Атом — это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг него. Почти вся масса атома сосредоточена в ядре.

1. Как менялись представления об атоме

Модель атома прошла три ключевых этапа:

  • Модель Томсона (1904) — «пудинг с изюмом»: положительный заряд размазан по всему атому, электроны вкраплены в него. Опровергнута опытом Резерфорда.
  • Модель Резерфорда (1911) — планетарная: в центре — маленькое массивное ядро, электроны вращаются вокруг него. Но с точки зрения классической физики такой атом должен был бы мгновенно «упасть» на ядро.
  • Модель Бора (1913) — электроны движутся по строго определённым орбитам и не излучают энергию, пока находятся на них. Это уже объясняло спектры водорода.

2. Современная (квантово-механическая) модель

Сегодня мы описываем электрон не как точку на орбите, а как электронное облако — область пространства, где вероятность найти электрон максимальна. Это облако называется орбиталью.

Важно: мы не можем точно сказать, где находится электрон. Мы можем только описать вероятность его нахождения в той или иной точке. Это не незнание, а фундаментальное свойство микромира.

3. Квантовые числа

Состояние электрона в атоме описывается четырьмя квантовыми числами:

Главное квантовое число (n)

Определяет энергетический уровень и размер орбитали. Принимает целые значения: n = 1, 2, 3, 4…

Чем больше n, тем дальше от ядра и выше энергия.

Орбитальное (побочное) квантовое число (l)

Определяет форму орбитали. Принимает значения от 0 до n − 1:

  • l = 0 → s-орбиталь (сфера)
  • l = 1 → p-орбиталь (гантель)
  • l = 2 → d-орбиталь
  • l = 3 → f-орбиталь

Магнитное квантовое число (ml)

Определяет ориентацию орбитали в пространстве. Принимает значения от −l до +l.

Например, для p-орбитали (l = 1) возможны три ориентации: px, py, pz.

Спиновое квантовое число (ms)

Описывает собственный момент электрона. Принимает два значения: +½ или −½. Проще говоря, электрон может «вращаться» в двух направлениях — вверх или вниз.

4. Правила заполнения электронных оболочек

Электроны заполняют орбитали не как попало, а по трём правилам:

Принцип Паули

На одной орбитали может находиться не более двух электронов, и они должны иметь противоположные спины.

Правило Хунда

В пределах одного подуровня электроны сначала заполняют орбитали по одному, и только потом спариваются. Это энергетически выгодно.

Принцип наименьшей энергии (правило Клечковского)

Электрон занимает в первую очередь орбиталь с наименьшей энергией. Порядок заполнения:

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s …

5. Электронные конфигурации: пример

Запишем электронную конфигурацию атома хлора (Cl, Z = 17):

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

Проверим: 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17 электронов. Совпадает с номером элемента.

Проверьте себя: запишите конфигурацию атома железа (Fe, Z = 26). Подсказка: после 4s заполняется 3d-подуровень. Ответ: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s².

6. Что важно запомнить

  • Атом = ядро + электронное облако.
  • Состояние электрона описывают четыре квантовых числа.
  • Заполнение орбиталей подчиняется принципу Паули, правилу Хунда и принципу наименьшей энергии.
  • Электронная конфигурация — это «адрес» каждого электрона в атоме.

Если что-то осталось неясным — напишите мне в Telegram. Разберём на занятии, чтобы уложилось в голове.