Ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը. Ատոմի կառուցվածքի հիմունքները
Դասը նվիրված է ատոմի բարդ կառուցվածքի մասին պատկերացումների ձևավորմանը։ Դիտարկվում է ատոմի էլեկտրոնների վիճակը, ներկայացվում են «ատոմային ուղեծրային և էլեկտրոնային ամպ» հասկացությունները, ուղեծրերի ձևերը (s--, p-, d-օրբիտալներ)։ Դիտարկվում են նաև այնպիսի ասպեկտներ, ինչպիսիք են էներգիայի մակարդակներում և ենթամակարդակներում էլեկտրոնների առավելագույն քանակը, էլեկտրոնների բաշխումը էներգիայի մակարդակներում և ենթամակարդակներում առաջին չորս ժամանակաշրջանների տարրերի ատոմներում, s-, p- և d-տարրերի վալենտային էլեկտրոնները: Տրված է ատոմների էլեկտրոնային շերտերի կառուցվածքի գրաֆիկական դիագրամ (էլեկտրոն–գրաֆիկական բանաձև)։
Թեմա՝ Ատոմի կառուցվածքը. Պարբերական օրենքԴ.Ի. Մենդելեևը
Դաս՝ Ատոմի կառուցվածքը
Թարգմանված է հունարեն, բառ» ատոմ»նշանակում է «անբաժանելի»: Այնուամենայնիվ, հայտնաբերվել են երեւույթներ, որոնք ցույց են տալիս դրա բաժանման հնարավորությունը։ Այս արտանետումը ռենտգենյան ճառագայթներ, կաթոդային ճառագայթների արտանետումը, ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի երեւույթը, ռադիոակտիվության երեւույթը։ Էլեկտրոնները, պրոտոնները և նեյտրոնները այն մասնիկներն են, որոնք կազմում են ատոմը։ Նրանք կոչվում են ենթաատոմային մասնիկներ.
Ներդիր մեկ
Բացի պրոտոններից, ատոմների մեծ մասի միջուկը պարունակում է նեյտրոններորոնք ոչ մի վճար չեն կրում: Ինչպես երևում է Աղյուսակից. 1, նեյտրոնի զանգվածը գործնականում չի տարբերվում պրոտոնի զանգվածից։ Պրոտոններն ու նեյտրոնները կազմում են ատոմի միջուկը և կոչվում են նուկլոններ (միջուկ - միջուկ): Նրանց լիցքերը և զանգվածները ատոմային զանգվածի միավորներով (a.m.u.) ներկայացված են Աղյուսակ 1-ում: Ատոմի զանգվածը հաշվարկելիս էլեկտրոնի զանգվածը կարող է անտեսվել:
Ատոմի զանգված ( զանգվածային համարը) հավասար է նրա միջուկը կազմող պրոտոնների և նեյտրոնների զանգվածների գումարին։ Զանգվածային թիվը նշվում է տառով ԲԱՅՑ. Այս քանակի անվանումից երևում է, որ այն սերտորեն կապված է ամբողջ թվով կլորացված տարրի ատոմային զանգվածի հետ։ A=Z+N
Այստեղ Ա- ատոմի զանգվածային թիվը (պրոտոնների և նեյտրոնների գումարը), Զ- միջուկային լիցք (միջուկում պրոտոնների քանակը), Նմիջուկում նեյտրոնների թիվն է։ Իզոտոպների վարդապետության համաձայն՝ «քիմիական տարր» հասկացությանը կարելի է տալ հետևյալ սահմանումը.
քիմիական տարր Նույն միջուկային լիցքով ատոմների խումբը կոչվում է.
Որոշ տարրեր գոյություն ունեն որպես բազմակի իզոտոպներ. «Իզոտոպներ» նշանակում է «նույն տեղը զբաղեցնել»։ Իզոտոպներն ունեն նույն թվով պրոտոններ, բայց տարբերվում են զանգվածով, այսինքն՝ միջուկում նեյտրոնների քանակով (թիվ N): Քանի որ նեյտրոնները գործնականում ոչ մի ազդեցություն չունեն Քիմիական հատկություններտարրեր, նույն տարրի բոլոր իզոտոպները քիմիապես չեն տարբերվում։
Իզոտոպները կոչվում են նույն քիմիական տարրի ատոմների տարատեսակներ՝ նույն միջուկային լիցքով (այսինքն՝ նույն թիվըպրոտոններ), բայց հետ տարբեր թիվնեյտրոններ միջուկում.
Իզոտոպները միմյանցից տարբերվում են միայն զանգվածային թվով։ Սա նշվում է կա՛մ աջ անկյունում գտնվող վերնագրով, կա՛մ տողով՝ 12 C կամ C-12 . Եթե տարրը պարունակում է մի քանի բնական իզոտոպներ, ապա պարբերական աղյուսակում D.I. Մենդելեևը ցույց է տալիս նրա միջին ատոմային զանգվածը՝ հաշվի առնելով տարածվածությունը։ Օրինակ՝ քլորը պարունակում է 2 բնական իզոտոպ՝ 35 Cl և 37 Cl, որոնց պարունակությունը կազմում է համապատասխանաբար 75% և 25%։ Այսպիսով, քլորի ատոմային զանգվածը հավասար կլինի.
ԲԱՅՑr(Cl)=0,75 . 35+0,25 . 37=35,5
Արհեստականորեն սինթեզված ծանր ատոմների համար տրվում է մեկ արժեք ատոմային զանգվածքառակուսի փակագծերում: Սա ամենակայուն իզոտոպի ատոմային զանգվածն է տրված տարր.
Ատոմի կառուցվածքի հիմնական մոդելները
Պատմականորեն ատոմի Թոմսոնի մոդելն առաջինն էր 1897 թ.
Բրինձ. 1. Ատոմի կառուցվածքի մոդել Ջ.Թոմսոնի կողմից
Անգլիացի ֆիզիկոս Ջ. Այս մոդելը փոխաբերական իմաստով կոչվում է «սալորի պուդինգ», չամիչով բուլկի (որտեղ «չամիչը» էլեկտրոններ են), կամ «ձմերուկ»՝ «սերմերով»՝ էլեկտրոններ։ Այնուամենայնիվ, այս մոդելը լքվեց, քանի որ փորձարարական տվյալներ են ստացվել, որոնք հակասում էին դրան:
Բրինձ. 2. Ատոմի կառուցվածքի մոդել Է.Ռադերֆորդի կողմից
1910 թվականին անգլիացի ֆիզիկոս Էռնստ Ռադերֆորդը իր աշակերտներ Գեյգերի և Մարսդենի հետ կատարեց մի փորձ, որը տվեց զարմանալի արդյունքներ, որոնք անբացատրելի էին Թոմսոնի մոդելի տեսանկյունից։ Էռնստ Ռադերֆորդը փորձով ապացուցեց, որ ատոմի կենտրոնում կա դրական լիցքավորված միջուկ (նկ. 2), որի շուրջ, ինչպես Արեգակի շուրջ մոլորակները, էլեկտրոնները պտտվում են։ Ատոմը որպես ամբողջություն էլեկտրականորեն չեզոք է, և էլեկտրոնները պահվում են ատոմում էլեկտրաստատիկ ձգողականության ուժերի (Կուլոնյան ուժեր) պատճառով։ Այս մոդելը բազմաթիվ հակասություններ ուներ և, որ ամենակարեւորն է, չէր բացատրում, թե ինչու էլեկտրոնները չեն ընկնում միջուկի վրա, ինչպես նաև դրա կողմից էներգիայի կլանման և արտանետման հնարավորությունը։
Դանիացի ֆիզիկոս Ն. Բորը 1913 թվականին, որպես հիմք ընդունելով Ռադերֆորդի ատոմի մոդելը, առաջարկեց ատոմի մոդել, որտեղ էլեկտրոն-մասնիկները պտտվում են ատոմի միջուկի շուրջ այնպես, ինչպես մոլորակները պտտվում են Արեգակի շուրջը:
Բրինձ. 3. Ն.Բորի մոլորակային մոդելը
Բորն առաջարկեց, որ ատոմներում էլեկտրոնները կարող են կայուն գոյություն ունենալ միայն միջուկից խիստ սահմանված հեռավորությունների վրա գտնվող ուղեծրերում: Այս ուղեծրերը նա անվանեց անշարժ: Էլեկտրոնը չի կարող գոյություն ունենալ անշարժ ուղեծրերից դուրս: Ինչու է դա այդպես, Բորն այն ժամանակ չկարողացավ բացատրել: Բայց նա ցույց տվեց, որ նման մոդելը (նկ. 3) հնարավորություն է տալիս բացատրել բազմաթիվ փորձարարական փաստեր։
Ներկայումս օգտագործվում է ատոմի կառուցվածքը նկարագրելու համար քվանտային մեխանիկա.Սա գիտություն է, որի հիմնական կողմն այն է, որ էլեկտրոնը միաժամանակ ունի մասնիկի և ալիքի հատկություններ, այսինքն՝ ալիք-մասնիկ երկակիություն։ Համաձայն քվանտային մեխանիկա, կոչվում է տարածության այն տարածքը, որտեղ էլեկտրոն գտնելու հավանականությունն ամենամեծն էուղեծրային. Որքան հեռու է էլեկտրոնը միջուկից, այնքան ցածր է նրա փոխազդեցության էներգիան միջուկի հետ։ Նմանատիպ էներգիայով էլեկտրոններ են ձևավորվում էներգիայի մակարդակը. Էներգիայի մակարդակների քանակըհավասար է ժամանակաշրջանի համարը, որում այս տարրը գտնվում է աղյուսակում D.I. Մենդելեևը։ Գոյություն ունենալ տարբեր ձևերատոմային ուղեծրեր. (նկ. 4): d- ուղեծրը և f-ուղիղը ավելի բարդ ձև ունեն։
Բրինձ. 4. Ատոմային ուղեծրերի ձևեր
Ցանկացած ատոմի էլեկտրոնային թաղանթում կա ճիշտ այնքան էլեկտրոն, որքան պրոտոնները նրա միջուկում, հետևաբար ատոմը որպես ամբողջություն էլեկտրականորեն չեզոք է: Ատոմում էլեկտրոնները դասավորված են այնպես, որ դրանց էներգիան նվազագույն է: Որքան հեռու է էլեկտրոնը միջուկից, այնքան ավելի շատ ուղեծրեր և բարդ են դրանք: Յուրաքանչյուր մակարդակ և ենթամակարդակ կարող է պահել միայն որոշակի քանակությամբ էլեկտրոններ: Ենթամակարդակներն իրենց հերթին բաղկացած են ուղեծրեր.
Էներգիայի առաջին մակարդակում՝ միջուկին ամենամոտ, կարող է լինել մեկ գնդաձև ուղեծր ( 1 ս): Երկրորդ էներգիայի մակարդակում - գնդաձև ուղեծիր, մեծ չափերով և երեք p-օրբիտալներ. 2 ս2 ppp. Երրորդ մակարդակում. 3 ս3 ppp3 dddd.
Բացի միջուկի շուրջ շարժումից, էլեկտրոններն ունեն նաև շարժում, որը կարող է ներկայացվել որպես իրենց շարժումը սեփական առանցքի շուրջ։ Այս պտույտը կոչվում է պտտել (նրբանցքում անգլերենից։ «spindle»): Մի ուղեծրում կարող են լինել միայն երկու էլեկտրոններ՝ հակառակ (հակ զուգահեռ) սպիններով։
Առավելագույնըէլեկտրոնների թիվը մեկ էներգիայի մակարդակըորոշվում է բանաձևով Ն=2 n 2.
Որտեղ n-ը հիմնականն է քվանտային թիվ(էներգիայի մակարդակի համարը): Տես աղյուսակ. 2
Ներդիր 2
Կախված նրանից, թե որ ուղեծրում է գտնվում վերջին էլեկտրոնը, նրանք տարբերում են ս-, էջ-, դ- տարրեր.Հիմնական ենթախմբերի տարրերը պատկանում են ս-, էջ- տարրեր.Կողային ենթախմբերում են դ- տարրեր
Ատոմների էլեկտրոնային շերտերի կառուցվածքի գրաֆիկական դիագրամ (էլեկտրոնային գրաֆիկական բանաձև).
Ատոմային ուղեծրերում էլեկտրոնների դասավորությունը նկարագրելու համար օգտագործվում է էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան։ Այն տողով գրելու համար օրբիտալները գրվում են լեգենդ (s--, էջ-, դ-,զ- ուղեծրեր), և դրանց դիմաց թվեր են, որոնք ցույց են տալիս էներգիայի մակարդակի թիվը: Ինչպես ավելի շատ համարորքան հեռու է էլեկտրոնը միջուկից: Մեծատառով, ուղեծրի նշանակման վերևում գրված է այս ուղեծրի էլեկտրոնների թիվը (նկ. 5):
Բրինձ. 5
Գրաֆիկորեն ատոմային ուղեծրերում էլեկտրոնների բաշխումը կարող է ներկայացվել որպես բջիջներ: Յուրաքանչյուր բջիջ համապատասխանում է մեկ ուղեծրի: Այդպիսի երեք բջիջ կլինի p-ուղեծրի համար, հինգը՝ d-ուղեծրի համար, և յոթը՝ f-ուղեծրի համար: Մեկ բջիջը կարող է պարունակել 1 կամ 2 էլեկտրոն: Համաձայն Գունդի կանոնը, էլեկտրոնները բաշխվում են միևնույն էներգիայի ուղեծրերում (օրինակ՝ երեք p-օրբիտալներում), առաջինը՝ մեկ-մեկ, և միայն այն ժամանակ, երբ յուրաքանչյուր այդպիսի ուղեծրում արդեն կա մեկ էլեկտրոն, սկսվում է այս ուղեծրերի լրացումը երկրորդ էլեկտրոններով։ Նման էլեկտրոնները կոչվում են զուգավորված.Դա բացատրվում է նրանով, որ հարեւան բջիջներում էլեկտրոնները ավելի քիչ են վանում միմյանց, ինչպես նույնատիպ լիցքավորված մասնիկներ։
Տես նկ. 6 ատոմի համար 7 N.
Բրինձ. 6
Սկանդիումի ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան
21 սկ: 1 ս 2 2 ս 2 2 էջ 6 3 ս 2 3 էջ 6 4 ս 2 3 դ 1
Արտաքին էներգիայի մակարդակի էլեկտրոնները կոչվում են վալենտային էլեկտրոններ: 21 սկվերաբերում է դ- տարրեր.
Ամփոփելով դասը
Դասին դիտարկվեց ատոմի կառուցվածքը, ատոմում էլեկտրոնների վիճակը, ներկայացվեց «ատոմային ուղեծրային և էլեկտրոնային ամպ» հասկացությունը։ Ուսանողները սովորեցին, թե որն է ուղեծրերի ձևը ( ս-, էջ-, դ-օրբիտալներ), ո՞րն է էլեկտրոնների առավելագույն քանակը էներգիայի մակարդակներում և ենթամակարդակներում, էլեկտրոնների բաշխումը էներգիայի մակարդակների վրա, ինչ է ս-, էջ- և դ- տարրեր. Տրված է ատոմների էլեկտրոնային շերտերի կառուցվածքի գրաֆիկական դիագրամ (էլեկտրոն–գրաֆիկական բանաձև)։
Մատենագիտություն
1. Rudzitis G.E. Քիմիա. Հիմունքներ ընդհանուր քիմիա. Դասարան 11: Դասագիրք համար ուսումնական հաստատություններ:հիմնական մակարդակ / G.E. Ռուդզիտիս, Ֆ.Գ. Ֆելդման. - 14-րդ հրատ. - Մ.: Կրթություն, 2012:
2. Պոպել Պ.Պ. Քիմիա՝ 8-րդ դասարան՝ հանրակրթական դասագիրք ուսումնական հաստատություններ/ Պ.Պ. Պոպել, Լ.Ս. Կրիվլյա. - Կ .: «Ակադեմիա» տեղեկատվական կենտրոն, 2008 թ. - 240 էջ: հիվանդ.
3. Ա.Վ. Մանուիլով, Վ.Ի. Ռոդիոնովը։ Քիմիայի հիմունքներ. Ինտերնետ ձեռնարկ.
Տնային աշխատանք
1. Թիվ 5-7 (էջ 22) Ռուդզիտիս Գ.Է. Քիմիա. Ընդհանուր քիմիայի հիմունքներ. Դասարան 11. Դասագիրք ուսումնական հաստատությունների համար. հիմնական մակարդակ / G.E. Ռուդզիտիս, Ֆ.Գ. Ֆելդման. - 14-րդ հրատ. - Մ.: Կրթություն, 2012:
2. Գրի՛ր հետևյալ տարրերի էլեկտրոնային բանաձևերը՝ 6 C, 12 Mg, 16 S, 21 Sc.
3. Տարրերն ունեն հետևյալ էլեկտրոնային բանաձևերը՝ ա) 1s 2 2s 2 2p 4 .բ) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1: գ) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2: Որոնք են այս տարրերը:
Ատոմէլեկտրականորեն չեզոք մասնիկ է, որը բաղկացած է դրական լիցքավորված միջուկից և բացասական լիցքավորված էլեկտրոններից։Ատոմային միջուկների կառուցվածքը
Ատոմների միջուկներբաղկացած լինել տարրական մասնիկներերկու տեսակի. պրոտոններ(էջ) և նեյտրոններ(n): Մեկ ատոմի միջուկում պրոտոնների և նեյտրոնների գումարը կոչվում է նուկլեոնի համարը:,
որտեղ ԲԱՅՑ- նուկլեոնի համարը, Ն- նեյտրոնների քանակը, Զպրոտոնների թիվն է։
Պրոտոններն ունեն դրական լիցք (+1), նեյտրոնները չունեն լիցք (0), էլեկտրոնները ունեն բացասական լիցք (-1): Պրոտոնի և նեյտրոնի զանգվածները մոտավորապես նույնն են, դրանք վերցված են 1-ի: Էլեկտրոնի զանգվածը շատ ավելի փոքր է պրոտոնի զանգվածից, հետևաբար այն անտեսվում է քիմիայում՝ հաշվի առնելով, որ ատոմի ամբողջ զանգվածը կենտրոնացած է իր միջուկում։
Միջուկում դրական լիցքավորված պրոտոնների թիվը հավասար է բացասական լիցքավորված էլեկտրոնների թվին, այնուհետև ատոմը որպես ամբողջություն էլեկտրականորեն չեզոք.
Նույն միջուկային լիցքով ատոմներն են քիմիական տարր.
Տարբեր տարրերի ատոմները կոչվում են նուկլիդներ.
իզոտոպներ- նույն տարրի ատոմները, որոնք ունեն տարբեր նուկլեոնային թիվ՝ միջուկում նեյտրոնների տարբեր քանակի պատճառով:
Ջրածնի իզոտոպներ
| Անուն | Ա | Զ | Ն |
| Պրոտիում Ն | 1 | 1 | 0 |
| Դեյտերիում Դ | 2 | 1 | 1 |
| Տրիտիում Տ | 3 | 1 | 2 |
ռադիոակտիվ քայքայումը
Նուկլիդների միջուկները կարող են քայքայվել այլ տարրերի, ինչպես նաև այլ մասնիկների միջուկների ձևավորմամբ: Որոշ տարրերի ատոմների ինքնաբուխ քայքայումը կոչվում է ռադիոակտիվ yu, և նման նյութեր - ռադիոակտիվև. Ռադիոակտիվությունը ուղեկցվում է տարրական մասնիկների և էլեկտրամագնիսական ալիքների արտանետմամբ. ճառագայթումԳ.
Միջուկային քայքայման հավասարում- միջուկային ռեակցիաներ - գրված են հետևյալ կերպ.
Այն ժամանակը, որ տևում է տվյալ նուկլիդի ատոմների կեսի քայքայման համար, կոչվում է կես կյանք.
Այն տարրերը, որոնք պարունակում են միայն ռադիոակտիվ իզոտոպներ, կոչվում են ռադիոակտիվս. Սրանք 61 և 84-107 տարրերն են։
Ռադիոակտիվ քայքայման տեսակները
1) -ռոզպաե.-արտանետվում են մասնիկներ, այսինքն. հելիումի ատոմի միջուկներ. Այս դեպքում իզոտոպի նուկլեոնային թիվը նվազում է 4-ով, իսկ միջուկի լիցքը՝ 2 միավորով, օրինակ. 2) -ռոզպաե) Անկայուն միջուկում նեյտրոնը վերածվում է պրոտոնի, մինչդեռ միջուկն արտանետում է էլեկտրոններ և հականեյտրիններ։ Քայքայման ընթացքում նուկլեոնի թիվը չի փոխվում, և միջուկային լիցքը մեծանում է 1-ով, օրինակ.
3) -ռոզպաե. Գրգռված միջուկը արձակում է շատ կարճ ալիքի երկարությամբ ճառագայթներ, մինչդեռ միջուկի էներգիան նվազում է, միջուկի նուկլոնների թիվը և լիցքը չեն փոխվում, օրինակ.
Կառուցվածք էլեկտրոնային թաղանթներառաջին երեք ժամանակաշրջանների տարրերի ատոմները
Էլեկտրոնն ունի երկակի բնույթ՝ այն կարող է իրեն պահել և՛ որպես մասնիկ, և՛ որպես ալիք։ Ատոմում էլեկտրոնը չի շարժվում որոշակի հետագծերով, բայց կարող է տեղակայվել միջուկային տարածության շուրջ ցանկացած մասում, սակայն նրա գտնվելու հավանականությունը տարբեր մասերայս տարածքը նույնը չէ: Միջուկի շրջակայքը, որտեղ հնարավոր է էլեկտրոն լինի, կոչվում է ուղեծրայինՅու. Ատոմում յուրաքանչյուր էլեկտրոն գտնվում է միջուկից որոշակի հեռավորության վրա՝ ըստ իր էներգիայի պաշարի։ Քիչ թե շատ նույն էներգիայի ձևով էլեկտրոններ էներգիա rіvnև, կամ էլեկտրոնային շերտև.
Տվյալ տարրի ատոմում էլեկտրոններով լցված էներգիայի մակարդակների թիվը հավասար է այն ժամանակաշրջանի թվին, որում այն գտնվում է:
Արտաքին էներգիայի մակարդակում էլեկտրոնների թիվը հավասար է խմբի թվին, inորտեղ գտնվում է տարրը:
Նույն էներգիայի մակարդակում էլեկտրոնները կարող են տարբերվել իրենց ձևով ամպերև, կամ ուղեծրայինև. Օրբիտալների այսպիսի ձևեր կան.
ս-ձեւը:
էջ-ձեւը:
Այնտեղ կան նաեւ դ-, զ- ուղեծրեր և այլ ավելի բարդ ձևով:
Էլեկտրոնային ամպի նույն ձևով էլեկտրոնները ձևավորում են նույնը էներգիայի մատակարարումև. ս-, էջ-, դ-, զ- ենթամակարդակներ.
Յուրաքանչյուր էներգետիկ մակարդակի ենթամակարդակների թիվը հավասար է այս մակարդակի թվին:
Մեկ էներգետիկ ենթամակարդակի շրջանակներում դա հնարավոր է տարբեր բաշխումուղեծրեր տիեզերքում. Այսպիսով, եռաչափ կոորդինատային համակարգում համար սՕրբիտալները կարող են ունենալ միայն մեկ դիրք.
համար Ռ- ուղեծրեր - երեք:
համար դ- ուղեծրեր - հինգ, համար զ- ուղեծրեր - յոթ:
Օրբիտալները ներկայացնում են.
ս-ենթամակարդակ-
էջ-ենթամակարդակ-
դ-ենթամակարդակ-
Դիագրամներում էլեկտրոնը նշվում է սլաքով, որը ցույց է տալիս նրա սպինը: Սպինը էլեկտրոնի պտույտն է իր առանցքի շուրջ։ Այն նշվում է սլաքով. կամ . Նույն ուղեծրում երկու էլեկտրոն գրված է, բայց ոչ:
Մեկ ուղեծրում չի կարող լինել ավելի քան երկու էլեկտրոն ( Պաուլիի սկզբունքը).
Նվազագույն էներգիայի սկզբունքըրդ : ատոմում յուրաքանչյուր էլեկտրոն գտնվում է այնպես, որ նրա էներգիան նվազագույն է (որը համապատասխանում է միջուկի հետ նրա ամենամեծ կապին).
Օրինակ, էլեկտրոնների բաշխումը քլորի ատոմումմեջ:
Մեկ չզույգված էլեկտրոնը որոշում է այս վիճակում քլորի վալենտությունը՝ I.
Լրացուցիչ էներգիայի ստացման ժամանակ (ճառագայթում, ջեռուցում) հնարավոր է առանձնացնել էլեկտրոնները (առաջխաղացում): Ատոմի այս վիճակը կոչվում է zbudzheniմ Այս դեպքում ավելանում է չզույգված էլեկտրոնների թիվը և, համապատասխանաբար, փոխվում է ատոմի վալենտությունը։
Քլորի ատոմի հուզված վիճակմեջ :
Համապատասխանաբար, չզույգված էլեկտրոնների թվի մեջ քլորը կարող է ունենալ III, V և VII արժեքներ։
Աշխարհում ամեն ինչ կազմված է ատոմներից։ Բայց որտեղի՞ց են նրանք եկել, և ինչի՞ց են իրենք բաղկացած: Այսօր մենք պատասխանում ենք այս պարզ և հիմնարար հարցերին։ Իսկապես, մոլորակի վրա ապրող շատ մարդիկ ասում են, որ չեն հասկանում ատոմների կառուցվածքը, որից իրենք կազմված են։
Բնականաբար, հարգելի ընթերցողը հասկանում է, որ այս հոդվածում մենք ամեն ինչ փորձում ենք ներկայացնել ամենապարզ և հետաքրքիր մակարդակով, հետևաբար չենք «բեռնում» գիտական տերմիններով։ Նրանց համար, ովքեր ցանկանում են ավելին ուսումնասիրել խնդիրը մասնագիտական մակարդակ, խորհուրդ ենք տալիս կարդալ մասնագիտացված գրականություն։ Այնուամենայնիվ, այս հոդվածի տեղեկատվությունը կարող է լավ աշխատանք կատարել ձեր ուսման մեջ և պարզապես ձեզ ավելի գիտուն դարձնել:
Ատոմը նյութի մանրադիտակային չափի և զանգվածի մասնիկն է, քիմիական տարրի ամենափոքր մասը, որը հանդիսանում է նրա հատկությունների կրողը։ Այլ կերպ ասած, դա նյութի ամենափոքր մասնիկն է, որը կարող է մտնել քիմիական ռեակցիաների մեջ։
Հայտնաբերման և կառուցվածքի պատմություն
Ատոմ հասկացությունը հայտնի էր Հին Հունաստանում։ Ատոմիզմը ֆիզիկական տեսություն է, որն ասում է, որ բոլոր նյութական առարկաները կազմված են անբաժանելի մասնիկներից։ Ինչպես նաեւ Հին Հունաստանատոմիզմի գաղափարը զուգահեռաբար զարգացել է նաև Հին Հնդկաստանում։
Հայտնի չէ՝ այլմոլորակայինները պատմել են այն ժամանակվա փիլիսոփաներին ատոմների մասին, թե իրենք են մտածել, բայց քիմիկոսները կարողացան փորձնականորեն հաստատել այս տեսությունը շատ ավելի ուշ՝ միայն տասնյոթերորդ դարում, երբ Եվրոպան դուրս եկավ ինկվիզիցիայի և միջին շրջանի անդունդից։ Տարիներ.
Երկար ժամանակ ատոմի կառուցվածքի գերիշխող գաղափարը նրա՝ որպես անբաժանելի մասնիկի գաղափարն էր։ Այն, որ ատոմը դեռ կարելի է բաժանել, պարզ դարձավ միայն քսաներորդ դարի սկզբին։ Ռադերֆորդը, շնորհիվ ալֆա մասնիկների շեղման հետ կապված իր հայտնի փորձի, իմացավ, որ ատոմը բաղկացած է միջուկից, որի շուրջ էլեկտրոնները պտտվում են։ Ընդունվել է մոլորակային մոդելատոմ, ըստ որի էլեկտրոնները պտտվում են միջուկի շուրջ, ինչպես մեր արեգակնային համակարգի մոլորակները աստղի շուրջ։
Ատոմի կառուցվածքի մասին ժամանակակից պատկերացումները շատ առաջ են գնացել։ Ատոմի միջուկն իր հերթին բաղկացած է ենթաատոմային մասնիկներից կամ նուկլոններից՝ պրոտոններից և նեյտրոններից։ Հենց նուկլեոններն են կազմում ատոմի հիմնական մասը։ Միևնույն ժամանակ, պրոտոններն ու նեյտրոնները նույնպես անբաժանելի մասնիկներ չեն և բաղկացած են հիմնարար մասնիկներից՝ քվարկներից։
Ատոմի միջուկն ունի դրական էլեկտրական լիցք, մինչդեռ ուղեծրով պտտվող էլեկտրոնները բացասական են։ Այսպիսով, ատոմը էլեկտրականորեն չեզոք է:
Ստորև ներկայացված է ածխածնի ատոմի կառուցվածքի տարրական դիագրամ:
ատոմների հատկությունները
Քաշը
Ատոմների զանգվածը սովորաբար չափվում է ատոմային զանգվածի միավորներով՝ a.m.u. Ատոմային զանգվածի միավորը ածխածնի ատոմի 1/12-ի զանգվածն է իր հիմնական վիճակում:
Քիմիայում ատոմների զանգվածը չափելու համար օգտագործվում է հասկացությունը «մոլ». 1 մոլը նյութի քանակն է, որը պարունակում է Ավոգադրոյի թվին հավասար ատոմների քանակ։
Չափը
Ատոմները չափազանց փոքր են: Այսպիսով, ամենափոքր ատոմը հելիումի ատոմն է, նրա շառավիղը 32 պիկոմետր է: Ամենամեծ ատոմը ցեզիումի ատոմն է, որի շառավիղը 225 պիկոմետր է։ Պիկո նախածանցը նշանակում է տասը մինուս տասներկուերորդ: Այսինքն, եթե 32 մետրը կրճատվի հազար միլիարդ անգամ, մենք կստանանք հելիումի ատոմի շառավիղի չափը։
Ընդ որում, իրերի մասշտաբներն այնպիսին են, որ իրականում ատոմը 99%-ով բաղկացած է դատարկությունից։ Միջուկը և էլեկտրոնները զբաղեցնում են նրա ծավալի չափազանց փոքր մասը։ Պատկերացնելու համար եկեք նայենք մի օրինակի։ Եթե պատկերացնեք ատոմը Պեկինում օլիմպիական մարզադաշտի տեսքով (կամ գուցե ոչ Պեկինում, պարզապես պատկերացրեք մեծ մարզադաշտ), ապա այս ատոմի միջուկը կլինի բալը, որը գտնվում է դաշտի կենտրոնում։ Այնուհետև էլեկտրոնների ուղեծրերը ինչ-որ տեղ կլինեն վերին հենարանների մակարդակի վրա, իսկ բալը կկշռեր 30 միլիոն տոննա: Տպավորիչ է, այնպես չէ՞։
Որտեղի՞ց են առաջացել ատոմները:
Ինչպես գիտեք, այժմ պարբերական աղյուսակում խմբավորված են տարբեր ատոմներ։ Այն ունի 118 (իսկ եթե կանխատեսված, բայց դեռ չհայտնաբերված տարրերով՝ 126) տարր՝ չհաշված իզոտոպները։ Բայց միշտ չէ, որ այդպես է եղել։
Տիեզերքի ձևավորման հենց սկզբում ատոմներ չկային, և առավել ևս կային միայն տարրական մասնիկներ, որոնք փոխազդում էին միմյանց հետ հսկայական ջերմաստիճանների ազդեցության տակ: Ինչպես կասեր բանաստեղծը, դա մասնիկների իսկական ապոթեոզ էր։ Տիեզերքի գոյության առաջին երեք րոպեների ընթացքում ջերմաստիճանի նվազման և մի շարք գործոնների համընկնման պատճառով սկսվեց առաջնային նուկլեոսինթեզի գործընթացը, երբ տարրական մասնիկներից հայտնվեցին առաջին տարրերը՝ ջրածինը, հելիումը, լիթիումը և. դեյտերիում (ծանր ջրածին): Հենց այդ տարրերից էլ առաջացել են առաջին աստղերը, որոնց խորքերում տեղի են ունեցել ջերմամիջուկային ռեակցիաներ, որոնց արդյունքում «այրվել են» ջրածինը և հելիումը` առաջացնելով ավելի ծանր տարրեր։ Եթե աստղը բավականաչափ մեծ էր, ապա այն ավարտեց իր կյանքը, այսպես կոչված, «գերնորով» պայթյունով, որի արդյունքում ատոմները դուրս էին մղվել շրջակա տարածություն։ Եվ այսպես ստացվեց ամբողջ պարբերական աղյուսակը։
Այսպիսով, կարելի է ասել, որ բոլոր ատոմները, որոնցից մենք կազմված ենք, ժամանակին եղել են հնագույն աստղերի մաս:
Ինչու՞ ատոմի միջուկը չի քայքայվում:
Ֆիզիկայի մեջ կան չորս տեսակի հիմնարար փոխազդեցություններ մասնիկների և նրանց կազմած մարմինների միջև։ Սրանք ուժեղ, թույլ, էլեկտրամագնիսական և գրավիտացիոն փոխազդեցություններ են:
Հենց ուժեղ փոխազդեցության շնորհիվ, որն իրեն դրսևորում է ատոմային միջուկների մասշտաբով և պատասխանատու է նուկլոնների միջև ներգրավման համար, ատոմն այդքան «կոշտ ընկույզ» է։
Ոչ վաղ անցյալում մարդիկ հասկացան, որ երբ ատոմների միջուկները բաժանվում են, հսկայական էներգիա է արձակվում: Ծանր ատոմային միջուկների տրոհումը էներգիայի աղբյուր է միջուկային ռեակտորներև միջուկային զենքեր։
Այսպիսով, ընկերներ, ծանոթացնելով ձեզ ատոմի կառուցվածքի և հիմունքների հետ, մենք կարող ենք միայն հիշեցնել, որ մենք պատրաստ ենք օգնել ձեզ ցանկացած պահի: Կարևոր չէ, դուք պետք է ավարտեք դիպլոմը միջուկային ֆիզիկա, կամ ամենափոքր վերահսկողությունը՝ իրավիճակները տարբեր են, բայց ցանկացած իրավիճակից ելք կա։ Մտածեք Տիեզերքի մասշտաբների մասին, պատվիրեք աշխատանք Զաոչնիկում և հիշեք՝ անհանգստանալու պատճառ չկա:
(Դասախոսության նշումներ)
Ատոմի կառուցվածքը. Ներածություն.
Քիմիայի ուսումնասիրության առարկան քիմիական տարրերն են և դրանց միացությունները։ քիմիական տարրՆույն դրական լիցքով ատոմների խումբը կոչվում է. Ատոմքիմիական տարրի ամենափոքր մասնիկն է, որը պահպանում է այն Քիմիական հատկություններ. Միմյանց հետ կապվելով՝ մեկ կամ տարբեր տարրերի ատոմները կազմում են ավելի բարդ մասնիկներ. մոլեկուլները. Ատոմների կամ մոլեկուլների հավաքածուն կազմում է քիմիական նյութեր: Յուրաքանչյուր առանձին քիմիական նյութ բնութագրվում է մի շարք անհատական ֆիզիկական հատկություններով, ինչպիսիք են եռման և հալման կետերը, խտությունը, էլեկտրական և ջերմային հաղորդունակությունը և այլն:
1. Ատոմի կառուցվածքը և տարրերի պարբերական համակարգը
Դ.Ի. Մենդելեևը.
Տարրերի պարբերական համակարգի լրացման կարգի օրինաչափությունների իմացություն և ըմբռնում Դ.Ի. Մենդելեևը մեզ թույլ է տալիս հասկանալ հետևյալը.
1. որոշակի տարրերի բնության մեջ գոյության ֆիզիկական էությունը.
2. տարրի քիմիական վալենտության բնույթը.
3. տարրի կարողությունն ու «հեշտությունը»՝ տալու կամ ստանալու էլեկտրոններ մեկ այլ տարրի հետ փոխազդեցության ժամանակ.
4. քիմիական կապերի բնույթը, որը կարող է գոյանալ տվյալ տարրը այլ տարրերի հետ փոխազդեցության ժամանակ, պարզ և բարդ մոլեկուլների տարածական կառուցվածքը և այլն, և այլն։
Ատոմի կառուցվածքը.
Ատոմը շարժման և միմյանց հետ փոխազդող տարրական մասնիկների բարդ միկրոհամակարգ է:
19-րդ դարի վերջին և 20-րդ դարի սկզբին պարզվեց, որ ատոմները կազմված են ավելի փոքր մասնիկներից՝ նեյտրոններից, պրոտոններից և էլեկտրոններից։Վերջին երկու մասնիկները լիցքավորված մասնիկներ են, պրոտոնը կրում է դրական լիցք, էլեկտրոնը՝ բացասական։ Քանի որ հիմնական վիճակում գտնվող տարրի ատոմները էլեկտրականորեն չեզոք են, սա նշանակում է, որ ցանկացած տարրի ատոմում պրոտոնների թիվը հավասար է էլեկտրոնների թվին: Ատոմների զանգվածը որոշվում է պրոտոնների և նեյտրոնների զանգվածների գումարով, որոնց թիվը հավասար է D.I պարբերական համակարգում ատոմների զանգվածի և դրա հերթական համարի տարբերությանը։ Մենդելեևը։
1926 թվականին Շրոդինգերն առաջարկեց նկարագրել միկրոմասնիկների շարժումը տարրի ատոմում՝ օգտագործելով իր ստացած ալիքային հավասարումը։ Ջրածնի ատոմի համար Շրյոդինգերի ալիքային հավասարումը լուծելիս հայտնվում են երեք ամբողջ թվային քվանտային թվեր. n, ℓ և մ ℓ , որոնք բնութագրում են էլեկտրոնի վիճակը միջուկի կենտրոնական դաշտում եռաչափ տարածության մեջ։ քվանտային թվեր n, ℓ և մ ℓ վերցրեք ամբողջ արժեքներ. Երեք քվանտային թվերով սահմանված ալիքային ֆունկցիա n, ℓ և մ ℓ իսկ Շրյոդինգերի հավասարման լուծման արդյունքում ստացված կոչվում է ուղեծր։ Օրբիտալը տարածության այն հատվածն է, որտեղ էլեկտրոնների հայտնաբերման հավանականությունը մեծ է:պատկանում է քիմիական տարրի ատոմին. Այսպիսով, ջրածնի ատոմի Շրյոդինգերի հավասարման լուծումը հանգեցնում է երեք քվանտային թվերի առաջացմանը. ֆիզիկական իմաստայն է, որ նրանք բնութագրում են երեք տարբեր տեսակի ուղեծրեր, որոնք կարող են ունենալ ատոմը: Եկեք մանրամասն նայենք յուրաքանչյուր քվանտային թվին:
Հիմնական քվանտային թիվը n-ը կարող է ընդունել ցանկացած դրական ամբողջ արժեք՝ n = 1,2,3,4,5,6,7… Այն բնութագրում է էլեկտրոնային մակարդակի էներգիան և էլեկտրոնային «ամպի» չափը։ Հատկանշական է, որ հիմնական քվանտային թվի թիվը համընկնում է այն ժամանակաշրջանի թվի հետ, որում գտնվում է տվյալ տարրը։
Ազիմուտալ կամ ուղեծրային քվանտային թիվℓ-ից կարող են վերցնել ամբողջ արժեքներ ℓ = 0….մինչև n – 1 և որոշում է էլեկտրոնի շարժման պահը, այսինքն. ուղեծրի ձևը. ℓ օգտագործման տարբեր թվային արժեքների համար հետևյալ նշումը: ℓ = 0, 1, 2, 3 և նշվում են նշաններով ս, էջ, դ, զ, համապատասխանաբար համար ℓ = 0, 1, 2 և 3: Տարրերի պարբերական աղյուսակում սպին թվով տարրեր չկան. ℓ = 4.
Մագնիսական քվանտային թիվմ ℓ բնութագրում է էլեկտրոնային ուղեծրերի տարածական դասավորությունը և, հետևաբար, էլեկտրոնի էլեկտրամագնիսական հատկությունները։ Այն կարող է վերցնել արժեքներ - ℓ մինչև + ℓ , ներառյալ զրո:
Ատոմային ուղեծրերի ձևը կամ, ավելի ճիշտ, սիմետրիկ հատկությունները կախված են քվանտային թվերից ℓ և մ ℓ . «էլեկտրոնային ամպ», համապատասխան ս- ուղեծրերն ունի, ունի գնդակի ձև (միևնույն ժամանակ ℓ = 0).
Նկ.1. 1s ուղեծր
ℓ = 1 և m ℓ = -1, 0 և +1 քվանտային թվերով սահմանված ուղեծրերը կոչվում են p-օրբիտալներ: Քանի որ m ℓ ունի երեք տարբեր արժեքներ, ապա ատոմն ունի երեք էներգետիկորեն համարժեք p-օրբիտալներ (դրանց համար հիմնական քվանտային թիվը նույնն է և կարող է ունենալ n = 2,3,4,5,6 կամ 7 արժեքը)։ p-Օրբիտալները ունեն առանցքային համաչափություն և ունեն եռաչափ ությակների ձև, որոնք ուղղված են x, y և z առանցքներով արտաքին դաշտում (նկ. 1.2): Այստեղից էլ ծագել են p x, p y և p z նշանները:
Նկ.2. p x, p y և p z -օրբիտալներ
Բացի այդ, կան d- և f-ատոմային ուղեծրեր, առաջին ℓ = 2 և m ℓ = -2, -1, 0, +1 և +2 համար, այսինքն. հինգ AO, երկրորդի համար ℓ = 3 և m ℓ = -3, -2, -1, 0, +1, +2 և +3, այսինքն. 7 ԱՕ.
չորրորդ քվանտ մ սկոչվում է սպին քվանտային թիվ, որը ներկայացվել է ջրածնի ատոմի սպեկտրում որոշ նուրբ ազդեցությունների բացատրության համար Գաուդսմիթի և Ուլենբեկի կողմից 1925 թվականին: Էլեկտրոնի սպինը էլեկտրոնի լիցքավորված տարրական մասնիկի անկյունային իմպուլսն է, որի կողմնորոշումը քվանտացված է, այսինքն. խստորեն սահմանափակվում է որոշակի անկյուններով: Այս կողմնորոշումը որոշվում է սպինի մագնիսական քվանտային թվի (ներ) արժեքով, որը էլեկտրոնի համար ½ , հետևաբար, էլեկտրոնի համար՝ ըստ քվանտացման կանոնների մ ս = ± ½. Այս առումով երեք քվանտային թվերի բազմությանը պետք է ավելացնել քվանտային թիվը մ ս . Եվս մեկ անգամ շեշտում ենք, որ չորս քվանտային թվերը որոշում են Մենդելեևի տարրերի պարբերական աղյուսակի կառուցման հերթականությունը և բացատրում են, թե ինչու առաջին շրջանում կա ընդամենը երկու տարր, երկրորդում և երրորդում՝ ութ, չորրորդում՝ 18 և այլն։ , ատոմների բազմաէլեկտրոնի կառուցվածքը բացատրելու համար, ատոմի դրական լիցքի աճի հետ էլեկտրոնային մակարդակների լրացման հերթականությունը, բավարար չէ պատկերացում ունենալ էլեկտրոնների վարքագիծը «կառավարող» չորս քվանտային թվերի մասին։ էլեկտրոնային ուղեծրերը լրացնելիս, բայց պետք է ավելին իմանալ պարզ կանոններ, այսինքն, Պաուլիի սկզբունքը, Գունդի կանոնը և Կլեչկովսկու կանոնները.
Պաուլիի սկզբունքի համաձայն նույն քվանտային վիճակում, որը բնութագրվում է չորս քվանտային թվերի որոշակի արժեքներով, չի կարող լինել մեկից ավելի էլեկտրոն:Սա նշանակում է, որ մեկ էլեկտրոն, սկզբունքորեն, կարող է տեղակայվել ցանկացած ատոմային ուղեծրում։ Երկու էլեկտրոններ կարող են լինել նույն ատոմային ուղեծրում միայն այն դեպքում, եթե նրանք ունեն տարբեր սպին քվանտային թվեր։
Երեք p-AO, հինգ d-AO և յոթ f-AO էլեկտրոններով լրացնելիս պետք է առաջնորդվել ոչ միայն Պաուլիի սկզբունքով, այլև Հունդի կանոնով. Մեկ ենթաթաղանթի ուղեծրերի լրացումը հիմնական վիճակում տեղի է ունենում նույն սպիններով էլեկտրոններով։
Ենթափեղկերը լրացնելիս (էջ, դ, զ) սպինների գումարի բացարձակ արժեքը պետք է լինի առավելագույնը.
Կլեչկովսկու իշխանությունը. Կլեչկովսկու կանոնի համաձայն լցնելիսդ և զԷլեկտրոնների ուղեծիրը պետք է հարգվինվազագույն էներգիայի սկզբունքը. Այս սկզբունքի համաձայն՝ հիմնական վիճակում գտնվող էլեկտրոնները ուղեծրերը լրացնում են նվազագույն էներգիայի մակարդակներով։ Ենթամակարդակի էներգիան որոշվում է քվանտային թվերի գումարովn + ℓ = Ե .
Կլեչկովսկու առաջին կանոնը: նախ լրացրեք այն ենթամակարդակները, որոնց համարn + ℓ = Ե նվազագույն.
Կլեչկովսկու երկրորդ կանոնը: հավասարության դեպքումn + ℓ մի քանի ենթամակարդակների համար, որոնց համար ենթամակարդակըn նվազագույն .
Ներկայումս հայտնի է 109 տարր։
2. Իոնացման էներգիա, էլեկտրոնների մերձեցում և էլեկտրաբացասականություն.
Ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիայի ամենակարևոր բնութագրերն են իոնացման էներգիան (EI) կամ իոնացման պոտենցիալը (IP) և ատոմի էլեկտրոնների հարաբերակցությունը (SE): Իոնացման էներգիան էներգիայի փոփոխությունն է ազատ ատոմից էլեկտրոնի անջատման գործընթացում 0 K: A = + + ē . Իոնացման էներգիայի կախվածությունը տարրի Z ատոմային թվից, ատոմային շառավիղի չափից ունի ընդգծված պարբերական բնույթ։
Էլեկտրոնի հարաբերակցությունը (SE) էներգիայի փոփոխությունն է, որն ուղեկցում է էլեկտրոնի ավելացումը մեկուսացված ատոմին բացասական իոնի ձևավորմամբ 0 K-ում: A + ē = A: - (ատոմը և իոնը գտնվում են իրենց հիմնական վիճակում):Այս դեպքում էլեկտրոնը զբաղեցնում է ամենացածր ազատ ատոմային ուղեծիրը (LUAO), եթե VZAO-ն զբաղեցնում է երկու էլեկտրոն։ SE-ն մեծապես կախված է նրանց ուղեծրային էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիայից:
EI-ի և SE-ի փոփոխությունները փոխկապակցված են տարրերի և դրանց միացությունների բազմաթիվ հատկությունների փոփոխությունների հետ, որն օգտագործվում է EI-ի և SE-ի արժեքներից այս հատկությունները կանխատեսելու համար: Հալոգեններն ունեն ամենաբարձր բացարձակ էլեկտրոնային կապը: Տարրերի պարբերական աղյուսակի յուրաքանչյուր խմբում իոնացման պոտենցիալը կամ EI-ն նվազում է տարրի քանակի աճով, ինչը կապված է ատոմային շառավիղի աճի և էլեկտրոնային շերտերի քանակի ավելացման հետ, և որը լավ փոխկապակցված է ավելացման հետ: տարրի նվազեցնող ուժը.
Տարրերի պարբերական աղյուսակի 1-ին աղյուսակը տալիս է EI-ի և SE-ի արժեքները eV/Atom-ում: Նշենք, որ ճշգրիտ արժեքներ SE-ն հայտնի է միայն մի քանի ատոմներով, դրանց արժեքներն ընդգծված են Աղյուսակ 1-ում:
Աղյուսակ 1
Պարբերական աղյուսակում ատոմների առաջին իոնացման էներգիան (EI), էլեկտրոնների հարաբերակցությունը (SE) և էլեկտրաբացասական χ):
|
χ |
0.747 2. 1 0 0, 3 7 |
1,2 2 |
||||||||||||||||
|
χ |
0.54 1. 55 |
-0.3 1. 1 3 |
0.2 0. 91 |
1.2 5 |
-0. 1 0, 55 |
1.47 0. 59 |
3.45 0. 64 |
1 ,60 |
||||||||||
|
χ |
0. 7 4 1. 89 |
-0.3 1 . 3 1 1 . 6 0 |
0. 6 |
1.63 |
0.7 |
2.07 |
3.61 | |||||||||||
|
χ |
2.3 6 |
- 0 .6 |
1.26 (α) |
-0.9 1 . 39 |
0. 18 |
1.2 |
0. 6 |
2.07 |
3.36 | |||||||||
|
χ |
2.4 8 |
-0.6 1 . 56 |
0. 2 |
2.2 | ||||||||||||||
|
χ |
2.6 7 |
2, 2 1 |
Օս |
χ - Պաուլինգի էլեկտրաբացասականություն
r- ատոմային շառավիղ, («Ընդհանուր և անօրգանական քիմիայի լաբորատոր և սեմինարների դասերից», Ն.Ս. Ախմետով, Մ.Կ. Ազիզովա, Լ.Ի. Բադիգինա)
Ատոմ հասկացությունն առաջացել է հին աշխարհում՝ նյութի մասնիկները նշանակելու համար: Հունարենում ատոմ նշանակում է «անբաժանելի»։
Էլեկտրոններ
Իռլանդացի ֆիզիկոս Սթոունին, փորձերի հիման վրա, եկել է այն եզրակացության, որ էլեկտրականությունը կրում են ամենափոքր մասնիկները, որոնք գոյություն ունեն բոլորի ատոմներում։ քիմիական տարրեր. 1891 դոլարով Սթոունին առաջարկեց անվանել այս մասնիկները էլեկտրոններ, որը հունարեն նշանակում է «սաթե»։
Էլեկտրոնի անվանումը ստանալուց մի քանի տարի անց անգլիացի ֆիզիկոս Ջոզեֆ Թոմսոնը և ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ժան Պերին ապացուցեցին, որ էլեկտրոնները կրում են բացասական լիցք։ Սա ամենափոքր բացասական լիցքն է, որը քիմիայում ընդունվում է որպես $(–1)$ միավոր։ Թոմսոնին նույնիսկ հաջողվել է որոշել էլեկտրոնի արագությունը (այն հավասար է լույսի արագությանը` $300,000 $ կմ/վ) և էլեկտրոնի զանգվածը (այն $1836 $ անգամ պակաս է ջրածնի ատոմի զանգվածից)։
Թոմսոնը և Փերինը միացրել են հոսանքի աղբյուրի բևեռները երկուսի հետ մետաղական թիթեղներ- կաթոդը և անոդը զոդված են ապակե խողովակի մեջ, որից օդը տարհանվել է: Երբ էլեկտրոդի թիթեղների վրա կիրառվել է մոտ 10 հազար վոլտ լարում, խողովակի մեջ փայլատակել է լուսավոր արտանետումը, և մասնիկները կաթոդից (բացասական բևեռ) թռչել են դեպի անոդ (դրական բևեռ), որը գիտնականներն առաջինն անվանել են։ կաթոդային ճառագայթներ, իսկ հետո պարզել, որ դա էլեկտրոնների հոսք է։ Էլեկտրոնները, հարվածելով հատուկ նյութերին, որոնք կիրառվում են, օրինակ, հեռուստացույցի էկրանին, առաջացնում են փայլ:
Եզրակացություն է արվել՝ էլեկտրոնները փախչում են այն նյութի ատոմներից, որից պատրաստվում է կաթոդը։
Ազատ էլեկտրոնները կամ դրանց հոսքը կարելի է ձեռք բերել այլ եղանակներով, օրինակ՝ շիկացման միջոցով մետաղալարկամ երբ լույսն ընկնում է պարբերական համակարգի I խմբի հիմնական ենթախմբի տարրերով (օրինակ՝ ցեզիում) առաջացած մետաղների վրա։
Էլեկտրոնների վիճակը ատոմում
Ատոմում էլեկտրոնի վիճակը հասկացվում է որպես տեղեկատվության ամբողջություն էներգիահատուկ էլեկտրոն ներս տարածությունորտեղ այն գտնվում է. Մենք արդեն գիտենք, որ ատոմում էլեկտրոնը չունի շարժման հետագիծ, այսինքն. կարող է միայն խոսել հավանականություններըգտնելով այն միջուկի շուրջ տարածության մեջ: Այն կարող է տեղակայվել միջուկը շրջապատող այս տարածության ցանկացած մասում, և նրա տարբեր դիրքերի ամբողջությունը դիտարկվում է որպես էլեկտրոնային ամպ՝ որոշակի բացասական լիցքի խտությամբ։ Պատկերավոր կերպով սա կարելի է պատկերացնել հետևյալ կերպ. եթե հնարավոր լիներ ատոմում էլեկտրոնի դիրքը լուսանկարել վայրկյանի հարյուրերորդական կամ միլիոներորդականում, ինչպես լուսանկարչական ավարտում, ապա այդպիսի լուսանկարներում էլեկտրոնը կներկայացվեր որպես կետ: Նման անթիվ լուսանկարների ծածկումը կհանգեցնի ամենաբարձր խտությամբ էլեկտրոնային ամպի պատկերին, որտեղ կան այդ կետերի մեծ մասը:
Նկարում պատկերված է միջուկով անցնող ջրածնի ատոմի նման էլեկտրոնային խտության «կտրվածքը», իսկ գունդը սահմանափակված է կտրված գծով, որի ներսում էլեկտրոն գտնելու հավանականությունը $90%$ է։ Միջուկին ամենամոտ եզրագիծն ընդգրկում է տարածության այն շրջանը, որտեղ էլեկտրոն գտնելու հավանականությունը կազմում է $10%$, միջուկից երկրորդ եզրագծի ներսում էլեկտրոն գտնելու հավանականությունը $20%$ է, երրորդի ներսում՝ $≈30$։ %$ և այլն: Էլեկտրոնի վիճակի մեջ կա որոշակի անորոշություն: Այս առանձնահատուկ վիճակը բնութագրելու համար գերմանացի ֆիզիկոս Վ. Հայզենբերգը ներկայացրեց հայեցակարգը անորոշության սկզբունքը, այսինքն. ցույց տվեց, որ անհնար է միաժամանակ և ճշգրիտ որոշել էլեկտրոնի էներգիան և գտնվելու վայրը: Որքան ճշգրիտ է որոշվում էլեկտրոնի էներգիան, այնքան ավելի անորոշ է նրա դիրքը, և հակառակը, դիրքը որոշելով, անհնար է որոշել էլեկտրոնի էներգիան։ Էլեկտրոնների հայտնաբերման հավանականության շրջանը չունի հստակ սահմաններ: Այնուամենայնիվ, կարելի է առանձնացնել այն տարածությունը, որտեղ էլեկտրոն գտնելու հավանականությունը առավելագույնն է։
տարածություն շուրջը ատոմային միջուկորտեղ, ամենայն հավանականությամբ, կգտնվի էլեկտրոն, կոչվում է ուղեծր:
Այն պարունակում է էլեկտրոնային ամպի մոտավորապես $90%$, ինչը նշանակում է, որ այն ժամանակի մոտ $90%$ է, երբ էլեկտրոնը գտնվում է տարածության այս հատվածում: Ըստ ձևի՝ առանձնանում են $4$ ներկայումս հայտնի ուղեծրերի տեսակները, որոնք նշվում են լատիներեն $s, p, d$ և $f$ տառերով։ Էլեկտրոնային օրբիտալների որոշ ձևերի գրաֆիկական պատկերը ներկայացված է նկարում:
Որոշակի ուղեծրում էլեկտրոնի շարժման ամենակարեւոր բնութագիրը միջուկի հետ նրա միացման էներգիան է։ Նմանատիպ էներգիայի արժեքներով էլեկտրոնները կազմում են մեկ միավոր էլեկտրոնային շերտ, կամ էներգիայի մակարդակը. Էներգիայի մակարդակները համարակալված են՝ սկսած միջուկից՝ $1, 2, 3, 4, 5, 6$ և $7$։
$n$ ամբողջ թիվը, որը ցույց է տալիս էներգիայի մակարդակի թիվը, կոչվում է հիմնական քվանտային թիվ:
Այն բնութագրում է տվյալ էներգիայի մակարդակը զբաղեցնող էլեկտրոնների էներգիան։ Միջուկին ամենամոտ գտնվող առաջին էներգետիկ մակարդակի էլեկտրոններն ունեն ամենացածր էներգիան։ Առաջին մակարդակի էլեկտրոնների համեմատությամբ հաջորդ մակարդակների էլեկտրոնները բնութագրվում են մեծ քանակությամբ էներգիայով։ Հետևաբար, արտաքին մակարդակի էլեկտրոնները ամենաքիչ ուժեղ կապված են ատոմի միջուկի հետ։
Ատոմում էներգիայի մակարդակների (էլեկտրոնային շերտերի) թիվը հավասար է Դ. Ի. Մենդելեևի համակարգի այն ժամանակաշրջանի թվին, որին պատկանում է քիմիական տարրը. առաջին շրջանի տարրերի ատոմներն ունեն մեկ էներգետիկ մակարդակ. երկրորդ շրջանը `երկու; յոթերորդ շրջան - յոթ.
Էներգիայի մակարդակում էլեկտրոնների ամենամեծ թիվը որոշվում է բանաձևով.
որտեղ $N$-ը էլեկտրոնների առավելագույն թիվն է. $n$-ը մակարդակի թիվն է կամ հիմնական քվանտային թիվը։ Հետևաբար. միջուկին ամենամոտն առաջին էներգետիկ մակարդակը կարող է պարունակել ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն. երկրորդում `ոչ ավելի, քան $ 8 $; երրորդում `ոչ ավելի, քան $ 18 $; չորրորդում՝ $32$-ից ոչ ավել։ Իսկ ինչպե՞ս են դասավորված իր հերթին էներգիայի մակարդակները (էլեկտրոնային շերտերը):
Սկսած $(n = 2)$ էներգիայի երկրորդ մակարդակից՝ մակարդակներից յուրաքանչյուրը բաժանվում է ենթամակարդակների (ենթաշերտերի), որոնք մի փոքր տարբերվում են միմյանցից միջուկի հետ կապող էներգիայով։
Ենթամակարդակների թիվը հավասար է հիմնական քվանտային թվի արժեքին.առաջին էներգետիկ մակարդակն ունի մեկ ենթամակարդակ. երկրորդը `երկու; երրորդ - երեք; չորրորդը չորսն է։ Ենթամակարդակներն իրենց հերթին ձևավորվում են ուղեծրերով։
$n$-ի յուրաքանչյուր արժեք համապատասխանում է $n^2$-ին հավասար ուղեծրերի քանակին։ Աղյուսակում ներկայացված տվյալների համաձայն՝ հնարավոր է հետևել $n$ հիմնական քվանտային թվի և ենթամակարդակների քանակի, ուղեծրերի տեսակի և քանակի և մեկ ենթամակարդակի և մակարդակի էլեկտրոնների առավելագույն քանակի միջև կապը:
Հիմնական քվանտային թիվը, ուղեծրերի տեսակները և քանակը, ենթամակարդակներում և մակարդակներում էլեկտրոնների առավելագույն քանակը:
| Էներգիայի մակարդակը $(n)$ | Ենթամակարդակների թիվը հավասար է $n$-ի | Օրբիտալ տեսակը | Օրբիտալների քանակը | Էլեկտրոնների առավելագույն քանակը | ||
| ենթամակարդակում | $n^2$-ին հավասար մակարդակով | ենթամակարդակում | $n^2$-ին հավասար մակարդակի վրա | |||
| $K(n=1)$ | $1$ | $1s$ | $1$ | $1$ | $2$ | $2$ |
| $L(n=2)$ | $2$ | $2s$ | $1$ | $4$ | $2$ | $8$ |
| $2p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $M(n=3)$ | $3$ | $3s$ | $1$ | $9$ | $2$ | $18$ |
| $3p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $3d$ | $5$ | $10$ | ||||
| $N(n=4)$ | $4$ | $4s$ | $1$ | $16$ | $2$ | $32$ |
| $4p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $4d$ | $5$ | $10$ | ||||
| $4f$ | $7$ | $14$ | ||||
Ընդունված է ենթամակարդակները նշանակել լատինական տառերով, ինչպես նաև ուղեծրերի ձևը, որոնցից դրանք կազմված են՝ $s, p, d, f$։ Այսպիսով.
- $s$-ենթամակարդակ - ատոմային միջուկին ամենամոտ էներգիայի մակարդակի առաջին ենթամակարդակը բաղկացած է մեկ $s$-ուղեծրից;
- $p$-ենթամակարդակ - յուրաքանչյուրի երկրորդ ենթամակարդակը, բացառությամբ առաջին, էներգետիկ մակարդակի, բաղկացած է երեք $p$-օրբիտալներից;
- $d$-ենթամակարդակ - յուրաքանչյուրի երրորդ ենթամակարդակը, սկսած երրորդ էներգիայի մակարդակից, բաղկացած է հինգ $d$- ուղեծրից;
- Յուրաքանչյուրի $f$-ենթամակարդակը, սկսած չորրորդ էներգիայի մակարդակից, բաղկացած է յոթ $f$-օրբիտալներից։
ատոմի միջուկ
Բայց ոչ միայն էլեկտրոններն են ատոմների մաս։ Ֆիզիկոս Անրի Բեքերելը հայտնաբերել է, որ ուրանի աղ պարունակող բնական հանքանյութը նույնպես անհայտ ճառագայթում է արձակում՝ լուսավորելով լուսանկարչական ֆիլմերը, որոնք փակ են լույսից: Այս երեւույթը կոչվել է ռադիոակտիվություն.
Ռադիոակտիվ ճառագայթների երեք տեսակ կա.
- $α$-ճառագայթներ, որոնք բաղկացած են $α$-մասնիկներից, որոնց լիցքը $2$ անգամ ավելի մեծ է, քան էլեկտրոնի լիցքը, բայց դրական նշանով, և $4$ անգամ ավելի մեծ զանգված, քան ջրածնի ատոմի զանգվածը.
- $β$-ճառագայթները էլեկտրոնների հոսք են;
- $γ$-ճառագայթներ - էլեկտրամագնիսական ալիքներչնչին զանգվածով, էլեկտրական լիցք չկրող։
Հետևաբար, ատոմն ունի բարդ կառուցվածք՝ այն բաղկացած է դրական լիցքավորված միջուկից և էլեկտրոններից։
Ինչպե՞ս է դասավորված ատոմը:
1910 թվականին Լոնդոնի մերձակայքում գտնվող Քեմբրիջում Էռնեստ Ռադերֆորդը իր ուսանողների և գործընկերների հետ ուսումնասիրել է $α$ մասնիկների ցրումը, որոնք անցնում են բարակ ոսկե փայլաթիթեղով և ընկնում էկրանի վրա: Ալֆա մասնիկները սովորաբար շեղվում էին սկզբնական ուղղությունից ընդամենը մեկ աստիճանով, ինչը հաստատում էր, կարծես թե, ոսկու ատոմների հատկությունների միատեսակությունն ու միատեսակությունը։ Եվ հանկարծ հետազոտողները նկատեցին, որ որոշ $α$-մասնիկներ կտրուկ փոխեցին իրենց ճանապարհի ուղղությունը՝ ասես բախվելով ինչ-որ խոչընդոտի։
Տեղադրելով էկրանը փայլաթիթեղի դիմաց՝ Ռադերֆորդը կարողացավ հայտնաբերել նույնիսկ այն հազվագյուտ դեպքերը, երբ $α$-մասնիկները՝ արտացոլված ոսկու ատոմներից, թռչում էին հակառակ ուղղությամբ։
Հաշվարկները ցույց են տվել, որ դիտարկվող երևույթները կարող են տեղի ունենալ, եթե ատոմի ողջ զանգվածը և նրա ողջ դրական լիցքը կենտրոնացված լինեն կենտրոնական փոքրիկ միջուկում։ Միջուկի շառավիղը, ինչպես պարզվեց, 100000 անգամ փոքր է ամբողջ ատոմի շառավղից, այն տարածքը, որտեղ կան էլեկտրոններ, որոնք ունեն բացասական լիցք։ Եթե փոխաբերական համեմատություն կիրառենք, ապա ատոմի ողջ ծավալը կարելի է նմանեցնել «Լուժնիկի» մարզադաշտին, իսկ միջուկը՝ դաշտի կենտրոնում տեղակայված ֆուտբոլի գնդակի։
Ցանկացած քիմիական տարրի ատոմը համեմատելի է փոքրիկի հետ Արեգակնային համակարգ. Ուստի Ռադերֆորդի կողմից առաջարկված ատոմի նման մոդելը կոչվում է մոլորակային։
Պրոտոններ և նեյտրոններ
Պարզվում է, որ փոքրիկ ատոմային միջուկը, որում կենտրոնացած է ատոմի ողջ զանգվածը, բաղկացած է երկու տեսակի մասնիկներից՝ պրոտոններից և նեյտրոններից։
Պրոտոններունեն էլեկտրոնների լիցքին հավասար լիցք, բայց $(+1)$ նշանով հակառակ, և ջրածնի ատոմի զանգվածին հավասար զանգված (քիմիայում ընդունված է որպես միավոր)։ Պրոտոնները նշվում են $↙(1)↖(1)p$ (կամ $р+$)-ով: Նեյտրոններլիցք չեն կրում, դրանք չեզոք են և ունեն պրոտոնի զանգվածին հավասար զանգված, այսինքն. $1$. Նեյտրոնները նշանակվում են $↙(0)↖(1)n$ (կամ $n^0$):
Պրոտոններն ու նեյտրոնները միասին կոչվում են նուկլոններ(լատ. միջուկ- միջուկ):
Ատոմում պրոտոնների և նեյտրոնների քանակի գումարը կոչվում է զանգվածային համարը. Օրինակ՝ ալյումինի ատոմի զանգվածային թիվը.
Քանի որ էլեկտրոնի զանգվածը, որը աննշան է, կարելի է անտեսել, ակնհայտ է, որ ատոմի ողջ զանգվածը կենտրոնացած է միջուկում։ Էլեկտրոնները նշանակվում են հետևյալ կերպ՝ $e↖(-)$։
Քանի որ ատոմը էլեկտրականորեն չեզոք է, ակնհայտ է նաև, որ որ ատոմում պրոտոնների և էլեկտրոնների թիվը նույնն է։ Այն հավասար է քիմիական տարրի ատոմային թվիննրան հանձնարարված է Պարբերական համակարգ. Օրինակ՝ երկաթի ատոմի միջուկը պարունակում է $26$ պրոտոններ, իսկ $26$ էլեկտրոնները պտտվում են միջուկի շուրջ։ Իսկ ինչպե՞ս որոշել նեյտրոնների թիվը։
Ինչպես գիտեք, ատոմի զանգվածը պրոտոնների և նեյտրոնների զանգվածի գումարն է։ Իմանալով $(Z)$ տարրի հերթական համարը, այսինքն. պրոտոնների թիվը և $(A)$ զանգվածային թիվը, որը հավասար է պրոտոնների և նեյտրոնների թվերի գումարին, կարող եք գտնել $(N)$ նեյտրոնների թիվը՝ օգտագործելով բանաձևը.
Օրինակ, երկաթի ատոմում նեյտրոնների թիվը հետևյալն է.
$56 – 26 = 30$.
Աղյուսակում ներկայացված են տարրական մասնիկների հիմնական բնութագրերը:
Տարրական մասնիկների հիմնական բնութագրերը.
իզոտոպներ
Նույն տարրի ատոմների այն տեսակները, որոնք ունեն նույն միջուկային լիցքը, բայց զանգվածային տարբեր թվեր, կոչվում են իզոտոպներ:
Խոսք իզոտոպբաղկացած է երկուսից Հունարեն բառեր:isos- նույնը և topos- տեղ, նշանակում է «մեկ տեղ զբաղեցնել» (բջջ) տարրերի պարբերական համակարգում։
Բնության մեջ հայտնաբերված քիմիական տարրերը իզոտոպների խառնուրդ են: Այսպիսով, ածխածինը ունի երեք իզոտոպ՝ $12, 13, 14 $ զանգվածով; թթվածին - երեք իզոտոպ՝ $16, 17, 18 $ և այլն զանգվածով։
Սովորաբար տրվում է Պարբերական համակարգում, քիմիական տարրի հարաբերական ատոմային զանգվածը տվյալ տարրի իզոտոպների բնական խառնուրդի ատոմային զանգվածների միջին արժեքն է՝ հաշվի առնելով դրանց հարաբերական առատությունը բնության մեջ, հետևաբար՝ արժեքները։ ատոմային զանգվածները հաճախ կոտորակային են: Օրինակ՝ բնական քլորի ատոմները երկու իզոտոպների խառնուրդ են՝ $35$ (բնության մեջ կա $75%$) և $37$ (կան $25%$); հետևաբար, քլորի հարաբերական ատոմային զանգվածը կազմում է $35,5$։ Քլորի իզոտոպները գրված են հետևյալ կերպ.
$↖(35)↙(17)(Cl)$ և $↖(37)↙(17)(Cl)$
Քլորի իզոտոպների քիմիական հատկությունները ճիշտ նույնն են, ինչ քիմիական տարրերի մեծ մասի իզոտոպները, ինչպիսիք են կալիումը, արգոնը.
$↖(39)↙(19)(K)$ և $↖(40)↙(19)(K)$, $↖(39)↙(18)(Ar)$ և $↖(40)↙(18 )(Ար)$
Այնուամենայնիվ, ջրածնի իզոտոպները մեծապես տարբերվում են իրենց հատկություններով` պայմանավորված դրանց հարաբերական ատոմային զանգվածի կտրուկ աճով. նրանց նույնիսկ առանձին անուններ են տվել և քիմիական նշաններ protium - $↖(1)↙(1)(H)$; դեյտերիում - $↖(2)↙(1)(H)$, կամ $↖(2)↙(1)(D)$; տրիտում - $↖(3)↙(1)(H)$, կամ $↖(3)↙(1)(T)$:
Այժմ կարելի է քիմիական տարրի ժամանակակից, ավելի խիստ և գիտական սահմանում տալ։
Քիմիական տարրը նույն միջուկային լիցքով ատոմների հավաքածու է։
Առաջին չորս ժամանակաշրջանների տարրերի ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը
Դիտարկենք տարրերի ատոմների էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաների քարտեզագրումը Դ.Ի.Մենդելեևի համակարգի ժամանակաշրջաններով:
Առաջին շրջանի տարրեր.
Ատոմների էլեկտրոնային կառուցվածքի սխեմաները ցույց են տալիս էլեկտրոնների բաշխումը էլեկտրոնային շերտերի վրա (էներգիայի մակարդակներ):
Ատոմների էլեկտրոնային բանաձևերը ցույց են տալիս էլեկտրոնների բաշխումը էներգիայի մակարդակների և ենթամակարդակների վրա:
Ատոմների գրաֆիկական էլեկտրոնային բանաձևերը ցույց են տալիս էլեկտրոնների բաշխումը ոչ միայն մակարդակներում և ենթամակարդակներում, այլև ուղեծրերում։
Հելիումի ատոմում առաջին էլեկտրոնային շերտը ամբողջական է՝ այն ունի $2$ էլեկտրոններ:
Ջրածինը և հելիումը $s$-տարրեր են, այս ատոմներն ունեն $s$-օրբիտալներ՝ լցված էլեկտրոններով։
Երկրորդ շրջանի տարրեր.
Երկրորդ շրջանի բոլոր տարրերի համար առաջին էլեկտրոնային շերտը լցված է, և էլեկտրոնները լրացնում են երկրորդ էլեկտրոնային շերտի $s-$ և $p$ ուղեծրերը՝ համաձայն նվազագույն էներգիայի սկզբունքի (նախ՝ $s$, ապա $p$) և Պաուլիի և Հունդի կանոնները։
Նեոնի ատոմում երկրորդ էլեկտրոնային շերտն ավարտված է՝ այն ունի $8$ էլեկտրոններ։
Երրորդ շրջանի տարրեր.
Երրորդ շրջանի տարրերի ատոմների համար լրացվում են առաջին և երկրորդ էլեկտրոնային շերտերը, ուստի լրացվում է երրորդ էլեկտրոնային շերտը, որում էլեկտրոնները կարող են զբաղեցնել 3s-, 3p- և 3d-ենթամակարդակները:
Երրորդ շրջանի տարրերի ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը։
Մագնեզիումի ատոմում ավարտված է $3,5$-էլեկտրոնային ուղեծիր: $Na$-ը և $Mg$-ը $s$-տարրեր են:
Ալյումինի և հետագա տարրերի համար $3d$ ենթամակարդակը լցված է էլեկտրոններով:
| $↙(18)(Ar)$ Արգոն |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)s^2(3)p^6$ |  |
Արգոնի ատոմում արտաքին շերտը (երրորդ էլեկտրոնային շերտը) ունի $8 դոլար էլեկտրոններ։ Քանի որ արտաքին շերտը ավարտված է, բայց ընդհանուր առմամբ, երրորդ էլեկտրոնային շերտում, ինչպես արդեն գիտեք, կարող է լինել 18 էլեկտրոն, ինչը նշանակում է, որ երրորդ շրջանի տարրերը $3d$-օրբիտալներ են մնացել չլրացված։
Բոլոր տարրերը $Al$-ից $Ar$ - $p$ - տարրեր.
$s-$ և $r$ - տարրերձեւը հիմնական ենթախմբերըՊարբերական համակարգում։
Չորրորդ շրջանի տարրեր.
Կալիումի և կալցիումի ատոմներն ունեն չորրորդ էլեկտրոնային շերտը, $4s$-ենթամակարդակը լցված է, քանի որ այն ավելի քիչ էներգիա ունի, քան $3d$-ենթամակարդակը: Չորրորդ շրջանի տարրերի ատոմների գրաֆիկական էլեկտրոնային բանաձևերը պարզեցնելու համար.
- մենք պայմանականորեն նշում ենք արգոնի գրաֆիկական էլեկտրոնային բանաձևը հետևյալ կերպ. $Ar$;
- մենք չենք պատկերի ենթամակարդակները, որոնք լրացված չեն այս ատոմների համար:
$K, Ca$ - $s$ - տարրեր,ընդգրկված են հիմնական ենթախմբերում։ $Sc$-ից մինչև $Zn$ ատոմների համար 3d ենթամակարդակը լցված է էլեկտրոններով։ Սրանք $3d$-տարրեր են: Դրանք ներառված են կողմնակի ենթախմբեր,լցված է նրանց նախածննդյան էլեկտրոնային շերտը, հիշատակվում են անցումային տարրեր.
Ուշադրություն դարձրեք քրոմի և պղնձի ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքին: Դրանցում մեկ էլեկտրոն $4s-$-ից «ընկնում է» $3d$ ենթամակարդակ, ինչը բացատրվում է ստացված $3d^5$ և $3d^(10)$ էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաների ավելի մեծ էներգիայի կայունությամբ.
$↙(24)(Cr)$ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(4) 4s^(2)…$ 
$↙(29) (Cu) $ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(9)4s^(2)…$ 
| Տարրի խորհրդանիշ, սերիական համար, անվանում | Էլեկտրոնային կառուցվածքի դիագրամ | Էլեկտրոնային բանաձև | Գրաֆիկական էլեկտրոնային բանաձև |
| $↙(19)(K)$ Կալիում |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1$ | |
| $↙(20)(C)$ Կալցիում |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2$ | |
| $↙(21) (Sc)$ Scandium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^1$ կամ $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^1(4)s^1$ |  |
| $↙(22) (Ti)$ Տիտան |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^2$ կամ $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^2(4)s^2$ |  |
| $↙(23) (V)$ Վանադիում |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^3$ կամ $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^3(4)s^2$ |  |
| $↙(24) (Cr)$ Chrome |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^5$ կամ $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^5(4)s^1$ |  |
| $↙(29)(Сu)$ Chromium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^(10)$ կամ $1s^2(2)s^2(2) )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^1$ |  |
| $↙(30)(Zn)$ Ցինկ |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)$ կամ $1s^2(2)s^2(2) )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^2$ |  |
| $↙(31) (Ga)$ Գալիում |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^(1)$ կամ $1s^2(2) s^2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^(1)$ |  |
| $↙(36)(Kr)$ Կրիպտոն |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^6$ կամ $1s^2(2)s^ 2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^6$ |  |
Ցինկի ատոմում երրորդ էլեկտրոնային շերտն ավարտված է. բոլոր $3s, 3p$ և $3d$ ենթամակարդակները լցված են դրանում, ընդհանուր առմամբ դրանց վրա $18$ էլեկտրոն կա։
Ցինկին հաջորդող տարրերում չորրորդ էլեկտրոնային շերտը՝ $4p$-ենթամակարդակը, շարունակում է լցվել: Տարրեր $Ga$-ից $Kr$ - $r$ - տարրեր.
Կրիպտոնի ատոմի արտաքին (չորրորդ) շերտը ավարտված է, այն ունի $8$ էլեկտրոններ։ Բայց հենց չորրորդ էլեկտրոնային շերտում, ինչպես գիտեք, կարող է լինել $32$ էլեկտրոններ; Կրիպտոնի ատոմը դեռևս $4d-$ և $4f$-ենթամակարդակներ ունի չլրացված:
Հինգերորդ շրջանի տարրերը ենթամակարդակները լրացնում են հետևյալ հաջորդականությամբ՝ $5s → 4d → 5р$։ Եվ կան նաև բացառություններ՝ կապված էլեկտրոնների «խափանման» հետ՝ $↙(41)Nb$, $↙(42)Mo$, $↙(44)Ru$, $↙(45)Rh$, $↙( 46) Pd$, $↙(47)Ag$. $f$-ը հայտնվում է վեցերորդ և յոթերորդ շրջաններում - տարրեր, այսինքն. տարրեր, որոնց $4f-$ և $5f$-ենթամակարդակները լրացվում են համապատասխանաբար երրորդ արտաքին էլեկտրոնային շերտի:
$4f$ - տարրերկանչեց լանթանիդներ.
$5f$ - տարրերկանչեց ակտինիդներ.
Վեցերորդ շրջանի տարրերի ատոմներում էլեկտրոնային ենթամակարդակների լրացման կարգը՝ $↙(55)Cs$ և $↙(56)Ba$ - $6s$-տարրեր; $↙(57)La ... 6s^(2)5d^(1)$ - $5d$-տարր; $↙(58)Ce$ – $↙(71)Lu - 4f$-տարրեր; $↙(72)Hf$ – $↙(80)Hg - 5d$-տարրեր; $↙(81)Т1$ – $↙(86)Rn - 6d$-տարրեր. Բայց այստեղ էլ կան տարրեր, որոնցում խախտված է էլեկտրոնային ուղեծրերի լրացման կարգը, ինչը, օրինակ, կապված է կես և ամբողջությամբ լցված $f$-ենթամակարդակների ավելի մեծ էներգիայի կայունության հետ, այսինքն. $nf^7$ և $nf^(14)$:
Կախված նրանից, թե ատոմի որ ենթամակարդակը վերջինն է լցված էլեկտրոններով, բոլոր տարրերը, ինչպես արդեն հասկացաք, բաժանվում են չորս էլեկտրոնային ընտանիքների կամ բլոկների.
- $s$ - տարրեր;$s$-ենթամակարդակը լցված է էլեկտրոններով արտաքին մակարդակատոմ; $s$-տարրերը ներառում են ջրածին, հելիում և I և II խմբերի հիմնական ենթախմբերի տարրեր;
- $r$ - տարրեր;ատոմի արտաքին մակարդակի $p$-ենթամակարդակը լցված է էլեկտրոններով. $p$-տարրերը ներառում են III–VIII խմբերի հիմնական ենթախմբերի տարրեր;
- $d$ - տարրեր;Ատոմի նախնական արտաքին մակարդակի $d$-ենթամակարդակը լցված է էլեկտրոններով. $d$-տարրերը ներառում են I–VIII խմբերի երկրորդական ենթախմբերի տարրեր, այսինքն. $s-$ և $p-$տարրերի միջև տեղակայված խոշոր ժամանակաշրջանների միաձուլված տասնամյակների տարրեր: Նրանք նաև կոչվում են անցումային տարրեր;
- $f$ - տարրեր;Ատոմի երրորդ մակարդակի $f-$ենթամակարդակը դրսում լցված է էլեկտրոններով. դրանք ներառում են լանթանիդներ և ակտինիդներ:
Ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան. Ատոմների հիմնավոր և գրգռված վիճակներ
Շվեյցարացի ֆիզիկոս Վ. Պաուլին $1925$-ում դա հաստատել է Մեկ ուղեծրում ատոմը կարող է ունենալ առավելագույնը երկու էլեկտրոն:ունենալով հակադիր (հակազուգահեռ) պտույտներ (անգլերենից թարգմանված որպես spindle), այսինքն. ունենալով այնպիսի հատկություններ, որոնք պայմանականորեն կարելի է պատկերացնել որպես էլեկտրոնի պտույտ իր երևակայական առանցքի շուրջ ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ կամ հակառակ ուղղությամբ: Այս սկզբունքը կոչվում է Պաուլիի սկզբունքը.
Եթե ուղեծրում մեկ էլեկտրոն կա, ապա այն կոչվում է չզույգված, եթե երկու, ապա սա զույգ էլեկտրոններ, այսինքն. էլեկտրոններ հակառակ սպիններով:
Նկարում ներկայացված է էներգիայի մակարդակների ենթամակարդակների բաժանման դիագրամ:
$s-$ ՈւղեծրայինԻնչպես արդեն գիտեք, ունի գնդաձև ձև։ Ջրածնի ատոմի $(n = 1)$ էլեկտրոնը գտնվում է այս ուղեծրի վրա և անկազմակերպ է: Ըստ այդմ իր էլեկտրոնային բանաձեւ, կամ էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա, գրված է այսպես՝ $1s^1$։ Էլեկտրոնային բանաձևերում էներգիայի մակարդակի թիվը նշվում է $ (1 ...) $ տառի դիմաց գտնվող թվով, Լատինական տառՆշեք ենթամակարդակը (ուղեծրային տեսակը), իսկ այն թիվը, որը գրված է տառի վերին աջ կողմում (որպես ցուցիչ), ցույց է տալիս ենթամակարդակի էլեկտրոնների թիվը։
Հելիումի He ատոմի համար, որն ունի երկու զույգ էլեկտրոն նույն $s-$օրբիտալում, այս բանաձևը հետևյալն է՝ $1s^2$։ Հելիումի ատոմի էլեկտրոնային թաղանթը ամբողջական է և շատ կայուն։ Հելիումը ազնիվ գազ է։ Երկրորդ էներգիայի մակարդակը $(n = 2)$ ունի չորս ուղեծրեր, մեկ $s$ և երեք $p$: Երկրորդ մակարդակի $s$-օրբիտալ էլեկտրոնները ($2s$-օրբիտալներ) ունեն ավելի բարձր էներգիա, քանի որ. գտնվում են միջուկից ավելի մեծ հեռավորության վրա, քան $1s$-ուղեծրի $(n = 2)$-ի էլեկտրոնները։ Ընդհանուր առմամբ, $n$-ի յուրաքանչյուր արժեքի համար կա մեկ $s-$օրբիտալ, բայց դրա վրա համապատասխան քանակությամբ էլեկտրոնի էներգիա և, հետևաբար, համապատասխան տրամագծով, աճող $n$.$s արժեքով: -$Orbital աճումները, ինչպես արդեն գիտեք, ունի գնդաձև ձև: Ջրածնի ատոմի $(n = 1)$ էլեկտրոնը գտնվում է այս ուղեծրի վրա և անկազմակերպ է: Հետևաբար, դրա էլեկտրոնային բանաձևը կամ էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան գրված է հետևյալ կերպ՝ $1s^1$։ Էլեկտրոնային բանաձևերում էներգիայի մակարդակի թիվը նշվում է $ (1 ...) $ տառի դիմացի թվով, լատիներեն տառը նշանակում է ենթամակարդակ (ուղեծրային տեսակ), և այն թիվը, որը գրված է աջ կողմում: տառը (որպես ցուցիչ) ցույց է տալիս ենթամակարդակի էլեկտրոնների թիվը:
Հելիումի $He$ ատոմի համար, որն ունի երկու զույգ էլեկտրոն նույն $s-$օրբիտալում, այս բանաձևը հետևյալն է. $1s^2$: Հելիումի ատոմի էլեկտրոնային թաղանթը ամբողջական է և շատ կայուն։ Հելիումը ազնիվ գազ է։ Երկրորդ էներգիայի մակարդակը $(n = 2)$ ունի չորս ուղեծրեր, մեկ $s$ և երեք $p$: Երկրորդ մակարդակի $s-$օրբիտալների էլեկտրոնները ($2s$-օրբիտալներ) ավելի մեծ էներգիա ունեն, քանի որ. գտնվում են միջուկից ավելի մեծ հեռավորության վրա, քան $1s$-օրբիտալի $(n = 2)$-ի էլեկտրոնները։ Ընդհանուր առմամբ, $n$-ի յուրաքանչյուր արժեքի համար կա մեկ $s-$օրբիտալ, բայց դրա վրա համապատասխան քանակությամբ էլեկտրոնի էներգիա և, հետևաբար, համապատասխան տրամագծով, աճում է $n$-ի արժեքի մեծացման հետ։ 
$r-$ ՈւղեծրայինԱյն ունի համրի ձև կամ ութ հատոր։ Բոլոր երեք $p$-օրբիտալները գտնվում են ատոմում փոխադարձաբար ուղղահայաց ատոմի միջուկով գծված տարածական կոորդինատների երկայնքով։ Կրկին պետք է ընդգծել, որ յուրաքանչյուր էներգիայի մակարդակ (էլեկտրոնային շերտ), սկսած $n= 2$-ից, ունի երեք $p$-օրբիտալներ։ Երբ $n$-ի արժեքը մեծանում է, էլեկտրոնները զբաղեցնում են $p$-օրբիտալները, որոնք տեղակայված են միջուկից մեծ հեռավորությունների վրա և ուղղված են $x, y, z$ առանցքների երկայնքով:
$(n = 2)$ երկրորդ շրջանի տարրերի համար նախ լրացվում է $s$-օրբիտալը, այնուհետև երեք $p$-օրբիտալը; էլեկտրոնային բանաձեւ $Li՝ 1s^(2)2s^(1)$: $2s^1$ էլեկտրոնն ավելի թույլ է կապված ատոմային միջուկի հետ, ուստի լիթիումի ատոմը կարող է հեշտությամբ տալ այն (ինչպես հավանաբար հիշում եք, այս գործընթացը կոչվում է օքսիդացում)՝ վերածվելով լիթիումի իոնի $Li^+$:
Բերիլիումի Be ատոմում չորրորդ էլեկտրոնը նույնպես տեղադրված է $2s$ ուղեծրում՝ $1s^(2)2s^(2)$։ Բերիլիումի ատոմի երկու արտաքին էլեկտրոնները հեշտությամբ անջատվում են՝ $B^0$-ը օքսիդացված է $Be^(2+)$ կատիոնի մեջ։
Բորի ատոմի հինգերորդ էլեկտրոնը զբաղեցնում է $2p$-օրբիտալը՝ $1s^(2)2s^(2)2p^(1)$: Այնուհետև լցված են $2p$-օրբիտալները $C, N, O, F$ ատոմների, որոնք ավարտվում են նեոնային ազնիվ գազով՝ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)$:
Երրորդ շրջանի տարրերի համար լրացվում են համապատասխանաբար $3s-$ և $3p$-օրբիտալները։ Երրորդ մակարդակի հինգ $d$-օրբիտալներ մնում են անվճար.
$↙(11)Na 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(1)$,
$↙(17)Cl 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(5)$,
$↙(18)Ar 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)$.
Երբեմն ատոմներում էլեկտրոնների բաշխումը պատկերող դիագրամներում նշվում է միայն յուրաքանչյուր էներգիայի մակարդակի էլեկտրոնների թիվը, այսինքն. գրել քիմիական տարրերի ատոմների կրճատ էլեկտրոնային բանաձևերը, ի տարբերություն վերը նշված լրիվ էլեկտրոնային բանաձևերի, օրինակ.
$↙(11)Na 2, 8, 1;$ $↙(17)Cl 2, 8, 7;$ $↙(18)Ar 2, 8, 8$:
Մեծ պարբերությունների տարրերի համար (չորրորդ և հինգերորդ) առաջին երկու էլեկտրոնները զբաղեցնում են համապատասխանաբար $4s-$ և $5s$-ուղղծրերը՝ $↙(19)K 2, 8, 8, 1;$ $↙(38)Sr 2 , 8, 18, 8, 2$. Սկսած յուրաքանչյուրի երրորդ տարրից երկար ժամանակաշրջան, հաջորդ տասը էլեկտրոնները կգնան նախորդ $3d-$ և $4d-$օրբիտալներին համապատասխանաբար (կողմնակի ենթախմբերի տարրերի համար). $↙(23)V 2, 8, 11, 2;$ $↙(26) Fr 2, 8, 14, 2;$ $↙(40)Zr 2, 8, 18, 10, 2;$ $↙(43)Tc 2, 8, 18, 13, 2$: Որպես կանոն, երբ լրացվում է նախորդ $d$-ենթամակարդակը, արտաքին (համապատասխանաբար $4p-$ և $5p-$) $p-$ենթամակարդակը սկսում է լցվել՝ $↙(33) Որպես 2, 8, 18, 5;$ $ ↙(52)Te 2, 8, 18, 18, 6$:
Մեծ պարբերությունների տարրերի համար՝ վեցերորդ և թերի յոթերորդը, էլեկտրոնային մակարդակները և ենթամակարդակները լրացվում են էլեկտրոններով, որպես կանոն, հետևյալ կերպ՝ առաջին երկու էլեկտրոնները մտնում են արտաքին $s-$ենթամակարդակ՝ $↙(56)Ba 2, 8։ , 18, 18, 8, 2;$ $↙(87)Fr 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1$; հաջորդ մեկ էլեկտրոնը ($La$-ի և $Ca$-ի համար) նախորդ $d$-ենթամակարդակին՝ $↙(57)La 2, 8, 18, 18, 9, 2$ և $↙(89)Ac 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2$.
Այնուհետև հաջորդ $14$ էլեկտրոնները դրսից կմտնեն էներգիայի երրորդ մակարդակ՝ համապատասխանաբար լանտոնիդների և ակտինիդների $4f$ և $5f$ ուղեծրերը՝ $↙(64)Gd 2, 8, 18, 25, 9, 2;$ $↙(92 )U 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2$:
Այնուհետև արտաքին էներգիայի երկրորդ մակարդակը ($d$-ենթամակարդակ) նորից կսկսի ձևավորվել կողմնակի ենթախմբերի տարրերի համար՝ $↙(73)Ta 2, 8, 18, 32, 11, 2;$ $↙(104) Rf 2, 8, 18, 32, 32, 10, 2$: Եվ, վերջապես, միայն այն բանից հետո, երբ $d$-ենթամակարդակը ամբողջությամբ լցվի տասը էլեկտրոններով, $p$-ենթածավալը նորից կլցվի՝ $↙(86)Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8$։
Շատ հաճախ ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը պատկերված է էներգիայի կամ քվանտային բջիջների միջոցով. նրանք գրում են այսպես կոչված. գրաֆիկական էլեկտրոնային բանաձևեր. Այս գրառման համար օգտագործվում է հետևյալ նշումը. յուրաքանչյուր քվանտային բջիջ նշվում է մեկ բջջով, որը համապատասխանում է մեկ ուղեծրի. յուրաքանչյուր էլեկտրոն նշվում է պտույտի ուղղությանը համապատասխանող սլաքով: Գրաֆիկա ձայնագրելիս էլեկտրոնային բանաձեւհիշել երկու կանոն. Պաուլիի սկզբունքը, ըստ որի բջիջը (ուղիղծը) կարող է ունենալ ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն, բայց հակազուգահեռ սպիններով, և Ֆ.Հունդի կանոն, ըստ որի էլեկտրոնները առաջին հերթին գրավում են ազատ բջիջները և միաժամանակ ունենում նույն արժեքըպտտվում են, և միայն դրանից հետո նրանք զուգավորում են, բայց պտույտները, ըստ Պաուլիի սկզբունքի, արդեն հակառակ ուղղորդված կլինեն։
Մենք նաև խորհուրդ ենք տալիս
Անջատիչ էլեկտրամատակարարում. վերանորոգում և ճշգրտում
Լույսի հեռակառավարում
Լողի պարապմունք նախադպրոցական տարիքի երեխաների համար
Նշումներ վարպետի համար - տնային կենցաղային ահազանգեր
Ժամացույցի պտուտակն Atmega8-ի վրա
Սարքի և ռելեի կիրառման օրինակներ, ինչպես ընտրել և միացնել ռելեը ճիշտ Միկրոկառավարիչ և ռելե պարզ անջատիչ սխեմաներ
Բեռնվում է...