В любой момент времени невозможно
определить и положение в пространстве, и скорость (или импульс) электрона.
Движение электрона описывается с помощью волновой функции, являющейся функцией
пространственных координат. Волновая функция должна быть однозначной, конечной
и непрерывной в пространстве. Она равна нулю там, где электрон не может
находиться. Получающиеся при расчете волновой функции объемные фигуры -
"электронные облака", называемые атомными орбиталями, описываются тремя
постоянными целочисленными величинами - квантовыми числами. Их значения
указывают вероятностное нахождение электрона в атоме.
"Главное квантовое число" определяет наиболее вероятное расстояние
электрона от ядра атома, то есть средний радиус электронного слоя (орбиты).
"Азимутальное квантовое число" определяет момент количества движения электрона
и характеризует электронные подслои (подуровни энергии), составляющие каждый
слой. "Магнитное квантовое число" определяет ориентацию каждого подслоя в
пространстве, которая не может быть произвольной.
Итак, электроны в каждом атоме располагаются слоями, слои дробятся на
подслои, каждый подслой состоит из ориентированных в пространстве областей -
атомных орбиталей, в фн. ячейках которых вероятность пребывания электрона
наиболее высока. Состояние электрона в атоме зависит также от его собственного
момента количества движения, возникающего как бы из-за "вращения" электрона
вокруг своей оси. При этом электрон, обладая электрическим зарядом, проявляет
и собственный магнитный момент, характеризуемый спиновым квантовым числом. В
связи с тем, что вращение электрона может происходить в двух взаимно
противоположных напровлениях, пару фн. ячеек каждой атомной орбитали
максимально может заполнить две фщ. единицы-электрона, причем оба они должны
иметь противоположные (антипараллельные) спины.
Поскольку полная энергия электрона является его основной характеристикой,
учитываемой волновым уравнением, ее величина и определяет вероятность
нахождения электрона в фн. ячейке той или иной атомной орбитали. Уровни
энергии электрона не могут быть произвольными, так как они должны быть
кратными константе Планка. Известно, что при переходе с высшего дозволенного
уровня на низший (ближе к ядру) электрон освобождается от избытка энергии,
испуская ее в виде электромагнитных волн. В случае поглощения электроном
энергии происходит обратный процесс - атом возбуждается. В невозбужденном
атоме электроны обладают минимальной энергией и, следовательно, находятся в
фн. ячейках атомных орбиталей, расположенных "ближе" к ядру. Точнее говоря,
электрон занимает фн. ячейку той атомной орбитали, пребывание в которой
позволяет ему боњльшую часть времени находиться у ядра атома.
Естественно предположить, что электроны, участвующие в построении
электронной оболочки атома, располагаются прежде всего в фн. ячейках атомных
орбиталей, характеризуемых наименьшими энергиями, а по мере их заполнения, на
все более высоких уровнях, то есть порядок построения электронной оболочки
атома, порядок ее развития с ростом заряда ядра и соответствующим увеличением
числа электронов совпадает с последовательностью раположения атомных орбиталей
по их энергиям.
Мы несколько подробнее остановились на описании структур системных
образований уровня В по ряду причин. Во-первых, в последние годы на основании
дополнительных знаний, полученных учеными в результате экспериментов на мощных
ускорителях частиц, наши представления о строении атома претерпевают все
большие изменения, модель его структуры все более усложняется. Во-вторых,
знание строения атомов необходимо для того, чтобы понять подлинную картину
построения материального Мира, ибо этот организационный подуровень в настоящее
время является узловым, поскольку в его строении раскрываются особенности
развития нижних для нас подуровней Материи, его вариации определяют
функциональные взаимодействия материальных структур высших уровней. В-третьих,
тонкая структура построения атома и его частей должна показать, что
материальные единицы являются не спонтанно сложившимися образованиями. Все
они, даже на таком относительно низком организационном уровне, представляют
скомпонованные в соответствии со строго определенными законами из
функционирующих единиц нижних подуровней системные образования Материи,
несущие на себе соответствующую функциональную нагрузку, характер которой
станет более понятен при рассмотрении строения систем следующих уровней в
общей цепи организационного развития материальной субстанции.
Итак, комплексные элементы подуровня В - атомы - по строению можно
расположить в порядке возрастания зарядов их ядер. Это и было практически
осуществлено Д.И. Менделеевым в 1869 году, в результате чего появилась
довольно стройная периодическая система элементов его имени. Так как заряд
ядра определяет число электронов, то атомы каждого последующего элемента имеют
на один электрон больше, чем атомы предыдущего.
Самым распространенным элементом Вселенной является водород. На его долю
приходится около половины массы Солнца и большинства других звезд. Он
содержится в газовых туманностях, в межзвездном газе, входит в состав звезд. В
недрах звезд происходит превращение ядер атомов водорода в ядра атомов гелия,
при этом выделяются элементы подуровней А и АА, заполняющие затем фн.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84