Хімія. Поглиблений рівень. Повторне видання. 8 клас. Бутенко

§ 13. Рух електронів в атомі. Електронні орбіталі, їхні форми

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

  • які унікальні властивості має електрон;
  • що таке електронна хмара й електронна орбіталь;
  • чим характеризуються електронні орбіталі.

Постійно рухомий електрон завдяки надзвичайно малій масі (9,11 · 10-31 кг) водночас виявляє властивості частинки (має певні масу та заряд) і хвилі. Хвиля відрізняється від частинки тим, що її положення на певний момент часу не можна точно визначити.

Наведемо аналогію: коли ви говорите, то звук (звукові хвилі) чутно не в якійсь визначеній точці простору, а в усьому навколишньому просторі. Так само й електрон, який рухається навколо ядра з величезною швидкістю, начебто «розмазує» в просторі свій негативний заряд. Таким чином створюється немов електронна хмара нерівномірної густини, без чітких меж. Густина електронної хмари, або електронна густина, показує, у яких місцях електрон перебуває частіше за інші, а у яких — рідше.

Електронні хмари окремих електронів у сумі створюють спільну електронну хмару атома.

Густина електронної хмари, створеної одним електроном атома Гідрогену, безпосередньо поблизу ядра практично дорівнює нулю. Зі зростанням відстані від ядра густина електронної хмари збільшується й досягає максимального значення на відстані 0,053 нм*, а потім знову зменшується. Таким чином, ту частину електронної хмари, у якій електрон перебуває найбільше часу, тобто в якій електронна густина достатньо велика, називають електронною орбіталлю (рис. 9). Для електрона в атомі Гідрогену це відстань 0,053 нм від ядра.

* 1 нм (нанометр) = 1 · 10-9 м.

Рис. 9. Форма електронної s-орбіталі

Електронна орбіталь — це та частина простору навколо ядра, де найімовірніше перебуває електрон.

Електронні орбіталі мають певні форми, різні розміри та спрямованість у просторі (рис. 10). Орбіталі різної форми позначають малими буквами латинського алфавіту s, р, d, f тощо. s-Орбіталь має форму кулі, р-орбіталі — форму гантелі, або об’ємної вісімки. Вони орієнтовані в просторі по одній із трьох взаємно перпендикулярних координатних осей х, у, z. Ще складнішу форму мають d-орбіталі — це в більшості випадків схрещені вісімки, також по-різному орієнтовані в просторі.

Рис. 10. Форма s- і р-орбіталей та їхня можлива орієнтація в просторі

Електрони, що рухаються орбіталями меншого розміру, сильніше притягуються до ядра, тобто мають більшу енергію електростатичної взаємодії з ним, ніж електрони, що рухаються орбіталями більшого розміру.

Запитання та завдання

1. Яка незвичайна властивість, притаманна електрону, відрізняє його від більших частинок?

°2. Що називають: а) електронною хмарою; б) електронною орбіталлю?

°3. На що вказує густина електронної хмари?

°4. Що в сумі створюють електронні хмари окремих електронів?

5. Сильніше до ядра притягуються електрони, що рухаються орбіталями: а) меншого розміру; б) більшого розміру. Або в) сила притягання не залежить від розміру орбіталей.

6. Яку форму мають s- і р-орбіталі?

7. Чи орієнтована певним чином у просторі s-орбіталь?

*8. Відомо, що позитивний заряд атома зосереджено в незначному об’ємі атомного простору — ядрі. Чи можна стверджувати, виходячи з електронейтральності атома, що негативний заряд електрона зосереджено в такому самому або ще меншому об’ємі?