Индукция ферментов в норме и патологии - Крицман М.Г.
Скачать (прямая ссылка):
соответственно системам координат рх, ру, рх. Эти орбитали имеют
выраженную направленность, их форма напоминает гантели, каждая из них
симметрична относительно оси указанного индекса. Для характеристики р-
типа атомных орбиталей имеет значение узловая плоскость, разделяющая ф, с
различными знаками. Плотность электронного заряда узловых плоскостей
орбиталей равна нулю.
Более сложную форму имеют d-орбитали атома; можно построить пять d-
орбиталей. Число узловых плоскостей с плотностью электронного заряда,
равного пулю, у них больше одной. На рис. 36 представлены три
вышеуказанные атомные орбитали. Этими тинами не исчерпывается вся
возможная геометрия атомных орбиталей, имеются другие, более сложные,
которых мы здесь касаться не будем.
Все атомные орбитали характеризуются еще тремя квантовыми числами: п, I и
т; п представляет собой главное квантовое число, которое определяет общий
размер зарядового облака; иными словами, число п определяет энергию
атома. Если зарядовое облако имеет небольшой объем, то среднее расстояние
электрона от ядра мало и энергия связи электрона с ядром велика.
13 Индукция ферментов в норме и патологии
193
В тех случаях, когда зарядовое облако имеет большой объем, энергия связи
электрона с ядром мала; это имеет место при больших квантовых числах п.
Квантовое число /, с помощью которого можно классифицировать свойства
симметрии атомных орбиталей, связано с моментом импульса движущегося
электрона. Оно
36. Схематическое распределение для пяти d-орбиталей.
194
определяет число узловых плоскостей, проходящих через начало координат, и
связано с формой электронного облака. Для 1 s-орбитали, имеющей
сферическую симметрию, квантовое число I равно нулю. Таким образом,
разность между главным квантовым числом п и квантовым числом I является
величиной всегда положительной: l - ti- 1. При характеристике атомных
орбиталей всегда указывают сначала значение п, которое выражают целыми
числами, а затем /, которое дается буквенными обозначениями типа
орбиталей (s, р, d и др.).
Если считать основным состоянием для атома водорода Is, то в порядке
уменьшения энергии связи атомные орбитали можно представить следующим
образом:
ls< 2s - 2р< 3s = 3p = 3d< 4s ... .
Характеристика электронного облака будет неполной, если не учесть еще
один показатель, обусловленный вра щением электрона вокруг собственной
оси, так называемый спин, отражающийся квантовым числом т. Спин, как
указывалось выше, угловой момент, возникающий в результате вращения
электрона вокруг своей оси. Его проекция может иметь только два значения.
В волновое уравнение Шредингера вводится спиновая переменная Н^(х, у, z,
о) = С\\>{х, у, г, а).
Изучение поведения электрона у атома водорода приводит к понятию об
атомных орбиталях, а изучение поведения электрона у молекулярного иона
водорода - к понятию о молекулярных орбиталях. Эти уникальные системы,
дающие возможность строгого решения волнового уравнения, служат основой
для приближенных расчетов поведения электронов в сложных многоэлектронных
химических системах.
В атоме водорода электрон с массой т и зарядом е движется в потенциальном
поле одного положительно заряженного ядра, если расстояние между
электроном и ядром равно г, то потенциал, который вводится в
гамильтониан,
е2
представляет собой v- . При этом наиболее подходящей системой координат
является сферическая с центром в ядре (рис. 37). Радиальная часть орбиты
зависит от / и п, а угловая - от т и I:
Yl,ml (0> Ф)-
13* 195
Квантовые числа I, т, п взаимно связаны и подчиняются следующим
закономерностям:
п - главное квантовое число, может принимать только целое значение 1, 2,
3, . .
для данного п азимутальное квантовое число I может принимать значение 0,
1, 2, 3, ... п - 1;
для заданного I магнитное квантовое числое гщ -
= 0; ±1; ±2; при этом 2 Е получается в виде
2я2те4
Еп -
п2/г2
Таким образом, разрешенные значения энергии электрона для атома водорода
зависят только от числа п. В основном состоянии атома при п - 1 энергия Е
- -13,6 эв; это и есть электронная энергия основного состояния. Минус
означает, что для того чтобы оторвать электрон от атома, необходимо
затратить энергию именно такой величины. Другими словами, значение Е{
означает потенциал ионизации атома.
С этим значением энергии основного состояния связана одна волновая
функция. Согласно правилам взаимосвязи квантовых чисел при п - 1, т и I
равны нулю.
В этом случае волновая функция не зависит от угловых координат, так что
орбита основного состояния определяется простой функцией:
в атоме водорода.
Фи о, о -
-hr
где Л и k константы. При этом вероятность нахождения электрона на сфере,
определенной радиусом с центром в ядре, является постоянной; она меняется
с изменением радиуса, т. е. с изменением расстояния электрона от ядра.
Сфера, пребывание за пределами которой очень мало вероятно для электрона,
может рассматриваться как гра-
196
ничная поверхность, включающая основную часть электронного облака. Такую
