предыдущий параграф

следующий параграф

Кто же будет жить в нашем квантовом доме? Ну конечно, электроны!

Каждый электрон будем обозначать стрелочкой, направленной вверх или вниз, и заодно сразу договоримся, что в "квартире" - квантовой ячейке можно поместить самое большее два электрона со стрелками, направленными в разные стороны, вот так:

Свободная квартира	Квартира, заселенная наполовину
Квартира, тоже заселенная наполовину	Квартира, полностью заселенная электронами

Чтобы ответить на этот вопрос не наобум, а правильно и точно, надо вспомнить один из главных законов природы.

В соответствии с этим законом сами по себе, без принуждения извне (самопроизвольно) идут те процессы, при которых высвобождается энергия.

Например, сама по себе остывает вода в горячем чайнике - выделяется энергия (теплота) в окружающую среду.

Сама по себе в грозу ударяет молния, и при этом выделяется электрическая энергия.

Сами по себе несут спортсменов со снежной горы лыжи, да при этом еще сильно разгоняются - выделяется кинетическая энергия.

Так и в атоме. Сами по себе будут заполняться электронные орбитали - квантовые ячейки, если при этом будет выделяться хоть какая-то (большая или не очень) энергия.

Все электронные уровни и подуровни, которые мы только что изображали в виде диаграмм, характеризуются определенной энергией. И самое главное: для всех электронов в атоме эта "определенная энергия" имеет отрицательное значение (меньше 0), причем она тем более отрицательна, чем ближе орбиталь к ядру. Следовательно, энергетическую диаграмму атома более правильно надо было бы рисовать не как многоэтажный дом, а скорее как подземный многоярусный гараж или просто яму.

Земля, которую кидают лопатой сверху в заранее вырытую яму, падает на дно и постепенно заполняет яму доверху. Заполнение ямы от дна до краев, а не наоборот, тоже идет самопроизвольно: ведь нельзя закопать верхнюю половину ямы, не заполнив нижнюю. Значит, это тоже процесс, протекающий с высвобождением энергии!

А где же по отношению к вырытой яме должен находиться совершенно свободный электрон, не связанный с атомом? Отвечаем: его место - на уровне "земли", где-то рядом с "ямой".

Перемещая электрон из свободного пространства в квантовые ячейки атома, мы получим выигрыш энергии.
Этот выигрыш тем больше, чем ниже опустится в яму электрон, чем ниже находится на энергетической диаграмме орбиталь - "квартира", в которой ему предстоит поселиться.

В первую очередь заполняется самый выгодный первый энергетический уровень, а уже потом второй, третий и так далее. Причем в пределах одного и того же уровня сначала заполняется тот подуровень, у которого энергия ниже. Например, сначала два электрона попадут в "квартиры" 2s-подуровня, а потом - 2р-подуровня; сначала 3s-, а потом 3р-подуровня.
А вот дальше начинается путаница: после 4s заполняется не 4р, а 3d-подуровень. Но это только на первый взгляд. На самом деле здесь все по правилам, ведь энергия 3d-подуровня ниже, чем 4р. Поэтому он и заселяется электронами раньше.

Задание 17. Энергетические уровни и подуровни

Если заряд ядра большой и электронов в атоме много, в результате получается "многонаселенный дом". Но электронные "жильцы" нижних этажей энергетической диаграммы совсем не участвуют в химической жизни атомного "дома": они находятся очень близко к ядру атома, и химические воздействия никак их не затрагивают.
Главные химики - электроны внешние, те, которые находятся близко к "поверхности" атома и могут либо от него оторваться и сменить "хозяина", либо пригласить к себе "в гости" электроны из других атомов.
Эти электроны - большие мастера образовывать химические связи, поэтому их называют еще валентными электронами.
А вот сколько их и какие они, можно узнать, продолжив нашу игру в "химический конструктор" и заселяя электронами имеющиеся в атомах квартиры и этажи по всем правилам и с учетом заряда ядра.

Творческое задание "Химический театр"

предыдущий параграф

Читайте КОНСПЕКТ

следующий параграф