Атомдағы Электрон ядроның айналасындағы тұрақты қозғалыста.

Электронның жай-күйін сипаттау үшін оның кеңістіктің ядролы аумағында болу ықтималдығы бағаланады және “электрондық бұлт”, “электрондық орбиталь”ұғымдары қолданылады.
Қазіргі заманғы ұғымдарға сәйкес, атомдағы электрон ядроның айналасында тұрақты қозғалыста. Бірақ мұндай қозғалыста белгілі бір траектория жоқ. Бұл төменнен суретте көрсетілгендей көрінеді. Уақыттың әр сәтінде электрон ядролы кеңістіктің белгілі бір нүктесінде болады. Егер осындай жағдайларды лезде фотосуреттің көмегімен жазып алу мүмкін болса, онда мыңдаған суреттер жасап, оларды бір-біріне салып, сол сияқты суретті алатын болар еді.

Атомдағы электронның қозғалыс сызбасы
Атомдағы электронның қозғалыс сызбасы

төменде суретте бейнеленген. Ол кесіндіде жұмсақ шарды немесе бұлтты еске салады. Электрондық бұлт — ядро айналасындағы электрон қозғалысының моделі осылай аталды.Нүктелер гуще орналасқан жерде электронның осы салада болу ықтималдығы туралы айтуға болады. Керісінше, нүктелер аз, бұл электронды табу мүмкіндігі аз. Электрондық бұлттың нақты шекарасы жоқ. Сондықтан, әдетте, оны шартты беттермен шектейді, ол шамамен 90% көлемін қамтиды. Бұл электронды табу ықтимал ядроның айналасындағы кеңістіктің осындай аймағы электрондық орбитал деп аталады.

Орбитальдар, электрондардың энергиясына байланысты әр түрлі формалар мен өлшемдері бар. Осылайша, сутегі атомының жалғыз электронының орбитасы сфералық

Электрондық бұлт
Электрондық бұлт

(шар тәрізді) нысаны. Басқа элементтердің атомдарындағы электрондық бұлттар бірдей формада да, сондай-ақ гантеле тәріздес басқа да формада да болуы мүмкін. Электрон энергиясы неғұрлым көп болған сайын, соғұрлым ол ядродан тұрады, сондықтан оның орбиталі (электрондық бұлт) соғұрлым көп.

Бір орбитада екі электрондан артық болмауы мүмкін. Бір орбиталды алып жатқан мұндай электрондар, яғни ядроның жанындағы кеңістіктің бір аумағын қосарлы деп атайды. Мысалы, келесі гел сутегі үшін екі Электрон емес, оның атомы бір орбиталды алады. Егер

орбиталиде бір ғана электрон бар, ол буланбаған деп аталады.
Атом — грек atomos – бөлінбейтін) – бір ядролы, химиялық жолмен бөлінбейтін химиялық элементтің бөлшектері, зат қасиеттерінің тасымалдаушысы. Заттар атомдардан тұрады. Атомның өзі оң зарядталған ядро мен теріс зарядталған электрондық бұлттан тұрады. Жалпы атом электронейтралды. Атомның өлшемі оның электрондық бұлттың өлшемімен толық анықталады, өйткені ядроның өлшемі электрондық бұлттың өлшемімен салыстырғанда аз. Ядро Z оң зарядталған протондардан (шартты бірліктерде Протон заряды +1 сәйкес келеді) және N нейтрондардан тұрады, олар зарядты көтермейді (нейтрондардың саны протондарға қарағанда тең немесе сәл артық болуы мүмкін). Протондар мен нейтрондар нуклондар, яғни ядро бөлшектері деп аталады. Осылайша, ядроның заряды тек протондар санымен анықталады және Менделеев кестесіндегі элементтің реттік нөміріне тең. Ядроның оң заряды электрондық бұлтты қалыптастыратын теріс зарядталған электрондармен (шартты бірліктерде 1 Электрон заряды) өтеледі. Электрондардың саны протондар санына тең. Протондар мен нейтрондардың массасына тең (тиісінше 1 және 1 а.е.м.). Атомның массасы негізінен оның ядросының массасымен анықталады, себебі электронның массасы протон мен нейтрон массасынан шамамен 1836 есе аз және есептерде сирек есепке алынады. Нейтрондардың нақты санын атом массасы мен протондар саны арасындағы айырмашылық бойынша білуге болады (N=A-Z). Протондар (Z) мен нейтрондардың (N) қатаң белгіленген санынан тұратын ядросы бар қандай да бір химиялық элемент атомдарының түрі нуклид деп аталады (бұл нуклондардың (изобарлар) немесе нейтрондардың (изотондар) бірдей жалпы саны бар әртүрлі элементтер, сондай-ақ бір химиялық элемент – протондардың бір саны, бірақ нейтрондардың (изомерлердің) әртүрлі саны болуы мүмкін).Бұл және келесі параграфтарда атомның электрондық қабықшасының үлгілері туралы айтылады. Бұл модельдер туралы екенін түсіну маңызды. Нақты атомдар, әрине, күрделі және Біз әзірге олар туралы білмейміз. Алайда, атомның электрондық құрылысының қазіргі заманғы теориялық моделі химиялық элементтердің көптеген қасиеттерін табысты түсіндіруге және болжауға мүмкіндік береді, сондықтан табиғи ғылымдарда кеңінен қолданылады.Осы тарауда айтылғандай, Дат физигі Н.. Бор 1913 жылда атомның моделін ұсынды, онда электрондар-бөлшектер атом ядросының айналасына айналатын планетаның Күн айналасында айналатындай. Бор атомдағы электрондар ядросынан қатаң белгіленген қашықтықтарға алыстатылған орбиталарда тұрақты болуы мүмкін деп болжады. Бұл орбиталарды ол стационарлық деп атады. Стационарлық орбитадан тыс электрон өмір сүре алмайды. Неге бұл, сол уақытта Бор түсіндіре алмады. Бірақ ол мұндай модель көптеген эксперименттік фактілерді түсіндіруге мүмкіндік беретінін көрсетті (бұл туралы 2.7-параграфта толығырақ айтылады).

Бор моделіндегі электрондық орбиталар ядроға жақыннан бастап 1, 2, 3, … N бүтін сандармен белгіленеді. Алдағы уақытта біз мұндай орбиталарды деңгейлер деп атаймыз. Сутегі атомының электрондық құрылысын сипаттау үшін тек деңгейлер жеткілікті. Бірақ күрделі атомдарда, белгілі болғандай, деңгейлер төменгі деңгейлі энергия бойынша жақын тұрады. Мысалы, 2-ші деңгей екі деңгейден тұрады (2s және 2p). Үшінші деңгей суретте көрсетілгендей 3-ші кіші деңгейден (3s, 3p және 3d) тұрады. 2-6. Төртінші деңгей (суретте жоқ) 4S, 4p, 4d, 4f кіші деңгейден тұрады. 2.7-параграфта біз дәл осындай төменгі деңгейлердің атаулары қайдан алынғанын және атомдардағы электрондық деңгейлер мен төменгі деңгейлерді “көруге” мүмкіндік берген физикалық тәжірибелер туралы айтып береміз.

Сутегі атомына қарағанда күрделі атомдарға арналған Бор моделі. Сурет масштабта жасалмаған – шын мәнінде бір деңгейдегі деңгей бір-біріне әлдеқайда жақын.

Кез-келген атомның электрондық қабығында оның ядросында протондар сияқты электрондар дәл сонша, сондықтан атом жалпы электрондандырылған. Атомдағы электрондар ядросқа жақын деңгейлер мен төменгі деңгейлерге қоныстанады,өйткені бұл жағдайда олардың энергиясы алыстағы деңгейлерге қоныстанғаннан аз. Әр деңгейде және төменгі деңгейде электрондардың белгілі бір саны ғана орналасуы мүмкін.

Төменгі деңгейлер, өз кезегінде, қуаты бірдей орбиталдардан тұрады (сурет. 2-6 олар көрсетілмеген). Егер атомның электрондық бұлты осы атомның барлық электрондарын “өмір сүретін” қаламен немесе көшемен салыстырса, онда деңгейді үймен, төменгі деңгеймен – пәтермен, орбиталмен – электрондарға арналған бөлмемен салыстыруға болады. Барлық төменгі деңгейлі орбитальдар бірдей энергияға ие. S-төменгі деңгейде тек бір бөлме-орбитал. P-төменгі деңгейде 3 орбиталдар, d-төменгі деңгейде 5, ал f-төменгі деңгейде 7 орбиталдар. Әрбір”бөлмеде “-орбитали бір немесе екі Электрон” өмір сүре алады. Электрондарға бір орбитада екеуден артық болуға тыйым салу Паули тыйымы деп аталады – атом құрылысының осы маңызды ерекшелігін анықтаған ғалымның аты бойынша. Атомдағы әрбір электрон өзінің “мекен-жайы” бар, ол “кванттық”деп аталатын төрт санның жиынтығымен жазылады. Кванттық сандар туралы 2.7-параграфта егжей-тегжейлі баяндалады. Мұнда біз тек N басты кванттық саны туралы атап өтеміз (сурет. 2-6), ол “мекенжай” осы электрон бар деңгей нөмірін көрсетеді.

Өткен ғасырдың 20-шы жылдары Бор моделінің орнына австриялық физик Э. Шредингер ұсынған атомның электрондық қабығының толқындық моделі келді. Осы уақытқа дейін электронның бөлшектің ғана емес, толқындардың да қасиеттері бар екені эксперименталды түрде анықталды. Мысалы, біздің көзіміз көрінетін жарық-электромагниттік толқын. Мұндай толқындардың бірқатар қасиеттері электронда да бар. Шредингер үш өлшемді кеңістіктегі толқынның қозғалысын сипаттайтын математикалық теңдеулерді Электрон-Толқынға қолданды. Бірақ осы теңдеулердің көмегімен атомның ішіндегі электрон қозғалысының траекториясы емес, ядроның айналасындағы кеңістіктің қандай да бір нүктесінде электрон толқынын табу ықтималдығы есептеледі.

Шредингердің толқындық моделінде және бордың планетарлық моделінде атомдағы электрондар белгілі бір деңгейлерде, кіші деңгейлер мен орбиталдарда бар. Қалған жағдайда бұл модельдер бір-біріне ұқсамайды. Орбиталь толқындық моделінде-бұл ядроның жанындағы кеңістік, онда 95% ықтималдығы бар оның шашыраған электронын анықтауға болады. Осы кеңістіктен тыс мұндай электрон 5% – дан аз кездеседі. Математикалық есептеу көмегімен алынған мұндай “ықтималдық аймақтары” S – және p-электрондардың электронды бұлтында болу суретінде көрсетілген. 2-7.

Атомның толқындық моделіндегі осындай форманың шамамен электрондардың болуы ықтималдығының “аймақтары” бар: s – және p-орбитали (d-орбитальдар күрделі нысаны бар).

** Неге ядро маңындағы кеңістіктің қандай да бір нүктесінде электронның болу ықтималдығы сияқты ұғымды енгізуге тура келді? 1927 жылы Гейзенберг неміс физикалары микробөлшектердің қозғалысын сипаттау үшін маңызды физикалық принциптердің бірі болып табылатын белгісіздік принципін қалыптастырды. Бұл принцип микробөлшектердің қалыпты физикалық денелерден іргелі айырмашылығынан туындайды.

Классикалық механикада адам табиғи жүрісін бұзбай, құбылысты байқай алады деп болжанады. Мысалы, аспан денелерінің телескоптағы қозғалысын байқауға болады, бұл олардың қозғалысына еш әсер етпейді. Астронмен өлшеуді және объектінің қозғалысының дәл математикалық сипаттамасын жасай алады. Алынған формулаларды пайдалана отырып, осы нысанның қайда қозғалатынын және кез келген уақытта қай жерде орналасатынын болжауға болады.

Картинки по запросу Электроны в атоме