Elektroničke formule i grafički dijagrami. Elektronske formule i grafički dijagrami strukture elektronskih slojeva atoma. Magnetski kvantni broj m l
Elektronska struktura atoma može se prikazati elektroničkom formulom i elektroničko-grafičkim dijagramom. U elektronskim formulama energetske razine i pod-razine uzastopno se pišu redoslijedom punjenja i ukupnim brojem elektrona na pod-razini. U ovom se slučaju stanje pojedinog elektrona, posebno njegovi magnetski i spinovi kvantni brojevi, ne odražavaju u elektroničkoj formuli. U elektroničkim grafičkim sklopovima svaki je elektron u cijelosti "vidljiv", tj. mogu se okarakterizirati sva četiri kvantna broja. Elektronski-grafički dijagrami obično se daju za vanjske elektrone.
Primjer 1. Napišite elektronsku formulu fluora, izrazite stanje vanjskih elektrona u elektronsko-grafičkoj shemi. Koliko neparnih elektrona ima u atomu ovog elementa?
Odluka. Atomski broj fluora je devet, dakle, u njegovom atomu je devet elektrona. U skladu s načelom najmanje energije, upotrebom smokve. 7 i uzimajući u obzir posljedice Paulijeva načela zapisujemo elektroničku formulu fluora: 1s 2 2s 2 2p 5. Za vanjske elektrone (druga energetska razina) crtamo elektronsko-grafički dijagram (Sl. 8), iz kojeg proizlazi da u atomu fluora postoji jedan nespareni elektron.
Lik: 8. Elektronsko-grafički dijagram valentnih elektrona atoma fluora
Primjer 2.Nacrtajte elektroničke dijagrame mogućih stanja dušikovog atoma. Koji od njih odražavaju normalno stanje, a koji - uzbuđeno?
Odluka.Elektronska formula dušika je 1s 2 s 2 2p 3, a formula za vanjske elektrone je 2s 2 2p 3. Podrazred 2p je nepotpun jer broj elektrona na njemu manji je od šest. Moguće varijante raspodjele tri elektrona na 2p-podravini prikazane su na Sl. devet.
Lik: 9. Elektronsko-grafički dijagrami mogućih stanja 2p-pod-razine u atomu dušika.
Maksimalna (u apsolutnoj vrijednosti) vrijednost centrifuge (3/2) odgovara stanjima 1 i 2, dakle, oni su uzemljeni, a ostali su pobuđeni.
Primjer 3.Odredite kvantne brojeve koji određuju stanje posljednjeg elektrona u atomu vanadijuma?
Odluka. Atomski broj vanadija je Z \u003d 23, dakle, puna elektronička formula elementa je: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3. Elektronsko-grafička shema vanjskih elektrona (4s 2 3d 3) je sljedeća (Sl. 10):
Lik: 10. Elektronski grafički dijagram valentnih elektrona vanadijum-atoma
Glavni kvantni broj zadnjeg elektrona n \u003d 3 (treća energetska razina), orbitalni l \u003d 2 (podni nivo d). Magnetski kvantni broj za svaki od tri d-elektrona je različit: za prvi je –2, za drugi –1, za treći - 0. Spin kvantni broj za sva tri elektrona je isti: m s \u003d + 1/2. Dakle, stanje posljednjeg elektrona u atomu vanadijuma karakteriziraju kvantni brojevi: n \u003d 3; l\u003d 2; m \u003d 0; m s \u003d + 1/2.
7. Upareni i nespareni elektroni
Nazivaju se elektroni koji ispunjavaju orbitale u parovima u paru, a nazivaju se pojedinačni elektroni pojedinačna... Neparni elektroni daju kemijsku vezu između atoma i drugih atoma. Prisutnost nesparenih elektrona utvrđuje se eksperimentalno proučavanjem magnetskih svojstava. Tvari s parnim elektronima paramagnetičan(uvlače se u magnetsko polje zbog interakcije spinova elektrona, kao elementarnih magneta, s vanjskim magnetskim poljem). Tvari sa samo uparenim elektronima dijamagnetski(vanjsko magnetsko polje ne djeluje na njih). Neparni elektroni nalaze se samo na vanjskoj energetskoj razini atoma i njihov broj se može odrediti njegovom elektroničko-grafičkom shemom.
Primjer 4.Odredite broj nesparenih elektrona u atomu sumpora.
Odluka. Atomski broj sumpora je Z \u003d 16, dakle, puna elektronička formula elementa: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4. Elektronsko-grafička shema vanjskih elektrona je sljedeća (slika 11).
Lik: 11. Elektronski grafički dijagram valentnih elektrona atoma sumpora
Iz elektronskog dijagrama proizlazi da u atomu sumpora postoje dva nesparena elektrona.
Napisana je u obliku takozvanih elektroničkih formula. U elektronskim formulama slova s, p, d, f označavaju energetske podravnine elektrona; brojevi ispred slova označavaju razinu energije u kojoj se nalazi dati elektron, a pretpis u gornjem desnom kutu označava broj elektrona u ovom podravnom. Za sastavljanje elektroničke formule atoma bilo kojeg elementa dovoljno je znati broj ovog elementa u periodičnoj tablici i ispuniti osnovne odredbe koje reguliraju raspodjelu elektrona u atomu.
Struktura elektronske ljuske atoma može se opisati i kao dijagram raspodjele elektrona u energetskim ćelijama.
Za atome željeza takva je shema sljedeća:
Ovaj dijagram jasno pokazuje ispunjenje Gundovog pravila. Na 3d-pod-nivou je maksimalni broj ćelija (četiri) ispunjen nesparenim elektronima. Slika strukture elektronske ljuske u atomu u obliku elektroničkih formula i u obliku dijagrama ne odražava jasno valna svojstva elektrona.
Tekst periodičnog zakona s izmjenama i dopunamaDA. Mendeljejev : svojstva jednostavnih tijela, kao i oblici i svojstva spojeva elemenata, povremeno ovise o vrijednosti atomske težine elemenata.
Suvremena formulacija periodičnog zakona: svojstva elemenata, kao i oblici i svojstva njihovih spojeva, periodično ovise o veličini naboja jezgre njihovih atoma.
Dakle, pozitivni naboj jezgre (a ne atomska masa) pokazao se točnijim argumentom o kojem ovise svojstva elemenata i njihovih spojeva.
valencija- to je broj kemijskih veza kojima se jedan atom veže na drugi.
Sposobnosti valencije atoma određuju se brojem nesparenih elektrona i prisutnošću slobodnih atomskih orbitala na vanjskoj razini. Struktura vanjske razine energije atoma kemijskih elemenata i uglavnom određuje svojstva njihovih atoma. Stoga se te razine nazivaju razinom valencije. Elektroni ovih razina, a ponekad i pred-vanjske razine, mogu sudjelovati u stvaranju kemijskih veza. Takvi se elektroni nazivaju i valentni elektroni.
Stehiometrijska valencijakemijski element - to je broj ekvivalenata koji neki atom može vezati za sebe, ili je broj ekvivalenata u nekom atomu.
Ekvivalenti se određuju brojem vezanih ili supstituiranih vodikovih atoma, pa je stehiometrijska valencija jednaka broju atoma vodika s kojima jedan atom međusobno djeluje. Ali ne djeluju svi elementi interaktivno, već gotovo svi elementi s kisikom, pa se stehiometrijska valencija može definirati kao udvostručeni broj vezanih atoma kisika.
Na primjer, stehiometrijska valencija sumpora u vodikovom sulfidu H2S jednaka je 2, u oksidu SO 2 - 4, u oksidu SO 3 -6.
Pri određivanju stehiometrijske valencije elementa prema formuli binarnog spoja treba se voditi pravilom: ukupna valencija svih atoma jednog elementa mora biti jednaka ukupnoj valenciji svih atoma drugog elementa.
Oksidacijsko stanjetakođer karakterizira sastav neke tvari i jednak je stehiometrijskoj valenciji s znakom plus (za metalni ili više elektropozitivnih elemenata u molekuli) ili minusom.
1. U jednostavnim tvarima oksidacijsko stanje elemenata je nula.
2. Oksidacijsko stanje fluora u svim spojevima je -1. Ostali halogeni (klor, brom, jod) s metalima, vodikom i ostalim elektropozitivnijim elementima također imaju oksidacijsko stanje -1, ali u spojevima s više elektronegativnih elemenata imaju pozitivna oksidacijska stanja.
3. kisik u spojevima ima oksidacijsko stanje -2; izuzetak je vodikov peroksid H2O2 i njegovi derivati \u200b\u200b(Na2O2, BaO2 itd., u kojima kisik ima oksidacijsko stanje -1, kao i fluorid kisika OF 2, oksidacijsko stanje kisika u kojem je +2.
4. Alkalni elementi (Li, Na, K, itd.) I elementi glavne podskupine druge skupine periodičke tablice (Be, Mg, Ca, itd.) Uvijek imaju stanje oksidacije jednako broju grupe, to jest +1 i +2, respektivno ...
5. Svi elementi treće skupine, osim talija, imaju stalno stanje oksidacije jednak broju skupine, tj. 3.
6. Najveće oksidacijsko stanje elementa jednako je broju skupine Periodnog sustava, a najniže je razlika: broj grupe je 8. Na primjer, najveće oksidacijsko stanje dušika (nalazi se u petoj skupini) je +5 (u dušičnoj kiselini i njegovim solima), a najniže je -3 (u amonijaku i amonijevim solima).
7. Oksidacijska stanja elemenata u spoju jedno drugo otkazuju, tako da je njihov zbroj za sve atome u molekuli ili neutralnoj jedinici formule jednak nuli, a za ion - njegov naboj.
Ova se pravila mogu koristiti za određivanje nepoznatog oksidacijskog stanja elementa u spoju, ako su ostala oksidacijska stanja poznata i za formuliranje višeelementskih spojeva.
Stupanj oksidacije (oksidativni broj,) — pomoćna uvjetna vrijednost za bilježenje procesa oksidacije, redukcije i redoks reakcija.
Koncept oksidacijsko stanje često se koristi u anorganskoj kemiji umjesto koncepta valencija... Oksidacijsko stanje atoma jednaka je brojčanoj vrijednosti električnog naboja koji se pripisuje atomu, pretpostavljajući da su elektronski parovi koji čine vezu potpuno pristrani prema više elektronegativnim atomima (to jest, pod pretpostavkom da je spoj sastavljen samo od iona).
Oksidacijsko stanje odgovara broju elektrona koji moraju biti vezani na pozitivni ion da bi ga smanjili na neutralni atom ili oduzeli od negativnog iona da bi ga oksidirali do neutralnog atoma:
Al 3+ + 3e - → Al
S 2− → S + 2e - (S 2−2e - → S)
Svojstva elemenata, koja ovise o strukturi elektronske ljuske atoma, razlikuju se po razdobljima i skupinama periodne tablice. Budući da su u nizu analognih elemenata elektronske strukture samo slične, ali nisu identične, tada pri prelasku iz jednog elementa u skupinu u drugu promatraju ne jednostavno ponavljanje svojstava, već njihovu manje ili više jasno izraženu redovitu promjenu.
Kemijska priroda elementa je zbog sposobnosti njegovog atoma da izgubi ili dobije elektrone. Ova se sposobnost kvantificira vrijednostima ionizacijskih energija i afiniteta elektrona.
Energija ionizacije (E i) je minimalna količina energije koja je potrebna za odvajanje i potpuno uklanjanje elektrona iz atoma u plinskoj fazi pri T \u003d 0
K bez prijenosa kinetičke energije na oslobođeni elektron s pretvaranjem atoma u pozitivno nabijeni ion: E + Ei \u003d E + + e-. Energija ionizacije je pozitivna vrijednost i ima najniže vrijednosti za atome alkalnih metala, a najviše za atome plemenitih (inertnih) plinova.
Afinitet elektrona (Ee) je energija koja se oslobađa ili apsorbira kada se elektron veže na atom u plinskoj fazi pri T \u003d 0
K s pretvorbom atoma u negativno nabijeni ion bez prenošenja kinetičke energije na česticu:
E + e- \u003d E- + Ee.
Halogeni, posebno fluor (Ee \u003d -328 kJ / mol), imaju najveći elektronski afinitet.
Vrijednosti Ei i Ee izražene su u kilodžulama po molu (kJ / mol) ili u elektron-voltima po atomu (eV).
Naziva se vezani atom da prebaci elektrone kemijskih veza na sebe, povećavajući gustoću elektrona oko sebe elektronegativnost.
Taj je pojam u znanost uveo L. Pauling. Elektronegativnostoznačen simbolom ÷ i karakterizira tendenciju određenog atoma da veže elektrone kada tvori kemijsku vezu.
Prema R. Malikenu, elektronegativnost atoma procjenjuje se polovinom zbroja energija ionizacije i elektronskim afinitetom slobodnih atoma ÷ \u003d (Ee + Ei) / 2
U razdobljima postoji opća tendencija povećanja energije ionizacije i elektronegativnosti s povećanjem naboja atomskog jezgra; u skupinama se te vrijednosti smanjuju s porastom rednog broja elementa.
Treba naglasiti da se konstantna vrijednost elektronegativnosti ne može pripisati elementu, jer ovisi o mnogim čimbenicima, posebno o stanju valencije elementa, vrsti spoja u koji ulazi, broju i vrsti susjednih atoma.
Atomski i ionski radijusi. Veličine atoma i iona određuju se veličinom elektronske ljuske. Prema kvantno mehaničkim konceptima, elektronska ljuska nema strogo definirane granice. Stoga se polumjer slobodnog atoma ili iona može uzeti kao teoretski izračunata udaljenost od jezgre do položaja glavnog maksimuma gustoće vanjskih oblaka elektrona. Ova udaljenost naziva se orbitalni polumjer. U praksi se obično koriste vrijednosti radijusa atoma i iona u spojevima, izračunane iz eksperimentalnih podataka. U ovom se slučaju pravi razlika između kovalentnih i metalnih radijusa atoma.
Ovisnost atomskih i jonskih radijusa o naboju jezgre atoma elementa i periodična je... U razdobljima kako se atomski broj povećava, radijusi se smanjuju. Najveće smanjenje karakteristično je za elemente malih razdoblja jer je njihova vanjska elektronička razina ispunjena. U velikim razdobljima u porodicama d- i f-elemenata ta je promjena manje oštra, budući da se kod njih punjenje elektrona događa u pred vanjskom sloju. U podskupinama se uglavnom povećavaju radijusi atoma i iona.
Periodna tablica je ilustrativni primjer manifestacije raznih vrsta periodičnosti u svojstvima elemenata, što se promatra horizontalno (u razdoblju s lijeva na desno), okomito (u grupi, na primjer, od vrha do dna), dijagonalno, tj. neko se svojstvo atoma povećava ili smanjuje, ali periodičnost ostaje.
U razdoblju s lijeva na desno (→) povećavaju se oksidacijska i nemetalna svojstva elemenata, dok smanjuju redukcijska i metalna svojstva. Dakle, od svih elemenata u 3. razdoblju, natrij će biti najaktivniji metal i najjače redukcijsko sredstvo, a klor će biti najjače oksidacijsko sredstvo.
Kemijska veza- je međusobno povezivanje atoma u molekuli ili kristalna rešetka, kao rezultat djelovanja između atoma električnih sila privlačnosti.
Ovo je interakcija svih elektrona i svih jezgara, što dovodi do stvaranja stabilnog, poliatomskog sustava (radikal, molekularni ion, molekula, kristal).
Kemijsku vezu provode valentni elektroni. Prema suvremenim pojmovima, kemijska veza je elektroničke prirode, ali se odvija na različite načine. Stoga postoje tri glavne vrste kemijskih veza: kovalentni, ionski, metalni.Među molekula postoji vodikova veza, i dogoditi se van der Waals interakcije.
Glavne karakteristike kemijske veze uključuju:
- dužina obveznice - ovo je međunuklearna udaljenost između kemijski vezanih atoma.
Ovisi o prirodi atoma koji djeluju u interakciji i o višestrukoj vezi. Kako se mnoštvo povećava, dužina veze se smanjuje, a posljedično, i njegova čvrstoća raste;
- mnoštvo veze - određuje se brojem elektronskih parova koji povezuju dva atoma. Kako se mnoštvo povećava, energija vezivanja raste;
- kut veze- kut između zamišljenih ravnih linija koje prolaze kroz jezgre dvaju kemijski međusobno povezanih susjednih atoma;
Energija vezivanja E CB - to je energija koja se oslobađa tijekom stvaranja ove veze i troši se na njeno razbijanje, kJ / mol.
Kovalentna veza - Kemijska veza nastala je dijeljenjem para elektrona s dva atoma.
Objašnjenje kemijske veze pojavom zajedničkih elektronskih parova između atoma činilo je osnovu spinove teorije valencije, čiji je instrument metoda valentne veze (MVS) otkrio Lewis 1916. Za kvantno-mehanički opis kemijske veze i strukture molekula koristi se druga metoda - molekularna orbitalna metoda (MMO) .
Metoda valentne veze
Osnovna načela stvaranja kemijske veze prema MFM-u:
1. Kemijsku vezu stvaraju valentni (nespareni) elektroni.
2. Elektroni s antiparalnim spinovima koji pripadaju dvama različitim atomima postaju uobičajeni.
3. Kemijska veza nastaje samo ako se, kada se dva ili više atoma približe jedni drugima, ukupna energija sustava smanjuje.
4. Glavne sile koje djeluju u molekuli su električne, kulombskog porijekla.
5. Što je veza jača, to se više oblaka elektrona koji djeluju preklapaju.
Postoje dva mehanizma za stvaranje kovalentne veze:
Mehanizam razmjene. Veza se formira socijalizacijom valentnih elektrona dva neutralna atoma. Svaki atom daje jedan nespareni elektron zajedničkom elektronskom paru:
Lik: 7. Mjenjački mehanizam formiranja kovalentne veze: i - nepolarni; b - polarno
Mehanizam donatora i akceptira. Jedan atom (donor) osigurava par elektrona, a drugi atom (akceptor) daje slobodnu orbitu za ovaj par.
veze, obrazovanipo mehanizmu davatelja i akceptira, pogledajte složeni spojevi
 |
Lik: 8. Donor-akceptorski mehanizam formiranja kovalentne veze
Kovalentna veza ima određene karakteristike.
Saturability - svojstvo atoma da formiraju strogo definirani broj kovalentnih veza. Zbog zasićenja veza, molekule imaju određeni sastav.
|
Usmjerenost - t ... npr. veza nastaje u smjeru maksimalnog preklapanja oblaka elektrona . U odnosu na liniju koja povezuje središta atoma koji tvore vezu razlikuju se: σ i π (Sl. 9): σ-veza - formirana preklapanjem AO duž linije koja povezuje središta međusobno povezanih atoma; A π-veza je veza koja nastaje u smjeru osi okomite linije koja povezuje jezgre atoma. Usmjerenost veze određuje prostornu strukturu molekula, odnosno njihov geometrijski oblik. Hibridizacija - to je promjena oblika nekih orbitala tijekom stvaranja kovalentne veze radi postizanja što efikasnijeg preklapanja orbitala. Kemijska veza nastala sudjelovanjem elektrona iz hibridnih orbitala jača je od veze s sudjelovanjem elektrona iz nehibridnih s i p orbitala, jer postoji više preklapanja. Postoje sljedeće vrste hibridizacije (Sl. 10, Tablica 31): |
sp-hibridizacija - jedna s-orbitala i jedna p-orbitala pretvaraju se u dvije identične "hibridne" orbitale, čiji je kut između osi 180 °. Molekule u kojima se provodi sp-hibridizacija imaju linearnu geometriju (BeCl 2).sp 2-hibridizacija - jedna s-orbitala i dvije p-orbitale pretvaraju se u tri identične "hibridne" orbitale, čiji je kut između osi 120 °. Molekule u kojima se provodi sp2-hibridizacija imaju ravninsku geometriju (BF 3, AlCl3).
sp 3-hibridizacija - jedna s-orbitala i tri p-orbitale pretvaraju se u četiri identične "hibridne" orbitale, čiji kut između osi iznosi 109 ° 28 ". Molekule u kojima se vrši 3-hibridizacija imaju tetraedarsku geometriju (CH 4 , NH3).
Lik: 10. Vrste hibridizacija valentnih orbitala: a - sp- hibridizacija valencijskih orbitala; b - sp 2 -hibridizacija valencijskih orbitala; u - sp 3-hibridizacija valencijskih orbitala
Da biste pravilno prikazali elektroničke konfiguracije atoma, morate odgovoriti na sljedeća pitanja: 1. Kako odrediti ukupan broj elektrona u atomu? 2. Koliki je maksimalni broj elektrona u razinama, podvojinama? 3. Koji je redoslijed popunjavanja podravnina i orbitala? 3
Elektronske konfiguracije (na primjer, atom vodika) 1. Dijagram elektroničke strukture Dijagram elektroničke strukture atoma prikazuje raspodjelu elektrona prema energetskim razinama 2. Elektronska formula 1s 1, gdje je s oznakom podravnine; 1 - broj elektrona Elektronske formule atoma prikazuju raspodjelu elektrona preko energetskih podravnina 3. Elektronsko-grafička formula Elektronsko-grafičke formule atoma prikazuju raspodjelu elektrona duž orbitala i spinova elektrona 4
2. Sastavite elektroničku formulu aluminija pomoću uzorka Redoslijed punjenja energetskih razina u atomu. 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 1 6 Aluminij ima 13 elektrona Podrazvoj 1s se prvo ispunjava u atomu, a može imati najviše 2 elektrona, obilježimo ih i oduzmemo ih od ukupnog broja elektrona. Ostaje smjestiti 11 elektrona. Sljedeća dva podravnina je napunjena, može imati 2 elektrona. Ostaje smjestiti 9 elektrona. Sljedeći 2p podnivot je ispunjen, može imati 6 elektrona. Zatim popunjavamo podni nivo 3. Sputali smo do podravne 3p, na njemu može biti najviše 6 elektrona, ali preostaje nam samo 1 i stavljamo ga. 1s \u003d Al s2s2s 2p2p 3p - 2 \u003d - 6 \u003d - 2 \u003d 9 3 1
3. Utvrdite da li su razine energije u redu. Ako su razine u redu, ostavite ih tako. Ako su razine nestale, prepisati ih uzlaznim redoslijedom. Ne. Pod-razine 4s i 3d nisu u redu. Treba ih prepisivati \u200b\u200bi slagati kako rastu. 7 Cr 24 1s 2 2p62p6 3s 2 4s 2 3p 6 3d 4 2s22s2 1s 2 2p62p6 3s 2 4s 2 3p 6 3d 4 2s22s2
Pravila za sastavljanje elektroničkog dijagrama Svaki podni nivo ima određeni broj orbitala. Svaka orbitala može sadržavati ne više od dva elektrona. Ako su u orbitali dva elektrona, tada moraju imati različita spina (strelice upućuju u različitim smjerovima). 8 s p d f Započinjemo s izradom elektroničkog dijagrama
5. Zemljopisno putovanje Odredite u kojoj su grupi periodične tablice kemijski elementi, čije su elektronske formule atoma date u prvom stupcu tablice. Pisma koja odgovaraju točnim odgovorima daju naziv zemlje. 10 JAMAICA Elektroničke formule grupe IIIIIIIVVVIVII 1s 2 2s 1 YAGLRKAO 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 VISNPDM 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 EFTZYAO 1s 2 2s 2 2p 4 GRISIK 1s 2 2s 2 2p 6 3s 4s 1 SURADNJA 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ANDLOZHL
Struktura elektronskih ljuski atoma ima važnu ulogu u kemiji kemijska svojstva tvari. Najvažnija karakteristika gibanja elektrona u određenoj orbiti je energija njegove veze s jezgrom. Elektroni se u atomu razlikuju određenom energijom i, kao što pokazuju eksperimenti, neke privlače jezgre snažnije, druge slabije. To se objašnjava udaljenošću elektrona od jezgre. Što su elektroni bliži jezgri, to je veća njihova veza s jezgrom, ali manje energije je pohranjeno. Kako se udaljenost od jezgre atoma povećava, sila privlačenja elektrona do jezgre se smanjuje, a rezerve energije povećavaju. Tako nastaju elektronski slojevi u elektronskoj ljusci atoma. Elektroni sa sličnim vrijednostima energije tvore jedan sloj elektrona, ili razinu energije. Energija elektrona u atomu i razina energije određeni su glavnim kvantnim brojem n i uzimaju cjelobrojne vrijednosti 1, 2, 3, 4, 5, 6 i 7. Što je veća vrijednost n, veća je energija elektrona u atomu. Maksimalni broj elektrona koji mogu biti na jednoj ili drugoj energetskoj razini određuje se formulom:
Gdje je N najveći broj elektrona na razini;
n je broj energetske razine.
Utvrđeno je da se na prvoj ljusci ne nalaze više od dva elektrona, na drugoj ne više od osam, na trećoj ne više od 18, a na četvrtoj ne više od 32. Nećemo razmatrati punjenje udaljenijih školjki. Poznato je da na vanjskoj energetskoj razini ne može biti više od osam elektrona, to se naziva potpunim. Elektronski slojevi koji ne sadrže maksimalni broj elektrona nazivaju se nepotpuni.
Broj elektrona na vanjskoj energetskoj razini elektronske ljuske atoma jednak je broju skupine za kemijske elemente glavnih podskupina.
Kao što je rečeno ranije, elektron se ne kreće u orbiti, već u orbiti i nema putanju.
Prostor oko jezgre, u kojem je najvjerojatnije pronaći određeni elektron, naziva se orbitala ovog elektrona, odnosno oblak elektrona.
Orbitale ili pod-razine, kako ih još nazivaju, mogu imati različite oblike, a njihov broj odgovara nivou razine, ali ne prelazi četiri. Prva razina energije ima jedan pod-nivo (e), druga ima dva (s, p), treća ima tri (s, p, d), itd. Elektroni različitih podravnina iste razine imaju različite oblike elektronskog oblaka: sferni (i), (a) oblik ("dumbbell") i složenije konfiguracije (d) i (f). Znanstvenici sferne atomske orbite pristali su na poziv a-orbital. Ona je najstabilnija i nalazi se prilično blizu jezgre.
Što je veća energija elektrona u atomu, to se on brže okreće, više se proteže područje njegovog prebivališta i, na kraju, pretvara se u bučicu p-orbital:
Oblak elektrona ovog oblika može zauzeti tri položaja u atomu duž koordinatnih osi prostora x, y i z... To se lako objašnjava: uostalom, svi elektroni su negativno nabijeni, pa se oblaci elektrona odbijaju jedan o drugome i imaju tendenciju da se nalaze što dalje od jednih drugih.
Tako, p-orbitale mogu biti tri. Njihova je energija, naravno, ista, ali njihov položaj u prostoru je različit.
Nacrtajte dijagram sekvencijalnog punjenja energetskih razina elektronima
Sada možemo izraditi dijagram strukture elektroničkih ljuski atoma:
1. Odredite ukupni broj elektrona na ljusci prema rednom broju elementa.
2. Odredite broj energetskih razina u ljusci elektrona. Njihov je broj jednak broju razdoblja u tablici DI Mendeleeva, u kojoj se element nalazi.
3. Odredite broj elektrona na svakoj energetskoj razini.
4. Koristeći arapske brojeve za označavanje razine i označavanje orbitala slovima s i p, te brojem elektrona ove orbitale arapski brojevi gore desno iznad slova prikazujemo strukturu atoma s cjelovitijim elektroničkim formulama. Znanstvenici su se složili da svaku atomsku orbitalu označe kao kvantnu ćeliju - kvadrat na energetskom dijagramu:
Na a-razina može postojati jedna atomska orbitala
i dalje p- možda ih već postoje tri podnivoja -
(prema tri koordinatne osi):
orbitale d- i f-razini u nivou atoma mogu već biti pet, odnosno sedam:
Jezgro atoma vodika ima naboj +1, pa se samo jedan elektron kreće oko svoje jezgre na jednoj energetskoj razini. Zapišimo elektronsku konfiguraciju vodikovog atoma
Da biste uspostavili vezu između strukture atoma kemijskog elementa i njegovih svojstava, razmotrite još nekoliko kemijskih elemenata.
Sljedeći element nakon vodika je helij. Jezgro helijevog atoma ima naboj +2, tako da atom helija sadrži prvu elektronu na prvoj energetskoj razini:
Budući da na prvoj energetskoj razini ne može biti više od dva elektrona, smatra se potpunim.
Stanica # 3 je litij. Jezgro litija ima naboj +3, dakle, atom litija ima tri elektrona. Dvoje od njih su na prvoj energetskoj razini, a treći elektron počinje ispunjavati drugu energetsku razinu. Prvo se ispunjava s-orbitala prve razine, zatim s-orbitala druge razine. Elektroni u drugoj razini slabije su vezani za jezgru u odnosu na druga dva.
Za atom ugljika već se mogu pretpostaviti tri moguće sheme popunjavanje elektroničkih školjki u skladu s elektronsko-grafičkim formulama:
Analiza atomskog spektra pokazuje da je posljednja shema ispravna. Koristeći ovo pravilo, nije teško sastaviti dijagram elektroničke strukture dušikovog atoma:
Ova shema odgovara formuli 1s22s22p3. Tada započinje parno postavljanje elektrona na 2p orbitale. Elektroničke formule preostalih atoma drugog razdoblja:
Na neonskom atomu završava se punjenje druge razine energije i dovršava se gradnja drugog razdoblja sustava elemenata.
Pronađite kemijski znak litija u periodičnoj tablici: od litija do neona Ne naboj atomskih jezgara prirodno raste. Drugi sloj se postepeno ispunjava elektronima. S povećanjem broja elektrona na drugom sloju, metalna svojstva elemenata postupno slabe i zamjenjuju ih nemetalnim.
Treće razdoblje, poput drugog, započinje s dva elementa (Na, Mg), u kojima su elektroni smješteni na s-povišenom nivou vanjskog sloja elektrona. Zatim slijedi šest elemenata (od Al do Ar) u kojima se formira p-pod-nivo sloja vanjskog elektrona. Ispada da je struktura vanjskog elektronskog sloja odgovarajućih elemenata iz drugog i trećeg razdoblja slična. Drugim riječima, s porastom nuklearnog naboja, elektronska se struktura vanjskih slojeva atoma periodično ponavlja. Ako su elementi slično raspoređeni u vanjskim razinama energije, tada su i svojstva tih elemenata slična. Primjerice, svaki od argona i neona sadrži osam elektrona na vanjskoj razini, pa su stoga inertni, odnosno jedva ulaze u kemijske reakcije. U slobodnom obliku, argon i neon su plinovi koji imaju monatomske molekule.
Atomi litija, natrija i kalija sadrže jedan elektron na vanjskoj razini i imaju slična svojstva, stoga su svrstani u istu skupinu periodičnog sustava.
III. Zaključci.
1. Svojstva kemijskih elemenata, raspoređenih u redoslijedu povećanja nuklearnog naboja, povremeno se ponavljaju, budući da se periodično ponavlja struktura vanjskih energetskih razina atoma.
2. Glatka promjena svojstava kemijskih elemenata u jednom razdoblju može se objasniti postupnim povećanjem broja elektrona na vanjskoj energetskoj razini.
3. Razlog sličnosti svojstava kemijskih elemenata koji pripadaju istoj obitelji leži u identičnoj strukturi vanjskih energetskih razina njihovih atoma.
Elektronska konfiguracija atoma je formula koja prikazuje raspored elektrona u atomu razinama i podravnima. Nakon proučavanja članka, otkrit ćete gdje i kako se nalaze elektroni, upoznati se s kvantnim brojevima i moći će se konstruirati elektronska konfiguracija atoma prema njegovom broju, na kraju članka nalazi se tablica elemenata.
Zašto proučavati elektroničku konfiguraciju elemenata?
Atomi kao konstruktor: da određeni iznos od dijelovi, razlikuju se jedan od drugog, ali dva su dijela iste vrste potpuno ista. Ali ovaj je konstruktor mnogo zanimljiviji od plastičnog i evo zašto. Konfiguracija se mijenja ovisno o tome tko je u blizini. Na primjer, kisik pored vodika limenka pretvara se u vodu, pored natrija u plin, a ako se nalazi pored željeza, u potpunosti se pretvara u hrđu. Da bismo odgovorili na pitanje zašto se to događa i predvidjeli ponašanje atoma pored drugog, potrebno je proučiti elektroničku konfiguraciju o kojoj će biti govora u nastavku.
Koliko elektrona ima u atomu?
Atom se sastoji od jezgre i elektrona koji se vrte oko njega, jezgra se sastoji od protona i neutrona. U neutralnom stanju, svaki atom ima isti broj elektrona kao i broj protona u svom jezgru. Broj protona označen je rednim brojem elementa, na primjer, sumpor ima 16 protona - 16. element periodne tablice. Zlato ima 79 protona - 79. element periodične tablice. Prema tome, u sumporu u neutralnom stanju postoji 16 elektrona, a u zlatu 79 elektrona.
Gdje pronaći elektron?
Promatrajući ponašanje elektrona, dobivaju se određene pravilnosti, opisuju ih kvantnim brojevima, a postoje četiri:
- Glavni kvantni broj
- Orbitalni kvantni broj
- Magnetski kvantni broj
- Spin kvantni broj
orbitalni
Nadalje, umjesto riječi orbita, upotrijebit ćemo izraz "orbitala", orbitala je valna funkcija elektrona, otprilike to je područje u kojem elektron provodi 90% vremena.
N - razina
L - ljuska
M l - orbitalni broj
M s - prvi ili drugi elektron u orbiti
Orbitalni kvantni broj l
Kao rezultat istraživanja elektronskog oblaka, utvrđeno je da oblak, ovisno o energetskoj razini, ima četiri osnovna oblika: kuglu, bučice i druga dva, složenija. U cilju povećanja energije, ti se oblici nazivaju s-, p-, d- i f-ljuske. Svaka od ovih školjki može imati 1 (s), 3 (p), 5 (d) i 7 (f) orbitule. Orbitalni kvantni broj je ljuska na kojoj su postavljene orbite. Orbitalni kvantni broj za s, p, d i f-orbitale uzima vrijednosti 0,1,2 odnosno 3.
Na s-ljusci je jedna orbitala (L \u003d 0) - dva elektrona
P-školjka ima tri orbitale (L \u003d 1) - šest elektrona
D-školjka ima pet orbitala (L \u003d 2) - deset elektrona
F-ljuska ima sedam orbitala (L \u003d 3) - četrnaest elektrona
Magnetski kvantni broj m l
Na p-ljusci postoje tri orbitale, označene su brojevima od -L do + L, to jest, za p-školjku (L \u003d 1) postoje orbitale "-1", "0" i "1". Magnetski kvantni broj označen je slovom m l.
Unutar ljuske lakše je da se elektroni nalaze u različitim orbitalama, tako da prvi elektroni ispunjavaju po jedan za svaku orbitu, a zatim je par za svaki vezan.
Razmotrite d-shell:
d-školjka odgovara vrijednosti L \u003d 2, odnosno pet orbitala (-2, -1,0,1 i 2), prvih pet elektrona ispunjava ljusku uzimajući vrijednosti M l \u003d -2, M l \u003d -1, M l \u003d 0 , M l \u003d 1, M 1 \u003d 2.
Spin kvantni broj m s
Spin je smjer rotacije elektrona oko njegove osi, postoje dva smjera, tako da kvantni broj spina ima dvije vrijednosti: +1/2 i -1/2. Jedan energetski podrazvoj može sadržavati dva elektrona samo sa suprotnim spinovima. Spin kvantni broj označen je s s
Glavni kvantni broj n
Glavni kvantni broj je energetska razina, trenutno postoji sedam energetskih razina, svaka označena arapskim brojem: 1,2,3, ... 7. Broj školjki na svakoj razini jednak je broju razine: na prvoj razini, jedna ljuska, na drugoj dvije itd.
Elektronski broj
Dakle, bilo koji elektron može se opisati s četiri kvantna broja, kombinacija ovih brojeva jedinstvena je za svaki položaj elektrona, uzmite prvi elektron, najniža razina energije je N \u003d 1, jedna ljuska je smještena na prvoj razini, prva ljuska na bilo kojoj razini ima oblik kuglice -shell), tj. L \u003d 0, magnetski kvantni broj može uzeti samo jednu vrijednost, M l \u003d 0, a spin će biti +1/2. Ako uzmemo peti elektron (u ma kojem atomu je), tada će glavni kvantni brojevi za njega biti: N \u003d 2, L \u003d 1, M \u003d -1, spin 1/2.