Углублено понятие металлической связи, определены факторы способствующие образованию определенного типа кристаллических решеток, построена модель ядра атома, обьясняющая количества нейтронов для ядер химических элементов, скорректирована таблица элементов. Элементарная ячейка ГЦК решетки предположительно образована 9 атомами в первом координационном числе и наверное 6 атомами во втором координационном числе в отличие от современно принятого: 12 в первом и 6 во втором.
Углублено понятие металлической связи, определены факторы способствующие образованию определенного типа кристаллических решеток, построена модель ядра атома, обьясняющая количества нейтронов для ядер химических элементов, скорректирована таблица элементов. Элементарная ячейка ГЦК решетки предположительно образована 9 атомами в первом координационном числе и наверное 6 атомами во втором координационном числе в отличие от современно принятого: 12 в первом и 6 во втором.
2. Структура электронных уровней в атомах
Состояние электрона в атоме определяется четырьмя квантовыми числами,
каждое из которых характеризует определенную физическую величину:
Главное квантовое число n=1, 2, 3 … (энергия электрона в атоме)
Азимутальное квантовое число l=0, 1, 2 …n-1 (момент импульса)
Магнитное квантовое число ml=- l,…-1, 0, 1, …l (магнитный момент)
Спиновое квантовое число ms=±½ (собственный момент или спин)
3. Структура электронных уровней в атомах
В сложных атомах оказывается, что состояния
с одним и тем же главным квантовым числом
не обладают в точности одной энергией .
Причиной этого является то, что в сложных
атомах электрон находится не только в
электрическом поле ядра, но и в поле
окружающих ядро электронов. Для электронов,
находящихся далеко от ядра, его поле может в
значительной степени «экранироваться».
Экранирование приводит к тому, что s-
электроны связаны с ядром сильнее, чем p-
электроны, а те в свою очередь сильнее, чем d-
электроны
В атоме Na:
энергия уровня 3s – 5,12 эВ
энергия уровня 3p – 3,02 эВ
n
1
2
3
4
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4. Структура электронных уровней в атомах
SLJ
+=
Для характеристики состояния многоэлектронных атомов часто используют так называемый
полный момент J
(1)
...321 +++= lllL
...321 +++= sssS
Суммарный орбитальный момент Суммарный спиновый момент
В скалярном виде: SLJ +=
...321 +++= lll mmmL ...321 +++= sss mmmS
Если суммарный момент вычисляется по правилу (1), то говорят о нормальной связи
электронов атоме или связи Рассела-Саундерса
Для обозначения состояния атомов используют метод термов
J
S
X12 +
Где:
X≡S (при L=0)
X≡P (при L=1)
X≡D (при L=2)
Терм атома водорода:
21
2
S
т.е. S=1/2 (2S+1=2) и J=1/2+0=1/2
5. Принцип Паули
С точки зрения классической физики все электроны в атоме должны расположиться на уровне
с наименьшей энергией, т.е. находиться в 1s состоянии. Однако это не так. По мере
увеличения заряда ядра электроны последовательно заполняют электронные уровни.
Объяснение этому факту впервые дал В. Паули в 1925 г.
Вольфганг Паули
1900-1958
Принцип запрета Паули (принцип исключения):
В одной и той же квантовой системе не может быть двух или
более электронов, обладающих одинаковой совокупностью
квантовых чисел
Математически принцип Паули сводится к принципу
тождественности – в системе из двух электронов один из них
принципиально невозможно отличить от другого
Принципу запрета Паули подчиняются все частицы с полуцелым спином (электроны,
протоны). Такие частицы называют фермионами. Частицы с целым спином (α- частицы,
фотоны, π-мезоны) называют бозонами, они принципу запрета Паули не подчиняются.
6. Периодическая система элементов
Д.И. Менделеева
Рассмотрим связь между строением электронной оболочки атома и его местом в периодической
системе элементов Д.И. Менделеева.
Каждому значению главного квантового числа n соответствуют 2n2
состояний с другими
квантовыми числами. Все эти состояния образуют слой электронной оболочки. Слой с n=1
называется K-слоем, с n=2 называется L-слоем, с n=3 – M-слоем.
В K-слое могут находиться электроны с l=0, т.е. s-электроны; в L-слое электроны с l=0 и l=1, т.е.
s- и p-электроны.
Рассмотрим строение электронных оболочек наиболее простых атомов:
n=1, l=0
L=0, S=1/2, J=1/2
2/1
2
S
n=1, l=0
L=0, S=0, J=0
0
1
S
7. Периодическая система элементов
Д.И. Менделеева
n=2, l=0
L=0, S=1/2, J=1/2
2/1
2
S 0
1
S
Предсказать строение атома бора и следующих за ним атомов можно при помощи эмпирических
правил Хунда:
1. Наименьшей энергией обладает состояние с наибольшим возможным S и наибольшем
возможном при таком S значении L.
2. Квантовое число J равно |L-S|, если заполнено не более половины оболочки и равно L+S в
остальных случаях.
n=2, l=1
L=1, S=1/2, J=1/2
2/1
2
P
n=2, l=1
L=1, S=1, J=0
0
3
P
n=2, l=0
L=0, S=3/2, J=0
2/3
4
P
1s
2p2s
1s
2s 2p
1s
2s 2p
n=2, l=0
L=0, S=0, J=0
