Как связаны строение атомов металлов и расположение их в главных


Строение металлов и их особенности, схема и примеры

Общие сведения о строении металлов

Металлы можно охарактеризовать при помощи нескольких свойств, которые будут общими для всех элементов. К таким характеристикам следует отнести высокую электрическую проводимость и теплопроводность, пластичность, благодаря которой металлы можно подвергать ковке, прокатке, штамповке или вытягиванию в проволоку, металлический блеск и непрозрачность.

В зависимости от температуры кипения все металлы подразделяют на тугоплавкие (Tкип> 1000oС) и легкоплавкие (Tкип< 1000oС). Примером тугоплавких металлов может быть – Au, Cu, Ni, W, легкоплавких – Hg, K, Al, Zn.

Электронное строение металлов и их особенности

Атомы металлов, также как, и неметаллов состоят из положительно заряженного ядра внутри которого находятся протоны и нейтроны, а по орбитам вокруг него движутся электроны. Однако, по сравнению с неметаллами, атомные радиусы металлов намного больше. Это связано с тем, что валентные электроны атомов металлов (электроны внешнего энергетического уровня) расположены на значительном удалении от ядра и, как следствие, связаны с ним слабее. По этой причине металлы характеризуются низкими потенциалами ионизации и легко отдают электроны (являются восстановителями в ОВР) при образовании химической связи.

Все металлы за исключением ртути представляют собой твердые вещества с атомной кристаллической решеткой. Рассмотрим строение металлов в кристаллическом состоянии. В атомах металлов имеются «свободные» электроны (электронный газ), которые могут перемещаться по кристаллу даже под действием слабых электрических полей, что обусловливает высокую электропроводимость металлов.

Среди металлов присутствуют s-, p-, d- и f-элементы. Так, s- элементы – это металлы I и II групп Периодической системы (ns1, ns2), р- элементы – металлы, расположенные в группах III – VI (ns2np1-4). Металлы d-элементы имеют большее число валентных электронов по сравнению с металлами s- и p-элементами. Общая электронная конфигурация валентных электронов металлов d-элементов – (n-1)d1-10ns2. Начиная с 6 периода появляются металлы f-элементы, которые объединены в семейства по 14 элементов (за счет сходных химических свойств) и носят особые названия лантаноидов и актиноидов. Общая электронная конфигурация валентных электронов металлов f-элементов – (n-2)f 1-14(n-1)d0-1ns2.

Примеры решения задач

металлоконструкций

Точки плавления и кипения

Металлы имеют тенденцию к высоким температурам плавления и кипения из-за прочности металлической связи. Прочность связи варьируется от металла к металлу и зависит от числа электронов, которые каждый атом делокализует в море электронов, и от упаковки.

Металлы группы 1, такие как натрий и калий, имеют относительно низкие температуры плавления и кипения, главным образом потому, что каждый атом имеет только один электрон, вносящий вклад в связь, но есть и другие проблемы:

  • Элементы группы 1 также неэффективно упакованы (с 8 координатами), поэтому они не образуют столько связей, сколько большинство металлов.

  • У них относительно большие атомы (это означает, что ядра находятся на некотором расстоянии от делокализованных электронов), что также ослабляет связь.

 

Электропроводность

Металлы проводят электричество. Делокализованные электроны могут свободно перемещаться по структуре в трехмерном пространстве. Они могут пересекать границы зерен. Несмотря на то, что узор может быть нарушен на границе, пока атомы соприкасаются друг с другом, металлическая связь все еще присутствует.

Жидкие металлы также проводят электричество, показывая, что, хотя атомы металла могут свободно перемещаться, делокализация остается в силе до тех пор, пока металл не закипит.

 

Теплопроводность

Металлы - хорошие проводники тепла. Тепловая энергия улавливается электронами в качестве дополнительной кинетической энергии (это заставляет их двигаться быстрее). Энергия передается по всему остальному металлу движущимися электронами.

 

Прочность и работоспособность

Ковкость и пластичность

Металлы описываются как ковкий (можно разбивать на листы) и пластичный (можно вытягивать на проволоку).Это происходит из-за способности атомов перемещаться друг по другу в новые позиции без разрыва металлической связи.

Если приложить небольшое напряжение к металлу, слои атомов начнут катиться друг по другу. Если напряжение снова будет снято, они вернутся в исходное положение. В этих условиях металл считается эластичным на единиц.

Если приложить большее напряжение, атомы перекатываются друг на друга в новое положение, и металл навсегда изменяется.

Твердость металлов

Этому катанию слоев атомов друг на друга препятствуют границы зерен, потому что ряды атомов не выстраиваются должным образом. Отсюда следует, что чем больше имеется границ зерен (чем меньше отдельные кристаллические зерна), тем тверже становится металл.

В противоположность этому, поскольку границы зерен - это области, где атомы не находятся в таком хорошем контакте друг с другом, металлы имеют тенденцию к разрушению на границах зерен.Увеличение количества границ зерен не только делает металл тверже, но и делает его более хрупким.

Контроль размера кристаллических зерен

Если у вас чистый кусок металла, вы можете контролировать размер зерен с помощью термической обработки или обработки металла.

Нагрев металла имеет тенденцию приводить атомы в более правильное расположение - уменьшая количество границ зерен и тем самым делая металл более мягким.Если стучать по металлу в холодном состоянии, образуется много мелких зерен. Поэтому холодная обработка делает металл более твердым. Чтобы восстановить его работоспособность, вам необходимо повторно нагреть его.

Вы также можете нарушить регулярное расположение атомов, вставив в структуру атомы немного другого размера. Сплавы , такие как латунь (смесь меди и цинка), тверже, чем исходные металлы, поскольку неоднородность структуры помогает предотвратить скольжение рядов атомов друг по другу.

.

Структура атомов

Ученые открыли многое из того, что мы знаем о структуре атома, наблюдая за взаимодействием атомов с различными формами излучаемой или передаваемой энергии, например, с энергией, связанной с видимым светом, который мы обнаруживаем нашим глаза, инфракрасное излучение, которое мы воспринимаем как тепло, ультрафиолетовый свет, вызывающий солнечный ожог, и рентгеновские лучи, которые создают изображения наших зубов или костей. Все эти формы лучистой энергии должны быть вам знакомы. Мы начинаем обсуждение развития нашей нынешней модели атома с описания свойств волн и различных форм электромагнитного излучения.

Рисунок 6.1 Волна в воде

Когда капля воды падает на гладкую водную поверхность, она генерирует набор волн, распространяющихся наружу по кругу.

Свойства волн

Волна Периодическое колебание, передающее энергию через пространство. представляет собой периодическое колебание, передающее энергию через пространство. Любой, кто побывал на пляже или уронил камень в лужу, видел волны, движущиеся в воде (рис.6.1 «Волна в воде»). Эти волны возникают, когда ветер, камень или какое-либо другое возмущение, такое как проплывающая лодка, передает энергию воде, заставляя поверхность колебаться вверх и вниз по мере того, как энергия движется наружу от точки ее происхождения. Когда волна проходит через определенную точку на поверхности воды, все, что там плавает, движется вверх и вниз.

Рисунок 6.2 Важные свойства волн

(a) Длина волны (λ), частота (ν, обозначенная в Гц) и амплитуда указаны на этом рисунке волны.(b) Волна с самой короткой длиной волны имеет наибольшее количество длин волн в единицу времени (т. е. наибольшую частоту). Если две волны имеют одинаковую частоту и скорость, то энергия с большей амплитудой будет выше.

Волны обладают характерными свойствами (Рисунок 6.2 «Важные свойства волн»). Как вы могли заметить на рис. 6.1 «Волна в воде», волны - это периодические явления, такие как волны, которые регулярно повторяются как в пространстве, так и во времени; то есть они регулярно повторяются как в пространстве, так и во времени.Расстояние между двумя соответствующими точками в волне - между серединами двух пиков, например, или двух впадин - это длина волны (λ). Расстояние между двумя соответствующими точками в волне - между серединами двух пиков или двух впадин. Длины волн описываются единицей расстояния, обычно метрами. Частота (ν) Количество колебаний (т. Е. Волны), которые проходят определенную точку за данный период времени. волны - это количество колебаний, которые проходят определенную точку за заданный период времени.Обычными единицами измерения являются колебания в секунду (1 / с = с -1 ), что в системе СИ называется герцами (Гц). Амплитуда: Вертикальная высота волны, которая определяется как половина высоты от пика до впадины, или вертикальная высота волны определяется как половина высоты от пика до впадины; с увеличением амплитуды волны данной частоты увеличивается и ее энергия. Как вы можете видеть на Рисунке 6.2 «Важные свойства волн», две волны могут иметь одинаковую амплитуду, но разные длины волн, и наоборот.Расстояние, пройденное волной за единицу времени, - это ее скорость ( v ). Расстояние, пройденное волной за единицу времени, обычно измеряется в метрах в секунду (м / с). Скорость волны равна произведению ее длины волны на частоту:

.

Уравнение 6.1

(длина волны) (частота) = скорость λν = v (метровая волна) (волна-секунда) = метр-секунда

Водные волны медленнее звуковых волн, которые могут проходить через твердые тела, жидкости и газы.В то время как водные волны могут распространяться со скоростью несколько метров в секунду, скорость звука в сухом воздухе при 20 ° C составляет 343,5 м / с. Ультразвуковые волны, которые распространяются с еще большей скоростью (> 1500 м / с) и имеют большую частоту, используются в таких разнообразных приложениях, как определение местоположения подводных объектов и получение медицинских изображений внутренних органов.

Электромагнитное излучение

Водные волны передают энергию через пространство посредством периодических колебаний материи (воды). Напротив, энергия, которая передается или излучается в пространстве в виде периодических колебаний электрических и магнитных полей, известна как электромагнитное излучение. Энергия, которая передается или излучается в пространстве в форме периодических колебаний электрических и магнитных полей.(Рисунок 6.3 «Природа электромагнитного излучения»). Некоторые формы электромагнитного излучения показаны на Рисунке 6.4 «Электромагнитный спектр». В вакууме все формы электромагнитного излучения - будь то микроволны, видимый свет или гамма-лучи - распространяются со скоростью света ( c ). Скорость, с которой все формы электромагнитного излучения распространяются в вакууме, фундаментальная физическая константа. со значением 2,99792458 × 10 8 м / с (что составляет примерно 3,00 × 10 8 м / с или 1.86 × 10 5 миль / с). Это примерно в миллион раз быстрее скорости звука.

Рисунок 6.3 Природа электромагнитного излучения

Все формы электромагнитного излучения состоят из перпендикулярных колеблющихся электрических и магнитных полей.

Поскольку разные виды электромагнитного излучения имеют одинаковую скорость ( c ), они различаются только длиной волны и частотой. Как показано на рисунке 6.4 «Электромагнитный спектр» и таблица 6.1 «Единицы измерения общей длины волны для электромагнитного излучения», длины волн известного электромагнитного излучения находятся в диапазоне от 10 1 м для радиоволн до 10 −12 м для гамма-лучей, которые излучаются ядерной энергетикой. реакции. Заменив v на c в уравнении 6.1, мы можем показать, что частота электромагнитного излучения обратно пропорциональна его длине волны:

Уравнение 6.2

c = λνν = cλ.

Вопросы металлургии: Структура металла

Когда вы думаете о расплавленном металле, помните о нескольких моментах. Во-первых, тепло перетекает в холод - всегда. И это становится более понятным, если учесть, что теплые атомы движутся быстрее, чем холодные. И эти быстро движущиеся атомы натыкаются на другие атомы, заставляя их двигаться быстро.

Более того, чем теплее металл - или любой другой материал, если на то пошло, тем быстрее движутся атомы, составляющие этот металл.Да, есть внутренние притяжения, которые помогают удерживать атомы в луже, не позволяя им просто испаряться, но факт в том, что если они будут двигаться достаточно быстро, то есть достаточно нагреются, они в конечном итоге испарятся, как водород и кислород. делать, когда вода закипает.

Когда тепловая энергия передается другой части, атомы отдают энергию, замедляясь и остывая. При испарении остается вода в виде пара.

Когда расплавленный металл охлаждается, атомные силы начинают притягивать или заставлять атомы превращаться в твердые частицы, называемые ядрами, которые принимают определенные и идентифицируемые кристаллические структуры.Поскольку ядра имеют кристаллическую структуру металла, к ядрам присоединяются дополнительные атомы. Когда эти ядра становятся больше, они образуют зерна. Такое упорядоченное расположение атомов называется решеткой.

Но по мере того, как металл затвердевает и зерна растут, они растут независимо друг от друга, что означает, что в конечном итоге эти различные области растущих зерен должны встретиться. Когда они это делают, расположение атомов в зеренной структуре нарушается в этой точке встречи. Это называется границей зерен.Границы зерен образуют непрерывную сеть по всему металлу, и из-за нарушенной структуры на границе металл часто действует по-разному в местах границ.

Если не считать границ зерен, каждое зерно в чистом металле имеет такую ​​же кристаллическую структуру, как и любое другое зерно, при той же температуре. Эта структура, которую можно идентифицировать под микроскопом, оказывает огромное влияние на характеристики металла.

Общие кристаллические структуры

Для наших целей все металлы и сплавы являются твердыми кристаллическими веществами, хотя некоторые металлы были сформированы в лаборатории без кристаллической структуры.И большинство металлов принимают одну из трех различных решетчатых или кристаллических структур по мере их образования: объемно-центрированную кубическую (ОЦК), гранецентрированную кубическую (ГЦК) или гексагональную плотноупакованную (ГЦП). Расположение атомов для каждой из этих структур показано на рис. 1 .

Рисунок 1
Три кристаллические структуры, которым отдают предпочтение металлы: (a) объемно-центрированная кубическая (BCC), (b) гранецентрированная кубическая (FCC) и (c) гексагональная плотноупакованная (HCP).

Ряд металлов показан ниже с указанием их кристаллической структуры при комнатной температуре. И для справки: да, есть вещества без кристаллической структуры при комнатной температуре; например, стекло и силикон.

Алюминий - FCC
Хром - BCC
Медь - FCC
Железо (альфа) - FCC
Железо (гамма) - BCC
Железо (дельта) - BCC
Свинец - FCC
Никель - FCC
Серебро - FCC
Титан - HCP
Вольфрам - BCC
Цинк - HCP

Сплавы и атомное расположение

Все, что было описано до сих пор, относится к чистым металлам, что вызывает вопрос: что происходит, когда вы добавляете сплав или два? В конце концов, наиболее распространенные металлы - это сплавы, содержащие остаточные и добавленные металлические и неметаллические элементы, растворенные в основном металле.

Конечно, эти добавленные элементы могут сильно повлиять на свойства получаемого сплава. Но то, как эти элементы растворяются, или, другими словами, как они соединяются с существующими атомами в кристаллической решетке исходного металла, также может сильно влиять как на физические, так и нефизические свойства конечного продукта.

По сути, существует два способа соединения легирующего элемента (элементов), называемого растворенными веществами, с основным или исходным металлом, который также называется растворителем. Атомы сплава могут объединяться либо путем прямого замещения, создавая твердый раствор замещения, либо они могут объединяться между собой, образуя твердый раствор внедрения.

Замещающий твердый раствор. Когда атомы сплава похожи на атомы исходного металла, они просто заменят некоторые из атомов исходного металла в решетке. Новый металл растворяется в основном металле с образованием твердого раствора. Примеры включают медь, растворенную в никеле, золото, растворенное в серебре, и углерод, растворенный в железе (феррит).

Промежуточный твердый раствор. Когда атомы сплава меньше, чем атомы исходного металла, они будут помещаться между атомами в решетке исходного металла.Атомы сплава не занимают узлы решетки и не заменяют ни один из исходных атомов. Конечно, это вызывает напряжение в кристаллической структуре, потому что соответствие не идеальное: есть атомы, занимающие пространство, которое изначально было незанятым.

Конечным результатом обычно является увеличение прочности на разрыв и уменьшение удлинения. Примеры включают небольшие количества меди, растворенной в алюминии и углероде, и азота, растворенного в железе и других металлах.

Фазы, микроструктуры и фазовые изменения

Часто ни прямой раствор, ни раствор внедрения не могут полностью растворить все добавленные атомы.И когда это происходит, результат - смешанные атомные группировки. Другими словами, в одном и том же сплаве существуют разные кристаллические структуры. Каждая из этих различных структур называется фазой, а сплав, который представляет собой смесь этих различных кристаллических структур, называется многофазным сплавом.

Эти различные фазы можно различить под микроскопом при полировке и травлении сплава. Перлит - хороший пример многофазного сплава из семейства углерод-железо.

Фазы, присутствующие в сплаве, наряду с общим расположением зерен и границами зерен, объединяются, чтобы сформировать микроструктуру сплава.И микроструктура сплава имеет решающее значение, поскольку в значительной степени отвечает как за физические, так и за механические свойства этого сплава.

Например, поскольку граничные области замерзают последними, когда сплав охлаждается, границы зерен содержат атомы с более низкой точкой плавления по сравнению с атомами внутри зерен. Эти инородные атомы вызывают искажение микроструктуры и упрочняют сплав при комнатной температуре. Но с повышением температуры прочность сплава снижается, потому что эти атомы с более низкой температурой плавления начинают плавиться раньше, позволяя проскальзывать между зернами.

Кроме того, посторонние атомы или атомы нестандартного размера имеют тенденцию скапливаться на границах зерен, потому что атомная структура нерегулярна. Это может привести к образованию фаз, которые снижают пластичность и приводят к растрескиванию во время сварки.

Подумайте об этом: холодная обработка металла искажает всю его микроструктуру. Конечным результатом в большинстве случаев является то, что металл становится тверже. Атомы легирующего элемента искажают микроструктуру металла, и металл снова становится тверже. То же самое верно и для атомов сплава, которые растворяются в основном металле, а затем выпадают в осадок.Атомы уходят, но искажение остается, и металл тверже.

Размер зерна также важен. Вообще говоря, мелкозернистые металлы обладают лучшими свойствами при комнатной температуре. А размер определяется скоростью охлаждения. Быстрое охлаждение приводит к уменьшению зерен, и наоборот. Но факт в том, что размер зерна, структура границ зерен и присутствующие фазы важны. В целом, эти характеристики в совокупности определяют возможности и полезность металла.

Короче говоря, общая микроструктура металла определяет его характеристики.Сегодня почти каждый металл, который мы используем, представляет собой сплав с одним или несколькими элементами, добавленными для модификации, корректировки, исправления или изменения микроструктуры основного металла, создавая многофазную систему, которая может лучше удовлетворить наши потребности. И каждый раз, когда мы прикладываем резак к металлу, мы вызываем фазовый переход и влияем на его микроструктуру.

Это должно дать вам общее представление о структуре металлов и о том, что происходит, когда мы плавим их, чтобы сварить вместе. В следующий раз мы рассмотрим фазовые превращения, содержание углерода, упрочнение, взаимосвязь между аустенитом и мартенситом и влияние сварки на металлургическую структуру.

.

атомов и атомная структура | HubPages

Задачи

По завершении этого урока учащиеся должны уметь:

  1. Объясните атомную теорию
  2. Определите основные части и субатомные частицы атома
  3. Свяжите атомные и массовые числа с основными характеристиками атомов
  4. Изобразить распределение электронов в атоме
  5. Объясните четыре квантовых числа
  6. Свяжите атомную структуру с поведением материи

Введение

Материя состоит из очень маленьких элементарных частиц или атомов материи.Первые философские утверждения, относящиеся к идее, подобной атомам, были развиты Демокритом в Греции в пятом веке. Он был тем, кто ввел термин атомос, , что означает «неразрезанный» . Идея была потеряна на столетие, пока научный интерес не возродился в эпоху Возрождения. Между 1803 и 1808 годами Джон Дальтон провел несколько химических экспериментов, чтобы определить полезность атомов. Он был первым, кто осознал, что природу и свойства атомов можно использовать для объяснения Закона Определенного Состава всех веществ, разработанного ранее Прустом, а также способа и пропорций, в которых вещества реагируют друг с другом.

В то время как слово атом первоначально обозначало частицу, которую нельзя разрезать на более мелкие частицы, атомы в современном языке состоят из субатомных частиц:

  • электронов, которые имеют отрицательный заряд и являются наименее массивными из трех;
  • протонов, которые имеют положительный заряд и примерно в 1836 раз массивнее электронов; и
  • нейтронов, которые не имеют заряда и примерно в 1839 раз массивнее электронов.

Другие атомные теории

Эксперимент Резерфорда

В 1908–1909 годах Эрнест Резерфорд и другие ученые провели эксперимент по бомбардировке золотой фольги альфа-частицами.Они заметили, что большая часть (около 99,99%) частиц прошла через пленку по прямому пути, в то время как некоторые из них отклонялись на большие углы, а некоторые отскакивали назад.

На основе результатов Резерфорд предложил следующие

  1. То, что атом состоит из большого пустого пространства, объясняет, почему большинство частиц прошли сквозь пленку.
  2. Что атом состоит из очень маленькой области, где сосредоточено его положительное электричество, следовательно, тяжелый.Предполагалось, что отскочившие частицы попали в эту область.
  3. Те, которые отклонились, подошли к положительному ядру; следовательно, возникло отталкивание, поскольку альфа-частицы также были положительными.

Вышеупомянутые причины описывают, что центральная часть атома, называемая ядром, имеет очень маленький объем, но при этом массивный.

Модель атома Бора

В 1913 году датский ученый Нильс Бор показал, что спектральные спектры могут быть связаны с электронными структурами атомов.По его словам, электроны движутся по круговым и эллиптическим орбитам вокруг положительного ядра.

Он объяснил, что:

  1. Электрон остается на орбитали, и когда он находится на орбитали, он характеризуется определенным количеством энергии, так что энергия электрона квантуется.
  2. Электрон перескакивает с более высокой орбитали на другую, когда он перескакивает с более низкой орбитали на более высокую, происходит испускание энергии.
  3. Электрон обращается вокруг ядра по определенному круговому пути.

Основные части атома

Нил Бор изобразил атомы как состоящие из трех основных видов частиц: электронов, протонов и нейтронов. Электрон - это частица, обладающая отрицательным (-) электрическим зарядом. Протон - это частица, состоящая из положительного заряда (+), электрического заряда, равного по величине (но противоположного по типу) заряду электрона. Нейтрон - это частица без электрического заряда. Протон и нейтрон имеют практически одинаковый вес.Протоны и нейтроны упакованы вместе в центре атома, образуя так называемое ядро ​​ . Электроны перемещаются вокруг ядра атома, которое находится на относительно большом расстоянии от ядра.

Изотопы

Атомы одного и того же элемента могут иметь одинаковый атомный номер, но различаются атомными массами, и они называются изотопами . Первые изотопы неона были открыты Томсоном и Астоном в 1912-1913 годах.Масс-спектрограф - это точный инструмент, используемый для определения атомных масс с точностью до 1 части из 10000.

Распределение электронов и электронная конфигурация

Электроны вращаются вокруг ядра атома по определенной схеме. Группы электронов поддерживают определенные средние расстояния от ядра, образуя оболочки или энергетические уровни электронов, окружающих ядро. Каждая оболочка способна содержать определенное количество электронов, количество которых увеличивается по мере удаления от ядра.Буквы - k, l, m, n, o и p, начиная с оболочки, ближайшей к ядру, обозначают оболочки. Максимальное количество электронов в любой оболочке можно рассчитать из соотношения:

Число = 2 с

Где:

Число = максимально возможное количество электронов в оболочке

S = номер корпуса (K = 1, I = 2. m = 3 и т. Д.)

Подуровни

Уровни энергии далее подразделяются на подуровни, обозначаемые буквами s, p, d, f, g… (в алфавитном порядке), номер которых соответствует номеру уровня энергии.

Каждый подуровень имеет набор орбиталей, которые имеют одинаковую энергию.

K (n = 1) один подуровень: 1с

L (n = 2) два подуровня: 2s и 2p

M (n = 3) три подуровня: 3s, 3p и 3d

S = 2 электрона

p = 6 электронов

d = 10 электронов

f = 14 электронов

Орбиталь - это дом электронов или область spsce, где вероятность нахождения электронов максимальна

Подуровень

имеет одну орбиталь с 2 электронами

Подуровень

p имеет 3 орбитали с 8 электронами

Подуровень

d имеет 5 орбиталей с 18 электронами

Электронная конфигурация

Электроны в атомах находятся на орбиталях.Особое расположение электронов на орбиталях атома называется его электронной конфигурацией. Орбиталь - это дом электронов и область пространства, где вероятность нахождения электрона наибольшая.

Правила построения электронной конфигурации:

  1. Число электронов, входящих в атом, должно быть равно его атомному номеру z и количеству протонов. Таким образом, атом нейтрален.
  2. Не более 2 электронов с противоположными спинами могут войти на одну орбиталь (Принцип исключения Паули.)
  3. Когда есть орбитали одного вида энергии, электроны занимают эквивалентные орбитали по отдельности до максимума и с параллельными спинами (Правило Хунда).
  4. Противоположное вращение может быть представлено стрелками, направленными вверх и вниз.

Пример:

Запишите электронную конфигурацию и распределение электронов по следующим основным энергетическим уровням:

  1. Na 11e 1s2 2s2 2p6 3s1
  2. К 19э 1с2 2с2 2п6 3с2 3п6 4с1
  3. О 8э 1с2 2с2 2п4

Квантовая механика или теория орбиты

Волновая механика или Квантовая механика или Теория орбиты атома заменила теорию Бора.

Свет проявляет свойства двойной волны-частицы. Интерференционные и дифракционные картины, образующиеся при прохождении света через щели, можно объяснить только сложением волн. Прерывистое излучение света горячими телами можно объяснить только частицеобразными фотонами излучаемого света. Луи де Бройль рассуждал, что если свет может проявлять волновые свойства и свойства частиц, то крошечные движущиеся частицы материи также могут проявлять волновые свойства. Теория Де Бройля о материальных волнах была экспериментально подтверждена дифракционной картиной, создаваемой электронами, направленными на кристаллы, точно так же, как световые волны дифрагируют через щели.

Принцип неопределенности Вернера Гейзенберга

Мы можем измерить положение видимой частицы, ее направление и скорость движения. Однако, согласно Гейзенбергу, если невидимая крошечная частица, такая как электрон, проявляет свойства волны, мы не можем знать ни ее мгновенное положение в пространстве, ни ее точную энергию. Для описания разрешенных энергетических состояний электрона были применены математические выражения, основанные на квантовой механике, с учетом волновых свойств электронов, движущихся вокруг ядра, притяжения электронов к ядру и кинетической энергии движения электронов.Принцип неопределенности Гейзенберга гласит, что, если мы знаем энергию электрона с высокой точностью, его местоположение является неопределенным. В квантово-механическом описании атома мы можем просто указать вероятность нахождения электрона в определенной области пространства, окружающей его ядро, в данный момент.

Области с высокой электронной плотностью - это области, где электрон наиболее вероятно находится. Эти области называются орбиталями . Термин «орбиталь» используется для обозначения разрешенного энергетического состояния, а также для распределения электронной плотности в пространстве.Орбиталь имеет как характерную энергию, так и характерную форму в пространстве вокруг ядра - трехмерном, три из квантовых чисел описывают орбиталь, занятую электроном. Четвертое квантовое число описывает спин электрона в пространстве.

Квантовые числа

Главное квантовое число (n) связано с расстоянием между электроном от ядра и определяет общую энергию электрона.

Второе квантовое число (азимутальное квантовое число) (I) дает форму орбитали.Имеет целые значения от 0 до n-1.

Третье квантовое число (магнитное квантовое число) (м) описывает ориентацию орбитали в пространстве. Целые значения могут быть от l 1 , l-1, l-2 до -l. Положительные значения m описывают ориентацию в направлении приложенного магнитного поля, а отрицательные значения относятся к ориентации в противоположном направлении.

Четвертое квантовое число - квантовое число спина электрона (m).Он описывает вращение электрона вокруг своей оси. Он может вращаться по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Принцип исключения Паули гласит, что никакие два электрона не могут иметь одинаковый набор из четырех квантовых чисел.

.

Смотрите также