Электронное облако

Электронное облако — наглядная модель, отражающая распределение функции плотности вероятности обнаружения электрона в атоме или молекуле в зависимости от энергии электрона.

Радиальное распределение вероятности нахождения электрона в атоме водорода в основном состоянии (1s).

Согласно теории Бора электрон в атоме водорода в основном состоянии движется вокруг ядра по круговой орбите с радиусом a0 = 0,529Å и с постоянной скоростью V0 = 2,182 × 108 см/сек. Квантово-механическая картина сходна с этой, но менее определена[1]. Волновая функция ψ, описывающая движение электрона в этом атоме, имеет бо́льшую величину в непосредственной близости от ядра; на расстоянии 1—2 Å она быстро падает до нуля[1]. Квадрат волновой функции представляет собой функцию распределения вероятности положения электрона, так что ψ2dv означает вероятность того, что электрон находится в объёме dv, а 4πr2ψ2dr — вероятность того, что он будет находиться на расстоянии от r до r+dr от ядра[1].

На рисунке изображено радиальное распределение вероятности нахождения электрона в атоме водорода в основном состоянии.

Кривая радиального распределения вероятности нахождения электрона в атоме водорода показывает, что вероятность обнаружения электрона максимальна в тонком сферическом слое с центром в точке расположения протона и радиусом, равным боровскому радиусу a0[2].

Полинг указывал, что атом водорода в основном состоянии можно описать, сказав, что электрон двигается около ядра с переменной скоростью V0, оставаясь обычно на расстоянии около 0,5 Å. «Если рассматривать достаточно большой период времени, за который может быть завершено много циклов движения электрона, то можно описать атом как ядро, окруженное сферически симметричным шаром отрицательного электричества»[1].

Чем прочнее связь электрона с ядром, тем электронное облако меньше по размерам и плотнее по распределению заряда[3].

Электронное облако наиболее часто изображают в виде граничной поверхности (охватывающей примерно 90 % плотности). При этом обозначение плотности с помощью точек опускают[3].

Электронное облако и химическая связь
Рис. 2. Модель одинарной ковалентной связи

Полагая движение электронов независимым от намного более медленных ядерных движений (адиабатическое приближение), можно вполне строго описать образование химической связи как результат действия кулоновских сил притяжения положительно заряженных атомных ядер к электронному облаку, сконцентрированному в межъядерном пространстве (см. рис. 2)[4].

Заряд этого облака стремится приблизить ядра друг к другу (связывающая область), тогда как электронный заряд вне межъядерного пространства (несвязывающая область) стремится ядра раздвинуть. В этом же направлении действуют и силы ядерного отталкивания. При сближении атомов на равновесное расстояние часть электронной плотности из несвязывающей области переходит в связывающую. Электронный заряд распределяется в обеих областях так, чтобы силы, стремящиеся сблизить и оттолкнуть ядра, были одинаковыми. Это достигается при некотором равновесном расстоянии, соответствующем длине связи[4].

Примечания
  1. Л. Паулинг. "Природа химической связи". — перевод с английского М. Е. Дяткиной под редакцией проф. Я. К. Сыркина. — М.—Л.: Издательство химической литературы, 1947. — С. 22—23. — 440 с.
  2. Блохинцев Д. И. Основы квантовой механики. — М.: Наука, 1983. — С. 211—212. — 664 с. — 19 500 экз.
  3. Ахметов Н. С. «Неорганическая химия». Учебное пособие для вузов. — 2-е, перераб. и доп.. — М.: «Высшая школа», 1975. — С. 10. — 672 с.
  4. Химический энциклопедический словарь / гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Сов. энциклопедия, 1983. — С. 646. — 792 с.

См. также
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.