Что представляет собой электронное облако?

Электронное облако - загадочное явление, скрывающееся в глубинах атома. Давайте развеем туман вокруг этого феномена и разберемся, что он из себя представляет. Узнаем, как выглядит, что определяет его форму и свойства. Рассмотрим его роль в образовании химических связей. И в конце ответим на вопрос - можно ли пощупать электронное облако руками?

Что такое электронное облако и кто его открыл

Электронное облако - это наглядная модель, отражающая распределение электронной плотности в атоме или молекуле. Термин был введен по аналогии со словосочетанием "атмосферные облака". Конфигурация облака может быть разной в зависимости от энергии и квантового состояния электрона.

Представление об электронном облаке появилось после открытия электрона и атомного ядра. Эрнест Резерфорд в 1911 году выдвинул модель атома с положительно заряженным ядром, вокруг которого движутся электроны. Однако траектории электронов описать не удавалось.

В 1920-х годах Эрвин Шредингер на основе своего волнового уравнения предложил модель "размазанного электрона". По его мнению, электрон представляет собой волновой пакет, а его заряд как бы размазан в пространстве.

Далее Макс Борн доказал, что волны Шредингера носят вероятностный характер. Они описывают лишь вероятность обнаружения электрона в той или иной точке атома, а не реальное движение.

Так появилась современная модель атома с электронным облаком - областью наиболее вероятного местоположения электрона.

Как выглядит и где находится электронное облако

Электронное облако имеет форму, соответствующую квантовому состоянию электрона в атоме. Различают несколько типов электронных облаков:

• s-облако - сферической формы
• p-облако - гантелевидное
• d-облако - имеет более сложную форму с узловыми поверхностями
• f-облако - еще более сложной конфигурации

Электронные облака атомов располагаются вокруг ядра на различных энергетических уровнях и подуровнях. Чем дальше от ядра - тем выше энергия облака.

В электронном облаке плотность электронов распределена неравномерно. Существует радиальное распределение плотности с максимумом на некотором расстоянии от ядра.

Для наглядного представления облака используют его графические изображения - трехмерные или двумерные. С помощью градаций серого цвета или густоты точек показывают распределение плотности.

Чаще всего рисуют граничную поверхность электронного облака, охватывающую 90% электронной плотности.

Что влияет на свойства электронного облака

На конфигурацию и размеры электронного облака влияет, прежде всего, энергетическое состояние электрона. При переходе на более высокий энергетический уровень облако увеличивается в размерах и меняет форму.

Другим важным фактором является сила связи электрона с ядром. Чем прочнее эта связь, тем облако меньше и плотнее по распределению заряда.

При образовании химических связей происходит так называемая гибридизация электронных облаков - их взаимное искажение для достижения более стабильного состояния.

Какую роль играет электронное облако в химических реакциях и связях

Электронное облако имеет принципиальное значение для образования химических связей между атомами.

Согласно современным представлениям, химическая связь возникает за счет электростатического притяжения положительно заряженных ядер к электронному облаку, сконцентрированному в межъядерном пространстве.

При сближении атомов часть электронной плотности переходит из внешних несвязывающих областей облака во внутреннюю связывающую область.

В итоге устанавливается равновесие сил, стремящихся сблизить и разъединить ядра атомов. Это происходит на некотором фиксированном межъядерном расстоянии, которое и определяет длину химической связи.

Что нам известно об образовании химических связей

• При образовании ковалентной связи происходит перекрывание электронных облаков атомов
• Возникает совместное использование электронов атомами
• Электроны как бы "размазываются" между ядрами связанных атомов

Такая модель объясняет прочность и направленный характер ковалентных связей в молекулах.

Как графически изобразить химическую связь

Для наглядного представления химической связи часто используют модель перекрывания электронных облаков.

На рисунке видно, как атомы водорода образуют связь с атомом кислорода за счет частичного объединения электронных облаков.

Можно ли "пощупать" электронное облако

Несмотря на наглядность, электронное облако - это всего лишь теоретическая модель, вероятностное распределение электронов.

Физически облако не существует, его нельзя "пощупать" в прямом смысле этого слова.

Тем не менее, косвенно воздействовать на облако и влиять на его форму можно, например, при образовании химических соединений.

Интересные факты про электронное облако

• Самое большое электронное облако имеет атом цезия, оно простирается на 0,5 нм от ядра
• Форма облака определяет запах вещества при взаимодействии с рецепторами в носу
• Знания об электронных облаках применяются при создании лекарств, красителей, материалов для солнечных батарей

Электронное облако - наглядная модель распределения электронной плотности в атоме. В статье подробно рассказано, что из себя представляет это удивительное явление: как выглядит облако, от чего зависит его форма и размеры, какую роль играет при образовании химических связей.