A hélium atom a vegyész referencia-könyve 21
A Bohr elméletének sikere csak arra a lehetőségre korlátozódott, hogy csak a hidrogénatomra alkalmazható. Amikor megpróbálta alkalmazni a Bohr elméletét a hélium atomjára, máris hatástalan volt. Az egyszerûsített Bohr-ábrázolásokon alapuló összetettebb atomok számítása egyáltalán nem volt lehetséges. Annak ellenére, hogy Bohr elméletében Arnold Sommerfeld (1863-1951) tett javítást. amely összefüggésben nemcsak körkörös, hanem elliptikus pályákon is figyelembe vették az atomok elektron mozgását. ez az elmélet az volt, hogy utat enged az új nézeteknek. [C.26]
Így. Most nyilvánvaló, hogy három kvantumszámot kell használni egy elektron energiájának leírására. Minden új kvantumszámot bevezettek a kísérleti követelmények kielégítésére. Azonban még a három kvantumszámmal sem tudtuk teljes mértékben magyarázni a vonali spektrumokat. Például egy gyenge mágneses tér hatása az úgynevezett rendellenes Zeeman-hatáshoz vezet. amely a Bohr-Sommerfeld modell alapján nem érthető meg. Ezenkívül a Bohr-atomnak és variánsainak számos más hiányossága volt. Az egyikük, és nyilvánvalóan a legjelentősebb. hogy Bohr elméletét nem lehet összetettebb atomokra bocsátani. Alkalmazása egy olyan egyszerű atom spektrumára, mint a hélium atom, teljes kudarchoz vezetett, és minden kísérlet arra, hogy megértsék az időszakos rendszer alapjait a Bohr modell keretében, sikertelenek voltak. Ez azt mutatja, hogy a fentiek mindegyike csak egy elektronrendszerre igaz. Az ilyen korlátozásnak nincs értelme, ezért nyilvánvaló, hogy valami jobbat kell találnunk. [C.37]
A hélium atom az 1. állapotban [c.201]
Az összes elem atomjai, kivéve a hidrogént, sok elektron. A hullámfunkciók és az energiaszintek elvben megtalálhatók. a Schrödinger-egyenlet megoldása. Ugyanakkor a sok elektronrendszerre vonatkozó egyenlet megoldását nem lehet bonyolítja az a tény, hogy az elektron mozog - már nem a mag területén. de a mag és a többi elektron által létrehozott területen. Tekintsük a legegyszerűbb a sok elektron atomot - a hélium atomját (2 = 2) és [c.34]
Két elektron rendszer esetén. így hélium atom állapotban elektronok a szingulett állapotban (forog antiparallel-ny) hajlamosak közös összehúzódást, míg a triplett állapotú (párhuzamos a hátsó) figyelhető ob beszélgetni Ez a tény nem eredménye taszítás erők közötti elektronok. de a hullámfunkció kívánt formájának következtében. figyelembe véve az elektronok megkülönböztethetőségének elvét. Hélium atom, amelyben az elektronok a nem irányított H-pályák, a térbeli eloszlása a elektronok következő szimmetrikus vagy singlettyugo állapotában a legvalószínűbb három konfiguráció - két, amelyben az egyik elektron közelebb és a másik távolabb a mag, és egy harmadik, amelyben mindkét az elektronok egyidejűleg az antiszimmetrikus vagy triplett állapotú maghoz közel helyezkednek el, csak két konfiguráció van a legnagyobb valószínűséggel - egy elektron közelebb van, a másik pedig távolabb van a magtól. Mivel az S-pályák nem tartalmaznak szögfüggést. Az elektronikus korreláció (az elektronok helyzetének korrelációja) csak sugárirányú. A sztereokémiát tekintve a hullámfüggvények érdekesek. amelyek magukban foglalják a szögfüggést. Ebben az összefüggésben az alábbiakban részletesebben megfontoljuk az állam s -2p1 hélium atomját. [C.201]
Milyen lenne a hélium atomja, ha egy protont eltávolítottak a magjából. és az elektronhéj változatlan marad [c.44]
Az ionizációs potenciálok időbeli és csoportbeli változásainak megfelelően általában viszonylagos változást mutat az elemek tulajdonságaiban. Azonban az ionizációs potenciál nem szolgálhat csupán az elemek relatív metallicitásának vagy nemmetalitásának kvantitatív mérésében. Valójában a helium atomnak a legmagasabb ionizációs potenciálja van, de mivel inert elemekre utal. beszélni tulajdonságainak jellegét igen nehéz. Továbbá, ha figyelembe vesszük az ionizációs potenciál változását a második periódus alatt (lásd 8. ábra, -He), akkor ugrások figyelhetők meg. Az oxigén ionizációs potenciálja alacsonyabb, mint a nitrogén. Az ilyen ugrások, amelyek az atomok külső elektronhéjainak bizonyos szerkezeti jellemzőire vonatkoznak, más periódusokban is megfigyelhetők, bár a nem fémes tulajdonságok növekvőek. [C.65]
Az elektron rövidítése c. pozitron - e +, neutron - ap és proton - p. Például a hélium atomot rHe-ként rövidítjük. ahol az alsó szám a nukleáris töltés értéke (a magban lévő protonok száma), a felső szám az atom tömege. [C.41]
Korábban említésre került, hogy nincs alapvető különbség az atomközi kötés természetének és az atomok stabilitásának természete között. Erők. System, amely rendelkezik a hélium atom (mag és két elektron), ugyanaz, mint a hidrogén molekula H (két mag és két elektron) vagy hidrogénatom molekulaion, H + (két mag, egy elektron). Tekintsük a kémiai kötés kialakulását a H2 + ion és az Hr molekula példáján, mivel ez a legmegfelelőbb a példák megismerése a kvantummechanika módszereivel. [C.75]
Amint a fentiekben már említettük, a kémiai kölcsönhatás legerősebb jellemzője a telítettség. Ezért W. Heitler és F. London már az első tanulmányban megmutatta, hogy különösen a hélium atom nem képes más atomokkal kötődni. [C.474]
A hullám tulajdonságainak jelenléte az anyagrészecskékben kísérletileg igazolták. 1927-ben Davisson és Germer amerikai fizikusok és az angol Thomson egy elektronnyalábot kapott diffrakciós mintát. hasonlóan az 1912 óta röntgensugarakhoz ismertektől. Később megjelentek az ilyen tárgyak hullám tulajdonságainak kísérleti bizonyítékai. mint proton, neutron, hélium atom, hidrogén molekula. Így. bebizonyosodott, hogy a mikroobjektumok magatartásának leírása szükségszerűen figyelembe veszi a hullám tulajdonságait. [C.162]
Az ilyen részecskék hullámhosszát gyakran de Broglie hullámhossznak nevezik. Minden m tömegű és ismert sebességű részecske esetén kiszámítható a de Broglie hullámhossza. Például, egy elektron energia mintegy 1,6-10 „ERG, ami egészen alacsony energiájú. De Broglie hullámhossz mintegy 1,2 A. Ez az érték körülbelül megfelel a kristályrács paramétereit. A közelsége értékek kristály paraméterek és a de Broglie hullámhossz egy elektron energia körülbelül 1,6-10 erg, Davisson és Germer azt mutatta, hogy az elektron és valójában van egy hullám karaktert. nikkel-kristály, mint egy diffrakciós rács. kaptak egy diffrakciós mintázat. amely könnyen magyarázható a hullám elektron mozgás. Ha az igazság a korpuszkuláris természete az elektron lehet kérdés, hogy a hullám tulajdonságokat találtuk ezeket vitathatatlanul anyagszemcsék., mint egy neutron és egy hélium atom. [c.41]
A hélium atom szférikus szimmetriával rendelkezik. ezért nincs dipólus pillanat. Azonban egy ilyen reprezentáció az átlagoláson alapul. Ha a hélium atomról pillanatképet készítünk, akkor egy adott pillanatban az aszimmetrikus eloszlást látjuk az atomok körül. Ezért egy pillanatnyi dipólusnak kell lennie. Az ilyen dipólus egy pillanatnyi dipólust is okozhat egy másik atomban, ami egy szinkron mezőt eredményezhet a teljes rendszerben. Ez csökkenti a rendszer energiáját, de az interakció nagyon gyenge lesz. [C.185]
A hélium atomja az izgatott állapotban 1 [c.201]
Bizonyos esetekben az atom és a molekula fogalmai az atomi-molekuláris elmélet szempontjából formálisan egybeeshetnek. Például a hélium atomja (kálium, réz stb.) A hélium legkisebb része (kálium, réz stb.), Amely az adott anyag kémiai tulajdonságait tartalmazza. [C.20]
A Z = 2 nukleusz következő legnagyobb töltése a hélium atom. Elektronok száma 2. Konfiguráció 1 5. Az atom normál állapotában mindkét elektron az első kvantumrétegben van. Ezek csak a másik irányában különböznek egymástól. [C.24]
Tekintsük izgatott héliumatom, amelyben az egyik elektron van hidrogén-pályák és a kvantum számokat [/ [ShTs és a másik -, hogy az orbitális kvantum [c.35]
A virial tétel alkalmazása. Vegyük szemügyre a két atomból álló rendszert, c a hélium atom, és d jelentése hidrogénatom. A klasszikus elektrosztatika szempontjából ez a rendszer az ábrán látható áramkörrel ábrázolható. 4. A koordináták eredete azon a ponton van elhelyezve, ahol a hélium atom magja kerül. A rr, rg és r = h sugárvektorok meghatározzák a proton és az elektron lehetséges pozícióit a hélium magjához viszonyítva. A részecskék között [c.51]
Ábra. 98 összegzi a fejezet tartalmának lényegét. Nyilvánvaló, hogy a hidrogén az atomok prototípusa, amely párosítatlan elektronokat (nyitott atomokat) tartalmaz, ezért a hélium a gerjesztés előtt minden inert atom reaktív prototípusa. [C.170]
Az első időszakos táblák gyakorlati szempontból nagyon hasznosak voltak. de nem sokat segítenek annak megértésében, hogy mi határozza meg az elemek közötti hasonlóságot vagy különbségeket. Ez a megértés 50 évvel később jött létre, és a modern korszakrendszer központi eleme. Emlékezzünk vissza, hogy az atomok azonos számú pozitívan töltött protonokból és negatív töltésű elektronokból álló mikroszkopikus részecskékből állnak (I. fejezet, B.6. Szakasz). Az egyik fő jellemző. amelyen az elemek atomjai különböznek, a protonok száma - az atomszám. Minden nátrium-atom 11 protont tartalmaz, és mindegyik szénatom 6 protonot tartalmaz. Ha egy atomban lévő protonok száma 9, akkor ez egy fluoratom. ha 12 jelentése magnézium atom. A hidrogénatom egy protont tartalmaz, ennek eredményeként a hidrogén atomszám egy. A hélium atom két protont tartalmaz, ennek következtében az atomszám 2. [C. 125]
Tekintsük a hélium nemes gázának atomját (He). Mindegyik hélium atom tartalmaz két protonot a magban és két elektronot a környező térben. Ez a két elektron foglalja el az első vagy belső energiaszintet, és ez az elektronok maximális száma, amely egy adott szinten lehet [c.185]
Nemcsak egy ilyen két elektronrendszerre terjed ki, mint hidrogénmolekula. hanem a hélium atomján és bármely más két elektronrendszeren is. Mind az 1., mind a 2. elektront az X és X2 koordináták, valamint a фт és az aSn hullámfüggvények jellemzik. Vegyük el először az egyes részek közötti kölcsönhatást [c.81]
Különösen képződése jellemzi közötti kapcsolatok molekulák, amelyek közül az egyik egy alacsonyan fekvő mentes MO, és egy másik - 1esvyazyvayuschuyu típusú atomi tele van két elektront. Átfedő ezek dd> m (MOD képződéséhez vezet két új MO közösek a teljes rendszer, és a megjelenése erős kémiai vegyület (ábra. 53). A kapott így kommunikáció eredetű úgynevezett donor-akceptor kötés. Egy molekula egy mélyen fekvő szabad orbitális nevű akceptor elektronok, amelynek a nem kötő elektronpárt a MO - .. egy példa a donor a donor-akceptor képződésének mechanizmusát a kémiai kötés kétatomos molekulák képződését molekulaion heh Ő atom és ion N. Héliumatom két elektron ka] pályák energiával -24,6 eV (IP = 24,6 eV). Ez tekinthető, mint egy tipikus inert atom egy töltött shell. At 15 van szabad ion orbitális energiája 13,6 eV Amikor He és H érintkezésbe kerülnek, HeH-ion jelenik meg, és az MO a He atom és a H ion 15 orbitálisának lineáris kombinációjaként ábrázolható [140]
És a hélium atom a földi állapotban van. Annak a ténynek köszönhetően, hogy a MO (2iTg) kötődik és alacsonyabb energiával rendelkezik, mint [M.14]
Így a földi hélium felfedezése tényleg megvalósult. Kiderült, hogy a hélium, mint az argon, kémiailag inert gáz. A molekula, valamint az argon molekula. Az egyértékű. 1895-ben és P. W. Ramsay Kleve találtuk, hogy a hélium atom négyszer nehezebb, mint egy hidrogénatom ,. E. A atomtömege hélium 4. Ezután a hidrogén-gáz volt a legkönnyebb. [C.285]
Vegyünk például egy olyan hélium atomot, amelynek két elektronja van, amelyben L-S kötést észlelnek. Két elektron esetén a teljes spin lehet nulla vagy egy (az egyes elektronok pörgetéseinek párhuzamos és párhuzamos iránya). Így. a hélium fogalmának rendszere vészcsoportokra bomlik - a paragélium feltételei (a teljes spin nulla) és az orthogélium kifejezések (a teljes spin egység). Ezt a felosztást az a tény indokolja, hogy a két csoport feltételei között nincs átmenet. Az úgynevezett kiválasztási szabályok. Az eredmények kísérletiek és elméletileg megalapozottak. hogy csak ilyen átmenet lehetséges. amelyre a teljes spin megmarad, azaz AS = 0. [C.190]
A gerjesztő energia az államban növekvő fő kvantumszámmal nagy, összehasonlítva a kémiai kölcsönhatás energiájával. és ezért a hélium atom például soha nem rendelkezik két valenciával, mivel a (25) állapotba való bejutás költségeit nem kompenzálja a kémiai kölcsönhatás energia nyeresége. [C.580]