Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

ЗАКОН СТРОЕНИЯ АТОМА

Удивительна простота основного закона, к которому свелась первоначальная бесконечная сложность его строения. Вся прихотливость поведения электронов во внешней оболочке атома, управляющая всеми его свойствами, мо­жет быть выражена необычайно просто: в атоме нет и не может быть двух одинаковых электро­нов. Теперь смысл этого закона нам ясен. Все электроны в атоме должны иметь разный «на­бор» значений четырех квантовых чисел: n, l, m, s. Зная же общее число электронов в дан­ном атоме, которое равно его порядковому но­меру в менделеевской таблице, мы можем сами «строить» атом, можем сами рассчитывать струк­туру его внешней электронной оболочки —определять, сколько в ней электронов и какие они в ней. Этот закон известен в науке, по име­ни швейцарского физика-теоретика, как прин­цип Паули.

ФОРМУЛА АТОМА

Структуру внешней оболочки атома принято выражать своеобразной формулой. На основа­нии только одних теоретических квантовых расчетов мы можем написать ее для любого легкого атома, вплоть до аргона. Для осталь­ных атомов пока еще не хватает теории, и при­ходится привлекать на помощь опытные данные.

Формулу атома, по странной традиции, при­нято писать в несколько необычной форме. Но к ней нетрудно привыкнуть. Главное квантовое число физики условились записывать соответ­ствующей цифрой, а побочное — буквой; чис­ло же электронов — помечать сверху справа. В атоме водорода только один электрон, поэтому

у его формулы простой вид:

У гелия два

электрона. Согласно правилам квантования, в одной и той же оболочке не может быть больше двух s-электронов. Поэтому формулой гелия

завершается первый период. Третий электрон может занять только следующий уровень с глав­ным квантовым числом n=2, в котором также есть s-электроны. Следовательно, формула элек­тронной оболочки для атома лития будет

а для бериллия

Все s-электроны исчерпаны, поэтому пя­тый элемент — бор должен иметь формулу:

Тому из читателей, который хочет в бу­дущем стать хорошим химиком, равно и тем, кто собирается посвятить себя атомной физи­ке, или кому по душе свет и его таинственные спектры, очень советуем еще раз перечитать предыдущие разделы о квантовых законах стро­ения электронных оболочек атома и самим составить формулы для всех атомов трех пер­вых периодов.

Для проверки приводим строение электрон­ной оболочки натрия, у которого его одиннад­цать электронов распределены в соответствии

с формулой 1s22s22p63s. Думаем, что и у вас получился такой же результат.

ПРИЧИНА ПЕРИОДИЧНОСТИ В СВОЙСТВАХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Наверное, у многих из читателей этой статьи при знакомстве с разделом, посвященным строе­нию электронной оболочки атома, уже возникло совершенно законное недоумение. Ведь все, что было рассказано о законах квантовых чи­сел, управляющих постройкой атомов, все это — результат приложения квантовой механики к изучению спектров различных элементов. В этом разделе не говорилось ни о химических свойствах, ни о законе периодичности. Так ка­кое же отношение имеют эти удивительные соче­тания простых чисел, объяснившие сложность и запутанность спектральных линий, к химии, к великому периодическому закону?

В природе существует глубокая внутрен­няя связь даже самых несходных и далеких явлений и процессов. Свет и химия не лежат в ней на разных полках. Оба эти глубоко раз­личные начала тесно связаны. Исследования спектров помогли выяснить строение атома, а знание структуры электронной внешней оболоч­ки помогло понять причину периодичности в изменении свойств химических элементов. Эта причина заложена в периодичности строения электронных оболочек атомов. От этого и зави­сят все химические свойства элементов.

327