Номер 4, страница 20 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

4. Как современная атомная теория описывает состояние электрона в атоме?

Современная атомная теория, основанная на принципах квантовой механики, описывает состояние электрона в атоме не как движение по определённой траектории (орбите), а с помощью вероятностного подхода. Ключевые отличия от ранних моделей (например, модели Бора) заключаются в отказе от детерминизма в пользу вероятности.

Основные положения:

1. Корпускулярно-волновой дуализм. Электрон проявляет свойства как частицы (имеет массу и заряд), так и волны (способен к дифракции и интерференции). Движение электрона в атоме подчиняется законам квантовой механики и описывается волновым уравнением Шрёдингера, а не классическими законами движения. Это означает, что у электрона нет определённой траектории.

2. Принцип неопределённости Гейзенберга. Фундаментальный принцип квантовой механики, согласно которому невозможно одновременно с абсолютной точностью определить и координату (положение), и импульс (скорость) электрона. Математически это выражается как $ \Delta x \cdot \Delta p \ge \frac{\hbar}{2} $, где $ \Delta x $ — неопределённость координаты, $ \Delta p $ — неопределённость импульса, а $ \hbar $ — редуцированная постоянная Планка. Следствием этого является то, что мы можем говорить лишь о вероятности нахождения электрона в той или иной области пространства.

3. Атомная орбиталь. Вместо понятия "орбита" вводится понятие "атомная орбиталь". Это область пространства вокруг ядра, в которой вероятность нахождения данного электрона наиболее высока (обычно 90-95%). Форма, размер и ориентация этой области в пространстве определяются энергией и моментом импульса электрона.

4. Волновая функция ($ \Psi $). Состояние электрона в атоме полностью описывается волновой функцией $ \Psi(x, y, z) $, которая является решением стационарного уравнения Шрёдингера для данного атома. Сама по себе волновая функция не имеет прямого физического смысла, но квадрат её модуля, $ |\Psi|^2 $, определяет плотность вероятности нахождения электрона в данной точке пространства.

5. Квантовые числа. Для полной характеристики состояния электрона в атоме используется набор из четырёх квантовых чисел, которые являются параметрами волновой функции:

• Главное квантовое число ($\text{n}$): Определяет общую энергию электрона и его среднее расстояние от ядра (энергетический уровень). Принимает целые положительные значения: $ n = 1, 2, 3, \ldots $. Чем больше $ n $, тем выше энергия электрона.
• Орбитальное (азимутальное) квантовое число ($\text{l}$): Определяет форму атомной орбитали (энергетический подуровень). Для данного $ n $ оно может принимать целые значения от $ 0 $ до $ n-1 $. Значениям $ l=0, 1, 2, 3 $ соответствуют s-, p-, d-, f-орбитали сферической, гантелеобразной и более сложных форм соответственно.
• Магнитное квантовое число ($m_l$): Определяет ориентацию орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного поля. Для данного $ l $ оно принимает целые значения от $ -l $ до $ +l $, включая ноль. Например, для p-орбитали ($ l=1 $) возможны три ориентации ($ m_l = -1, 0, +1 $).
• Спиновое квантовое число ($m_s$): Характеризует собственный момент импульса электрона (спин), который не связан с его орбитальным движением. Электрон может иметь два спиновых состояния, условно называемых "спин вверх" и "спин вниз". Это число принимает только два значения: $ m_s = +1/2 $ и $ m_s = -1/2 $.

Состояние каждого электрона в атоме уникально и описывается набором из четырёх квантовых чисел ($n, l, m_l, m_s$). Это положение закреплено принципом запрета Паули, согласно которому в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырёх квантовых чисел.

Ответ: Современная атомная теория описывает состояние электрона в атоме с помощью квантовой механики, где электрон обладает волновыми свойствами и его положение носит вероятностный характер. Вместо определённой орбиты используется понятие атомной орбитали — области пространства с наибольшей вероятностью нахождения электрона. Состояние электрона полностью определяется набором из четырёх квантовых чисел: главного ($\text{n}$), характеризующего энергию; орбитального ($\text{l}$), определяющего форму орбитали; магнитного ($m_l$), определяющего ориентацию в пространстве; и спинового ($m_s$), характеризующего собственный момент импульса электрона.