Как найти направление электронов

Содержание:

1. Движение электронов в атомах
2. Распределение электронов в атомах
3. Электронные формулы атомов
4. Образование ионов
5. Составление формул соединений

Движение электронов в атоме – это когда электрон в атоме находится в постоянном движении вокруг ядра. Но у такого движения отсутствует определенная траектория. Это выглядит примерно так, как показано на рисунке снизу. В каждый момент времени электрон находится в определенной точке околоядерного пространства.

На странице -> решение задач по химии собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам химии.

Движение электронов в атомах

Электронное облако — модель движения электрона в атоме; область пространства, в каждой точке которой может находиться данный электрон. … Размер зависит от энергии электрона. Чем больше энергия электрона, тем больше по размеру его орбиталь, и тем дальше он находится от ядра. 

Распределение электронов в атомах

Вспомните! Атом, молекула. Строение атома

Из  курса  7  класса  мы  узнали,  что  атом  является  сложной  системой,  состоящей  из  ядра  и  электронов  (рис.  1).  Выясним  теперь  закономерности  расположения  электронов  вокруг  ядра.  Число  электронов  равно заряду ядра атома (атомному номеру элемента). Однако 
электроны притягиваются к ядру не с одинаковой силой, так как обладают различным запасом энергии и поэтому находятся на разном расстоянии от ядра.

Электроны с близкими значениями энергии располагаются на одинаковом расстоянии от ядра. Эти расстояния называются энергетическими уровнями. Их  обозначают  буквой  n  и  нумеруют  по  мере  удаления  от  ядра:  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7.  Значение  n  определяется  номером периода, в котором расположен элемент. Максимальное число электро-
нов на каждом энергетическом уровне (емкость энергетического уровня) 
определяется формулой где N– число электронов, n – номер 
энергетического уровня. Если n = 1, N = 2; n = 4,  электрона.

Электроны,  расположенные  ближе  к  ядру,  сильнее  притягиваются  к 
нему. По мере отдаления от ядра энергия связи уменьшается. Радиус r показывает удаленность каждого энергетического уровня от ядра.

Электроны заселяют пространство вокруг ядра поэтапно, образуя энергетические  уровни  (рис.  2).  Почему  так  важно  знать,  как  располагаются электроны в атоме? Потому что от строения электронных оболочек элемента зависят его физические и химические свойства (табл. 1). Потому что при непосредственном участии электронов атомов происходят образование и разрыв химических связей, т. е. протекают химические реакции. Скорость движения электрона очень велика, и определить его положение в пространстве в определенный момент времени невозможно. В одном месте пространства его можно обнаружить часто, в другом – редко. Область пространства, в которой вероятность нахождения электронов максимальна, называется электронным облаком, или орбиталью (s, p, d, f). 

Форма электронных облаков различная: сферическая обозначается буквой s (s-облако); гантелеобразная – р-облако, причем  р-облака ориентированы взаимно перпендикулярно вдоль трех осей x, y, z (рис. 3).

s-oблако может располагаться в пространстве симметрично точке пере-
сечения осей координат, поэтому его обозначают одной ячейкой   р-облако 
может располагаться вдоль трех осей x, y, z, поэтому их обозначают 
или тремя ячейками   На одном энергетическом уровне могут находиться электронные облака различной формы, которые образуют подуровни. 
Электроны вращаются не только вокруг ядра, но и вокруг своей оси, как 
Земля вокруг Солнца и своей оси.
 

Вращение  электрона  вокруг  своей  оси  называют  спином  (от  англ. spin – волчок). Электроны могут вращаться по часовой стрелке или против нее. На каждой орбитали могут располагаться только два разнонаправленных электрона. Поэтому при составлении электронно-графических формул атомов электроны изображают в ячейке двумя разнонаправленными стрелками  

Электронное облако, энергетический уровень, электронная формула, ячейка, спин.

Электронные формулы атомов

Теперь перейдем к рассмотрению электронных формул атомов. Начнем с первого элемента в таблице Менделеева – атома водорода. У атома водорода имеется один электрон, который расположен на s-подуровне первого энергетического уровня, поэтому электронная формула атома водорода  атома гелия –  («один-эс-два»).
В Периодической системе атомы водорода и гелия расположены в 1-м периоде, т. е. у этих элементов запас энергии электронов одинаковый, поэтому они находятся на одном энергетическом уровне. Согласно формуле  на первом энергетическом уровне могут находиться только 

Следующий: литий – элемент 2-го периода. У лития имеются два энергетических уровня вокруг ядра, внутренний повторяет электронное строение атома гелия. Два его электрона находятся на первом энергетическом уровне, третий электрон – на втором. Во 2-м периоде п = 2,, т. е. Итак, на втором энергетическом уровне могут вращаться восемь электронов (табл. 2).

У атома неона второй энергетический уровень заполнен электронами, т. е. 
второй слой завершен.
Такая закономерность повторяется на третьем энергетическом уровне – от натрия до аргона. У элементов этого периода строение внутренних двух уровней повторяет структуру неона (табл. 2).
У атома аргона завершается третий энергетический уровень. Элементы, у которых внешний энергетический уровень завершен, обладают инертностью.
После аргона в таблице расположен калий. У атома калия следующий электрон образует новый, четвертый энергетический уровень, а внутренние три уровня повторяют электронное строение аргона (табл. 1).

При сравнении электронной структуры элементов 2-го и 3-го периодов заметно, что число электронов на внешнем энергетическом уровне у атомов лития, натрия и калия одинаковое  Такая же закономерность наблюдается у атомов бериллия, магния и кальция

Такие сходства в структурах внешних уровней наблюдаются у элементов, расположенных в одной группе, например, у фтора и хлора 7 электронов. У неона и аргона на внешних энергетических уровнях по 8 электронов. 

Каждый период (кроме 1-го) начинается с щелочного металла и заканчивается инертным газом. По периодам слева направо число электронов увеличивается от 1 до 8, электроны внешнего энергетического уровня слабее притягиваются к ядру. У элементов главных (А) подгрупп электроны внешнего энергетического уровня являются валентными, т. е. определяют валентность элемента (табл. 3).

Рассмотренные 20 элементов являются элементами главных подгрупп, их очередные электроны помещаются на внешних s– и р-подуровнях, поэтому их называют s– и р-элементами.

К s-элементам относятся элементы главных подгрупп I и II группы; к р-элементам  –  элементы  главных  подгрупп  III–VIII  группы.  Объединение элементов в одну группу объясняется одинаковым числом у них валентных электронов.

Ознакомившись с электронным строением атома, мы можем дать следующее определение периодов и групп в Периодической системе:

Периодами называются горизонтальные ряды элементов с одинаковым числом энергетических уровней, начинающиеся со щелочного металла и заканчивающиеся инертным газом (кроме 1-го периода).

Группами называются вертикальные ряды элементов с одинаковым числом валентных электронов.

Электронная формула, электронно-графическая формула, s-, р-элементы.

Лабораторный опыт №1
изготовление моделей атомов
Цель работы: изготовить модели атомов.
Оборудование: разноцветный пластилин, шаростержневые модели атомов.

Ход работы 

Атомы элементов можно смоделировать с помощью разноцветного пластилина (рис. 4, 5).
Смоделируйте  атомы:  водорода,  углерода,  серы, йода, кислорода, железа. Подберите цвета пластилина или готовых шариков таким образом, чтобы цвета  соответствовали  простым  веществам:  водород  –бесцветный (можно белый); углерод – черный; сера –желтая; йод – темно-красный; кислород – бесцветный (можно голубой или синий, т.к. сжиженный кислород голубого цвета); железо – серый.

 

Образование ионов

Вспомните! Cтроение атома, завершенный слой, электронная конфигурация элемента

После ознакомления с электронным строением атомов можно приступить к изучению способности элементов образовывать химические соединения.
Каждый период в системе заканчивается инертным газом. Как вы думаете,  почему  они  так  инертны?  Для  выяснения  этого  вопроса  рассмотрим  электронные  структуры  этих  элементов.  Нам  известно строение атомов    У  всех  этих  газов  внешние  энергетические слои завершены, у гелия  у остальных по 8 электронов (рис. 6).

У других элементов химическая активность определяется именно этой недостроенностью внешнего электронного слоя. Они могут завершить внешние электронные слои путем отдачи или присоединения электронов при образовании соединений (рис. 7).

 

Если элемент отдает электрон, он превращается в положительно заряженную частицу, а если принимает электрон — в отрицательно заряженную частицу, которые называются ионами, т. е. имеют завершенный энергетический уровень.

А это зависит от двух факторов:
1) от электронного строения атомов;
2) от радиуса атомов.
Заряды ионов пишутся арабскими цифрами сверху 
над символом элемента, знак заряда указывается после 
числового значения: например: 

У  элементов,  расположенных  в  начале  периодов,  на  внешней  орбитали  электронов  мало  (1–3).  Поэтому  они  легко  отдают  эти  электроны, принимая при этом электронное строение инертного газа, которым заканчивается предыдущий период. А у элементов, расположенных в конце периодов, число электронов на внешнем уровне больше, поэтому они легко принимают электроны. При этом они принимают конфигурацию инертного газа, которым заканчивается данный период. По периодам число электронов  на  внешнем  электронном  уровне  (валентные  электроны)  постепенно увеличивается. Слева направо увеличиваются заряды ядер атомов. То есть в этом направлении усиливается способность принимать электрон.
Напишем формулы валентных электронов элементов III периода. Определим число неспаренных электронов и число электронов, недостающих до завершения энергетического уровня (табл.4).

Рассмотрим, как заряжаются атомы элементов при образовании соединения с изменением их электронных структур.

Для завершения внешнего слоя атому хлора недостает лишь одного электрона, поэтому он принимает один электрон от атома магния, превращаясь при этом в отрицательно заряженный ион.

А у атома магния на внешнем слое имеются два электрона, он отдает каждому атому хлора по одному электрону, т. е. требуется два атома хлора.

Как изменяются эти свойства по группам? Число валентных электронов одинаковое у элементов, расположенных в одной группе. А число электронных слоев, т. е. атомных радиусов в этом направлении, увеличивается. По этой причине усиливается способность отдать электрон   внешнего уровня.

Способность элемента отдать электрон характеризует металлические а принимать — неметаллические свойства.

Для выяснения этого вопроса рассмотрим электронное строение и значения атомных радиусов элементов IA и VIIA групп (табл. 5).

По периодам слева направо металлические свойства ослабевают, неметаллические свойства постепенно усиливаются;
По группам сверху вниз усиливаются металлические свойства.

Ионы, условия образования положительно и отрицательно заряженных ионов.

Составление формул соединений

По пройденным материалам вы знаете, что атомы являются электронейтральными частицами. Потому что количество электронов, которые вращаются вокруг ядра, численно равно заряду ядра, точно так же, абсолютные  значения положительно и отрицательно заряженных частиц, составляющих молекулу, будут равны. Поэтому и молекула электронейтральна.
Теперь попытаемся составить формулу обыкновенной поваренной соли. В состав этого вещества входят элементы натрий и хлор в виде ионов. А образование этих ионов вам знакомо из предыдущего параграфа. Теперь обратим внимание на числовые значения зарядов данных ионов:

При образовании иона натрия заряд ядра превышает на единицу общее количество электронов, которые вращаются вокруг ядра.

А при образовании ионов хлора, наоборот, общее количество электронов становится больше на единицу, чем заряд ядра.

При написании формул бинарных (состоящих из двух элементов) соединений мы должны придерживаться такого правила:

В молекулах бинарных соединений положительно заряженная частица 
пишется (в основном) на первом месте, отрицательная – на втором.

В соединениях, состоящих из элементов металла и неметалла, частицы атомов металла всегда положительно заряжены, а неметаллы – отрицательно.
Тогда формула поваренной соли выглядит так: NaCl (хлорид натрия). 
В название бинарных соединений к международному или сокращенному названию элемента добавляется окончание ид,  – сульфид натрия,  – оксид кремния (IV),  – нитрид кремния (IV).
Далее рассмотрим составление формулы хлорида магния:

Используя правило «нулевой суммы», составим такое уравнение:
+2 + (–1)х = 0 ⇒ х = 2, следовательно, формула вещества: 

І. Рассмотрим примеры составления формул и определения зарядов элементов соединений по этому способу.
Пример 1. Составьте формулу оксида трехвалентного элемента.
1. Напишем схему формулы оксида трехвалентного элемента – 

2. Укажем заряды элементов в этом соединении:  .
3. Находим значение наименьшего кратного абсолютных значений зарядов атомов элементов (3 · 2 = 6).
4. Разделив значение наименьшего кратного на абсолютное значение зарядов элементов, запишем их как индексы при них:
6 : 3 = 2,     6 : 2 = 3;       х = 2, у = 3; 
тогда формула оксида 

Алгебраическая сумма зарядов элементов в соединении равна нулю.

+3 · 2 = +6;          –2 · 3 = –6;          +6 + (–6) = 0
II. Если дана формула вещества, можно определить заряды элементов в 
соединении.

Пример 2. Определите заряд фосфора (V) в его оксиде.
1.  Запишем над символом фосфора х, над кислородом –2.
2. В соответствии с вышеуказанным правилом, составляем уравнение с 
одним неизвестным:
          2х + 5 · (–2) = 0;       2х = +10;        х = +5
 заряд фосфора в его оксиде +5.

Метод «нулевой суммы»

ДЕЛАЕМ ВЫВОДЫ:

• 1.    Электроны заселяют пространство вокруг ядра поэтапно, образуя энергетические уровни.
• 2.    Область пространства, в которой вероятность нахождения электронов максимальна, называется электронным облаком, или орбиталью. Формы s-облаков – сферическая, а р-облаков – гантелеобразная.
• 3.    Изображение электронов в атоме с помощью электронных облаков и распределение по уровням и подуровням называется электроннографической формулой.
• 4.    Если элемент отдает электрон, он превращается в положительно заряженную частицу, а если принимает электрон – в отрицательно заряженную частицу. Эти заряженные частицы называются ионами.
• 5.    Алгебраическая сумма зарядов элементов в соединении равна нулю.

Услуги по химии:

1. Заказать химию
2. Заказать контрольную работу по химии
3. Помощь по химии

Лекции по химии:

1. Основные понятия и законы химии
2. Атомно-молекулярное учение
3. Периодический закон Д. И. Менделеева
4. Химическая связь
5. Скорость химических реакций
6. Растворы
7. Окислительно-восстановительные реакции
8. Дисперсные системы
9. Атомно-молекулярная теория
10. Строение атома в химии
11. Простые вещества
12. Химические соединения
13. Электролитическая диссоциация
14. Химия и электрический ток
15. Чистые вещества и смеси
16. Изменения состояния вещества
17. Атомы. Молекулы. Вещества
18. Воздух
19. Химические реакции
20. Закономерности химических реакций
21. Периодическая таблица химических элементов
22. Относительная атомная масса химических элементов
23. Химические формулы
24. Формулы веществ и уравнения химических реакций
25. Химическая активность металлов 
26. Количество вещества
27. Стехиометрические расчёты
28. Энергия в химических реакциях
29. Вода 
30. Необратимые реакции
31. Кинетика
32. Химическое равновесие
33. Разработка новых веществ и материалов
34. Зеленая химия
35. Термохимия
36. Правило фаз Гиббса
37. Диаграммы растворимости
38. Законы Рауля
39. Растворы электролитов
40. Гидролиз солей и нейтрализация
41. Растворимость электролитов
42. Электрохимические процессы
43. Электрохимия
44. Кинетика химических реакций
45. Катализ
46. Строение вещества в химии
47. Строение твердого тела и жидкости
48. Протекание химических реакций
49. Комплексные соединения

Лекции по неорганической химии:

1. Важнейшие классы неорганических соединений
2. Водород и галогены
3. Подгруппа кислорода
4. Подгруппа азота
5. Подгруппа углерода
6. Общие свойства металлов
7. Металлы главных подгрупп
8. Металлы побочных подгрупп
9. Свойства элементов первых трёх периодов периодической системы
10. Классификация неорганических веществ
11. Углерод
12. Качественный анализ неорганических соединений
13. Металлы и сплавы
14. Металлы и неметаллы
15. Производство металлов
16. Переходные металлы
17. Элементы 1 (1А), 2 IIA и 13 IIIA групп и соединения
18. Элементы 17(VIIA), 16(VIA) 15(VA), 14(IVA) групп и их соединения
19. Важнейшие S -элементы и их соединения
20. Важнейшие d элементы и их соединения
21. Важнейшие р-элементы и их соединения
22. Производство неорганических соединений и сплавов
23. Главная подгруппа шестой группы
24. Главная подгруппа пятой группы
25. Главная подгруппа четвертой группы
26. Первая группа периодической системы
27. Вторая группа периодической системы
28. Третья группа периодической системы
29. Побочные подгруппы четвертой, пятой, шестой и седьмой групп
30. Восьмая группа периодической системы
31. Водород
32. Кислород
33. Озон
34. Водород
35. Галогены
36. Естественные семейства химических элементов и их свойства
37. Химические элементы и соединения в организме человека
38. Геологические химические соединения

Лекции по органической химии:

1. Органическая химия
2. Углеводороды
3. Кислородсодержащие органические соединения
4. Азотсодержащие органические соединения
5. Теория А. М. Бутлерова
6. Соединения ароматического ряда
7. Циклические соединения
8. Карбонильные соединения
9. Амины и аминокислоты
10. Химия живого вещества
11. Синтетические полимеры
12. Органический синтез
13. Элементы 14(IVA) группы
14. Азот и сера
15. Растворы кислот и оснований

Сила Лоренца

Сила Лоренца действующая на электрон

В частном случае носителем заряда является электрон. Тогда в формулу (5) в качестве Q следует подставить

[ е = – 1.602 cdot 10^{-19} enspace Кл. ]

При определении направления движения электронов с помощью правила левой руки следует учитывать, что направление движения электронов противоположно техническому направлению тока.

Величина и направление силы Лоренца определяются соотношением

[ vector{F_{L}}= e vector{v} × vector{B} ]

где $vector{v}$, $vector{B}$ и $vector{F}$ образуют правую систему.

Для электронов, движущихся перпендикулярно магнитному полю, формула упрощается:

[ F_{L} = e v B ]

Так как сила действует перпендикулярно скорости и направлению поля, она создает центростремительное ускорение, т.е. изменяет направление скорости, не меняя ее величины.
Поэтому электрон движется в магнитном поле по окружности.

Вычислить, найти силу Лоренца действующую на электрон или протон

Радиус траектории электрона в магнитном поле

Для определения радиуса круговой траектории электрона приравняем силу Лоренца и центростремительную силу.

Если

то, приравнивая обе силы, получаем

[ evB = frac{m_{e} v^{2}}{r} ]

и, следовательно,

[ r = frac{m_{e} v}{eB} ]

Сила Лоренца действующая на протон

Электрический заряд протона равен по модулю заряду электрона, но имеет положительный знак.

[ p = + 1.602 cdot 10^{-19} enspace Кл. ]

При определении направления движения протонов с помощью правила левой руки направление движения протонов совпадает с техническим направлением тока и с картинкой.

Таким образом электрон и протон влетая в магнитное поле в одном направлении будут отклоняться в разные стороны.

Величина силы действующая на электрон и на протон будет одинакова (определяется формулой №3), но поскольку протон гораздо тяжелее электрона, радиус закручивания для протона будет больше.

Радиус траектории протона в магнитном поле

Если

Радиус траектории для протона будет вычисляться по аналогичной формуле

[ r = frac{m_{p} v}{p B} ]

Из этой формулы видно что при одинаковых скоростях электрона и протона радиус траектории протона будет значительно больше, чем у электрона пропорционально отношению масс этих частиц

Сила Лоренца	стр. 667

Спин (spin – вращение) это наиболее простая вещь на которой можно продемонстрировать отличия квантовой механики от классической. Из определения кажется, что связан он с вращением, но не надо представлять себе электрон или протон вращающимися шариками. Как и в случае многих других устоявшихся научных терминов было доказано что это не так, но терминология уже устоялась. Электрон – точечная частица (нулевого радиуса). А спин отвечает за магнитные свойства. Если электрически заряженная частица движется по кривой траектории (в том числе вращается), то образуется магнитное поле. Электромагниты так работают – электроны движутся по проводам катушки. Но спин отличается от классического магнита. Вот неплохая анимация:

Если магнитики пропускать через неоднородное магнитное поле (обратите внимание на различную форму северного и южного полюсов магнита, задающего поле), то в зависимости от ориентации магнитика (его вектора магнитного момента) они будут притягиваться (отталкиваться) от полюса с большей концентрацией силовых линий магнитного поля (заостренный полюс магнита). В случае перпендикулярной ориентации магнитик вообще никуда не отклонится и попадет в центр экрана.

Пропуская электроны мы будем наблюдать только отклонение вверх или вниз на одно и то же расстояние. Это пример квантования (дискретности). Спин электрона может принимать только одно из двух значений относительно заданной оси ориентации магнита – «вверх» или «вниз». Поскольку электрон мысленно представить себе нельзя (у него нет ни цвета, ни формы, ни даже траектории движения), как и во всех подобных анимациях цветные шарики не отражают реальность, но суть думаю понятна.

Если электрон отклонился вверх, то говорят, что его спин направлен «вверх» (+1/2 условно обозначают) относительно оси магнита. Если вниз, то -1/2. И казалось бы спин можно описать обычным вектором, указывающим направление. У тех электронов, где он был направлен вверх, они и отклонятся вверх в магнитном поле, а у которых вниз – те соответственно вниз. Но не все так просто! Электрон отклоняется вверх (вниз) на одно и тоже расстояние относительно любой ориентации магнита. На видео выше можно было бы менять не ориентацию пропускаемых магнитиков, а поворачивать сам магнит, создающий магнитное поле. Эффект в случае обычных магнитиков был бы тот же. Что будет в случае электронов – в отличие от магнитиков они всегда будут отклонятся на одно и тоже расстояние вверх или вниз.

Если, например, пропустить вертикально расположенный классический магнитик через два перпендикулярно ориентированных друг относительно друга магнита, то отклоняясь вверх в первом, он не отклонится во втором вообще никак – его вектор магнитного момента будет перпендикулярен линиям магнитного поля. На видео выше это тот случай когда магнитик попадает в центр экрана. Электрон же обязан куда-нибудь отклонится.

Если мы будем пропускать через второй магнит только электроны со спином вверх, как на рисунке, то окажется что часть из них оказались еще и со спином вверх (вниз) относительно другой перпендикулярной оси. Вправо и влево фактически, но спин измеряют относительно выбранной оси, поэтому «вверх» и «вниз» общепринятая терминология вместе с указанием оси. Вектор не может быть направлен сразу вверх и вправо. Делаем вывод, что спин – это не классический вектор, прикрепленный к электрону наподобие вектора магнитного момента магнитика. Более того, зная, что спин электрона направлен вверх после прохождения первого магнита (отклоняющиеся вниз блокируем), невозможно предсказать куда он отклонится во втором случае: вправо или влево.

Ну и можно еще чуть-чуть усложнить эксперимент – блокировать электроны, отклонившиеся влево и пропустить через третий магнит, ориентированный как и первый.

И мы увидим, что электроны будут отклонятся как вверх, так и вниз. То есть электроны, попадающие во второй магнит все имели спин вверх относительно ориентации первого магнита, а потом часть из них стала вдруг со спином вниз относительно той же самой оси.

Странно! Если через такую конструкцию пропускать классические магнитики, повернутые под одним и тем же произвольно выбранным углом, то они всегда будут попадать в конце в одну и ту же точку экрана. Это называется детерминизмом. Повторив эксперимент при полном соответствии начальных условий мы должны получить тот же результат. В этом заключается основа предсказательной силы науки. Даже наша интуиция основана на повторяемости результатов в схожих ситуациях. В квантовой механике предсказать куда отклонится конкретно взятый электрон в общем случае невозможно. Хотя в некоторых ситуациях есть исключения: если поставить два магнита с одинаковой ориентацией, то если электрон отклонится вверх в первом, то он точно отклонится вверх и во втором. А если магниты повернуты на 180 градусов друг относительно друга и в первом электрон отклонился, например, вниз, то во втором он точно отклонится вверх. И наоборот. Сам по себе спин не меняется. Это уже хорошо)

Какие из всего этого можно сделать общие выводы.

1. Многие величины, которые могли принимать любые значения в классической механике, могут иметь только некоторые дискретные (квантованные) значения в квантовой теории. Помимо спина энергия электронов в атомах является ярким примером.
2. Объектам микромира нельзя приписать никакие классические характеристики до момента измерения. Нельзя полагать, что спин имел какое-то определенное направление до того как мы посмотрели куда отклонился электрон. Это общее положение и оно касается всех измеряемых величин: координат, скорости и т.п. Квантовая механика субъективна. Она утверждает, что объективный, не зависимый ни от кого классический мир, просто не существует.  Теорема Белла наиболее наглядно демонстрирует данный факт. Роль субъекта (наблюдателя) в квантовой механике чрезвычайно важна.
3. Процесс измерения затирает (делает неактуальной) информацию о предыдущем измерении. Если спин оказался направлен вверх относительно оси y, то неважно, что раньше он был направлен вверх относительно оси x, он может оказаться и спином вниз относительно той же самой оси x впоследствии. Опять же данное обстоятельство касается не только спина. Например, если электрон обнаружен в точке с координатами (x, y, z) это в общем случае не значит, что он был в этой точке до этого. Данный факт известен под названием «коллапс волновой функции».
4. Есть такие физические величины значения которых невозможно знать одновременно. Например, нельзя измерить спин относительно оси x и одновременно относительно перпендикулярной ей оси y. Если мы попытаемся сделать это одновременно, то магнитные поля двух повернутых магнитов наложатся и мы вместо двух разных осей получим одну новую и измерим спин относительно нее. Последовательно измерять тоже не удастся вследствие предыдуще изложенного вывода №3. Это тоже общий принцип. Например, координату и импульс (скорость) тоже нельзя измерить одновременно с большой точностью — знаменитый принцип неопределенности Гейзенберга.
5. Предсказать результат единичного измерения невозможно в принципе. Квантовая механика позволяет лишь вычислять вероятности того или иного события. Например, можно посчитать, что в опыте на первой картинке при ориентации магнитов 90° друг к другу 50% отклонится влево и 50% вправо. Предсказать куда отклонится конкретно взятый электрон нельзя. Данное общее обстоятельство известно как «правило Борна» и является центральным в Копенгагенской интерпретации.
6. Детерминированные классические законы выводятся из вероятностных квантовомеханических за счет того, что в макроскопическом объекте очень много частиц и вероятностные флуктуации усредняются. Например, если в опыте на первой картинке пропускать вертикально ориентированный классический магнитик, то 50% составляющих его частиц будут «тянуть» его вправо, а 50% влево. В итоге он никуда не отклонится. При других ориентациях углов магнита меняется процентное соотношение, что в итоге и влияет на отклоняемое расстояние. Квантовая механика позволяет рассчитать конкретные вероятности и как следствие из нее можно вывести формулу для отклоняемого расстояния в зависимости от угла ориентации магнитика, получаемую обычно из классической электродинамики. Так классическая физика выводится и является следствием квантовой.

Да, описанные действия с магнитиками называются эксперимент Штерна-Герлаха.

Существует видеоверсия данного поста в части 2  и части 3 элементарного введения в квантовую механику.

Вторая статья цикла про спин электрона: Электроны в магнитном поле.