбиталями лишь определенного типа и числа. Атомная орбиталь - квантово-механическое понятие, принятое для обозначения наиболее вероятной области нахождения электронов в атоме; АО может иметь 1, 2 или не иметь ни одного электрона; каждая АО задается определенным набором квантовых чисел и выражается математической функцией. Молекулярная орбиталь - квантово-механическое понятие, принятое для обозначения наиболее вероятной области нахождения электронов в молекуле. В методе МО ЛКАО молекулярная орбиталь - это линейная комбинация орбиталей атомов, образующих молекулу. При образовании МО такого типа вероятность нахождения электронов между ядрами равна нулю При образовании МО такого типа вероятность нахождения электронов между ядрами равна нулю.  Направлены перпендикулярно Направления фрагментации Направления раскрытия Направлением ориентации Направление фрагментации Направление отщепления Направление замещения Направлении ориентации Направлении растяжения |
- |
Навигация