Номер 1, страница 153 - гдз по химии 8 класс учебник Шиманович, Красицкий

1. 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 частицы по определенной траектории (как в планетарной модели Бора), а с помощью вероятностного подхода, основанного на следующих ключевых концепциях:

Корпускулярно-волновой дуализм и волновая функция

Электрон рассматривается не просто как частица, а как объект, обладающий и волновыми свойствами. Его поведение описывается волновой функцией $\psi$ (пси). Сама по себе волновая функция не имеет прямого физического смысла, но квадрат ее модуля $|\psi|^2$ определяет плотность вероятности нахождения электрона в определенной точке пространства. Таким образом, невозможно знать точную траекторию электрона.

Атомная орбиталь

Вместо понятия «орбита» используется понятие «атомная орбиталь». Это не линия движения, а область пространства вокруг ядра, в которой вероятность найти данный электрон максимальна (обычно принимается за 90-95%). Форма, размер и ориентация этой области в пространстве уникальны для каждого состояния электрона.

Квантовые числа

Состояние любого электрона в атоме исчерпывающе описывается набором из четырех квантовых чисел. Эти числа являются решением уравнения Шрёдингера для атома и определяют все характеристики электрона.

1. Главное квантовое число ($n$)
Определяет общую энергию электрона и его принадлежность к определенному энергетическому уровню (электронному слою). Оно также характеризует средний размер орбитали: чем больше $n$, тем дальше электрон от ядра и тем выше его энергия. Принимает целые положительные значения: $n = 1, 2, 3, \ldots$

2. Орбитальное (азимутальное) квантовое число ($l$)
Определяет форму атомной орбитали. Для заданного $n$ оно может принимать целые значения от $0$ до $n-1$. Каждому значению $l$ соответствует определенный тип (подуровень) и форма орбитали: $l=0$ (s-орбиталь, сфера), $l=1$ (p-орбиталь, гантель), $l=2$ (d-орбиталь, более сложная), $l=3$ (f-орбиталь) и т.д.

3. Магнитное квантовое число ($m_l$)
Определяет ориентацию орбитали в пространстве. Для заданного $l$ оно может принимать целые значения от $-l$ до $+l$, включая ноль ($m_l = -l, \ldots, 0, \ldots, +l$). Количество возможных значений ($2l+1$) показывает, сколько орбиталей данной формы существует на данном подуровне.

4. Спиновое квантовое число ($m_s$)
Характеризует собственный момент импульса электрона (спин), который не связан с его орбитальным движением. Это чисто квантовое свойство. Спин электрона может иметь только две возможные проекции, которым соответствуют значения $m_s = +1/2$ и $m_s = -1/2$.

Принцип запрета Паули

Согласно этому фундаментальному принципу, в одном атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа ($n, l, m_l, m_s$) были бы одинаковыми. Следствием этого является то, что на одной атомной орбитали (определяемой набором $n, l, m_l$) может находиться не более двух электронов, причем их спины должны быть противоположными (антипараллельными).

Ответ: Современная атомная теория описывает состояние электрона в атоме не через точные координаты и скорость, а вероятностно, с помощью волновой функции. Состояние каждого электрона полностью и однозначно определяется набором из четырех квантовых чисел: главного ($n$), орбитального ($l$), магнитного ($m_l$) и спинового ($m_s$). Эти числа характеризуют энергию электрона, форму и пространственную ориентацию его орбитали (области наиболее вероятного нахождения), а также его собственный момент импульса (спин).