АТОМНАЯ ТЕОРИЯ

Материя построена из атомов, состоящих, в свою очередь, из еще меньших частиц — протонов, нейтронов и электронов, главнейшие сведения о которых помещены в табл. 1-1

Анализ фактов, обнаруженных разными учеными, видную роль среди которых играл Резерфорд, привел к пониманию того, что в атомах имеются небольшие тяжелые ядра, в состав которых входят протоны и нейтроны и в которых сосредоточена почти вся масса атома. Большая часть атома заполнена электронами и представляет собой почти пустое пространство.

Последующие работы химиков, физиков и математиков выявили характер расположения электронов внутри атомов. Здесь будут представлены только основные положения теории электронного строения для некоторых атомов и главные принципы, используемые в дальнейшем изложении.

Электроны расположены в трехмерном пространстве вокруг ядра атома. Несколько упрощенно можно считать, что внутри этого пространства имеются области, в которых могут располагаться электроны. Эти области называются орбиталями. Каждая орбиталь характеризуется размером, формой и ориентацией внутри атома, и каждой присвоено буквенно-цифровое обозначение.

Хотя в атоме имеется большое число орбиталей, в обычных условиях только сравнительно малая их часть занята электронами. Ниже приводится список общепринятых обозначений первых (т. е. ближайших к ядру) восемнадцати орбиталей. Цифра (номер) характеризует размерили средний диаметр орбитали, а буква — форму орбитали. s-Орбиталь представляет собой сферу, центр которой совпадает с центром (ядром) атома, а три -орбитали напоминают объемные восьмерки, оси которых

Таблица 1-1. (см. скан) Субатомные частицы

Рис. 1-1. Расположение атомных орбиталей: 1 - s-oрбиталь, имеет одну возможную ориентацию; 2 — -орбиталь, имеет три возможные ориентации; точкой показано ядро атома

перпендикулярны друг другу (рис. 1-1). Таким образом, рбиталь - сферическая и наименьшая по размерам; -орбиталь — также сферическая, но большего размера; -орбитали имеют форму восьмерок и по размеру сопоставимы с . Орбитали имеют более сложную форму. Существуют также -орбитали, но мы не будем рассматривать их в этой книге, так как большинство атомов, встречающихся в органических соединениях, не имеют занятых электронами Список 18 атомных орбиталей таков:

Орбитали группируются в соответствии с их размерами и эти группы называются слоями или оболочками. В первой электронной оболочке имеется лишь одна орбиталь — На второй оболочке их уже четыре, а на третьей — девять. Каждая орбиталь может быть свободной (пустой) или занятой одним или двумя электронами. Заметим, что в каждой оболочке (кроме первой) существует три -орбитали и пять -орбиталей (во всех оболочках, кроме двух первых). Поскольку на каждой орбитали может находиться по 2 электрона, группу -орбиталей могут занимать 6 электронов, а группу -орбиталей — 10 электронов. Электроны сначала

занимают орбитали низших слоев и только затем — орбитали более высоких уровней. Легкость заполнения орбиталей уменьшается от начала к концу списка. Иными словами, электроны, занимающие более высокие орбитали, имеют большую энергию.

Ниже приведены электронные конфигурации атомов бериллия, углерода и железа. Надстрочные индексы показывают число электронов на каждой орбитали:

Атом бериллия имеет электрона на и -орбиталях. Углеродный атом С имеет по 2 электрона на и -орбиталях и по одному на двух -рбиталях. Больший по размеру атом, такой, как железа имеет больше электронов и более сложную электронную конфигурацию. Чтобы упростить запись, заполнение и -орбиталей иногда суммируют и обозначают как Строение электронных оболочек атомов элементов I, IV и VII групп периодической системы можно изобразить следующим образом: