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原子は 、中性子と陽子からなる原子核と、原子核の周りを回る電子で構成されています。電子が描く軌道、つまり電子が移動する原子の空間内の場所は、化学反応や、電子が構成する原子および分子構造の基本的な側面を構成します。電子が移動する原子の空間内の場所は軌道です。最も単純な軌道は、水素原子が持つ唯一の電子の軌道であり、球状です。しかし、元素の電子数が増えるにつれて、元素が移動する軌道はますます複雑になり、92 個の電子を持ち、最大数の電子を持つ自然元素であるウランの場合に到達します。
量子力学と原子中の電子
軌道の形状や原子の電子のその他の特性は量子力学によって記述され、エネルギーや位置などの物理パラメーターが明確な値を持つことが確立されます。それらは、任意の値を持つことができる古典力学のような連続パラメーターではありません。したがって、電子のエネルギーは、原子の空間で通過する場所と同様に、定義された値しか持つことができません。
原子核を周回する電子のエネルギーと位置は、シュレディンガー方程式の解である波動関数と呼ばれる数学関数によって記述されます。この関数は、電子が特定の瞬間に特定の位置にいる確率を表します。量子力学は、エネルギーと時間、または位置と運動量 (運動量: その質量の積) など、電子のような粒子の 2 つの物理的パラメーターを正確に決定することはできないことも確立しているため、ここで確率について話しています。倍の速度) の粒子。
量子数
電子が特定の瞬間に特定の位置にある可能性を表す関数は、4 つの関数の積です。3 つは電子の位置に関連付けられています (1 つは原子核からの距離に依存し、他の 2 つは原子核からの距離に依存します)。角座標に依存する）と電子の回転に関連する残りの部分。これらの関数には、量子数と呼ばれるものが含まれます。これは次の 4 つです。
- 電子のエネルギーに関連付けられ、正の整数値を持つ主量子数n。
- 文字で表される電子の角運動量 (角運動量: その質量とその回転速度の積) に関連する方位量子数l 。l = 0の場合はs 。l =1 の場合はp 、 l =2の場合はd 、 l =3 の場合はf 。文字を含む数lの命名法は、アルカリ金属のスペクトルの研究にその起源があり、スペクトル線は、英語の名前でシャープ (明確に定義されたs ) 、プリンシパル(メイン、p )、拡散(diffuses、d )、および基本(基本、f )。
- 3 つ目は、量子数は電子の角運動量の向きに関連付けられた磁気mまたはml です。この量子数の変化により、たとえば、図に示す3 d軌道を持つ元素の 5 つのローブ分布が生成されます。この電子の分布は非常に重要です。これは、遷移金属であるクロム、コバルト、銅、鉄、ニッケル、マンガン、スカンジウム、チタン、バナジウムなど、私たちの日常生活に存在するさまざまな材料を構成する元素に対応しているためです。s準位の場合、磁気量子数m l球軌道のみを許可します (図を参照)。pレベルでは3 つの形式の軌道が許可され、fレベルでは7 つの形式の軌道が許可されます。
4 番目の量子数はm sで、電子の回転に関連する電子のスピンです。
原子の電子構造
各要素の電子の構造は、それぞれが伴う条件に応じて、量子数の進行に従って構成されます。進行は次のとおりです (整数は主量子数nで、文字は方位量子数lです)。
1s 、 2s 、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s 、4d 、5p、6s、4f 、 5d 、6p 、 7s 、 5f _
さらに、各軌道には反対のスピンを持つ最大 2 つの電子を含めることができるため、sレベルには最大 2 つの電子を含めることができることを考慮する必要があります。磁気量子数mlによって許容される 3 つの軌道を持つp準位は、最大 6 個の電子を持つことができます。許容軌道が 5 つあるd殻(図を参照) は最大 10 個の電子を保持でき、7 つの許容軌道があるf殻は最大 14 個の電子を保持できます。
この基準に従うと、電子を 1 つしか持たない水素 (H) は 1 s 1構造を持ち、上付き文字の 1 は 1 s軌道に電子が 1 つしかないことを示します。2 つの電子を持つヘリウム (He) は、1 s 2構造( s軌道に 2 つの電子)を持ちます。3 つの電子を持つリチウム (Li) は、電子構造 1 s 2 2 s 1を持ちます。等々。たとえば、26 個の電子を持つ鉄 (Fe) は、電子構造 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 pを持ちます。6 3日6 4秒2 ; 鉄の 26 個の電子はすべて、この電子構造によって確立された軌道を通過します。
ノート
軌道という言葉は「軌道」の概念を示唆していますが、電子は実際には、最初の原子モデルにもかかわらず、軌道を実行する原子核の周りを移動するのではなく、ある軌道から別の軌道に「遷移」することを考慮に入れる必要があります。 . . 原子に複数の軌道がある場合、それらは原子の唯一の軌道 (水素とヘリウムの場合) に留まるか、共有化学結合を形成する原子によって共有される軌道に移動します。
ソース
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