Состояние электронов в атоме с позиции квантово-механической модели оп- ределяется плотностью вероятности обнаружения электрона в данной области про- странства. Граничная поверхность, внутри которой сосредоточена область наи- большей вероятности обнаружения электрона, называется атомной орбиталью (АО) . Атомная орбиталь характеризуется набором трёх параметров, называемых квантовыми числами. Главное квантовое число n в основном опpеделяет энеpгию АО. Его зна- чение равно номеру энергетического уровня, на котором находится электрон. Оpбитальное квантовое число в основном опpеделяет фоpму АО и, в некоторой степени, ее энеpгию. Значение определяет энергетический подуровень (s-, p-, d- или f-), на котором находится электрон. Магнитное квантовое число m опpеделяет пpостpанственную оpиентацию данной АО.
Кpоме этих квантовых чисел, хаpактеpизующих АО, имеется еще одно квантовое число − s (спиновое) , являющееся собственной хаpактеpистикой электpона. Электроны в атоме расположены на энергетических уровнях, которые со- держат различные энергетические подуровни, состоящие, в свою очередь, из определенного количества атомных орбиталей: s- подуровень состоит из одной, р- подуровень ─ из трех, d- подуровень ─ из пяти и f- подуровень ─ из семи орбиталей. Условная запись, представляющая распределение электронов атома по энерге- тическим уровням и подуровням (атомным орбиталям) , называется электронной формулой атома. Для составления электронной формулы, в которой представ- лено состояние каждого электрона (его энергия, форма орбитали, магнитные ха- рактеристики) , необходимо знать: − последовательность заполнения подуровней электронами (принцип наименьшей энергии) , − максимальную емкость каждого подуровня. При распределении электронов по квантовым ячейкам следует руководство- ваться принципом Паули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором значений всех квантовых чисел, т. е. атомная орбиталь не может содер- жать более двух электронов, причем их спиновые моменты должны быть проти- воположными ↑↓
Система обозначений в общем виде выглядит так:
nℓx,
где п − главное, ℓ − орбитальное квантовые числа; х − количество электронов, находящихся в данном квантовом состоянии. Например, запись 4d3 может быть истолкована следующим образом: три электрона занимают четвертый энергетиче- ский уровень, d- подуровень.
Характер застройки энергетических подуровней определяет принадлежность элемента к тому или иному электронному семейству.
В s-элементах происходит застройка внешнего s-подуровня, например,
11 Na 1s2 2s2 2p6 3s1 В р-элементах происходит застройка внешнего р-подуровня, например,
9 F 1s 2s2 2p5 .
К s- и p- семействам относятся элементы главных подгрупп периодической табли- цы Д. И. Менделеева.
В d-элементах происходит застройка d-подуровня предпоследнего уровня, например, 2 2 6 2 6 2 2 22Ti 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s .
К d-семейству относятся элементы побочных подгрупп. Валентными у этого се- мейства являются s-электроны последнего энергетического уровня и d-электроны предпоследнего уровня.
В f-элементах происходит застройка f-подуровня третьего наружного уровня, например,
BaSO4 + 2HCl = BaCl2 + H2SO4
BaSO4 + 2H(+) + 2Cl(-) = Ba(+2) + 2Cl(-) + 2H(+) + SO4(-2)
BaSO4 = Ba(+2) + SO4(-2)
FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl
Fe(+3) + 3Cl(-) + 3Na(+) + 3OH(-) = Fe(OH)3 + 3Na(+) + 3Cl(-)
Fe(+3) + 3OH(-) = Fe(OH)3
H3PO4 +3 KOH = K3PO4 + 3H2O
3H(+) + PO4(-3) + 3K(+) + 3OH(-) = 3K(+) + PO4(-3) + 3H2O
3H(+) + 3OH(-) = 3H2O
HCl + AgNO3 = AgCl + HNO3
H(+) + Cl(-) + Ag(+) + NO3(-) = AgCl + H(+) + NO3(-)
Ag(+) + Cl(-) = AgCl
CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2NaCl
Cu(+2) + 2Cl(-) + 2Na(+) + 2OH(-) = Cu(OH)2 + 2Na(+) + 2Cl(-)
Cu(+2) + 2OH(-) = Cu(OH)2