โครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม พื้นฐานของโครงสร้างของอะตอม

บทเรียนนี้อุทิศให้กับการก่อตัวของแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างที่ซับซ้อนของอะตอม พิจารณาสถานะของอิเล็กตรอนในอะตอมแนวคิดของ "การโคจรของอะตอมและเมฆอิเล็กตรอน" รูปแบบของออร์บิทัล (s--, p-, d-orbitals) นอกจากนี้ยังมีการพิจารณาแง่มุมต่างๆ เช่น จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดที่ระดับพลังงานและระดับย่อย การกระจายของอิเล็กตรอนเหนือระดับพลังงานและระดับย่อยในอะตอมของธาตุในสี่ช่วงแรก วาเลนซ์อิเล็กตรอนของ s-, p- และ d-elements ไดอะแกรมกราฟิกของโครงสร้างของชั้นอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม (สูตรอิเล็กตรอน - กราฟิค)

หัวเรื่อง : โครงสร้างของอะตอม. กฎหมายเป็นระยะดี. เมนเดเลเยฟ

บทเรียน: โครงสร้างของอะตอม

แปลจาก กรีก, คำ " อะตอม"หมายถึง "แยกไม่ออก" อย่างไรก็ตาม มีการค้นพบปรากฏการณ์ที่แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการแบ่งแยก การปล่อยนี้ เอกซเรย์, การปล่อยรังสีแคโทด, ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก, ปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสี อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน คืออนุภาคที่ประกอบเป็นอะตอม เรียกว่า อนุภาค.

แท็บ หนึ่ง

นอกจากโปรตอนแล้ว นิวเคลียสของอะตอมส่วนใหญ่ประกอบด้วย นิวตรอนที่ไม่มีค่าใช้จ่าย ดังจะเห็นได้จากตาราง 1 มวลของนิวตรอนแทบไม่ต่างจากมวลของโปรตอน โปรตอนและนิวตรอนประกอบกันเป็นนิวเคลียสของอะตอมและเรียกว่า นิวคลีออน (นิวเคลียส - นิวเคลียส). ประจุและมวลของพวกมันในหน่วยมวลอะตอม (a.m.u. ) แสดงไว้ในตารางที่ 1 เมื่อคำนวณมวลของอะตอม มวลของอิเล็กตรอนจะถูกละเลยไป

มวลของอะตอม ( เลขมวล) เท่ากับผลรวมของมวลของโปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบเป็นนิวเคลียส เลขมวลเขียนแทนด้วยตัวอักษร แต่. จากชื่อปริมาณนี้ จะเห็นว่ามีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับมวลอะตอมของธาตุที่ปัดเศษเป็นจำนวนเต็ม A=Z+N

ที่นี่ อา- เลขมวลของอะตอม (ผลรวมของโปรตอนและนิวตรอน) Z- ประจุนิวเคลียร์ (จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส) นู๋คือจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส ตามหลักคำสอนของไอโซโทป แนวคิดของ "องค์ประกอบทางเคมี" สามารถให้คำจำกัดความดังต่อไปนี้:

องค์ประกอบทางเคมี เรียกหมู่อะตอมที่มีประจุนิวเคลียสเท่ากัน

องค์ประกอบบางอย่างมีอยู่เป็นหลายรายการ ไอโซโทป. "ไอโซโทป" หมายถึง "ครอบครองที่เดียวกัน" ไอโซโทปมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีมวลต่างกัน กล่าวคือ จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส (หมายเลข N) เนื่องจากนิวตรอนแทบไม่มีผลกับ คุณสมบัติทางเคมีธาตุ ไอโซโทปทั้งหมดของธาตุเดียวกันนั้นแยกไม่ออกทางเคมี

ไอโซโทปเรียกว่าอะตอมที่หลากหลายขององค์ประกอบทางเคมีเดียวกันที่มีประจุนิวเคลียร์เหมือนกัน (นั่นคือด้วย เบอร์เดียวกันโปรตอน) แต่ด้วย จำนวนที่แตกต่างกันนิวตรอนในนิวเคลียส

ไอโซโทปต่างกันในจำนวนมวลเท่านั้น ซึ่งระบุด้วยตัวยกที่มุมขวาหรือในบรรทัด: 12 C หรือ C-12 . หากองค์ประกอบประกอบด้วยไอโซโทปธรรมชาติหลายตัว ให้อยู่ในตารางธาตุ D.I. Mendeleev ระบุมวลอะตอมเฉลี่ยโดยคำนึงถึงความชุก ตัวอย่างเช่น คลอรีนประกอบด้วย 2 ไอโซโทปธรรมชาติ 35 Cl และ 37 Cl ซึ่งมีเนื้อหาคือ 75% และ 25% ตามลำดับ ดังนั้นมวลอะตอมของคลอรีนจะเท่ากับ:

แต่r(Cl)=0,75 . 35+0,25 . 37=35,5

สำหรับอะตอมสังเคราะห์หนัก ให้ค่าหนึ่งค่า มวลอะตอมในวงเล็บเหลี่ยม นี่คือมวลอะตอมของไอโซโทปที่เสถียรที่สุด องค์ประกอบที่กำหนด.

แบบจำลองพื้นฐานของโครงสร้างของอะตอม

ในอดีต แบบจำลองอะตอมของทอมสันเป็นแบบจำลองแรกในปี พ.ศ. 2440

ข้าว. 1. แบบจำลองโครงสร้างของอะตอม โดย เจ. ทอมสัน

นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ J.J. Thomson เสนอว่าอะตอมประกอบด้วยทรงกลมที่มีประจุบวกซึ่งมีอิเล็กตรอนกระจายอยู่ (รูปที่ 1) โมเดลนี้เปรียบเปรยเรียกว่า "พุดดิ้งพลัม" ขนมปังที่มีลูกเกด (โดยที่ "ลูกเกด" เป็นอิเล็กตรอน) หรือ "แตงโม" กับ "เมล็ด" - อิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม โมเดลนี้ถูกยกเลิก เนื่องจากได้รับข้อมูลการทดลองที่ขัดแย้งกับโมเดล

ข้าว. 2. แบบจำลองโครงสร้างของอะตอม โดย E. Rutherford

ในปี ค.ศ. 1910 Ernst Rutherford นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ พร้อมด้วยนักเรียนของเขา Geiger และ Marsden ได้ทำการทดลองซึ่งให้ผลลัพธ์ที่น่าอัศจรรย์ซึ่งอธิบายไม่ได้จากมุมมองของแบบจำลอง Thomson Ernst Rutherford ได้รับการพิสูจน์โดยประสบการณ์ว่าในใจกลางของอะตอมมีนิวเคลียสที่มีประจุบวก (รูปที่ 2) ซึ่งอิเล็กตรอนหมุนรอบเช่นเดียวกับดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ อะตอมโดยรวมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า และอิเล็กตรอนถูกกักไว้ในอะตอมเนื่องจากแรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต (แรงคูลอมบ์) โมเดลนี้มีความขัดแย้งมากมาย และที่สำคัญที่สุดไม่ได้อธิบายว่าทำไมอิเล็กตรอนถึงไม่ตกบนนิวเคลียส เช่นเดียวกับความเป็นไปได้ของการดูดซับและการปล่อยพลังงานจากมัน

นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก N. Bohr ในปี 1913 โดยใช้แบบจำลองอะตอมของ Rutherford เป็นพื้นฐาน ได้เสนอแบบจำลองของอะตอมที่อนุภาคอิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียสของอะตอมในลักษณะเดียวกับที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์

ข้าว. 3. แบบจำลองดาวเคราะห์ของ N. Bohr

บอร์แนะนำว่าอิเล็กตรอนในอะตอมสามารถดำรงอยู่อย่างเสถียรในวงโคจรที่ระยะห่างจากนิวเคลียสที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด วงโคจรเหล่านี้เขาเรียกว่าอยู่กับที่ อิเล็กตรอนไม่สามารถอยู่นอกวงโคจรที่อยู่กับที่ เหตุใดจึงเป็นเช่นนี้ บอร์ไม่สามารถอธิบายได้ในขณะนั้น แต่เขาแสดงให้เห็นว่าแบบจำลองดังกล่าว (รูปที่ 3) ทำให้สามารถอธิบายข้อเท็จจริงเชิงทดลองมากมายได้

ปัจจุบันใช้อธิบายโครงสร้างของอะตอม กลศาสตร์ควอนตัมนี่เป็นวิทยาศาสตร์ ลักษณะสำคัญคืออิเล็กตรอนมีคุณสมบัติของอนุภาคและคลื่นในเวลาเดียวกัน นั่นคือ ความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่น ตาม กลศาสตร์ควอนตัม, พื้นที่ของพื้นที่ซึ่งความน่าจะเป็นที่จะพบอิเล็กตรอนมากที่สุดเรียกว่าวงโคจร ยิ่งอิเล็กตรอนอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากเท่าใด พลังงานปฏิสัมพันธ์กับนิวเคลียสก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น อิเล็กตรอนที่มีรูปแบบพลังงานใกล้เคียงกัน ระดับพลังงาน จำนวนระดับพลังงานเท่ากับ หมายเลขงวดซึ่งองค์ประกอบนี้อยู่ในตาราง D.I. เมนเดเลเยฟ. มีอยู่ หลากหลายรูปแบบออร์บิทัลของอะตอม (รูปที่ 4). d-orbital และ f-orbital มีรูปร่างที่ซับซ้อนกว่า

ข้าว. 4. รูปร่างของออร์บิทัลอะตอม

ในเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมมีอิเล็กตรอนจำนวนมากพอๆ กับที่มีโปรตอนในนิวเคลียส ดังนั้นอะตอมทั้งหมดจึงเป็นกลางทางไฟฟ้า อิเล็กตรอนในอะตอมถูกจัดเรียงเพื่อให้มีพลังงานน้อยที่สุด ยิ่งอิเล็กตรอนอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากเท่าไร ออร์บิทัลก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และมีรูปร่างที่ซับซ้อนมากขึ้น แต่ละระดับและระดับย่อยสามารถเก็บอิเล็กตรอนได้จำนวนหนึ่งเท่านั้น ในทางกลับกัน ระดับย่อยประกอบด้วย ออร์บิทัล.

ที่ระดับพลังงานแรก ซึ่งใกล้กับนิวเคลียสมากที่สุด สามารถมีวงโคจรเป็นทรงกลมได้หนึ่งวง ( 1 ส). ที่ระดับพลังงานที่สอง - ออร์บิทัลทรงกลมขนาดใหญ่และ p-orbitals สามอัน: 2 ส2 ppp. ในระดับที่สาม: 3 ส3 ppp3 dddd.

นอกจากการเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสแล้ว อิเล็กตรอนยังมีการเคลื่อนไหวซึ่งสามารถแสดงเป็นการเคลื่อนที่รอบแกนของพวกมันเองได้ การหมุนนี้เรียกว่า หมุน (ในเลน จากอังกฤษ. "แกนหมุน") มีเพียงสองอิเล็กตรอนที่มีการหมุนตรงข้าม (ต้านขนาน) เท่านั้นที่สามารถอยู่ในวงโคจรเดียวได้

ขีดสุดจำนวนอิเล็กตรอนต่อ ระดับพลังงานถูกกำหนดโดยสูตร นู๋=2 น 2.

โดยที่ n คือตัวหลัก จำนวนควอนตัม(เลขระดับพลังงาน). ดูตาราง 2

แท็บ 2

ขึ้นอยู่กับวงโคจรของอิเล็กตรอนสุดท้าย ส-, พี-, d-องค์ประกอบองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักเป็นของ ส-, พี-องค์ประกอบในกลุ่มย่อยด้านข้างคือ d-องค์ประกอบ

แผนภาพกราฟิกของโครงสร้างของชั้นอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม (สูตรกราฟิกอิเล็กทรอนิกส์)

เพื่ออธิบายการเรียงตัวของอิเล็กตรอนในออร์บิทัลของอะตอม มีการใช้โครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อต้องการเขียนเป็นบรรทัด ออร์บิทัลจะถูกเขียนเป็น ตำนาน (ส--, พี-, ด-,ฉ-ออร์บิทัล) และข้างหน้ามีตัวเลขระบุจำนวนระดับพลังงาน ยังไง จำนวนมากขึ้นยิ่งอิเล็กตรอนมาจากนิวเคลียส ในกรณีตัวพิมพ์ใหญ่ เหนือการกำหนดของออร์บิทัล จำนวนอิเล็กตรอนในออร์บิทัลนี้จะถูกเขียนไว้ (รูปที่ 5)

ข้าว. 5

ในรูปกราฟิก การกระจายของอิเล็กตรอนในออร์บิทัลของอะตอมสามารถแสดงเป็นเซลล์ได้ แต่ละเซลล์สอดคล้องกับหนึ่งออร์บิทัล จะมีเซลล์ดังกล่าวสามเซลล์สำหรับ p-orbital ห้าเซลล์สำหรับ d-orbital และเจ็ดเซลล์สำหรับ f-orbital หนึ่งเซลล์สามารถมีอิเล็กตรอนได้ 1 หรือ 2 อิเล็กตรอน ตาม กฎของกุนด์, อิเล็กตรอนจะถูกกระจายในออร์บิทัลที่มีพลังงานเท่ากัน (เช่น ใน p-orbitals สามตัว) ทีละตัว และเมื่อมีอิเล็กตรอนอยู่แล้วหนึ่งตัวในแต่ละออร์บิทัลนั้น การเติมออร์บิทัลเหล่านี้ด้วยอิเล็กตรอนตัวที่สองจะเริ่มขึ้น อิเล็กตรอนดังกล่าวเรียกว่า จับคู่สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในเซลล์ข้างเคียง อิเล็กตรอนจะผลักกันน้อยกว่า เหมือนกับอนุภาคที่มีประจุในทำนองเดียวกัน

ดูรูปที่ 6 สำหรับอะตอม 7 N.

ข้าว. 6

การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมสแกนเดียม

21 sc: 1 ส 2 2 ส 2 2 พี 6 3 ส 2 3 พี 6 4 ส 2 3 d 1

อิเล็กตรอนในระดับพลังงานภายนอกเรียกว่าวาเลนซ์อิเล็กตรอน 21 scอ้างถึง d-องค์ประกอบ

สรุปบทเรียน

ในบทเรียน ได้มีการพิจารณาโครงสร้างของอะตอม สถานะของอิเล็กตรอนในอะตอม แนวคิดของ "การโคจรของอะตอมและเมฆอิเล็กตรอน" ถูกนำมาใช้ นักเรียนได้เรียนรู้ว่าออร์บิทัลมีรูปร่างอย่างไร ( ส-, พี-, d-ออร์บิทัล) จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดที่ระดับพลังงานและระดับย่อยคือเท่าใด การกระจายตัวของอิเล็กตรอนเหนือระดับพลังงานคืออะไร ส-, พี- และ d-องค์ประกอบ ไดอะแกรมกราฟิกของโครงสร้างของชั้นอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม (สูตรอิเล็กตรอน - กราฟิค)

บรรณานุกรม

1. Rudzitis G.E. เคมี. พื้นฐาน เคมีทั่วไป. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 11: ตำราเรียนสำหรับ สถาบันการศึกษา: ระดับพื้นฐาน / G.E. Rudzitis, F.G. เฟลด์แมน - ครั้งที่ 14 - ม.: การศึกษา, 2555.

2. สมเด็จพระสันตะปาปา เคมี : ป.8 ตำราเรียนทั่วไป สถาบันการศึกษา/ ป. Popel, L.S. Krivlya. - K.: Information Center "Academy", 2008. - 240 p.: ill.

3. เอ.วี. มานูอิลอฟ, V.I. โรดิโอนอฟ พื้นฐานของเคมี กวดวิชาอินเทอร์เน็ต

การบ้าน

1. ลำดับที่ 5-7 (หน้า 22) Rudzitis G.E. เคมี. พื้นฐานของวิชาเคมีทั่วไป. เกรด 11 ตำราเรียนสำหรับสถานศึกษา ระดับพื้นฐาน / G.E. Rudzitis, F.G. เฟลด์แมน - ครั้งที่ 14 - ม.: การศึกษา, 2555.

2. เขียนสูตรอิเล็กทรอนิกส์สำหรับองค์ประกอบต่อไปนี้: 6 C, 12 Mg, 16 S, 21 Sc.

3. องค์ประกอบมีสูตรอิเล็กทรอนิกส์ดังต่อไปนี้: a) 1s 2 2s 2 2p 4 .b) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 ค) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 . องค์ประกอบเหล่านี้คืออะไร?

อะตอมเป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าซึ่งประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ

โครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอม

นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วย อนุภาคมูลฐานสองประเภท: โปรตอน(พี) และ นิวตรอน(น). ผลรวมของโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอมหนึ่งเรียกว่า หมายเลขนิวคลีออน:
,
ที่ไหน แต่- หมายเลขนิวคลีออน นู๋- จำนวนนิวตรอน Zคือจำนวนโปรตอน
โปรตอนมีประจุบวก (+1) นิวตรอนไม่มีประจุ (0) อิเล็กตรอนมีประจุลบ (-1) มวลของโปรตอนและนิวตรอนมีค่าใกล้เคียงกันซึ่งมีค่าเท่ากับ 1 มวลของอิเล็กตรอนนั้นน้อยกว่ามวลของโปรตอนมาก ดังนั้นจึงละเลยในวิชาเคมี เมื่อพิจารณาว่ามวลทั้งหมดของอะตอม จะกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียส
จำนวนโปรตอนที่มีประจุบวกในนิวเคลียสเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ จากนั้นจึงรวมอะตอมทั้งหมด เป็นกลางทางไฟฟ้า.
อะตอมที่มีประจุนิวเคลียร์เท่ากันคือ องค์ประกอบทางเคมี.
อะตอมของธาตุต่างๆ เรียกว่า นิวไคลด์.
ไอโซโทป- อะตอมของธาตุเดียวกัน ซึ่งมีเลขนิวคลีออนต่างกันเนื่องจากจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสต่างกัน
ไอโซโทปของไฮโดรเจน

ชื่อ	อา	Z	นู๋
Protium N	1	1	0
ดิวเทอเรียม ดี	2	1	1
ทริเทียม T	3	1	2

การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี

นิวเคลียสของนิวไคลด์สามารถสลายตัวพร้อมกับการเกิดนิวเคลียสของธาตุอื่นๆ รวมทั้งหรืออนุภาคอื่นๆ
การสลายตัวตามธรรมชาติของอะตอมของธาตุบางชนิดเรียกว่า กัมมันตรังสียูและสารดังกล่าว - กัมมันตรังสีและ. กัมมันตภาพรังสีมาพร้อมกับการปล่อยอนุภาคมูลฐานและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า - รังสีก.
สมการการสลายตัวของนิวเคลียร์- ปฏิกิริยานิวเคลียร์ - เขียนได้ดังนี้

เวลาที่อะตอมของนิวไคลด์กำหนดให้สลายเรียกว่า ครึ่งชีวิต.
ธาตุที่มีเพียงไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเรียกว่า กัมมันตรังสีส. เหล่านี้คือองค์ประกอบ 61 และ 84-107

ประเภทของการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี

1) -rozpa e. -อนุภาคถูกปล่อยออกมา กล่าวคือ นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม ในกรณีนี้ จำนวนนิวคลีออนของไอโซโทปลดลง 4 และประจุของนิวเคลียสลดลง 2 หน่วย ตัวอย่างเช่น

2) -rozpa e. ในนิวเคลียสที่ไม่เสถียร นิวตรอนจะกลายเป็นโปรตอน ในขณะที่นิวเคลียสจะปล่อยอิเล็กตรอนและแอนตินิวตริโน ระหว่างการสลายตัว - จำนวนนิวคลีออนจะไม่เปลี่ยนแปลง และประจุนิวเคลียร์จะเพิ่มขึ้น 1 ตัวอย่างเช่น

3) -rozpa e. นิวเคลียสที่ถูกกระตุ้นจะปล่อยรังสีที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก ในขณะที่พลังงานของนิวเคลียสลดลง จำนวนนิวเคลียสและประจุของนิวเคลียสจะไม่เปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่น

โครงสร้าง เปลือกอิเล็กตรอนอะตอมของธาตุในสามคาบแรก

อิเล็กตรอนมีลักษณะเป็นคู่: สามารถทำหน้าที่เป็นอนุภาคและเป็นคลื่นได้ อิเล็กตรอนในอะตอมจะไม่เคลื่อนที่ไปตามวิถีโคจร แต่สามารถอยู่ในส่วนใด ๆ รอบ ๆ พื้นที่นิวเคลียร์ได้ อย่างไรก็ตาม ความน่าจะเป็นที่จะอยู่ใน ส่วนต่างๆพื้นที่นี้ไม่เหมือนกัน บริเวณรอบนิวเคลียสที่มีแนวโน้มว่าอิเล็กตรอนจะถูกเรียกว่า orbitalยู.
อิเล็กตรอนแต่ละตัวในอะตอมอยู่ห่างจากนิวเคลียสตามระดับพลังงานสำรอง อิเล็กตรอนที่มีรูปแบบพลังงานเท่ากัน พลังงาน rіvnและหรือ ชั้นอิเล็กทรอนิกส์และ.
จำนวนระดับพลังงานที่เต็มไปด้วยอิเล็กตรอนในอะตอมของธาตุที่กำหนดจะเท่ากับจำนวนของคาบที่อิเลคตรอนตั้งอยู่
จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานภายนอกเท่ากับจำนวนกลุ่ม inซึ่งองค์ประกอบนั้นตั้งอยู่
ภายในระดับพลังงานเดียวกัน อิเล็กตรอนสามารถมีรูปร่างต่างกันได้ อีเมฆและหรือ orbitalและ. มีรูปแบบของออร์บิทัลดังนี้:
ส- แบบฟอร์ม:
พี- แบบฟอร์ม:
นอกจากนี้ยังมี d-, ฉ-ออร์บิทัลและอื่น ๆ ที่มีรูปร่างซับซ้อนกว่า
อิเล็กตรอนที่มีรูปร่างเหมือนกันของเมฆอิเล็กตรอนจะก่อตัวเหมือนกัน การจัดหาพลังงานและ: ส-, พี-, d-, ฉ-ระดับย่อย
จำนวนระดับย่อยในแต่ละระดับพลังงานเท่ากับจำนวนระดับนี้
ภายในหนึ่งระดับย่อยของพลังงาน เป็นไปได้ การกระจายที่แตกต่างกันออร์บิทัลในอวกาศ ดังนั้น ในระบบพิกัดสามมิติสำหรับ สออร์บิทัลสามารถมีได้เพียงตำแหน่งเดียวเท่านั้น:

สำหรับ R-ออร์บิทัล - สาม:

สำหรับ d-orbitals - ห้า สำหรับ ฉ-ออร์บิทัล - เจ็ด
ออร์บิทัลเป็นตัวแทนของ:
ส-ระดับย่อย-
พี-ระดับย่อย-
d-ระดับย่อย-
อิเล็กตรอนในไดอะแกรมถูกระบุด้วยลูกศรที่ระบุการหมุนของมัน สปินคือการหมุนของอิเล็กตรอนรอบแกนของมัน มันถูกระบุด้วยลูกศร: หรือ . อิเล็กตรอนสองตัวในวงโคจรเดียวกันถูกเขียนขึ้นแต่ไม่ใช่
มีอิเล็กตรอนไม่เกิน 2 ตัวในหนึ่งออร์บิทัล ( หลักการเปาลี).
หลักการพลังงานน้อยที่สุดไทย : ในอะตอม อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะอยู่ในตำแหน่งที่มีพลังงานน้อยที่สุด (ซึ่งสอดคล้องกับพันธะที่ใหญ่ที่สุดกับนิวเคลียส).
ตัวอย่างเช่น, การกระจายของอิเล็กตรอนในอะตอมคลอรีนใน:

อิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่หนึ่งตัวกำหนดความจุของคลอรีนในสถานะนี้ - I.
ในระหว่างการรับพลังงานเพิ่มเติม (การฉายรังสีความร้อน) เป็นไปได้ที่จะแยกอิเล็กตรอน (โปรโมชั่น) สถานะของอะตอมนี้เรียกว่า ซบุดเจนี่ m. ในกรณีนี้ จำนวนของอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่จะเพิ่มขึ้น ดังนั้น ความจุของอะตอมจึงเปลี่ยนไป
สภาวะตื่นเต้นของอะตอมคลอรีนใน :

ดังนั้น ในบรรดาจำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ คลอรีนสามารถมีวาเลนซี III, V และ VII ได้

ทุกสิ่งในโลกประกอบด้วยอะตอม แต่พวกมันมาจากไหนและพวกมันประกอบด้วยอะไร? วันนี้เราตอบคำถามพื้นฐานง่ายๆ เหล่านี้ อันที่จริงผู้คนจำนวนมากที่อาศัยอยู่บนโลกใบนี้กล่าวว่าพวกเขาไม่เข้าใจโครงสร้างของอะตอมซึ่งพวกเขาประกอบขึ้นเอง

ผู้อ่านที่รักเข้าใจดีว่าในบทความนี้เรากำลังพยายามนำเสนอทุกอย่างในระดับที่ง่ายและน่าสนใจที่สุด ดังนั้นเราจึงไม่ "โหลด" ด้วยคำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์ สำหรับผู้ที่ต้องการศึกษาประเด็นเพิ่มเติม ระดับมืออาชีพเราขอแนะนำให้คุณอ่านวรรณกรรมเฉพาะทาง อย่างไรก็ตาม ข้อมูลในบทความนี้สามารถทำงานได้ดีในการศึกษาของคุณและทำให้คุณมีความขยันมากขึ้น

อะตอมเป็นอนุภาคของสสารที่มีขนาดและมวลด้วยกล้องจุลทรรศน์ ซึ่งเป็นส่วนที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมี ซึ่งเป็นพาหะของคุณสมบัติของอะตอม กล่าวอีกนัยหนึ่งคืออนุภาคที่เล็กที่สุดของสารที่สามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีได้

ประวัติการค้นพบและโครงสร้าง

แนวคิดของอะตอมเป็นที่รู้จักในสมัยกรีกโบราณ อะตอมเป็นทฤษฎีทางกายภาพที่ระบุว่าวัตถุทางวัตถุทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ เช่นกัน กรีกโบราณแนวคิดเรื่องปรมาณูได้รับการพัฒนาควบคู่ไปกับอินเดียโบราณ

ไม่มีใครรู้ว่ามนุษย์ต่างดาวบอกนักปรัชญาเกี่ยวกับอะตอมในตอนนั้นหรือคิดไปเอง แต่นักเคมีสามารถทดลองยืนยันทฤษฎีนี้ได้ในภายหลัง - เฉพาะในศตวรรษที่สิบเจ็ดเท่านั้นเมื่อยุโรปโผล่ออกมาจากก้นบึ้งของการสืบสวนและกลาง อายุ

เป็นเวลานานที่ความคิดที่โดดเด่นของโครงสร้างของอะตอมคือแนวคิดที่ว่ามันเป็นอนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ ความจริงที่ว่าอะตอมยังคงสามารถแบ่งออกได้ก็ชัดเจนเมื่อต้นศตวรรษที่ยี่สิบเท่านั้น รัทเทอร์ฟอร์ดต้องขอบคุณการทดลองที่มีชื่อเสียงของเขาเกี่ยวกับการโก่งตัวของอนุภาคแอลฟา ได้เรียนรู้ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่อิเล็กตรอนหมุนรอบ ได้รับการยอมรับ แบบจำลองดาวเคราะห์อะตอม ตามที่อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียส เหมือนกับดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเรารอบๆ ดาวฤกษ์

แนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมได้ก้าวหน้าไปไกลแล้ว ในทางกลับกันนิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยอนุภาคย่อยของอะตอมหรือนิวคลีออน - โปรตอนและนิวตรอน มันคือนิวคลีออนที่ประกอบขึ้นเป็นกลุ่มของอะตอม ในเวลาเดียวกัน โปรตอนและนิวตรอนก็ไม่ใช่อนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้และประกอบด้วยอนุภาคพื้นฐาน - ควาร์ก

นิวเคลียสของอะตอมมีค่าเป็นบวก ค่าไฟฟ้าในขณะที่อิเล็กตรอนที่โคจรเป็นลบ ดังนั้นอะตอมจึงเป็นกลางทางไฟฟ้า

ด้านล่างเป็นแผนภาพเบื้องต้นของโครงสร้างของอะตอมคาร์บอน

คุณสมบัติของอะตอม

น้ำหนัก

มวลของอะตอมมักจะวัดเป็นหน่วยมวลอะตอม - a.m.u. หน่วยมวลอะตอมคือมวล 1/12 ของอะตอมคาร์บอนนิ่งอิสระในสถานะพื้น

ในวิชาเคมี จะใช้แนวคิดในการวัดมวลอะตอม "โมล". 1 โมลคือปริมาณของสารที่มีจำนวนอะตอมเท่ากับจำนวนของอโวกาโดร

ขนาด

อะตอมมีขนาดเล็กมาก อะตอมที่เล็กที่สุดคืออะตอมฮีเลียม รัศมีของมันคือ 32 พิโคเมตร อะตอมที่ใหญ่ที่สุดคืออะตอมซีเซียมซึ่งมีรัศมี 225 พิโคเมตร คำนำหน้า pico หมายถึงสิบถึงลบสิบสอง! นั่นคือถ้าลดลง 32 เมตรเป็นพันพันล้านครั้ง เราจะได้ขนาดรัศมีของอะตอมฮีเลียม

ในขณะเดียวกัน ขนาดของสิ่งต่าง ๆ ก็เป็นเช่นนั้น อันที่จริง อะตอมประกอบด้วยความว่างเปล่า 99% นิวเคลียสและอิเล็กตรอนครอบครองส่วนเล็ก ๆ ของปริมาตรของมัน มาดูตัวอย่างกัน หากคุณนึกภาพอะตอมในรูปแบบของสนามกีฬาโอลิมปิกในปักกิ่ง (หรืออาจจะไม่ใช่ในปักกิ่ง ลองนึกภาพสนามกีฬาขนาดใหญ่) จากนั้นนิวเคลียสของอะตอมนี้จะเป็นเชอร์รี่ที่อยู่ตรงกลางสนาม วงโคจรของอิเล็กตรอนจะอยู่ที่ระดับอัฒจันทร์บน และเชอร์รี่จะหนัก 30 ล้านตัน น่าประทับใจใช่มั้ย

อะตอมมาจากไหน?

อย่างที่คุณทราบ ตอนนี้อะตอมต่างๆ ถูกจัดกลุ่มไว้ในตารางธาตุ มีองค์ประกอบ 118 (และหากมีองค์ประกอบที่คาดการณ์ไว้ แต่ยังไม่ได้ค้นพบ - 126) โดยไม่นับไอโซโทป แต่มันก็ไม่เป็นเช่นนั้นเสมอไป

ในช่วงเริ่มต้นของการก่อตัวของเอกภพนั้นไม่มีอะตอม และยิ่งกว่านั้น มีเพียงอนุภาคมูลฐานซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิมหาศาล อย่างที่นักกวีกล่าวไว้ว่า มันคืออะพอธีโอซิสที่แท้จริงของอนุภาค ในช่วงสามนาทีแรกของการดำรงอยู่ของจักรวาล เนื่องจากอุณหภูมิลดลงและความบังเอิญของปัจจัยทั้งหมด กระบวนการของการสังเคราะห์นิวคลีโอชันหลักเริ่มต้นขึ้นเมื่อองค์ประกอบแรกปรากฏขึ้นจากอนุภาคมูลฐาน ได้แก่ ไฮโดรเจน ฮีเลียม ลิเธียม และ ดิวเทอเรียม (ไฮโดรเจนหนัก) มันเกิดจากองค์ประกอบเหล่านี้ที่ดาวดวงแรกก่อตัวขึ้นในส่วนลึกของปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ไฮโดรเจนและฮีเลียม "ถูกเผาไหม้" ทำให้เกิดองค์ประกอบที่หนักกว่า หากดาวฤกษ์มีขนาดใหญ่พอ มันก็จบชีวิตด้วยการระเบิดที่เรียกว่า "ซุปเปอร์โนวา" ซึ่งเป็นผลมาจากการที่อะตอมถูกขับออกสู่อวกาศโดยรอบ และตารางธาตุทั้งหมดก็ปรากฎออกมา

ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าอะตอมทั้งหมดที่เราประกอบขึ้นเคยเป็นส่วนหนึ่งของดวงดาวโบราณ

ทำไมนิวเคลียสของอะตอมไม่สลายตัว?

ในฟิสิกส์ มีปฏิสัมพันธ์พื้นฐานสี่ประเภทระหว่างอนุภาคกับวัตถุที่พวกมันประกอบขึ้นเป็น สิ่งเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาที่แข็งแกร่ง อ่อนแอ แม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วง

ต้องขอบคุณปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงซึ่งแสดงออกในระดับของนิวเคลียสของอะตอมและมีหน้าที่ในการดึงดูดระหว่างนิวคลีออนว่าอะตอมนั้นเป็น "น็อตที่เหนียว"

ไม่นานมานี้ ผู้คนตระหนักว่าเมื่อนิวเคลียสของอะตอมแตกออก พลังงานมหาศาลก็ถูกปลดปล่อยออกมา ฟิชชันของนิวเคลียสอะตอมหนักเป็นแหล่งพลังงานใน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และอาวุธนิวเคลียร์

ดังนั้น เพื่อน ๆ ที่ได้แนะนำคุณเกี่ยวกับโครงสร้างและพื้นฐานของโครงสร้างของอะตอมแล้ว เราทำได้เพียงเตือนคุณว่าเราพร้อมที่จะช่วยเหลือคุณทุกเมื่อ ไม่สำคัญคุณต้องสำเร็จประกาศนียบัตรใน ฟิสิกส์นิวเคลียร์หรือการควบคุมที่เล็กที่สุด - สถานการณ์แตกต่างกัน แต่มีทางออกจากสถานการณ์ใด ๆ ลองนึกถึงขนาดของจักรวาล สั่งงานที่ Zaochnik และจำไว้ว่า ไม่มีเหตุผลที่จะต้องกังวล

(บันทึกการบรรยาย)

โครงสร้างของอะตอม บทนำ.

วัตถุประสงค์ของการศึกษาวิชาเคมีคือองค์ประกอบทางเคมีและสารประกอบของพวกมัน องค์ประกอบทางเคมีเรียกหมู่อะตอมที่มีประจุบวกเท่ากัน อะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีที่ยังคงไว้ คุณสมบัติทางเคมี. อะตอมขององค์ประกอบหนึ่งหรือหลายองค์ประกอบเชื่อมต่อกันก่อให้เกิดอนุภาคที่ซับซ้อนมากขึ้น - โมเลกุล. อะตอมหรือโมเลกุลรวมตัวกันเป็นสารเคมี สารเคมีแต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะด้วยชุดของคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น จุดเดือดและจุดหลอมเหลว ความหนาแน่น การนำไฟฟ้าและความร้อน เป็นต้น

1. โครงสร้างของอะตอมและระบบธาตุเป็นระยะ

ดี. เมนเดเลเยฟ.

ความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับความสม่ำเสมอของการเติมระบบธาตุ D.I. Mendeleev ช่วยให้เราเข้าใจสิ่งต่อไปนี้:

1. แก่นแท้ทางกายภาพของการดำรงอยู่โดยธรรมชาติขององค์ประกอบบางอย่าง

2. ธรรมชาติของความจุทางเคมีของธาตุ

3. ความสามารถและ "ความง่าย" ขององค์ประกอบในการให้หรือรับอิเล็กตรอนเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับองค์ประกอบอื่น

4. ธรรมชาติของพันธะเคมีที่องค์ประกอบที่กำหนดสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับองค์ประกอบอื่น ๆ โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโมเลกุลที่เรียบง่ายและซับซ้อน ฯลฯ เป็นต้น

โครงสร้างของอะตอม

อะตอมเป็นระบบไมโครที่ซับซ้อนของอนุภาคมูลฐานที่เคลื่อนที่และมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 พบว่าอะตอมประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กกว่า ได้แก่ นิวตรอน โปรตอน และอิเล็กตรอน อนุภาคสองอนุภาคสุดท้ายเป็นอนุภาคที่มีประจุ โปรตอนมีประจุบวก อิเล็กตรอนมีประจุลบ เนื่องจากอะตอมของธาตุในสถานะพื้นเป็นกลางทางไฟฟ้า นี่หมายความว่าจำนวนโปรตอนในอะตอมของธาตุใดๆ จะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน มวลของอะตอมถูกกำหนดโดยผลรวมของมวลของโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งจำนวนนั้นเท่ากับผลต่างระหว่างมวลของอะตอมและหมายเลขซีเรียลในระบบธาตุของ D.I. เมนเดเลเยฟ.

ในปี 1926 ชโรดิงเงอร์เสนอให้อธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กในอะตอมของธาตุโดยใช้สมการคลื่นที่เขาได้รับ เมื่อแก้สมการคลื่นชโรดิงเงอร์สำหรับอะตอมไฮโดรเจน จะมีเลขควอนตัมจำนวนเต็มสามจำนวนปรากฏขึ้น: น, ℓ และ ม ℓ ซึ่งกำหนดลักษณะของอิเล็กตรอนในพื้นที่สามมิติในสนามกลางของนิวเคลียส ตัวเลขควอนตัม น, ℓ และ ม ℓ ใช้ค่าจำนวนเต็ม ฟังก์ชัน Wave กำหนดโดยเลขควอนตัมสามตัว น, ℓ และ ม ℓ และได้รับจากการแก้สมการชโรดิงเงอร์เรียกว่าออร์บิทัล การโคจรเป็นพื้นที่ของช่องว่างที่มีแนวโน้มว่าจะพบอิเล็กตรอนมากที่สุดเป็นของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี ดังนั้นการแก้ปัญหาของสมการชโรดิงเงอร์สำหรับอะตอมไฮโดรเจนทำให้เกิดตัวเลขควอนตัมสามตัว ความหมายทางกายภาพซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของออร์บิทัลสามชนิดที่อะตอมสามารถมีได้ มาดูเลขควอนตัมแต่ละตัวกันดีกว่า

หมายเลขควอนตัมหลัก n สามารถใช้ค่าจำนวนเต็มบวกใดๆ ได้: n = 1,2,3,4,5,6,7… มันแสดงลักษณะพลังงานของระดับอิเล็กทรอนิกส์และขนาดของ "คลาวด์" อิเล็กทรอนิกส์ เป็นลักษณะเฉพาะที่จำนวนของหมายเลขควอนตัมหลักตรงกับจำนวนของช่วงเวลาที่องค์ประกอบที่กำหนดตั้งอยู่

เลขควอนตัม Azimuthal หรือ orbitalℓ สามารถนำค่าจำนวนเต็มจาก ℓ = 0….สูงถึง n – 1 และกำหนดโมเมนต์การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน เช่น รูปร่างวงโคจร สำหรับค่าตัวเลขต่างๆ ของ ℓ use สัญกรณ์ต่อไปนี้: ℓ = 0, 1, 2, 3 และแสดงด้วยสัญลักษณ์ ส, พี, d, ฉตามลำดับสำหรับ ℓ = 0, 1, 2 และ 3 ในตารางธาตุไม่มีองค์ประกอบที่มีหมายเลขการหมุน ℓ = 4.

เลขควอนตัมแม่เหล็กม ℓ กำหนดลักษณะการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของออร์บิทัลอิเล็กตรอนและด้วยเหตุนี้คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าของอิเล็กตรอน สามารถรับค่าจาก - ℓ ถึง + ℓ รวมทั้งศูนย์

รูปร่างหรือคุณสมบัติสมมาตรของออร์บิทัลของอะตอมนั้นขึ้นอยู่กับจำนวนควอนตัม ℓ และ ม ℓ . "เมฆอิเล็กทรอนิกส์" สอดคล้องกับ ส- ออร์บิทัลมีรูปร่างคล้ายลูกบอล (พร้อมๆ กัน) ℓ = 0).

รูปที่ 1 1s ออร์บิทัล

ออร์บิทัลที่กำหนดโดยตัวเลขควอนตัม ℓ = 1 และ m ℓ = -1, 0 และ +1 เรียกว่า p-orbitals เนื่องจาก m ℓ มีสาม ค่านิยมที่แตกต่างกันจากนั้นอะตอมจะมี p-orbitals ที่เทียบเท่ากันสามตัว (เลขควอนตัมหลักสำหรับพวกมันเหมือนกันและสามารถมีค่า n = 2,3,4,5,6 หรือ 7) p-Orbitals มีความสมมาตรตามแนวแกนและมีรูปแบบของแปดสามมิติ โดยวางแนวตามแนวแกน x, y และ z ในสนามภายนอก (รูปที่ 1.2) ดังนั้นที่มาของสัญลักษณ์ p x , p y และ p z

รูปที่ 2 p x , py และ p z -orbitals

นอกจากนี้ยังมีออร์บิทัล d- และ f-atomic สำหรับ ℓ = 2 และ m ℓ = -2, -1, 0, +1 และ +2 แรกคือ ห้า AO สำหรับวินาที ℓ = 3 และ m ℓ = -3, -2, -1, 0, +1, +2 และ +3 เช่น 7 อ.

ควอนตัมที่สี่ ม สเรียกว่าหมายเลขสปินควอนตัม ถูกนำมาใช้เพื่ออธิบายผลกระทบที่ละเอียดอ่อนในสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนโดย Goudsmit และ Uhlenbeck ในปี 1925 สปินของอิเล็กตรอนคือโมเมนตัมเชิงมุมของอนุภาคมูลฐานที่มีประจุของอิเล็กตรอน ทิศทางของอิเล็กตรอนจะเป็นเชิงปริมาณ กล่าวคือ จำกัดเฉพาะบางมุมเท่านั้น การวางแนวนี้ถูกกำหนดโดยค่าของเลขควอนตัมแม่เหล็กหมุน ซึ่งสำหรับอิเล็กตรอนคือ ½ ดังนั้นสำหรับอิเล็กตรอนตามกฎการหาปริมาณ ม ส = ± ½. ในการนี้ ในชุดของเลขควอนตัมสามตัว ควรบวกเลขควอนตัม ม ส . เราเน้นย้ำอีกครั้งว่าตัวเลขควอนตัมสี่ตัวกำหนดลำดับการสร้างตารางธาตุของ Mendeleev และอธิบายว่าทำไมจึงมีเพียงสององค์ประกอบในช่วงแรก แปดในช่วงที่สองและสาม 18 ในช่วงที่สี่ เป็นต้น อย่างไรก็ตาม เพื่อที่จะอธิบายโครงสร้างของอิเล็กตรอนหลายอะตอม ลำดับที่ระดับอิเล็กทรอนิกส์ถูกเติมเมื่อประจุบวกของอะตอมเพิ่มขึ้น ไม่เพียงพอที่จะมีแนวคิดเกี่ยวกับตัวเลขควอนตัมสี่ตัวที่ "ควบคุม" พฤติกรรมของอิเล็กตรอน เมื่อเติมออร์บิทัลอิเล็กทรอนิกส์ แต่คุณต้องรู้มากกว่านี้ กติกาง่ายๆกล่าวคือ หลักการของ Pauli กฎของ Gund และกฎของ Klechkovsky

ตามหลักเปาลี ในสถานะควอนตัมเดียวกันโดยมีค่าบางอย่างของตัวเลขควอนตัมสี่ตัวไม่มีอิเล็กตรอนมากกว่าหนึ่งตัวซึ่งหมายความว่าโดยหลักการแล้วอิเล็กตรอนหนึ่งตัวสามารถอยู่ในวงโคจรของอะตอมได้ อิเล็กตรอนสองตัวสามารถอยู่ในวงโคจรของอะตอมเดียวกันได้ก็ต่อเมื่อมีเลขควอนตัมสปินต่างกัน

เมื่อเติม p-AO สามตัว, d-AO ห้าตัว และ f-AO เจ็ดตัวด้วยอิเล็กตรอน ไม่ควรอาศัยเพียงหลักการของ Pauli เท่านั้น แต่ยังควรปฏิบัติตามกฎ Hund ด้วย: การเติมออร์บิทัลของ subshell หนึ่งอันในสถานะกราวด์เกิดขึ้นกับอิเล็กตรอนที่มีสปินเดียวกัน

เมื่อกรอก subshell (พี, d, ฉ) ค่าสัมบูรณ์ของผลรวมของการหมุนจะต้องสูงสุด.

กฎของเคลชคอฟสกี. ตามกฎของ Klechkovsky เมื่อเติมd และ ฉต้องเคารพการโคจรของอิเล็กตรอนหลักการพลังงานขั้นต่ำ ตามหลักการนี้ อิเล็กตรอนในสถานะพื้นดินจะเติมวงโคจรด้วยระดับพลังงานต่ำสุด พลังงานระดับย่อยถูกกำหนดโดยผลรวมของจำนวนควอนตัมน + ℓ = เ .

กฎข้อแรกของเคลชคอฟสกี: ขั้นแรกให้กรอกระดับย่อยเหล่านั้นซึ่งน + ℓ = เ น้อยที่สุด

กฎข้อที่สองของ Klechkovsky: ในกรณีความเท่าเทียมกันน + ℓ สำหรับระดับย่อยหลายระดับ ระดับย่อยที่น มินิมอล .

ปัจจุบันรู้จัก 109 องค์ประกอบ

2. พลังงานไอออไนซ์ ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน และอิเล็กโตรเนกาติวีตี้.

ลักษณะที่สำคัญที่สุดของโครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคือพลังงานไอออไนซ์ (EI) หรือศักย์ไฟฟ้าไอออไนเซชัน (IP) และสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนของอะตอม (SE) พลังงานไอออไนเซชันคือการเปลี่ยนแปลงของพลังงานในกระบวนการแยกอิเล็กตรอนออกจากอะตอมอิสระที่ 0 K: A = + + ē . การพึ่งพาพลังงานไอออไนเซชันกับเลขอะตอม Z ของธาตุ ขนาดของรัศมีอะตอมมีลักษณะเป็นคาบเด่นชัด

ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน (SE) คือการเปลี่ยนแปลงของพลังงานที่มาพร้อมกับการเพิ่มอิเล็กตรอนไปยังอะตอมที่แยกได้โดยมีการก่อตัวของไอออนลบที่ 0 K: A + ē = A - (อะตอมและไอออนอยู่ในสถานะพื้นดิน)ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนจะมีวงโคจรอิสระต่ำสุด (LUAO) ถ้า VZAO ถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนสองตัว SE ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของวงโคจรอย่างมาก

การเปลี่ยนแปลงใน EI และ SE สัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติหลายอย่างขององค์ประกอบและสารประกอบ ซึ่งใช้ในการทำนายคุณสมบัติเหล่านี้จากค่าของ EI และ SE ฮาโลเจนมีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนสัมบูรณ์สูงสุด ในแต่ละกลุ่มของตารางธาตุ ศักย์อิออไนเซชันหรือ EI จะลดลงตามจำนวนธาตุที่เพิ่มขึ้น ซึ่งสัมพันธ์กับรัศมีอะตอมที่เพิ่มขึ้นและจำนวนชั้นอิเล็กตรอนที่เพิ่มขึ้น ซึ่งสัมพันธ์กันดีกับการเพิ่มขึ้นของ กำลังลดขององค์ประกอบ

ตารางที่ 1 ของตารางธาตุให้ค่า EI และ SE ใน eV/atom สังเกตว่า ค่าที่แน่นอน SE เป็นที่รู้จักเพียงไม่กี่อะตอม ค่าของพวกมันถูกขีดเส้นใต้ไว้ในตารางที่ 1

ตารางที่ 1

พลังงานไอออไนเซชันแรก (EI) ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน (SE) และอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ χ) ของอะตอมในตารางธาตุ

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						อู๋ส

χ - Pauling อิเล็กโตรเนกาติวีตี้

r- รัศมีอะตอม (จาก "ห้องเรียนห้องปฏิบัติการและสัมมนาในวิชาเคมีทั่วไปและอนินทรีย์", N.S. Akhmetov, M.K. Azizova, L.I. Badygina)

แนวคิดของอะตอมเกิดขึ้นในโลกยุคโบราณเพื่อกำหนดอนุภาคของสสาร ในภาษากรีก อะตอม แปลว่า "แบ่งแยกไม่ได้"

อิเล็กตรอน

นักฟิสิกส์ชาวไอริช Stoney บนพื้นฐานของการทดลองได้ข้อสรุปว่ากระแสไฟฟ้าถูกนำพาโดยอนุภาคที่เล็กที่สุดที่มีอยู่ในอะตอมของทั้งหมด องค์ประกอบทางเคมี. ในปี 1891$ Stoney เสนอให้เรียกอนุภาคเหล่านี้ อิเล็กตรอนซึ่งในภาษากรีกหมายถึง "อำพัน"

ไม่กี่ปีหลังจากที่อิเล็กตรอนได้ชื่อมา นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ โจเซฟ ทอมสัน และนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ฌอง แปร์ริน ได้พิสูจน์ว่าอิเล็กตรอนมีประจุลบ นี่คือประจุลบที่เล็กที่สุด ซึ่งในวิชาเคมีถือเป็นหน่วย $(–1)$ ทอมสันยังสามารถกำหนดความเร็วของอิเล็กตรอนได้ (เท่ากับความเร็วแสง - $300,000$ km/s) และมวลของอิเล็กตรอน (น้อยกว่ามวลของอะตอมไฮโดรเจน 1836$ เท่า)

Thomson และ Perrin เชื่อมต่อขั้วของแหล่งกำเนิดกระแสด้วยสอง แผ่นโลหะ- แคโทดและแอโนดบัดกรีในหลอดแก้วซึ่งอากาศถูกอพยพ เมื่อแรงดันไฟฟ้าประมาณ 10,000 โวลต์ถูกนำไปใช้กับเพลตอิเล็กโทรด การปล่อยแสงวาบในหลอดและอนุภาคก็บินจากแคโทด (ขั้วลบ) ไปยังขั้วบวก (ขั้วบวก) ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่า รังสีแคโทดแล้วพบว่าเป็นกระแสอิเล็กตรอน อิเลคตรอนที่ชนกับสารพิเศษ เช่น จอทีวี ทำให้เกิดประกายไฟ

สรุปได้ว่าอิเล็กตรอนหนีออกจากอะตอมของวัสดุที่ทำแคโทด

อิเล็กตรอนอิสระหรือฟลักซ์ของอิเล็กตรอนสามารถหาได้ด้วยวิธีอื่น เช่น โดยการเรืองแสง ลวดโลหะหรือเมื่อแสงตกกระทบบนโลหะที่เกิดจากองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม I ของตารางธาตุ (เช่น ซีเซียม)

สถานะของอิเล็กตรอนในอะตอม

สถานะของอิเล็กตรอนในอะตอมเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นชุดของข้อมูลเกี่ยวกับ พลังงานอิเล็กตรอนจำเพาะใน ช่องว่างที่มันตั้งอยู่ เรารู้อยู่แล้วว่าอิเล็กตรอนในอะตอมไม่มีวิถีการเคลื่อนที่ กล่าวคือ พูดได้เพียงแค่ ความน่าจะเป็นพบในอวกาศรอบนิวเคลียส มันสามารถตั้งอยู่ในส่วนใดก็ได้ของพื้นที่นี้รอบ ๆ นิวเคลียส และจำนวนรวมของตำแหน่งต่างๆ ของมันถือเป็นเมฆอิเล็กตรอนที่มีความหนาแน่นประจุลบ เปรียบเสมือนสิ่งนี้สามารถจินตนาการได้ดังนี้: หากสามารถถ่ายภาพตำแหน่งของอิเล็กตรอนในอะตอมได้ในเวลาหนึ่งในร้อยหรือหนึ่งในล้านของวินาที เช่นเดียวกับในภาพถ่ายที่เสร็จสิ้น อิเล็กตรอนในภาพถ่ายดังกล่าวก็จะถูกแสดงเป็นจุด การซ้อนภาพถ่ายดังกล่าวจำนวนนับไม่ถ้วนจะส่งผลให้ภาพเมฆอิเล็กตรอนมีความหนาแน่นสูงสุดซึ่งมีจุดเหล่านี้ส่วนใหญ่

รูปแสดง "การตัด" ของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจนที่เคลื่อนผ่านนิวเคลียส และเส้นประจะกำหนดขอบเขตของทรงกลมภายในซึ่งความน่าจะเป็นที่จะพบอิเล็กตรอนอยู่ที่ $90%$ เส้นชั้นความสูงที่ใกล้กับนิวเคลียสมากที่สุดครอบคลุมพื้นที่ซึ่งความน่าจะเป็นที่จะพบอิเล็กตรอนคือ $10%$ ความน่าจะเป็นที่จะพบอิเล็กตรอนภายในเส้นชั้นที่สองจากนิวเคลียสคือ $20%$ ภายในตัวที่สาม - $≈30 %$ เป็นต้น มีความไม่แน่นอนบางอย่างในสถานะของอิเล็กตรอน เพื่ออธิบายลักษณะพิเศษนี้ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน W. Heisenberg ได้แนะนำแนวคิดของ หลักความไม่แน่นอน, เช่น. แสดงให้เห็นว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดพลังงานและตำแหน่งของอิเล็กตรอนพร้อมกันและแน่นอน ยิ่งกำหนดพลังงานของอิเล็กตรอนได้แม่นยำมากเท่าไร ตำแหน่งของอิเล็กตรอนก็จะยิ่งไม่แน่นอน และในทางกลับกัน เมื่อกำหนดตำแหน่งแล้ว จะไม่สามารถระบุพลังงานของอิเล็กตรอนได้ บริเวณความน่าจะเป็นในการตรวจจับอิเล็กตรอนไม่มีขอบเขตที่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ที่จะระบุช่องว่างที่มีความน่าจะเป็นสูงสุดในการค้นหาอิเล็กตรอน

พื้นที่รอบ ๆ นิวเคลียสของอะตอมโดยที่อิเล็กตรอนจะพบได้มากที่สุดเรียกว่าออร์บิทัล

ประกอบด้วยเมฆอิเล็กตรอนประมาณ $90%$ ซึ่งหมายความว่าประมาณ $90%$ ของเวลาที่อิเล็กตรอนอยู่ในพื้นที่ส่วนนี้ ตามแบบฟอร์ม $4$ ของประเภทออร์บิทัลที่รู้จักในปัจจุบันมีความโดดเด่น ซึ่งแสดงด้วยตัวอักษรละติน $s, p, d$ และ $f$ การแสดงกราฟิกของออร์บิทัลอิเล็กทรอนิกส์บางรูปแบบแสดงอยู่ในรูปภาพ

ลักษณะที่สำคัญที่สุดของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงโคจรที่แน่นอนคือพลังงานของการเชื่อมต่อกับนิวเคลียส อิเลคตรอนที่มีค่าพลังงานใกล้เคียงกันในรูปแบบเดียว ชั้นอิเล็กทรอนิกส์, หรือ ระดับพลังงาน. ระดับพลังงานจะถูกนับโดยเริ่มจากนิวเคลียส: $1, 2, 3, 4, 5, 6$ และ $7$

จำนวนเต็ม $n$ ที่แสดงถึงจำนวนของระดับพลังงานเรียกว่าเลขควอนตัมหลัก

มันแสดงลักษณะพลังงานของอิเล็กตรอนที่มีระดับพลังงานที่กำหนด อิเล็กตรอนระดับพลังงานแรกซึ่งใกล้กับนิวเคลียสมากที่สุดจะมีพลังงานต่ำที่สุด เมื่อเทียบกับอิเล็กตรอนในระดับแรก อิเล็กตรอนในระดับถัดไปจะมีพลังงานจำนวนมาก ดังนั้นอิเล็กตรอนในระดับชั้นนอกจึงจับกับนิวเคลียสของอะตอมน้อยที่สุด

จำนวนระดับพลังงาน (ชั้นอิเล็กทรอนิกส์) ในอะตอมเท่ากับจำนวนคาบในระบบของ D. I. Mendeleev ซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมี: อะตอมของธาตุในช่วงแรกมีหนึ่งระดับพลังงาน ช่วงที่สอง - สอง; ช่วงที่เจ็ด - เจ็ด

จำนวนอิเล็กตรอนที่ใหญ่ที่สุดในระดับพลังงานถูกกำหนดโดยสูตร:

โดยที่ $N$ คือจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุด $n$ คือหมายเลขระดับหรือหมายเลขควอนตัมหลัก ดังนั้น ระดับพลังงานแรกที่ใกล้กับนิวเคลียสจะมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกินสองตัว ในวันที่สอง - ไม่เกิน $8$; ในวันที่สาม - ไม่เกิน $18$; ในวันที่สี่ - ไม่เกิน $32$ และในทางกลับกัน มีการจัดระดับพลังงาน (ชั้นอิเล็กทรอนิกส์) อย่างไร?

เริ่มต้นจากระดับพลังงานที่สอง $(n = 2)$ แต่ละระดับจะถูกแบ่งออกเป็นระดับย่อย (sublayers) ซึ่งแตกต่างจากกันเล็กน้อยโดยพลังงานที่จับกับนิวเคลียส

จำนวนระดับย่อยเท่ากับค่าของตัวเลขควอนตัมหลัก:ระดับพลังงานแรกมีหนึ่งระดับย่อย ที่สอง - สอง; สาม - สาม; ที่สี่คือสี่ ในทางกลับกัน ระดับย่อยจะเกิดขึ้นโดยออร์บิทัล

แต่ละค่าของ $n$ สอดคล้องกับจำนวนออร์บิทัลที่เท่ากับ $n^2$ จากข้อมูลที่นำเสนอในตาราง เป็นไปได้ที่จะติดตามความสัมพันธ์ระหว่างเลขควอนตัมหลัก $n$ กับจำนวนระดับย่อย ชนิดและจำนวนของออร์บิทัล และจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดต่อระดับย่อยและระดับ

เลขควอนตัมหลัก ชนิดและจำนวนออร์บิทัล จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดที่ระดับย่อยและระดับ

ระดับพลังงาน $(n)$	จำนวนระดับย่อยเท่ากับ $n$	ประเภทวงโคจร	จำนวนออร์บิทัล		จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุด
			ในระดับย่อย	ในระดับเท่ากับ $n^2$	ในระดับย่อย	ที่ระดับเท่ากับ $n^2$
$K(n=1)$	$1$	$1s$	$1$	$1$	$2$	$2$
$L(n=2)$	$2$	$2s$	$1$	$4$	$2$	$8$
		$2p$	$3$		$6$
$M(n=3)$	$3$	$3s$	$1$	$9$	$2$	$18$
		$3p$	$3$		$6$
		$3d$	$5$		$10$
$N(n=4)$	$4$	$4s$	$1$	$16$	$2$	$32$
		$4p$	$3$		$6$
		$4d$	$5$		$10$
		$4f$	$7$		$14$

เป็นเรื่องปกติที่จะกำหนดระดับย่อยในตัวอักษรละติน เช่นเดียวกับรูปร่างของออร์บิทัลที่ประกอบด้วย: $s, p, d, f$ ดังนั้น:

• $s$-sublevel - ระดับย่อยแรกของแต่ละระดับพลังงานที่ใกล้กับนิวเคลียสของอะตอมมากที่สุด ประกอบด้วย $s$-orbital
• $p$-sublevel - ระดับย่อยที่สองของแต่ละระดับ ยกเว้นระดับแรก ระดับพลังงาน ประกอบด้วยสาม $p$-ออร์บิทัล
• $d$-sublevel - ระดับย่อยที่สามของแต่ละระดับ เริ่มจากระดับพลังงานที่สาม ประกอบด้วย $d$-orbitals ห้าอัน
• ระดับย่อย $f$- ของแต่ละระดับ เริ่มจากระดับพลังงานที่สี่ ประกอบด้วย $f$-orbitals เจ็ดระดับ

นิวเคลียสของอะตอม

แต่อิเล็กตรอนไม่เพียงเป็นส่วนหนึ่งของอะตอมเท่านั้น นักฟิสิกส์ อองรี เบคเคอเรล ค้นพบว่าแร่ธาตุธรรมชาติที่มีเกลือยูเรเนียมยังปล่อยรังสีที่ไม่รู้จักออกมา ทำให้ฟิล์มภาพถ่ายที่ปิดจากแสงส่องสว่าง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า กัมมันตภาพรังสี.

รังสีกัมมันตภาพรังสีมีสามประเภท:

1. $α$-รังสีซึ่งประกอบด้วยอนุภาค $α$-ซึ่งมีประจุมากกว่าประจุของอิเล็กตรอน $2$ เท่า แต่มีเครื่องหมายบวก และมวล $4$ คูณมากกว่ามวลของอะตอมไฮโดรเจน
2. $β$-rays เป็นกระแสของอิเล็กตรอน
3. $γ$-รังสี - คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีมวลเล็กน้อยไม่มีประจุไฟฟ้า

ดังนั้นอะตอมจึงมีโครงสร้างที่ซับซ้อน - ประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนที่มีประจุบวก

อะตอมจัดเรียงอย่างไร?

ในปีพ.ศ. 2453 ในเมืองเคมบริดจ์ ใกล้กับลอนดอน เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ดกับนักเรียนและเพื่อนร่วมงานได้ศึกษาการกระเจิงของอนุภาค $α$ ที่ผ่านแผ่นฟอยล์สีทองบางๆ และตกลงมาบนหน้าจอ อนุภาคอัลฟ่ามักจะเบี่ยงเบนไปจากทิศทางเดิมเพียงระดับเดียว ยืนยัน ดูเหมือนว่า ความสม่ำเสมอและความสม่ำเสมอของคุณสมบัติของอะตอมทอง และทันใดนั้น นักวิจัยสังเกตเห็นว่าอนุภาค $α$-บางตัวเปลี่ยนทิศทางของเส้นทางไปอย่างกะทันหัน ราวกับว่ากำลังวิ่งชนสิ่งกีดขวางบางอย่าง

การวางหน้าจอไว้ที่ด้านหน้าของฟอยล์ รัทเทอร์ฟอร์ดสามารถตรวจจับแม้กระทั่งกรณีที่หายากเหล่านั้นเมื่ออนุภาค $α$-ซึ่งสะท้อนจากอะตอมสีทอง บินไปในทิศทางตรงกันข้าม

การคำนวณแสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์ที่สังเกตได้อาจเกิดขึ้นได้หากมวลทั้งหมดของอะตอมและประจุบวกทั้งหมดถูกรวมเข้าในนิวเคลียสกลางขนาดเล็ก รัศมีของนิวเคลียสตามที่ปรากฎนั้นเล็กกว่ารัศมีของอะตอมทั้งหมด 100,000 เท่า ซึ่งเป็นบริเวณที่มีอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ หากเราใช้การเปรียบเทียบเชิงเปรียบเทียบ ปริมาตรทั้งหมดของอะตอมก็เปรียบได้กับสนามกีฬาลุจนิกิ และนิวเคลียสก็เปรียบได้กับลูกฟุตบอลที่อยู่ตรงกลางสนาม

อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีใด ๆ เปรียบได้กับจิ๋ว ระบบสุริยะ. ดังนั้นแบบจำลองอะตอมที่เสนอโดยรัทเทอร์ฟอร์ดจึงเรียกว่าดาวเคราะห์

โปรตอนและนิวตรอน

ปรากฎว่านิวเคลียสอะตอมขนาดเล็กซึ่งมวลทั้งหมดของอะตอมกระจุกตัวอยู่ ประกอบด้วยอนุภาคสองประเภท - โปรตอนและนิวตรอน

โปรตอนมีประจุเท่ากับประจุของอิเล็กตรอน แต่อยู่ตรงข้ามเครื่องหมาย $(+1)$ และมีมวลเท่ากับมวลของอะตอมไฮโดรเจน (เป็นที่ยอมรับในวิชาเคมีเป็นหน่วย) โปรตอนเขียนแทนด้วย $↙(1)↖(1)p$ (หรือ $р+$) นิวตรอนไม่มีประจุ พวกมันเป็นกลางและมีมวลเท่ากับมวลของโปรตอน กล่าวคือ $ 1$ นิวตรอนเขียนแทนด้วย $↙(0)↖(1)n$ (หรือ $n^0$)

โปรตอนและนิวตรอนถูกเรียกรวมกันว่า นิวคลีออน(จาก ลท. นิวเคลียส- แกน)

ผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในอะตอมเรียกว่า เลขมวล. ตัวอย่างเช่น เลขมวลของอะตอมอะลูมิเนียม:

เนื่องจากมวลของอิเล็กตรอนซึ่งเล็กน้อยมากสามารถละเลยได้ เป็นที่แน่ชัดว่ามวลทั้งหมดของอะตอมกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียส อิเล็กตรอนจะแสดงดังนี้: $e↖(-)$

เนื่องจากอะตอมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า จึงเห็นได้ชัดเจนว่า ว่าจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนในอะตอมเท่ากัน เท่ากับเลขอะตอมของธาตุเคมีมอบหมายให้เขาใน ระบบธาตุ. ตัวอย่างเช่น นิวเคลียสของอะตอมเหล็กประกอบด้วยโปรตอน 26 ดอลลาร์ และอิเล็กตรอน 26 ดอลลาร์ โคจรรอบนิวเคลียส และจะกำหนดจำนวนนิวตรอนได้อย่างไร?

อย่างที่คุณทราบ มวลของอะตอมคือผลรวมของมวลโปรตอนและนิวตรอน การรู้เลขลำดับขององค์ประกอบ $(Z)$ เช่น จำนวนโปรตอนและเลขมวล $(A)$ เท่ากับผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอน คุณสามารถหาจำนวนนิวตรอนได้ $(N)$ โดยใช้สูตร:

ตัวอย่างเช่น จำนวนนิวตรอนในอะตอมของเหล็กคือ:

$56 – 26 = 30$.

ตารางแสดงลักษณะสำคัญของอนุภาคมูลฐาน

ลักษณะพื้นฐานของอนุภาคมูลฐาน

ไอโซโทป

อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันที่มีประจุนิวเคลียร์เท่ากันแต่เลขมวลต่างกันเรียกว่าไอโซโทป

คำ ไอโซโทปประกอบด้วยสอง คำภาษากรีก:isos- เหมือนกันและ ท็อปโพส- place หมายถึง "ครอบครองหนึ่งแห่ง" (เซลล์) ในระบบธาตุเป็นระยะ

องค์ประกอบทางเคมีที่พบในธรรมชาติเป็นส่วนผสมของไอโซโทป ดังนั้น คาร์บอนจึงมีไอโซโทปสามตัวที่มีมวล $12, 13, 14$; ออกซิเจน - ไอโซโทปสามตัวที่มีมวล 16 ดอลลาร์ 17 ดอลลาร์ 18 ดอลลาร์ ฯลฯ

โดยปกติจะได้รับในระบบธาตุมวลอะตอมสัมพัทธ์ขององค์ประกอบทางเคมีคือค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของส่วนผสมตามธรรมชาติของไอโซโทปของธาตุที่กำหนดโดยคำนึงถึงความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ในธรรมชาติดังนั้นค่าของ มวลอะตอมมักเป็นเศษส่วน ตัวอย่างเช่น อะตอมของคลอรีนธรรมชาติเป็นส่วนผสมของไอโซโทปสองชนิด - $35$ (มี $75%$ ในธรรมชาติ) และ $37$ (มีค่า $25%$); ดังนั้นมวลอะตอมสัมพัทธ์ของคลอรีนจึงอยู่ที่ 35.5 เหรียญสหรัฐฯ ไอโซโทปของคลอรีนเขียนดังนี้:

$↖(35)↙(17)(Cl)$ และ $↖(37)↙(17)(Cl)$

คุณสมบัติทางเคมีของไอโซโทปคลอรีนนั้นเหมือนกันทุกประการกับไอโซโทปขององค์ประกอบทางเคมีส่วนใหญ่ เช่น โพแทสเซียม อาร์กอน:

$↖(39)↙(19)(K)$ และ $↖(40)↙(19)(K)$, $↖(39)↙(18)(Ar)$ และ $↖(40)↙(18) )(Ar)$

อย่างไรก็ตาม ไอโซโทปไฮโดรเจนมีคุณสมบัติแตกต่างกันอย่างมากเนื่องจากการเพิ่มขึ้นอย่างมากในมวลอะตอมสัมพัทธ์ของพวกมัน พวกเขาได้รับแม้กระทั่งชื่อบุคคลและ ป้ายเคมี: โพรเที่ยม - $↖(1)↙(1)(H)$; ดิวเทอเรียม - $↖(2)↙(1)(H)$ หรือ $↖(2)↙(1)(D)$; ทริเทียม - $↖(3)↙(1)(H)$ หรือ $↖(3)↙(1)(T)$

ตอนนี้ เป็นไปได้ที่จะให้คำจำกัดความที่ทันสมัย ​​เข้มงวดมากขึ้น และเป็นวิทยาศาสตร์ขององค์ประกอบทางเคมี

องค์ประกอบทางเคมีคือกลุ่มของอะตอมที่มีประจุนิวเคลียร์เท่ากัน

โครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมของธาตุในสี่ช่วงแรก

พิจารณาการทำแผนที่ของการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมขององค์ประกอบตามช่วงเวลาของระบบของ D. I. Mendeleev

องค์ประกอบของช่วงแรก

แบบแผนของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมแสดงการกระจายของอิเล็กตรอนเหนือชั้นอิเล็กทรอนิกส์ (ระดับพลังงาน)

สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมแสดงการกระจายของอิเล็กตรอนในระดับพลังงานและระดับย่อย

สูตรอิเล็กทรอนิกส์แบบกราฟิกของอะตอมแสดงการกระจายของอิเล็กตรอน ไม่เพียงแต่ในระดับและระดับย่อยเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในออร์บิทัลด้วย

ในอะตอมของฮีเลียม ชั้นอิเล็กตรอนแรกจะเสร็จสมบูรณ์ โดยมีอิเล็กตรอน 2$

ไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นองค์ประกอบ $s$- อะตอมเหล่านี้มี $s$-ออร์บิทัลที่เต็มไปด้วยอิเล็กตรอน

องค์ประกอบของช่วงที่สอง

สำหรับองค์ประกอบทั้งหมดของช่วงที่สอง ชั้นอิเล็กตรอนแรกจะเต็ม และอิเล็กตรอนจะเติมออร์บิทัล $s-$ และ $p$ ของชั้นอิเล็กตรอนที่สองตามหลักการของพลังงานน้อยที่สุด ($s$ แรกแล้ว $p$) และกฎของ Pauli และ Hund

ในอะตอมนีออน ชั้นอิเล็กตรอนที่สองเสร็จสมบูรณ์ - มีอิเล็กตรอน $8$

องค์ประกอบของยุคที่สาม

สำหรับอะตอมของธาตุในช่วงที่สาม ชั้นอิเล็กตรอนที่หนึ่งและที่สองจะเสร็จสมบูรณ์ ดังนั้นชั้นอิเล็กตรอนที่สามจึงเต็ม ซึ่งอิเล็กตรอนสามารถครอบครองระดับย่อย 3s-, 3p- และ 3d

โครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมของธาตุในช่วงที่สาม

การโคจรของอิเล็กตรอนมูลค่า 3.5$ เสร็จสมบูรณ์ที่อะตอมแมกนีเซียม $Na$ และ $Mg$ เป็นองค์ประกอบ $s$-

สำหรับอะลูมิเนียมและองค์ประกอบที่ตามมา ระดับย่อย $3d$ จะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน

$↙(18)(Ar)$ Argon

$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)s^2(3)p^6$

ในอะตอมของอาร์กอน ชั้นนอก (ชั้นอิเล็กตรอนที่สาม) มีอิเล็กตรอน 8$ เมื่อชั้นนอกสุดเสร็จสมบูรณ์ แต่โดยรวมแล้ว ในชั้นอิเล็กตรอนที่สาม ดังที่คุณทราบแล้วว่ามีอิเล็กตรอนได้ 18 ตัว ซึ่งหมายความว่าองค์ประกอบของคาบที่ 3 มีออร์บิทัล $3d$-ออร์บิทัลเหลืออยู่ไม่เติม

องค์ประกอบทั้งหมดตั้งแต่ $Al$ ถึง $Ar$ - $p$ -องค์ประกอบ

$s-$ และ $r$ -องค์ประกอบแบบฟอร์ม กลุ่มย่อยหลักในระบบธาตุ

องค์ประกอบของยุคที่สี่

อะตอมโพแทสเซียมและแคลเซียมมีชั้นอิเล็กตรอนที่สี่ เติมระดับย่อย $4s$ เพราะ มันมีพลังงานน้อยกว่าระดับย่อย $3d$- เพื่อลดความซับซ้อนของสูตรอิเล็กทรอนิกส์แบบกราฟิกของอะตอมขององค์ประกอบในช่วงที่สี่:

1. เราแสดงสูตรอิเล็กทรอนิกส์แบบกราฟิกของอาร์กอนตามเงื่อนไขดังนี้: $Ar$;
2. เราจะไม่พรรณนาถึงระดับย่อยที่ไม่ได้เติมเต็มสำหรับอะตอมเหล่านี้

$K, Ca$ - $s$ -องค์ประกอบรวมอยู่ในกลุ่มย่อยหลัก สำหรับอะตอมตั้งแต่ $Sc$ ถึง $Zn$ ระดับย่อย 3d จะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน นี่คือองค์ประกอบ $3d$- รวมอยู่ใน กลุ่มย่อยด้านข้างชั้นอิเล็กตรอนภายนอกของพวกมันถูกเติมเข้าไป พวกมันเรียกว่า องค์ประกอบการเปลี่ยนแปลง

ให้ความสนใจกับโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมโครเมียมและทองแดง มี "ความล้มเหลว" ของอิเล็กตรอนหนึ่งตัวจากระดับย่อย $4s-$ ถึง $3d$ ซึ่งอธิบายได้จากความเสถียรทางพลังงานที่มากขึ้นของการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นผลลัพธ์ $3d^5$ และ $3d^(10)$:

$↙(24)(Cr)$ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(4) 4s^(2)…$

$↙(29)(Cu)$ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(9)4s^(2)…$

สัญลักษณ์องค์ประกอบ หมายเลขซีเรียล ชื่อ	ไดอะแกรมของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์	สูตรอิเล็กทรอนิกส์	สูตรอิเล็กทรอนิกส์กราฟิค
$↙(19)(K)$ โพแทสเซียม		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1$
$↙(20)(C)$ แคลเซียม		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2$
$↙(21)(Sc)$ สแกนเดียม		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^1$ หรือ $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^1(4)s^1$
$↙(22)(Ti)$ ไทเทเนียม		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^2$ หรือ $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^2(4)s^2$
$↙(23)(V)$ วานาเดียม		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^3$ หรือ $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^3(4)s^2$
$↙(24)(Cr)$ Chrome		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^5$ หรือ $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^5(4)s^1$
$↙(29)(Сu)$ โครเมียม		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^(10)$ หรือ $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^1$
$↙(30)(Zn)$ สังกะสี		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)$ หรือ $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^2$
$↙(31)(Ga)$ แกลเลียม		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^(1)$ หรือ $1s^2(2) s^2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^(1)$
$↙(36)(Kr)$ คริปทอน		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^6$ หรือ $1s^2(2)s^ 2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^6$

ในอะตอมของสังกะสี ชั้นอิเล็กตรอนที่สามเสร็จสมบูรณ์ - ระดับย่อย $3s, 3p$ และ $3d$ ทั้งหมดถูกเติมเข้าไป รวมแล้วมีอิเล็กตรอน 18$ อยู่บนนั้น

ในองค์ประกอบที่ตามมาหลังสังกะสี ชั้นอิเล็กตรอนที่สี่ ซึ่งเป็นระดับย่อย $4p$- ยังคงถูกเติมต่อไป องค์ประกอบตั้งแต่ $Ga$ ถึง $Kr$ - $r$ -องค์ประกอบ

ชั้นนอก (ที่สี่) ของอะตอมคริปทอนเสร็จสมบูรณ์ มันมีอิเล็กตรอน $8$ แต่ในชั้นอิเล็กตรอนที่สี่ อย่างที่คุณทราบ มีอิเล็กตรอนได้ $32$ อะตอมของคริปทอนยังคงมีระดับย่อย $4d-$ และ $4f$-ไม่สำเร็จ

องค์ประกอบของช่วงที่ห้ากำลังเติมระดับย่อยตามลำดับต่อไปนี้: $5s → 4d → 5р$ และยังมีข้อยกเว้นที่เกี่ยวข้องกับ "ความล้มเหลว" ของอิเล็กตรอนสำหรับ $↙(41)Nb$, $↙(42)Mo$, $↙(44)Ru$, $↙(45)Rh$, $↙( 46) Pd$, $↙(47)Ag$. $f$ ปรากฏในช่วงที่หกและเจ็ด -องค์ประกอบ, เช่น. องค์ประกอบที่มีระดับย่อย $4f-$ และ $5f$- ของเลเยอร์อิเล็กทรอนิกส์ภายนอกที่สามถูกเติมตามลำดับ

$4f$ -องค์ประกอบเรียกว่า แลนทาไนด์

$5f$ -องค์ประกอบเรียกว่า แอคติไนด์

ลำดับของการเติมระดับย่อยทางอิเล็กทรอนิกส์ในอะตอมขององค์ประกอบในช่วงที่หก: $↙(55)Cs$ และ $↙(56)Ba$ - $6s$-elements; $↙(57)La ... 6s^(2)5d^(1)$ - $5d$-element; $↙(58)Ce$ – $↙(71)Lu - 4f$-องค์ประกอบ; $↙(72)Hf$ – $↙(80)Hg - 5d$-องค์ประกอบ; $↙(81)Т1$ – $↙(86)Rn - 6d$-องค์ประกอบ แต่ถึงกระนั้นที่นี่ก็มีองค์ประกอบที่ลำดับการเติมออร์บิทัลอิเล็กตรอนถูกละเมิด ซึ่งตัวอย่างเช่น มีความเกี่ยวข้องกับความเสถียรทางพลังงานที่มากขึ้นของระดับย่อย $f$-sublevels ที่เติมครึ่งหนึ่งและเติมอย่างสมบูรณ์ $f$-นั่นคือ $nf^7$ และ $nf^(14)$

องค์ประกอบทั้งหมดตามที่คุณเข้าใจแล้วแบ่งออกเป็นสี่ตระกูลอิเล็กทรอนิกส์หรือบล็อกทั้งนี้ขึ้นอยู่กับระดับย่อยของอะตอมที่เต็มไปด้วยอิเล็กตรอน:

1. $s$ -องค์ประกอบ;$s$-ระดับย่อยเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน ระดับภายนอกอะตอม; $s$-องค์ประกอบรวมถึงไฮโดรเจน ฮีเลียมและองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม I และ II;
2. $r$ -องค์ประกอบ;$p$-ระดับย่อยของระดับชั้นนอกของอะตอมนั้นเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน $p$-elements รวมถึงองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม III–VIII;
3. $d$ -องค์ประกอบ;$d$-ระดับย่อยของระดับก่อนภายนอกของอะตอมนั้นเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน $d$-elements รวมถึงองค์ประกอบของกลุ่มย่อยรองของกลุ่ม I–VIII เช่น องค์ประกอบของช่วงเวลาขนาดใหญ่ที่สลับซับซ้อนหลายทศวรรษซึ่งอยู่ระหว่างองค์ประกอบ $s-$ และ $p-$ พวกเขายังถูกเรียกว่า องค์ประกอบการเปลี่ยนแปลง
4. $f$ -องค์ประกอบ;ระดับย่อย $f-$ ของระดับที่สามของอะตอมภายนอกนั้นเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน เหล่านี้รวมถึงแลนทาไนด์และแอคติไนด์

โครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม สภาพพื้นดินและความตื่นเต้นของอะตอม

นักฟิสิกส์ชาวสวิส W. Pauli ในปี 1925$ ได้ก่อตั้งสิ่งนั้น อะตอมสามารถมีอิเล็กตรอนได้มากที่สุด 2 ตัวในหนึ่งออร์บิทัลมีการหมุนตรงข้าม (antiparallel) (แปลจากภาษาอังกฤษเป็นแกนหมุน) เช่น มีคุณสมบัติดังกล่าวที่สามารถจินตนาการตามเงื่อนไขได้ว่าเป็นการหมุนของอิเล็กตรอนรอบแกนจินตภาพตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา หลักการนี้เรียกว่า หลักการของเปาลี

หากมีอิเล็กตรอน 1 ตัวในออร์บิทัล เรียกว่า ไม่มีคู่, ถ้าสอง, แล้วนี่ อิเล็กตรอนคู่, เช่น. อิเล็กตรอนที่มีสปินตรงข้าม

รูปแสดงไดอะแกรมการแบ่งระดับพลังงานออกเป็นระดับย่อย

$s-$ Orbitalอย่างที่คุณรู้อยู่แล้ว มีรูปร่างเป็นทรงกลม อิเล็กตรอนอะตอมไฮโดรเจน $(n = 1)$ อยู่บนวงโคจรนี้และไม่มีการจับคู่ ตามนี้ของเขา สูตรอิเล็กทรอนิกส์, หรือ การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์, เขียนแบบนี้: $1s^1$. ในสูตรอิเล็กทรอนิกส์ หมายเลขระดับพลังงานจะแสดงด้วยตัวเลขที่อยู่หน้าตัวอักษร $ (1 ...) $ อักษรละตินหมายถึงระดับย่อย (ประเภทวงโคจร) และตัวเลขซึ่งเขียนไว้ทางด้านขวาบนของตัวอักษร (เป็นเลขชี้กำลัง) แสดงจำนวนอิเล็กตรอนในระดับย่อย

สำหรับอะตอมฮีเลียม He ซึ่งมีอิเล็กตรอนคู่สองตัวใน $s-$orbital เดียวกัน สูตรนี้คือ: $1s^2$ เปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมฮีเลียมนั้นสมบูรณ์และเสถียรมาก ฮีเลียมเป็นก๊าซมีตระกูล ระดับพลังงานที่สอง $(n = 2)$ มีสี่ออร์บิทัลหนึ่ง $s$ และสาม $p$ $s$-ออร์บิทัลอิเล็กตรอนระดับที่สอง ($s$-ออร์บิทัล $2s$-ออร์บิทัล) มีพลังงานสูงกว่าเพราะ อยู่ห่างจากนิวเคลียสมากกว่าอิเล็กตรอนของ $1s$-orbital $(n = 2)$ โดยทั่วไป สำหรับแต่ละค่าของ $n$ จะมี $s-$orbital หนึ่งวง แต่มีพลังงานอิเล็กตรอนในปริมาณเท่ากัน ดังนั้นด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางที่สอดคล้องกัน จะเพิ่มขึ้นเป็นค่า $n$.$s -$Orbital เพิ่มขึ้น ดังที่คุณทราบแล้ว มีรูปร่างเป็นทรงกลม อิเล็กตรอนอะตอมไฮโดรเจน $(n = 1)$ อยู่บนวงโคจรนี้และไม่มีการจับคู่ ดังนั้น สูตรอิเล็กทรอนิกส์หรือการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์จึงเขียนดังนี้: $1s^1$ ในสูตรอิเล็กทรอนิกส์ จำนวนระดับพลังงานจะแสดงด้วยตัวเลขที่อยู่หน้าตัวอักษร $ (1 ...) $ ตัวอักษรละตินหมายถึงระดับย่อย (ประเภทวงโคจร) และตัวเลขที่เขียนไว้ทางด้านขวาของ ตัวอักษร (เป็นเลขชี้กำลัง) แสดงจำนวนอิเล็กตรอนในระดับย่อย

สำหรับอะตอมฮีเลียม $He$ ซึ่งมีอิเล็กตรอนคู่สองตัวใน $s-$orbital เดียวกัน สูตรนี้คือ: $1s^2$ เปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมฮีเลียมนั้นสมบูรณ์และเสถียรมาก ฮีเลียมเป็นก๊าซมีตระกูล ระดับพลังงานที่สอง $(n = 2)$ มีสี่ออร์บิทัลหนึ่ง $s$ และสาม $p$ อิเล็กตรอนของ $s-$orbitals ของระดับที่สอง ($ $2s$-orbitals) มีพลังงานสูงกว่าเพราะ อยู่ห่างจากนิวเคลียสมากกว่าอิเล็กตรอนของ $1s$-orbital $(n = 2)$ โดยทั่วไป สำหรับแต่ละค่าของ $n$ จะมีหนึ่ง $s-$orbital แต่ด้วยปริมาณพลังงานอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกัน ดังนั้นด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางที่สอดคล้องกัน จะเพิ่มขึ้นเมื่อค่าของ $n$ เพิ่มขึ้น

$r-$ Orbitalมีรูปร่างเหมือนดัมเบลหรือเล่มแปด ออร์บิทัล $p$-orbitals ทั้งสามอยู่ในอะตอมในแนวตั้งฉากกันตามพิกัดเชิงพื้นที่ที่วาดผ่านนิวเคลียสของอะตอม ควรเน้นอีกครั้งว่าแต่ละระดับพลังงาน (ชั้นอิเล็กทรอนิกส์) เริ่มต้นที่ $n= 2$ มีสาม $p$-ออร์บิทัล เมื่อค่าของ $n$ เพิ่มขึ้น อิเล็กตรอนจะครอบครอง $p$-orbitals ซึ่งอยู่ห่างจากนิวเคลียสเป็นระยะทางไกลและมุ่งตรงไปตามแกน $x, y, z$

สำหรับองค์ประกอบของคาบที่สอง $(n = 2)$ หนึ่งอันแรก $s$-orbital ถูกเติม และจากนั้นสาม $p$-orbitals สูตรอิเล็กทรอนิกส์ $Li: 1s^(2)2s^(1)$ อิเล็กตรอน $2s^1$ ถูกผูกมัดกับนิวเคลียสของอะตอมที่อ่อนแอกว่า ดังนั้นอะตอมของลิเธียมจึงสามารถปลดปล่อยมันออกไปได้อย่างง่ายดาย (อย่างที่คุณอาจจำได้ กระบวนการนี้เรียกว่าออกซิเดชัน) กลายเป็นลิเธียมไอออน $Li^+$

ในอะตอมของเบริลเลียม Be อิเล็กตรอนตัวที่สี่ถูกวางไว้ในวงโคจร $2s$ ด้วย: $1s^(2)2s^(2)$ อิเล็กตรอนชั้นนอกสองตัวของอะตอมเบริลเลียมนั้นแยกออกได้ง่าย - $B^0$ ถูกออกซิไดซ์เป็นไอออนบวก $Be^(2+)$

อิเล็กตรอนตัวที่ห้าของอะตอมโบรอนตรงบริเวณ $2p$-orbital: $1s^(2)2s^(2)2p^(1)$ นอกจากนี้ $2p$-ออร์บิทัลของอะตอม $C, N, O, F$ จะถูกเติมเข้าไป ซึ่งจบลงด้วยแก๊สโนเบิลนีออน: $1s^(2)2s^(2)2p^(6)$

สำหรับองค์ประกอบของช่วงที่สาม $3s-$ และ $3p$-orbitals จะถูกเติมตามลำดับ ห้า $d$-orbitals ของระดับที่สามยังคงฟรี:

$↙(11)ณ 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(1)$,

$↙(17)Cl 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(5)$,

$↙(18)Ar 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)$.

บางครั้ง ในไดอะแกรมที่แสดงการกระจายของอิเล็กตรอนในอะตอม จะระบุเฉพาะจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงานเท่านั้น กล่าวคือ เขียนสูตรอิเล็กทรอนิกส์ย่อของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี ตรงกันข้ามกับสูตรอิเล็กทรอนิกส์แบบเต็มข้างต้น เช่น

$↙(11)ณ 2, 8, 1;$ $↙(17)Cl 2, 8, 7;$ $↙(18)Ar 2, 8, 8$.

สำหรับองค์ประกอบของคาบขนาดใหญ่ (ที่สี่และห้า) อิเล็กตรอนสองตัวแรกครอบครอง $4s-$ และ $5s$-orbitals ตามลำดับ: $↙(19)K 2, 8, 8, 1;$ $↙(38)Sr 2 , 8, 18, 8, 2$. เริ่มต้นด้วยองค์ประกอบที่สามของแต่ละ ระยะเวลานานอิเล็กตรอนสิบตัวถัดไปจะไปที่ออร์บิทัล $3d-$ และ $4d-$orbitals ก่อนหน้าตามลำดับ (สำหรับองค์ประกอบของกลุ่มย่อยด้านข้าง): $↙(23)V 2, 8, 11, 2;$ $↙(26) Fr 2, 8, 14, 2;$ $↙(40)Zr 2, 8, 18, 10, 2;$ $↙(43)Tc 2, 8, 18, 13, 2$. ตามกฎแล้ว เมื่อเติม $d$-ระดับย่อยก่อนหน้า ระดับย่อยภายนอก (ตามลำดับ $4p-$ และ $5p-$) $p-$ จะเริ่มขึ้น: $↙(33)ดังที่ 2, 8 18, 5;$ $ ↙(52)Te 2, 8, 18, 18, 6$.

สำหรับองค์ประกอบของช่วงเวลาขนาดใหญ่ - ที่หกและที่เจ็ดที่ไม่สมบูรณ์ - ระดับอิเล็กทรอนิกส์และระดับย่อยจะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนตามกฎดังต่อไปนี้: อิเล็กตรอนสองตัวแรกเข้าสู่ชั้นย่อย $s-$ ด้านนอก: $↙(56)Ba 2, 8 , 18, 18, 8, 2;$ $↙(87)Fr 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1$; อิเล็กตรอนตัวถัดไป (สำหรับ $La$ และ $Ca$) ไปยังระดับย่อยก่อนหน้าของ $d$: $↙(57)La 2, 8, 18, 18, 9, 2$ และ $↙(89)Ac 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2$

จากนั้นอิเล็กตรอน $14$ ถัดไปจะเข้าสู่ระดับพลังงานที่สามจากภายนอก วงโคจร $4f$ และ $5f$ ของแลนโทไนด์และแอคติไนด์ตามลำดับ: $↙(64)Gd 2, 8, 18, 25, 9, 2;$ $↙(92 )U 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2$.

จากนั้นระดับพลังงานภายนอกที่สอง ($d$-sublevel) จะเริ่มสร้างขึ้นอีกครั้งสำหรับองค์ประกอบของกลุ่มย่อยด้านข้าง: $↙(73)Ta 2, 8, 18, 32, 11, 2;$ $↙(104) เลขที่ 2, 8, 18, 32, 32, 10, 2$ และในที่สุด หลังจากที่ระดับย่อย $d$-เต็มไปด้วยอิเล็กตรอนสิบตัว ระดับย่อยของ $p$-จะถูกเติมอีกครั้ง: $↙(86)Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8$

บ่อยครั้งที่โครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมนั้นแสดงโดยใช้พลังงานหรือเซลล์ควอนตัม - พวกเขาเขียนสิ่งที่เรียกว่า สูตรกราฟิกอิเล็กทรอนิกส์. สำหรับเรกคอร์ดนี้ จะใช้สัญกรณ์ต่อไปนี้: แต่ละเซลล์ควอนตัมแสดงด้วยเซลล์ที่สอดคล้องกับหนึ่งออร์บิทัล อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะถูกระบุด้วยลูกศรที่สอดคล้องกับทิศทางของการหมุน เมื่อบันทึกกราฟิก สูตรอิเล็กทรอนิกส์กฎสองข้อที่ต้องจำ: หลักการเปาลีตามที่เซลล์ (ออร์บิทัล) สามารถมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกินสองตัว แต่มีสปินคู่ขนานและ กฎของ F. Hundโดยที่อิเล็กตรอนจะครอบครองเซลล์อิสระเป็นลำดับแรกและในขณะเดียวกันก็มี ค่าเท่ากันหมุนแล้วจับคู่ แต่สปินตามหลักการของ Pauli จะได้รับทิศทางตรงกันข้ามแล้ว