Коротко про складне: будова електронних оболонок атомів

Провінційний учитель хімії Джон Дальтон в 1803 році відкрив «Закон кратних відносин». Ця теорія говорить, що якщо конкретний хімічний елемент може утворювати з`єднання з іншими елементами, то на кожну його частину маси припадатиме частина маси іншої речовини, а відносини між ними будуть такими ж, як між невеликими цілими числами. Це була перша спроба пояснити складне будову речовини. У 1808 році цей же вчений, прагнучи пояснити відкритий ним закон, припустив, що в різних елементах атоми можуть мати різні маси.

Перша модель атома була створена в 1904 році. Електронна будова атома в цій моделі вчені назвали «пудинг з родзинками». Вважалося, що атом - це тіло з позитивним зарядом, в якому рівномірно перемішані його складові. Така теорія не могла відповісти на питання про те, чи знаходяться складові атома в русі або в спокої. Тому майже одночасно з теорією «пудингу» японець Нагаока запропонував теорію, в якій будова електронної оболонки атома уподібнював сонячній системі. Однак, посилаючись на те, що при обертанні навколо атома його складові повинні втрачати енергію, а це не відповідає законам електродинаміки, Вин відкинув планетарну теорію.

Однак після відкриття електрона стало зрозуміло, що будова атома більш складне, ніж його уявляли. Виникли питання: що таке електрон? Як він влаштований? Чи існують інші субатомні частинки?

До початку ХХ століття була остаточно прийнята планетарна теорія. Стало ясно, що кожен електрон, рухаючись по орбіті ядра як планета навколо Сонця, має власну траєкторію.

Але подальші експерименти і дослідження спростували таку думку. З`ясувалося, що власної траєкторії електрони не мають, однак, можна передбачити область, в якій ця частка виявляється найчастіше. Обертаючись навколо ядра, електрони утворюють орбіталь, яку назвали електронною оболонкою. Тепер треба дослідити будову електронних оболонок атомів. Фізиків зацікавили питання: як саме рухаються електрони? Чи є в цьому русі впорядкованість? Може бути, рух хаотично?

Прабатько атомної фізики Н.Бор і цілий ряд таких же великих учених довели: електрони обертаються оболонками-шарами, а їх рух відповідає певним законам. Належало щільно і детально вивчити будову електронних оболонок атомів.

Особливо важливо знати цю будову для хімії, тому що властивості речовини, це вже було ясно, залежать від пристрою і поведінки електронів. З цієї точки зору поведінка електрона-орбіталі - найважливіша характеристика цієї частки. Було встановлено, що чим ближче до ядра атома розташовуються електрони, тим більше зусиль потрібно докласти, щоб розірвати зв`язок електрон-ядро. Електрони, розташовані поряд з ядром, мають з ним максимальну зв`язок, але мінімальний запас енергії. У зовнішніх електронів, навпаки, зв`язок з ядром послаблюється, а запас енергії зростає. Таким чином, навколо атома утворюються електронні шари. Будова електронних оболонок атомів стало зрозуміліше. З`ясувалося, що енергетичні рівні (Шари) утворюють близькі по запасу енергії частинки.

Сьогодні відомо, що енергетичний рівень залежить від n (це квантове число) і відповідає цілим числам від 1 до 7. Будова електронних оболонок атомів і найбільша кількість електронів на кожному рівні визначається формулою N = 2n2.

Велика буква в цій формулі позначає найбільша кількість електронів в кожному рівні, а маленька - порядковий номер цього рівня.

Будова електронної оболонки атомів встановлює, що в першій оболонці може бути не більше двох атомів, а в четвертій - не більше 32. Зовнішній, завершений рівень містить не більше 8 електронів. Шари, де електронів менше, вважаються незавершеними.