О природе минералов 1 Введение

1.3 Строение атомов
В следующих разделах будет дано упрощенное не-
математическое описание природы атомов и типов
химической связи. Полная и подробная трактовка
этого предмета находится за рамками данной кни-
ги; более детальное описание этих вопросов можно
найти в некоторых книгах, перечисленных в кон-
це главы.
С химической и минералогической точки зре-
ния можно считать, что атом состоит из ядра,
окруженного оболочкой электронов. Именно элек-
тронная оболочка атомов и ее взаимодействие с
электронами других атомов определяют их пове-
дение в химическом соединении. Ядра атомов со-
стоят из положительно заряженных частиц (про-
тонов) и нейтральных частиц (нейтронов), кото-
рые вместе составляют практически всю массу
атома. Вокруг ядра располагается оболочка, или
облако, электронов с ничтожной массой, каждый
из которых несет единицу отрицательного элек-
трического заряда. Общее число электронов рав-
няется числу протонов (единицы положительно-
го заряда) в ядре; таким образом строится ней-
тральный атом. Число протонов в ядре определя-
ет атомное число
 Z.
Каждый химический элемент
имеет определенное атомное число (атомный но-
мер). Например, для Cu
 Z
= 29, и все атомы меди
обладают 29 протонами. Число нейтронов в ядре
атома того или иного элемента может варьиро-
вать, что приводит к существованию различных
изотопов
у одного элемента. Изотопы элемента
сохраняют общий атомный номер и характеризу-
ются одинаковыми химическими свойствами, но
различаются по атомной массе. Различное количе-
ство незаряженных нейтронов в изотопах не при-
водит к изменению электростатического заряда
ядра и, следовательно, не меняет число окружаю-
щих его электронов. Но именно последние обусло-
вливают химические свойства элементов. Поэтому
изотопы имеют одинаковые химические свойства.
Наши знания об электронной структуре в зна-
чительной степени опираются на изучение атом-
ных спектров излучения, испускаемого атомом
вследствие его возбуждения при нагревании или
за счет других причин. В ранних представлени-
ях об атоме его структуру уподобляли строению
Солнечной системы, где ядро играло роль Солн-
ца, а электроны сопоставлялись с планетами. В
1913 г. Нильс Бор выдвинул идею о приурочен-
ности электронов к определенному числу фикси-
рованных орбитальных зон, или оболочек, каждая
из которых характеризуется определенным значе-
нием энергии. Электрон может сменить свою обо-
лочку и при этом излучает или поглощает фик-
сированную порцию энергии (квант) в виде света
или рентгеновского излучения. Испускание энер-
гии связано с переходом электрона на более близ-
кую к ядру оболочку, а поглощение — с его пере-
мещением на более отдаленную оболочку. Приро-
да подобного испускания или поглощения энергии
подробнее рассматривается в гл. 4 и 5, так как
на основе этих процессов определяется химиче-
ский состав минералов посредством электронно-

---

зондового микроанализа либо других аналитиче-
ских методов.
Современная теория электронной структуры
атомов использует развитые американским фи-
зиком Эрвином Шредингером математические
принципы волновой механики, а не представле-
ния о круговых или эллиптических траекториях
электронов. Луи де Бройль показал, что электро-
ны можно рассматривать как частицы, обладаю-
щие волновыми свойствами. Посредством сочета-
ния этой идеи с представлениями о простом атоме
Бора Шредингер сформулировал принцип распре-
деления электронов в атоме, использовав волно-
вую функцию
 ψ.
Последняя определяет вероят-
ность нахождения электрона в какой-либо опре-
деленной точке, причем эта вероятность оказыва-
ется самой высокой там, где электронное облако
является наиболее плотным. Плотность вероят-
ности можно определить путем выделения в на-
правлении от ядра ряда объемов, в пределах ко-
торых вероятность нахождения электронов зако-
номерно уменьшается. При расчетах заряда элек-
тронных облаков предполагается, что последние
могут быть представлены либо в виде окружа-
ющих атомное ядро сферических оболочек, ли-
бо в виде отходящих от него выступов. Каж-
дый такой объем, в пределах которого электрон
с наибольшей вероятностью находится в какой-
то момент времени, называется