У діючих підручниках з хімії для загальноосвітніх навчальних закладів і в посібниках з хімії для вступників до вузів при описі стану електронів в атомі використовуються уявлення квантової механіки, згідно з якими мікрочастинки мають хвильову природу, а хвилі володіють властивостями частинок. Тому в них використовуються поняття квантової механіки: «орбиталь» і «електронне хмару». Зазвичай в підручниках і в навчальних посібниках ці різні поняття ототожнюються.
Наприклад, в підручнику для загальноосвітніх установ, рукопис якого удостоєна премії на конкурсі шкільних підручників з хімії ще в 1987 р ототожнення понять здійснюється так: «Електрон при русі, наприклад в атомі водню, утворює як би хмара кульової форми, щільність якого найбільша на відстані 0,53 • 10 -10 м від ядра ... Електрони, які при русі утворюють хмару кульової форми, прийнято називати s-електронів. Електронні хмари називають також орбиталями »[1, c. 115-116].
Далі стверджується, що «на одній орбіталі може знаходитися лише два електрона, що володіють протилежними (антипаралельними) спинами» [см. 1, с. 116]. Це твердження не узгоджується з раніше наведеним поясненням, згідно з яким електрони утворюють електронні хмари, які називаються також орбиталями, а не знаходяться на них.
При описі будови електронних оболонок атомів бору, вуглецю і азоту вказується, що орбіталі не тільки можуть утворюватися електронами, але і заповнюватися ними: «Таким чином, на кожному енергетичному рівні, починаючи з другого, можуть перебувати три р орбіталі. В атомі бору В, вуглецю С і азоту N 2p орбіталі заповнюються по одному електрону »[см. 1, с. 118]. Виникає питання: як може заповнюватися електронами орбіталь, яка утворена рухомим навколо ядра електроном? Відповіді на це питання в підручнику немає.
У шостому виданні іншого підручника хімії дається таке пояснення: «Подібно до того як об'єктів, що швидко голка швейної машинки, пронизуючи тканину, вишиває на ній візерунок, так і незмірно швидше рухається в просторі електрон" вишиває "тільки не плоский, а об'ємний малюнок електронного хмари - орбіталі» [2, с. 32]. Це пояснення перетворюється в визначення поняття: «Простір навколо ядра, де найбільш ймовірно знаходження даного електрона, називається орбиталью цього електрона або електронним хмарою» [cм. 2, с. 32].
На цьому «підставі» околоядерних простору, званого орбиталью або електронним хмарою, приписується енергія, розмір і форма: «Залежно від енергії електронні хмари відрізняються розмірами. Орбіталі можуть мати різну форму. Так, кожен новий енергетичний рівень в атомі починається з s орбіталі, яка має сферичну форму »[cм. 2, с. 32].
У посібнику з хімії для вступників до вузів, яке видається понад двадцять років, електронне хмара описується так: «Електрон в атомі не має траєкторії руху. Квантова механіка розглядає ймовірність знаходження електрона в просторі навколо ядра. Який швидко рухається електрон може перебувати в будь-якій частині простору, що оточує ядро, і розмазані положення його розглядаються як електронне хмара з певною щільністю негативного заряду. Максимальна щільність відповідає найбільшої ймовірності знаходження електрона в даній частині атомного простору »[3, с. 51].
Виходячи з цього пояснення, поняття «орбиталь» визначається так: «Простір навколо ядра, в якому найбільш ймовірно знаходження електрона, називається орбиталью». При описі будови електронних оболонок атомів околоядерних простору, названому орбиталью, приписується форма, просторове розташування (!) І вказується, в якій послідовності воно заповнюється електронами. При цьому, на жаль, не пояснюється, що слід розуміти під просторовим розташуванням околоядерного простору.
При описі властивостей ковалентного зв'язку околоядерних простору, названому орбиталью, приписується гібридизація. Наприклад, при поясненні однаковою міцності хімічних зв'язків в молекулі хлориду берилію вказується: «Однакова міцність зв'язків пояснюється гибридизацией валентних (зовнішніх) орбіталей, т. Е. Змішанням їх і вирівнюванням по формі і енергії. В цьому випадку первісна форма і енергія орбіталей атома взаимозаменяются і утворюються електронні орбіталі однакової форми і енергії »[см. 3, с. 78].
Далі показується, що «в утворенні хімічного зв'язку в молекулі BeCl2 беруть участь один s - і один р-електрон центрального атома, тобто берилію. В цьому випадку відбувається sp-гібридизація орбіталей »[cм. 3, с. 79].
На прикладі молекул хлориду бору і метану розглядаються sp 2 - і sp 3-гібридизації атомних орбіталей атомів бору і вуглецю.
З ледует відзначити, що прийнята в підручниках і навчальних посібниках з хімії трактування поняття «орбиталь» ніякого відношення до квантової механіки не має, тому що в ній електронну хмару розглядається як реальний матеріальний об'єкт, а орбиталью називається «функція просторових змінних одного електрона, що має сенс хвильової функції окремого електрона в поле ефективного атомного або молекулярного остова »[4, с. 271].
Орбиталь описує рух електрона в полі ядра і характеризується трьома квантовими числами - n. l і m. «Квантовий число l. ціле і невід'ємне, визначає орбітальний момент імпульсу електрона, точніше його квадрат: l (l + 1). Квантове число m. ціле і не перевищує за абсолютною величиною l. представляє проекцію орбітального моменту імпульсу на довільно обрану вісь квантування z. Головне квантове число n нумерує орбітальну енергію en в порядку її зростання »[6, с. 28].
Виходячи з цього, вважається, що орбиталь визначає вид електронного хмари: «В А. в даному стаціонарному стані відбувається складний процес, який характеризується всією сукупністю можливих дій електрона, що знаходиться в цьому стані, наприклад всією сукупністю можливих" локалізацій "електрона при його звільненні з А ті. відповідним "хмарою". Щоб визначити вид "хмари" в квантової теорії А. знаходять спочатку хвильову функцію, що характеризує коливальний процес в А. Квадрат амплітуди хвильових функцій дає вид "хмари" »[7, с. 408].
Що здійснюється в навчальній літературі з хімії ототожнення понять «електронна хмара» і «орбиталь» вважається помилкою і в літературі по квантовій механіці: «У багатьох підручниках стан електрона в атомі характеризується квантовими числами n. l і m. а для ілюстрації приводяться графічні зображення речових АТ (електронних хмар. - В.Ш.) »[см. 6,
с. 34].
Учні загальноосвітніх навчальних закладів не вивчають квантову механіку, не можуть розібратися в змісті понять «орбиталь» і «електронна хмара», і тому в підручниках з хімії для цих навчальних закладів і в посібниках з хімії для вступників до вузів слід відмовитися від вживання поняття «орбиталь »і користуватися поняттям« електронну хмару ».
П ри формуванні поняття «електронна хмара» необхідно повідомити учням, що електрон обертається навколо ядра атома з неймовірною швидкістю. Так, за 1 з він робить стільки оборотів навколо ядра атома, скільки оборотів робить пропелер літака навколо осі за 5-5,5 років безперервної роботи двигуна. Потім повідомити, що пропелер літака утворює «хмара», що знаходиться в одній площині, а електрон утворює об'ємне хмара, форма і розмір якого залежать від енергії електрона.
Програма курсу хімії середніх загальноосвітніх навчальних закладів передбачає вивчення будови електронних оболонок тільки тих атомів, які позначені в перших чотирьох періодах періодичної системи Д. І. Менделєєва. Використовуючи періодичну систему, показуємо, що число енергетичних рівнів в електронній оболонці атома дорівнює номеру періоду, в якому знаходиться хімічний елемент. Кожен енергетичний рівень складається з полуровней, число яких дорівнює номеру рівня.
При розгляді будови електронних оболонок атомів елементів першого періоду періодичної системи Д. І. Менделєєва формуємо поняття про s-електронів, спарюванні електронів і s -подуровнях енергетичних рівнів. При цьому повідомляємо, що один електрон, що знаходиться в електронній оболонці атома водню, утворює електронну хмару сферичної форми і називається s-електронів (рис.). Оскільки сферичне електронне хмара займає тільки одне положення в околоядерном просторі, то для позначення s-електронів в графічній електронної формулі відводиться один квадратик, який називається енергетичної осередком.