Atomning tuzilishi, kimyoviy bog'lanish, valentlik va molekulalarning tuzilishi. Kimyoviy elementlar atomlarining tuzilishi
Hujjatli o'quv filmlar. "Fizika" seriyasi.
Atom (yunoncha atomos — boʻlinmas) — bir yadroli, kimyoviy boʻlinmaydigan zarracha. kimyoviy element, moddaning xossalarini tashuvchisi. Moddalar atomlardan tashkil topgan. Atomning o'zi musbat zaryadlangan yadro va manfiy zaryadlangan elektron bulutidan iborat. Umuman olganda, atom elektr neytraldir. Atomning o'lchami uning elektron bulutining o'lchami bilan to'liq aniqlanadi, chunki yadroning o'lchami elektron bulutining o'lchamiga nisbatan ahamiyatsiz. Yadro Z musbat zaryadlangan protonlardan (proton zaryadi ixtiyoriy birliklarda +1 ga to'g'ri keladi) va zaryad o'tkazmaydigan N neytrondan (proton va neytronlar nuklon deb ataladi) iborat. Shunday qilib, yadro zaryadi faqat protonlar soni bilan belgilanadi va davriy jadvaldagi elementning seriya raqamiga teng. Yadroning musbat zaryadi manfiy zaryadlangan elektronlar (ixtiyoriy birliklarda elektron zaryadi -1) bilan kompensatsiya qilinadi, ular elektron bulutini hosil qiladi. Elektronlar soni protonlar soniga teng. Proton va neytronlarning massalari teng (mos ravishda 1 va 1 amu).
Atomning massasi uning yadrosining massasi bilan aniqlanadi, chunki elektronning massasi proton va neytronning massasidan taxminan 1850 marta kichik va hisob-kitoblarda kamdan-kam hisobga olinadi. Neytronlar sonini atom massasi va protonlar soni (N=A-Z) orasidagi farq orqali topish mumkin. Yadrosi qat'iy iborat bo'lgan har qanday kimyoviy element atomlarining turi ma'lum bir raqam protonlar (Z) va neytronlar (N) nuklid deyiladi.
Elektronning xossalarini va elektron sathlarning hosil bo'lish qoidalarini o'rganishdan oldin atomning tuzilishi haqidagi g'oyalarning shakllanish tarixiga to'xtalib o'tish kerak. Biz atom tuzilishining paydo bo'lishining to'liq tarixini ko'rib chiqmaymiz, faqat elektronlarning atomda qanday joylashishini eng aniq ko'rsata oladigan eng dolzarb va eng "to'g'ri" g'oyalarga to'xtalamiz. Atomlarning materiyaning elementar tarkibiy qismi sifatida mavjudligini birinchi marta qadimgi yunon faylasuflari ilgari surgan. Shundan so'ng atomning tuzilishi tarixi murakkab yo'lni bosib o'tdi va atomning bo'linmasligi, atomning Tomson modeli va boshqalar kabi turli g'oyalar bilan o'tdi. 1911 yilda Ernest Ruterford tomonidan taklif qilingan atom modeli eng yaqin bo'lib chiqdi. U atomni qiyoslagan quyosh sistemasi, bu erda atom yadrosi quyosh rolini o'ynagan va elektronlar sayyoralar kabi uning atrofida harakat qilgan. Elektronlarni statsionar orbitalarga joylashtirish atom tuzilishini tushunishda juda muhim qadam edi. Biroq, bunday sayyora modeli atom tuzilishi klassik mexanikaga zid edi. Gap shundaki, elektron orbita bo‘ylab harakatlansa, u potentsial energiyasini yo‘qotib, oxir-oqibat yadroga “tushishi” va atom o‘z faoliyatini to‘xtatishi kerak edi. Bunday paradoks Niels Bor tomonidan postulatlarni kiritish orqali bartaraf etildi. Ushbu postulatlarga ko'ra, elektron yadro atrofida statsionar orbitalarda harakat qildi va normal sharoitda energiyani yutmadi va chiqarmadi. Postulatlar klassik mexanika qonunlari atomni tavsiflash uchun mos emasligini ko'rsatadi. Atomning bu modeli Bor-Rezerford modeli deb ataladi. davomi sayyora tuzilishi atom atomning kvant mexanik modeli bo'lib, unga ko'ra biz elektronni ko'rib chiqamiz.
Elektron korpuskulyar to'lqin dualizmini ko'rsatadigan kvazizarradir. U bir vaqtning o'zida ham zarracha (korpuskula), ham to'lqindir. Zarrachaning xossalariga elektronning massasi va uning zaryadi, to‘lqin xossalariga - diffraktsiya va interferensiya qobiliyati kiradi. Elektronning to'lqin va korpuskulyar xossalari o'rtasidagi bog'liqlik de Broyl tenglamasida aks ettirilgan.
(Ma'ruza matni)
Atomning tuzilishi. Kirish.
Kimyo fanining o'rganish ob'ekti kimyoviy elementlar va ularning birikmalaridir. kimyoviy element Bir xil musbat zaryadga ega bo'lgan atomlar guruhi deyiladi. Atom kimyoviy elementning uni saqlaydigan eng kichik zarrasi Kimyoviy xossalari. Bir yoki turli elementlarning atomlari bir-biri bilan bog'lanib, murakkabroq zarrachalarni hosil qiladi - molekulalar. Atomlar yoki molekulalar to'plami kimyoviy moddalarni hosil qiladi. Har bir alohida kimyoviy modda qaynash va erish nuqtalari, zichlik, elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi va boshqalar kabi individual jismoniy xususiyatlar to'plami bilan tavsiflanadi.
1. Atomning tuzilishi va elementlarning davriy tizimi
DI. Mendeleev.
To'ldirish tartibining namunalarini bilish va tushunish Davriy tizim elementlar D.I. Mendeleev bizga quyidagilarni tushunishga imkon beradi:
1. tabiatda ayrim elementlarning mavjudligining jismoniy mohiyati,
2. elementning kimyoviy valentligining tabiati,
3. elementning boshqa element bilan o'zaro ta'sirlashganda elektron berish yoki olish qobiliyati va "osonligi";
4. hosil bo'lishi mumkin bo'lgan kimyoviy bog'lanishlarning tabiati berilgan element boshqa elementlar bilan o'zaro ta'sirlashganda, oddiy va murakkab molekulalarning fazoviy tuzilishi va boshqalar va boshqalar.
Atomning tuzilishi.
Atom harakatdagi va bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiluvchi elementar zarralarning murakkab mikrotizimidir.
19-asr oxiri va 20-asr boshlarida atomlar kichikroq zarralar: neytron, proton va elektronlardan tashkil topganligi aniqlandi.Oxirgi ikki zarrachalar zaryadlangan zarralar, proton musbat zaryad, elektron manfiy. Asosiy holatdagi element atomlari elektr neytral bo'lganligi sababli, bu har qanday element atomidagi protonlar soni elektronlar soniga teng ekanligini anglatadi. Atomlarning massasi proton va neytron massalarining yig'indisi bilan aniqlanadi, ularning soni D.I. davriy tizimidagi atomlar massasi va uning seriya raqami o'rtasidagi farqga teng. Mendeleev.
1926 yilda Shredinger element atomidagi mikrozarrachalar harakatini oʻzi hosil qilgan toʻlqin tenglamasi yordamida tasvirlashni taklif qildi. Vodorod atomi uchun Shredinger to'lqin tenglamasini yechishda uchta butun kvant soni paydo bo'ladi: n, ℓ Va m ℓ , yadroning markaziy maydonidagi uch o'lchovli fazodagi elektronning holatini tavsiflovchi. kvant raqamlari n, ℓ Va m ℓ butun son qiymatlarini oling. Uch kvant soni bilan aniqlangan to'lqin funksiyasi n, ℓ Va m ℓ va Shredinger tenglamasini yechish natijasida olingan orbital deyiladi. Orbital - bu elektronning eng ko'p topilishi mumkin bo'lgan fazo hududi. kimyoviy element atomiga tegishli. Shunday qilib, vodorod atomi uchun Shredinger tenglamasining yechimi uchta kvant sonining paydo bo'lishiga olib keladi, jismoniy ma'no ya'ni ular atom ega bo'lishi mumkin bo'lgan uch xil turdagi orbitallarni tavsiflaydi. Keling, har bir kvant sonini batafsil ko'rib chiqaylik.
Bosh kvant soni n har qanday musbat butun qiymatlarni qabul qilishi mumkin: n = 1,2,3,4,5,6,7... Bu elektron darajaning energiyasini va elektron "bulut" hajmini tavsiflaydi. Asosiy kvant sonining soni berilgan element joylashgan davrning soniga to'g'ri kelishi xarakterlidir.
Azimutal yoki orbital kvant soniℓ dan butun son qiymatlarini olishi mumkin ℓ = 0….n – 1 gacha va elektron harakati momentini aniqlaydi, ya’ni. orbital shakli. ℓ ning turli raqamli qiymatlari uchun quyidagi belgi qo'llaniladi: ℓ = 0, 1, 2, 3 va belgilar bilan belgilanadi s, p, d, f, mos ravishda uchun ℓ = 0, 1, 2 va 3. Elementlarning davriy sistemasida spin raqami boʻlgan elementlar yoʻq. ℓ = 4.
Magnit kvant sonim ℓ elektron orbitallarning fazoviy joylashishini va demak, elektronning elektromagnit xossalarini xarakterlaydi. U qiymatlarni olishi mumkin - ℓ ga + ℓ , shu jumladan nol.
Atom orbitallarining shakli yoki, aniqrog'i, simmetriya xususiyatlari bog'liq kvant raqamlari ℓ Va m ℓ . "elektron bulut", mos keladi s- orbitallar to'p shakliga ega (bir vaqtning o'zida ℓ = 0).
1-rasm. 1s orbital
ℓ = 1 va m ℓ = -1, 0 va +1 kvant raqamlari bilan aniqlangan orbitallar p-orbitallar deyiladi. Chunki m ℓ ning uchtasi bor turli qiymatlar, u holda atom uchta energetik ekvivalent p-orbitalga ega (ular uchun asosiy kvant soni bir xil va n = 2,3,4,5,6 yoki 7 qiymatiga ega bo'lishi mumkin). p-orbitallar eksenel simmetriyaga ega va tashqi maydonda x, y va z o'qlari bo'ylab yo'naltirilgan uch o'lchovli sakkizlik shakliga ega (1.2-rasm). P x, p y va p z belgilarining kelib chiqishi shundan kelib chiqadi.
2-rasm. p x, p y va p z -orbitallar
Bundan tashqari, d- va f-atom orbitallari mavjud, birinchi ℓ = 2 va m ℓ = -2, -1, 0, +1 va +2 uchun, ya'ni. besh AO, ikkinchisi uchun ℓ = 3 va m ℓ = -3, -2, -1, 0, +1, +2 va +3, ya'ni. 7 AO.
to'rtinchi kvant m s Spin kvant soni vodorod atomi spektridagi ba'zi nozik ta'sirlarni tushuntirish uchun 1925 yilda Gudsmit va Ulenbek tomonidan kiritilgan. Elektronning spini - elektronning zaryadlangan elementar zarrachasining burchak momenti, uning yo'nalishi kvantlangan, ya'ni. ma'lum burchaklar bilan qat'iy cheklangan. Ushbu yo'nalish spin magnit kvant sonining qiymati bilan belgilanadi, bu elektron uchun ½ , shuning uchun, elektron uchun, kvantlash qoidalariga ko'ra m s = ± ½. Shu munosabat bilan, uchta kvant sonlari to'plamiga kvant sonini qo'shish kerak m s . Yana bir bor ta'kidlaymizki, to'rtta kvant soni Mendeleyevning elementlar davriy sistemasining tuzilish tartibini aniqlaydi va nima uchun birinchi davrda faqat ikkita element, ikkinchi va uchinchi davrda sakkizta, to'rtinchida 18 ta element mavjudligini tushuntiradi.Lekin. , atomlarning ko'p elektronli tuzilishini, atomning musbat zaryadi ortishi bilan elektron sathlarning to'ldirilish tartibini tushuntirish uchun elektronlarning xatti-harakatlarini "boshqaruvchi" to'rtta kvant soni haqida tasavvurga ega bo'lish etarli emas. elektron orbitallarni to'ldirishda, lekin siz ko'proq bilishingiz kerak oddiy qoidalar, aynan, Pauli printsipi, Gund qoidasi va Klechkovskiy qoidalari.
Pauli printsipiga ko'ra to'rtta kvant sonining ma'lum qiymatlari bilan tavsiflangan bir xil kvant holatida bittadan ortiq elektron bo'lishi mumkin emas. Bu shuni anglatadiki, bitta elektron, qoida tariqasida, har qanday atom orbitaliga joylashtirilishi mumkin. Ikki elektron bir xil atom orbitalida bo'lishi mumkin, agar ularning spin kvant raqamlari har xil bo'lsa.
Uchta p-AO, beshta d-AO va etti f-AOni elektronlar bilan to'ldirishda nafaqat Pauli printsipiga, balki Hund qoidasiga ham amal qilish kerak: Bir pastki qavatning orbitallarini asosiy holatda to'ldirish bir xil spinli elektronlar bilan sodir bo'ladi.
Pastki qavatlarni to'ldirishda (p, d, f) aylanishlar yig'indisining mutlaq qiymati maksimal bo'lishi kerak.
Klechkovskiy hukmronligi. Klechkovskiy qoidasiga ko'ra, to'ldirishdad Va felektronlar orbitaliga rioya qilish kerakminimal energiya printsipi. Ushbu printsipga ko'ra, asosiy holatdagi elektronlar orbitalarni minimal energiya darajalari bilan to'ldiradi. Pastki darajali energiya kvant sonlari yig'indisi bilan aniqlanadin + ℓ = E .
Klechkovskiyning birinchi qoidasi: birinchi navbatda o'sha pastki darajalarni to'ldiringn + ℓ = E minimal.
Klechkovskiyning ikkinchi qoidasi: tenglik bo'lgan taqdirdan + ℓ bir nechta pastki darajalar uchun, buning uchun pastki darajan minimal .
Hozirgi vaqtda 109 ta element ma'lum.
2. Ionlanish energiyasi, elektronga yaqinlik va elektronegativlik.
Atomning elektron konfiguratsiyasining eng muhim xarakteristikalari ionlanish energiyasi (EI) yoki ionlanish potentsiali (IP) va atomning elektronga yaqinligi (SE). Ionlanish energiyasi - 0 K da elektronning erkin atomdan ajralishi jarayonida energiyaning o'zgarishi: A = + + ē . Ionlanish energiyasining elementning Z atom raqamiga, atom radiusining o'lchamiga bog'liqligi aniq davriy xususiyatga ega.
Elektron yaqinligi (SE) - 0 K da manfiy ion hosil bo'lishi bilan ajratilgan atomga elektron qo'shilishi bilan birga keladigan energiyaning o'zgarishi: A + ē = A. - (atom va ion asosiy holatda). Bunday holda, agar VZAO ikkita elektron bilan band bo'lsa, elektron eng past erkin atom orbitalini (LUAO) egallaydi. SE ularning orbital elektron konfiguratsiyasiga kuchli bog'liq.
EI va SE dagi o'zgarishlar elementlar va ularning birikmalarining ko'plab xususiyatlarining o'zgarishi bilan bog'liq bo'lib, bu xususiyatlarni EI va SE qiymatlaridan bashorat qilish uchun foydalaniladi. Galogenlar eng yuqori mutlaq elektron yaqinlikka ega. Elementlarning davriy jadvalining har bir guruhida ionlanish potentsiali yoki EI element sonining ortishi bilan kamayadi, bu atom radiusining oshishi va elektron qatlamlar sonining ko'payishi bilan bog'liq va bu elementlarning ko'payishi bilan yaxshi bog'liqdir. elementning kamaytiruvchi kuchi.
Elementlarning davriy jadvalining 1-jadvalida eV/atomda EI va SE qiymatlari berilgan. Shu esta tutilsinki aniq qiymatlar SE faqat bir nechta atomlar uchun ma'lum, ularning qiymatlari 1-jadvalda ta'kidlangan.
1-jadval
Davriy sistemadagi atomlarning birinchi ionlanish energiyasi (EI), elektronga yaqinligi (SE) va elektron manfiyligi ch.
|
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(a) |
-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 |
HAQIDAs |
ch - Paulingning elektronegativligi
r- atom radiusi, ("Umumiy va noorganik kimyodan laboratoriya va seminar mashg'ulotlari", N.S.Axmetov, M.K.Azizova, L.I.Badyginadan)
Kimyoviy moddalar - bu atrofimizdagi dunyoni tashkil etadigan narsalar.
Har bir kimyoviy moddaning xossalari ikki turga bo'linadi: bular uning boshqa moddalar hosil qilish qobiliyatini tavsiflovchi kimyoviy va ob'ektiv ravishda kuzatiladigan va kimyoviy o'zgarishlardan ajratilgan holda ko'rib chiqilishi mumkin bo'lgan fizik. Demak, masalan, moddaning fizik xossalari uning agregatsiya holati (qattiq, suyuq yoki gazsimon), issiqlik o'tkazuvchanligi, issiqlik sig'imi, turli muhitlarda (suv, spirt va boshqalar) eruvchanligi, zichligi, rangi, ta'mi va boshqalardir. .
Ba'zilarning o'zgarishi kimyoviy moddalar boshqa moddalarga aylanishi kimyoviy hodisalar yoki kimyoviy reaksiyalar deyiladi. Shuni ta'kidlash kerakki, jismoniy hodisalar ham mavjud bo'lib, ular, shubhasiz, ba'zi bir o'zgarishlar bilan birga keladi. jismoniy xususiyatlar moddalar boshqa moddalarga aylantirilmasdan. Jismoniy hodisalarga, masalan, muzning erishi, suvning muzlashi yoki bug'lanishi va boshqalar kiradi.
Har qanday jarayonda kimyoviy hodisa sodir bo'lishini kuzatish orqali xulosa qilish mumkin xususiyatlari kimyoviy reaksiyalar rang o'zgarishi, yog'ingarchilik, gaz evolyutsiyasi, issiqlik va / yoki yorug'lik evolyutsiyasi kabi.
Shunday qilib, masalan, kimyoviy reaktsiyalarning borishi haqida xulosa chiqarish mumkin:
Kundalik hayotda shkala deb ataladigan suvni qaynatishda cho'kindi hosil bo'lishi;
Olovni yoqish paytida issiqlik va yorug'likning chiqishi;
Bo'lak rangini o'zgartiring yangi olma havoda;
Xamirni fermentatsiyalash jarayonida gaz pufakchalarining paydo bo'lishi va boshqalar.
Kimyoviy reaksiyalar jarayonida amalda o'zgarmaydigan, faqat bir-biri bilan yangicha bog'langan eng kichik zarrachalar atomlar deyiladi.
Bunday materiya birliklarining mavjudligi haqidagi g'oyaning o'zi paydo bo'lgan qadimgi Gretsiya Qadimgi faylasuflarning ongida, aslida "atom" atamasining kelib chiqishini tushuntiradi, chunki "atomos" yunon tilidan so'zma-so'z tarjima qilinganda "bo'linmas" degan ma'noni anglatadi.
Biroq, fikrga zid qadimgi yunon faylasuflari, atomlar materiyaning mutlaq minimumi emas, ya'ni. o'zlari murakkab tuzilishga ega.
Har bir atom subatomik zarrachalar - protonlar, neytronlar va elektronlardan iborat bo'lib, ular mos ravishda p +, n o va e - belgilari bilan belgilanadi. Amaldagi yozuvdagi yuqori chiziq proton birlik musbat zaryadga ega, elektron birlik manfiy zaryadga ega, neytron esa hech qanday zaryadga ega emasligini ko'rsatadi.
Atomning sifat tuzilishiga kelsak, har bir atom yadro deb ataladigan narsada to'plangan barcha proton va neytronlarga ega bo'lib, ularning atrofida elektronlar elektron qobiq hosil qiladi.
Proton va neytron deyarli bir xil massaga ega, ya'ni. m p ≈ m n va elektron massasi ularning har birining massasidan deyarli 2000 marta kamroq, ya'ni. m p / m e ≈ m n / m e ≈ 2000.
Atomning asosiy xususiyati uning elektr neytralligi va bir elektronning zaryadi bitta protonning zaryadiga teng bo'lganligi sababli, bundan xulosa qilish mumkinki, har qanday atomdagi elektronlar soni protonlar soniga teng.
Masalan, quyidagi jadvalda atomlarning mumkin bo'lgan tarkibi ko'rsatilgan:
Bir xil yadro zaryadiga ega bo'lgan atomlarning turi, ya'ni. dan bir xil raqam ularning yadrolaridagi protonlar kimyoviy element deyiladi. Shunday qilib, yuqoridagi jadvaldan atom1 va atom2 bir kimyoviy elementga, atom3 va atom4 esa boshqa kimyoviy elementga tegishli degan xulosaga kelishimiz mumkin.
Har bir kimyoviy elementning o'z nomi va individual belgisi mavjud bo'lib, u ma'lum bir tarzda o'qiladi. Shunday qilib, masalan, atomlari yadrosida faqat bitta proton bo'lgan eng oddiy kimyoviy element "vodorod" nomiga ega va "kul" deb o'qiladigan "H" belgisi bilan belgilanadi va kimyoviy element yadro zaryadi +7 bo'lgan (ya'ni 7 protondan iborat) - "azot", "en" deb o'qiladigan "N" belgisiga ega.
Yuqoridagi jadvaldan ko'rinib turibdiki, bitta kimyoviy elementning atomlari yadrolardagi neytronlar soni bo'yicha farq qilishi mumkin.
Bir xil kimyoviy elementga mansub, lekin neytronlari soni har xil bo'lgan va natijada massasi bo'lgan atomlar izotoplar deyiladi.
Shunday qilib, masalan, vodorod kimyoviy elementi uchta izotopga ega - 1 H, 2 H va 3 H. H belgisi ustidagi 1, 2 va 3 indekslar neytron va protonlarning umumiy sonini bildiradi. Bular. vodorod kimyoviy element ekanligini bilib, uning atomlari yadrolarida bitta proton mavjudligi bilan tavsiflanadi, biz 1 H izotopida (1-1 = 0) umuman neytronlar yo'q degan xulosaga kelishimiz mumkin. 2 H izotopi - 1 neytron (2-1=1) va 3 H izotopida - ikkita neytron (3-1=2). Yuqorida aytib o'tilganidek, neytron va proton bir xil massaga ega va elektronning massasi ularga nisbatan ahamiyatsiz bo'lganligi sababli, bu 2 H izotopi 1 H izotopidan deyarli ikki baravar og'irroq va 3 H izotop hatto uch baravar og'irroq. Vodorod izotoplari massalarida bunday katta tarqalish munosabati bilan 2 H va 3 H izotoplariga hatto alohida individual nomlar va belgilar ham berildi, bu boshqa kimyoviy elementlarga xos emas. 2 H izotopiga deyteriy nomi berildi va unga D belgisi, 3 H izotopiga tritiy nomi berildi va T belgisi berildi.
Agar biz proton va neytronning massasini birlik sifatida qabul qilsak va elektronning massasini e'tiborsiz qoldiradigan bo'lsak, aslida atomdagi proton va neytronlarning umumiy soniga qo'shimcha ravishda yuqori chap indeksni uning massasi deb hisoblash mumkin va shuning uchun bu indeks massa soni deb ataladi va A belgisi bilan belgilanadi. Har qanday proton yadrosining zaryadi atomga to'g'ri kelganligi va har bir protonning zaryadi shartli ravishda +1 ga teng deb hisoblanganligi sababli, protonlar soni yadro deyiladi zaryad raqami(Z). Atomdagi neytronlar sonini N harfi bilan belgilab, matematik jihatdan massa soni, zaryad soni va neytronlar soni o'rtasidagi bog'liqlik quyidagicha ifodalanishi mumkin:
Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, elektron qo'sh (zarracha-to'lqin) tabiatga ega. U ham zarracha, ham to'lqin xossalariga ega. Zarracha kabi, elektron ham massa va zaryadga ega, lekin ayni paytda to'lqin kabi elektronlar oqimi diffraktsiya qobiliyati bilan tavsiflanadi.
Atomdagi elektronning holatini tasvirlash uchun tasvirlardan foydalaniladi kvant mexanikasi, unga ko'ra elektron o'ziga xos harakat traektoriyasiga ega emas va kosmosning istalgan nuqtasida joylashgan bo'lishi mumkin, lekin turli xil ehtimolliklar bilan.
Yadro atrofidagi kosmosning elektronning eng ko'p topilishi mumkin bo'lgan hududi atom orbitali deyiladi.
Atom orbitali bo'lishi mumkin turli shakl, hajmi va yo'nalishi. Atom orbital elektron buluti deb ham ataladi.
Grafik jihatdan bitta atom orbital odatda kvadrat hujayra sifatida belgilanadi:
Kvant mexanikasi juda murakkab matematik apparatga ega, shuning uchun maktab kimyo kursi doirasida faqat kvant mexanikasi nazariyasining oqibatlari ko'rib chiqiladi.
Ushbu oqibatlarga ko'ra, har qanday atom orbitali va uning ustida joylashgan elektron to'liq 4 kvant soni bilan tavsiflanadi.
- Asosiy kvant soni - n - berilgan orbitaldagi elektronning umumiy energiyasini aniqlaydi. Asosiy kvant sonining qiymatlari diapazoni hammasi butun sonlar, ya'ni. n = 1,2,3,4,5 va boshqalar.
- Orbital kvant soni - l - atom orbitalining shaklini tavsiflaydi va 0 dan n-1 gacha bo'lgan har qanday butun qiymatlarni qabul qilishi mumkin, bu erda n asosiy kvant soni hisoblanadi.
l = 0 bo'lgan orbitallar deyiladi s-orbitallar. s-orbitallar sharsimon bo'lib, kosmosda yo'nalishga ega emas:
l = 1 bo'lgan orbitallar deyiladi p-orbitallar. Ushbu orbitallar uch o'lchamli sakkiz figuraning shakliga ega, ya'ni. sakkizinchi raqamni simmetriya o'qi atrofida aylantirish natijasida olingan shakl va tashqi tomondan dumbbellga o'xshaydi:
l = 2 bo'lgan orbitallar deyiladi d-orbitallar, va l = 3 bilan - f-orbitallar. Ularning tuzilishi ancha murakkab.
3) Magnit kvant soni - m l - ma'lum bir atom orbitalining fazoviy yo'nalishini aniqlaydi va orbital burchak momentining yo'nalishi bo'yicha proyeksiyasini ifodalaydi. magnit maydon. Magnit kvant soni m l tashqi magnit maydon kuchi vektorining yo'nalishiga nisbatan orbitalning yo'nalishiga mos keladi va -l dan +l gacha bo'lgan har qanday butun qiymatlarni, shu jumladan 0 ni, ya'ni. jami mumkin bo'lgan qiymatlar teng (2l+1). Demak, masalan, l = 0 ml = 0 (bitta qiymat), l = 1 ml uchun = -1, 0, +1 (uchta qiymat), l = 2 ml uchun = -2, -1, 0, + 1 , +2 (magnit kvant sonining beshta qiymati) va boshqalar.
Shunday qilib, masalan, p-orbitallar, ya'ni. l = 1 orbital kvant soniga ega bo'lgan, "uch o'lchovli sakkizinchi raqam" shakliga ega bo'lgan orbitallar magnit kvant sonining uchta qiymatiga (-1, 0, +1) mos keladi, bu esa o'z navbatida mos keladi. bir-biriga perpendikulyar bo'lgan fazoda uchta yo'nalishga.
4) Spin kvant soni (yoki oddiygina spin) - m s - shartli ravishda atomdagi elektronning aylanish yo'nalishi uchun javobgar deb hisoblanishi mumkin, u qiymatlarni qabul qilishi mumkin. Har xil spinli elektronlar turli yo'nalishlarga qaratilgan vertikal o'qlar bilan ko'rsatilgan: ↓ va .
Bosh kvant sonining qiymati bir xil bo'lgan atomdagi barcha orbitallar to'plami energiya darajasi yoki deyiladi. elektron qobiq. Ba'zi n sonli har qanday ixtiyoriy energiya darajasi n 2 orbitaldan iborat.
Ko'p orbitallar bilan bir xil qiymatlar asosiy kvant soni va orbital kvant soni energiya pastki darajasini ifodalaydi.
Asosiy kvant soni n ga mos keladigan har bir energiya darajasi n ta kichik darajani o'z ichiga oladi. O'z navbatida, orbital kvant soni l bo'lgan har bir energiya pastki sathi (2l+1) orbitallardan iborat. Shunday qilib, s-sublayer bitta s-orbitaldan, p-sublayer uchta p-orbitaldan, d-sublayer beshta d-orbitaldan va f-sublayer yetti f-orbitaldan iborat. Yuqorida aytib o'tilganidek, bitta atom orbital ko'pincha bitta kvadrat katak bilan belgilanadi, shuning uchun s-, p-, d- va f-kichik darajalarni grafik tarzda quyidagicha tasvirlash mumkin:
Har bir orbital n, l va m l uchta kvant sonidan iborat individual qat'iy belgilangan to'plamga mos keladi.
Elektronlarning orbitallarda taqsimlanishi elektron konfiguratsiya deb ataladi.
Atom orbitallarini elektronlar bilan to'ldirish uchta shartga muvofiq sodir bo'ladi:
- Minimal energiya printsipi: Elektronlar eng past energiya pastki sathidan boshlab orbitallarni to'ldiradi. Energiyani oshirish tartibi bo'yicha pastki darajalar ketma-ketligi quyidagicha: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;
Elektron pastki darajalarni to'ldirishning ushbu ketma-ketligini eslab qolishni osonlashtirish uchun quyidagi grafik rasm juda qulay:
- Pauli printsipi: Har bir orbital ko'pi bilan ikkita elektronni ushlab turishi mumkin.
Agar orbitalda bitta elektron bo'lsa, u juftlanmagan, ikkita bo'lsa, elektron juft deb ataladi.
- Hund qoidasi: atomning eng barqaror holati - bu bitta quyi darajadagi atomda maksimal mumkin bo'lgan juftlashtirilmagan elektronlar soni. Atomning bu eng barqaror holati asosiy holat deb ataladi.
Aslida, yuqorida aytilganlar, masalan, 1-, 2-, 3- va 4-elektronlarni p-kichik darajadagi uchta orbitalga joylashtirish quyidagicha amalga oshirilishini anglatadi:
Zaryad raqami 1 bo'lgan vodoroddan atom orbitallarini zaryad raqami 36 bo'lgan kriptonga (Kr) to'ldirish quyidagicha amalga oshiriladi:
Atom orbitallarini to'ldirish tartibining o'xshash tasviri energiya diagrammasi deb ataladi. Alohida elementlarning elektron diagrammalariga asoslanib, siz ularning elektron formulalari (konfiguratsiyalari) deb ataladigan narsalarni yozishingiz mumkin. Shunday qilib, masalan, 15 protonli element va natijada 15 elektron, ya'ni. fosfor (P) quyidagi energiya diagrammasiga ega bo'ladi:
Elektron formulaga tarjima qilinganda, fosfor atomi quyidagi shaklni oladi:
15 P = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
Pastki daraja belgisining chap tomonidagi oddiy o'lchamdagi raqamlar energiya darajasining sonini va pastki daraja belgisining o'ng tomonidagi yuqori belgilar mos keladigan pastki darajadagi elektronlar sonini ko'rsatadi.
Quyida D.I.ning dastlabki 36 ta elementining elektron formulalari keltirilgan. Mendeleev.
| davri | Element raqami | ramzi | sarlavha | elektron formula |
| I | 1 | H | vodorod | 1s 1 |
| 2 | U | geliy | 1s2 | |
| II | 3 | Li | litiy | 1s2 2s1 |
| 4 | Bo'l | berilliy | 1s2 2s2 | |
| 5 | B | bor | 1s 2 2s 2 2p 1 | |
| 6 | C | uglerod | 1s 2 2s 2 2p 2 | |
| 7 | N | azot | 1s 2 2s 2 2p 3 | |
| 8 | O | kislorod | 1s 2 2s 2 2p 4 | |
| 9 | F | ftor | 1s 2 2s 2 2p 5 | |
| 10 | Yo'q | neon | 1s 2 2s 2 2p 6 | |
| III | 11 | Na | natriy | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 |
| 12 | mg | magniy | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 | |
| 13 | Al | alyuminiy | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 | |
| 14 | Si | kremniy | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 | |
| 15 | P | fosfor | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 | |
| 16 | S | oltingugurt | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 | |
| 17 | Cl | xlor | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 | |
| 18 | Ar | argon | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 | |
| IV | 19 | K | kaliy | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 |
| 20 | Ca | kaltsiy | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 | |
| 21 | sc | skandiy | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 | |
| 22 | Ti | titan | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2 | |
| 23 | V | vanadiy | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 | |
| 24 | Cr | xrom | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 s ustida d pastki daraja | |
| 25 | Mn | marganets | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 | |
| 26 | Fe | temir | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 | |
| 27 | co | kobalt | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7 | |
| 28 | Ni | nikel | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8 | |
| 29 | Cu | mis | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 s ustida d pastki daraja | |
| 30 | Zn | sink | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 | |
| 31 | Ga | galiy | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1 | |
| 32 | Ge | germaniy | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2 | |
| 33 | Sifatida | mishyak | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3 | |
| 34 | Se | selen | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4 | |
| 35 | Br | brom | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 | |
| 36 | kr | kripton | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 |
Yuqorida aytib o'tilganidek, ularning asosiy holatida atom orbitallaridagi elektronlar eng kam energiya printsipiga muvofiq joylashtirilgan. Shunga qaramay, atomning asosiy holatida bo'sh p-orbitallar mavjud bo'lganda, ko'pincha, unga ortiqcha energiya berilganda, atom qo'zg'alish deb ataladigan holatga o'tishi mumkin. Masalan, bor atomi asosiy holatda elektron konfiguratsiyaga va quyidagi shakldagi energiya diagrammasiga ega:
5 B = 1s 2 2s 2 2p 1
Va hayajonlangan holatda (*), ya'ni. Bor atomiga bir oz energiya berganda, uning elektron konfiguratsiyasi va energiya diagrammasi quyidagicha ko'rinadi:
5 B* = 1s 2 2s 1 2p 2
Atomda qaysi pastki sath oxirgi marta to'ldirilganligiga qarab, kimyoviy elementlar s, p, d yoki f ga bo'linadi.
Jadvaldagi s, p, d va f elementlarni topish D.I. Mendeleyev:
- s-elementlar to'ldirilishi kerak bo'lgan oxirgi s-kichik darajaga ega. Bu elementlarga I va II guruhlarning asosiy (jadval katakchasining chap tomonida) kichik guruhlari elementlari kiradi.
- P-elementlar uchun p-kichik daraja to'ldiriladi. P-elementlar birinchi va ettinchidan tashqari har bir davrning oxirgi olti elementini, shuningdek III-VIII guruhlarning asosiy kichik guruhlari elementlarini o'z ichiga oladi.
- d-elementlar katta davrlarda s- va p-elementlar orasida joylashgan.
- f-elementlar lantanidlar va aktinidlar deb ataladi. Ular stolning pastki qismiga D.I. Mendeleev.
Dars atomning murakkab tuzilishi haqidagi tasavvurlarni shakllantirishga bag'ishlangan. Atomdagi elektronlarning holati ko'rib chiqiladi, "atom orbitali va elektron buluti" tushunchalari, orbitallarning shakllari (s--, p-, d-orbitallar) kiritiladi. Shuningdek, energiya darajalari va pastki sathlardagi elektronlarning maksimal soni, birinchi to'rt davr elementlari atomlarida elektronlarning energiya darajalari va pastki darajalari bo'yicha taqsimlanishi, s-, p- va d-elementlarning valentlik elektronlari kabi jihatlar ko'rib chiqiladi. Atomlarning elektron qatlamlari tuzilishining grafik diagrammasi (elektron-grafik formulasi) berilgan.
Mavzu: Atomning tuzilishi. Davriy qonun D.I. Mendeleev
Dars: Atomning tuzilishi
Yunon tilidan tarjima qilingan "so'zi" atom""bo'linmas" degan ma'noni anglatadi. Biroq, uning bo'linish imkoniyatini ko'rsatadigan hodisalar topildi. Bular rentgen nurlarining chiqishi, katod nurlarining emissiyasi, fotoeffekt hodisasi, radioaktivlik hodisalari. Elektronlar, protonlar va neytronlar atomni tashkil etuvchi zarralardir. Ular chaqiriladi subatomik zarralar.
Tab. bitta
Ko'pgina atomlarning yadrosida protonlardan tashqari, mavjud neytronlar bu hech qanday to'lov ololmaydi. Jadvaldan ko'rinib turibdiki. 1, neytronning massasi protonning massasidan deyarli farq qilmaydi. Protonlar va neytronlar atomning yadrosini tashkil qiladi va deyiladi nuklonlar (yadro - yadro). Ularning zaryadlari va atom massa birliklarida (a.m.u.) massalari 1-jadvalda ko'rsatilgan. Atom massasini hisoblashda elektronning massasini e'tiborsiz qoldirish mumkin.
Atom massasi ( massa raqami) uning yadrosini tashkil etuvchi proton va neytronlarning massalari yig'indisiga teng. Massa raqami harf bilan belgilanadi LEKIN. Bu miqdorning nomidan ko'rinib turibdiki, u butun songa yaxlitlangan elementning atom massasi bilan chambarchas bog'liq. A=Z+N
Bu yerda A- atomning massa raqami (proton va neytronlarning yig'indisi), Z- yadro zaryadi (yadrodagi protonlar soni), N yadrodagi neytronlar soni. Izotoplar haqidagi ta'limotga ko'ra, "kimyoviy element" tushunchasiga quyidagi ta'rif berilishi mumkin:
kimyoviy element Yadro zaryadi bir xil bo'lgan atomlar guruhi deyiladi.
Ba'zi elementlar bir nechta sifatida mavjud izotoplar. "Izotoplar" "bir joyni egallash" degan ma'noni anglatadi. Izotoplar bir xil miqdordagi protonga ega, ammo massa jihatidan farq qiladi, ya'ni yadrodagi neytronlar soni (N raqami). Neytronlar elementlarning kimyoviy xossalariga deyarli ta'sir qilmaydiganligi sababli, bir xil elementning barcha izotoplari kimyoviy jihatdan farqlanmaydi.
Izotoplar bir xil kimyoviy element atomlarining bir xil yadro zaryadiga ega (ya'ni protonlar soni bir xil), ammo yadrodagi neytronlari soni har xil bo'lgan navlari deb ataladi.
Izotoplar bir-biridan faqat massa soni bilan farqlanadi. Bu o'ng burchakdagi ustun belgisi yoki qatorda ko'rsatilgan: 12 C yoki C-12 . Agar element bir nechta tabiiy izotoplarni o'z ichiga olsa, davriy jadvalda D.I. Mendeleev uning tarqalishini hisobga olgan holda o'rtacha atom massasini ko'rsatadi. Masalan, xlor tarkibida 2 ta tabiiy izotoplar 35 Cl va 37 Cl mavjud bo'lib, ularning miqdori mos ravishda 75% va 25% ni tashkil qiladi. Shunday qilib, xlorning atom massasi quyidagilarga teng bo'ladi:
LEKINr(Cl)=0,75 . 35+0,25 . 37=35,5
Sun'iy sintez qilingan og'ir atomlar uchun bitta atom massasi qiymati kvadrat qavs ichida berilgan. Bu elementning eng barqaror izotopining atom massasi.
Atom tuzilishining asosiy modellari
Tarixiy jihatdan atomning Tomson modeli 1897 yilda birinchi bo'lib chiqdi.
Guruch. 1. J. Tomson tomonidan atom tuzilishi modeli
Ingliz fizigi J. J. Tomson atomlar elektronlar kesishgan musbat zaryadlangan shardan iborat, deb taklif qildi (1-rasm). Ushbu model majoziy ma'noda "olxo'ri pudingi", mayizli bulochka (bu erda "mayiz" elektronlar) yoki "urug'li" "tarvuz" - elektronlar deb ataladi. Biroq, bu modeldan voz kechildi, chunki unga zid bo'lgan eksperimental ma'lumotlar olingan.
Guruch. 2. E.Rezerford tomonidan atom tuzilishi modeli
1910 yilda ingliz fizigi Ernst Rezerford o'z shogirdlari Geyger va Marsden bilan Tomson modeli nuqtai nazaridan tushunib bo'lmaydigan ajoyib natijalarni beradigan tajriba o'tkazdi. Ernst Rezerford atomning markazida musbat zaryadlangan yadro mavjudligini (2-rasm), uning atrofida Quyosh atrofidagi sayyoralar kabi elektronlar aylanishini tajriba orqali isbotladi. Butun atom elektr neytraldir va elektronlar atomda elektrostatik tortishish kuchlari (Kulon kuchlari) tufayli ushlab turiladi. Bu model juda ko'p qarama-qarshiliklarga ega edi va eng muhimi, nima uchun elektronlar yadroga tushmasligini, shuningdek, u tomonidan energiyani yutish va chiqarish imkoniyatini tushuntirib bermadi.
Daniya fizigi N. Bor 1913 yilda Rezerfordning atom modelini asos qilib olib, atomning elektron zarralari xuddi sayyoralar Quyosh atrofida aylanishi kabi atom yadrosi atrofida aylanadigan modelni taklif qildi.
Guruch. 3. N. Borning sayyoraviy modeli
Bor atomdagi elektronlar faqat yadrodan qat'iy belgilangan masofadagi orbitalarda barqaror bo'lishi mumkinligini taklif qildi. Bu orbitalarni u statsionar deb atagan. Elektron statsionar orbitalardan tashqarida mavjud bo'lolmaydi. Nima uchun bu shunday, Bor o'sha paytda tushuntira olmadi. Ammo u bunday model (3-rasm) ko'plab eksperimental faktlarni tushuntirishga imkon berishini ko'rsatdi.
Hozirgi vaqtda atomning tuzilishini tasvirlash uchun ishlatiladi kvant mexanikasi. Bu fan, uning asosiy jihati shundaki, elektron bir vaqtning o'zida zarracha va to'lqin xossalariga ega, ya'ni to'lqin-zarracha ikkilikdir. Kvant mexanikasiga ko'ra, elektronni topish ehtimoli eng katta bo'lgan fazo mintaqasi deyiladiorbital. Elektron yadrodan qanchalik uzoqda bo'lsa, uning yadro bilan o'zaro ta'sir qilish energiyasi shunchalik past bo'ladi. Yaqin energiyaga ega elektronlar hosil bo'ladi energiya darajasi. Energiya darajalari soni teng davr raqami, bu element jadvalda joylashgan D.I. Mendeleev. Atom orbitallarining turli shakllari mavjud. (4-rasm). d-orbital va f-orbital murakkabroq shaklga ega.
Guruch. 4. Atom orbitallarining shakllari
Har qanday atomning elektron qobig'ida uning yadrosida proton qancha bo'lsa, shuncha elektron bor, shuning uchun atom umuman elektr neytral hisoblanadi. Atomdagi elektronlar energiya minimal bo'lishi uchun joylashtirilgan. Elektron yadrodan qanchalik uzoqda bo'lsa, shunchalik ko'p orbitallar va ularning shakli murakkabroq bo'ladi. Har bir daraja va pastki daraja faqat ma'lum miqdordagi elektronni ushlab turishi mumkin. Pastki darajalar, o'z navbatida, quyidagilardan iborat orbitallar.
Yadroga eng yaqin bo'lgan birinchi energiya darajasida bitta sharsimon orbital bo'lishi mumkin ( 1 s). Ikkinchi energiya darajasida - katta hajmli va uchta p-orbital bo'lgan sharsimon orbital: 2 s2 ppp. Uchinchi darajada: 3 s3 ppp3 dddd.
Yadro atrofida harakatlanishdan tashqari, elektronlar ham harakatga ega, bu ularning o'z o'qi atrofida harakati sifatida ifodalanishi mumkin. Bu aylanish deyiladi aylantirish ( qatorda ingliz tilidan. "mil"). Bir orbitalda faqat ikkita qarama-qarshi (antiparallel) spinli elektron bo'lishi mumkin.
Maksimal boshiga elektronlar soni energiya darajasi formula bilan aniqlanadi N=2 n 2.
Bu erda n - asosiy kvant soni (energiya darajasi soni). Jadvalga qarang. 2
Tab. 2
Oxirgi elektron qaysi orbitalda ekanligiga qarab, ular farqlanadi s-, p-, d-elementlar. Asosiy kichik guruhlarning elementlari tegishli s-, p-elementlar. Yon kichik guruhlarda d-elementlar
Atomlarning elektron qatlamlari tuzilishining grafik diagrammasi (elektron grafik formula).
Atom orbitallarida elektronlarning joylashishini tasvirlash uchun elektron konfiguratsiyadan foydalaniladi. Uni qatorga yozish uchun orbitallar afsonada yoziladi ( s--, p-, d-,f-orbitallar) va ularning oldida energiya darajasining sonini ko'rsatadigan raqamlar mavjud. Bu raqam qanchalik katta bo'lsa, elektron yadrodan shunchalik uzoqroq bo'ladi. Katta harfda orbitalning belgilanishi tepasida ushbu orbitaldagi elektronlar soni yoziladi (5-rasm).
Guruch. besh
Grafik jihatdan elektronlarning atom orbitallarida taqsimlanishi hujayralar shaklida ifodalanishi mumkin. Har bir hujayra bitta orbitalga to'g'ri keladi. P-orbital uchun uchta, d-orbital uchun beshta va f-orbital uchun ettita shunday hujayralar bo'ladi. Bitta hujayrada 1 yoki 2 ta elektron bo'lishi mumkin. Ga binoan Gund qoidasi, elektronlar bir xil energiyadagi orbitallarda (masalan, uchta p-orbitalda), birinchi navbatda bir vaqtning o'zida taqsimlanadi va har bir bunday orbitalda allaqachon bitta elektron mavjud bo'lganda, bu orbitallarni ikkinchi elektronlar bilan to'ldirish boshlanadi. Bunday elektronlar deyiladi juftlashgan. Bu qo'shni hujayralarda elektronlar xuddi shunday zaryadlangan zarrachalar kabi bir-birini kamroq qaytarishi bilan izohlanadi.
Rasmga qarang. 7 N atomi uchun 6.
Guruch. 6
Skandiy atomining elektron konfiguratsiyasi
21 sc: 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2 3 d 1
Tashqi energiya darajasidagi elektronlar valent elektronlar deb ataladi. 21 sc tegishli d-elementlar.
Darsni yakunlash
Darsda atomning tuzilishi, atomdagi elektronlarning holati ko'rib chiqildi, “atom orbitali va elektron buluti” tushunchasi bilan tanishtirildi. Talabalar orbitallarning shakli nima ekanligini bilib oldilar ( s-, p-, d-orbitallar), energiya darajalari va pastki sathlardagi elektronlarning maksimal soni qancha, elektronlarning energiya darajalari bo'yicha taqsimlanishi, nima s-, p- Va d-elementlar. Atomlarning elektron qatlamlari tuzilishining grafik diagrammasi (elektron-grafik formulasi) berilgan.
Adabiyotlar ro'yxati
1. Rudzitis G.E. Kimyo. Umumiy kimyo asoslari. 11-sinf: ta'lim muassasalari uchun darslik: asosiy daraja / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14-nashr. - M.: Ta'lim, 2012.
2. Popel P.P. Kimyo: 8-sinf: umumiy ta'lim muassasalari uchun darslik / P.P. Popel, L.S. Krivlya. - K .: "Akademiya" axborot markazi, 2008. - 240 b.: kasal.
3. A.V. Manuilov, V.I. Rodionov. Kimyo fanining asoslari. Internet darslik.
Uy vazifasi
1. No 5-7 (22-bet) Rudzitis G.E. Kimyo. Umumiy kimyo asoslari. 11-sinf: ta'lim muassasalari uchun darslik: asosiy daraja / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14-nashr. - M.: Ta'lim, 2012.
2. Quyidagi elementlarning elektron formulalarini yozing: 6 C, 12 Mg, 16 S, 21 Sc.
3. Elementlar quyidagi elektron formulalarga ega: a) 1s 2 2s 2 2p 4 .b) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. c) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2. Bu elementlar nima?
Atomning tarkibi.
Atom undan tashkil topgan atom yadrosi Va elektron qobiq.
Atom yadrosi protonlardan tashkil topgan ( p+) va neytronlar ( n 0). Vodorod atomlarining aksariyati bitta proton yadrosiga ega.
Protonlar soni N(p+) yadro zaryadiga teng ( Z) va elementlarning tabiiy qatoridagi (va elementlarning davriy tizimidagi) elementning tartib raqami.
N(p +) = Z
Neytronlar sonining yig'indisi N(n 0), oddiygina harf bilan belgilanadi N, va protonlar soni Z chaqirdi massa raqami va harf bilan belgilanadi LEKIN.
A = Z + N
Atomning elektron qobig'i yadro atrofida harakatlanadigan elektronlardan iborat ( e -).
Elektronlar soni N(e-) neytral atomning elektron qobig'idagi protonlar soniga teng Z uning asosida.
Protonning massasi taxminan neytronning massasiga va elektronning massasidan 1840 marta kattaroqdir, shuning uchun atomning massasi amalda yadro massasiga teng.
Atomning shakli sharsimondir. Yadro radiusi atom radiusidan taxminan 100 000 marta kichikdir.
Kimyoviy element- bir xil yadro zaryadiga ega bo'lgan (yadrodagi protonlar soni bir xil bo'lgan) atomlar turi (atomlar to'plami).
Izotop- yadrosida bir xil miqdordagi neytronlarga ega bo'lgan bir element atomlari to'plami (yoki yadrodagi protonlar soni va neytronlari soni bir xil bo'lgan atomlar turi).
Turli izotoplar bir-biridan atom yadrolaridagi neytronlar soni bilan farqlanadi.
Yagona atom yoki izotopning belgilanishi: (E - element belgisi), masalan: .
Atomning elektron qobig'ining tuzilishi
atom orbitali atomdagi elektronning holatidir. Orbital belgisi -. Har bir orbital elektron bulutga mos keladi.
Haqiqiy atomlarning er (qo'zg'atmagan) holatidagi orbitallari to'rt xil bo'ladi: s, p, d Va f.
elektron bulut- fazoning 90 (yoki undan ortiq) foiz ehtimollik bilan elektron topilishi mumkin bo'lgan qismi.
Eslatma: ba'zan "atom orbitali" va "elektron buluti" tushunchalari farqlanmaydi, ularning ikkalasini ham "atom orbitali" deb atashadi.
Atomning elektron qobig'i qatlamli. Elektron qatlam bir xil o'lchamdagi elektron bulutlardan hosil bo'lgan. Bir qavatli orbitallar hosil bo'ladi elektron ("energiya") darajasi, ularning energiyalari vodorod atomi uchun bir xil, ammo boshqa atomlar uchun boshqacha.
Xuddi shu darajadagi orbitallar guruhlarga bo'linadi elektron (energiya) pastki darajalar:
s- pastki daraja (birdan iborat s-orbitallar), belgisi - .
p pastki daraja (uchtadan iborat p
d pastki daraja (beshdan iborat d-orbitallar), belgisi - .
f pastki daraja (ettidan iborat f-orbitallar), belgisi - .
Xuddi shu darajadagi orbitallarning energiyalari bir xil.
Pastki darajalarni belgilashda pastki daraja belgisiga qatlamning soni (elektron daraja) qo'shiladi, masalan: 2 s, 3p, 5d anglatadi s- ikkinchi darajaning pastki darajasi, p- uchinchi darajaning pastki darajasi; d- beshinchi darajaning pastki darajasi.
Bir darajadagi pastki darajalarning umumiy soni daraja soniga teng n. Bir darajadagi orbitallarning umumiy soni n 2. Shunga ko'ra, bitta qatlamdagi bulutlarning umumiy soni ham n 2 .
Belgilari: - erkin orbital (elektronsiz), - juftlanmagan elektronli orbital, - elektron juftli orbital (ikki elektronli).
Elektronlarning atom orbitallarini to'ldirish tartibi uchta tabiat qonuni bilan belgilanadi (formulalar soddalashtirilgan tarzda berilgan):
1. Eng kam energiya printsipi - elektronlar orbitallarning energiyasini oshirish tartibida orbitallarni to'ldiradi.
2. Pauli printsipi - bir orbitalda ikkitadan ortiq elektron bo'lishi mumkin emas.
3. Xund qoidasi - pastki sathda elektronlar birinchi navbatda erkin orbitallarni (birma-bir) to'ldiradi va shundan keyingina ular elektron juftlarni hosil qiladi.
Elektron darajadagi (yoki elektron qatlamdagi) elektronlarning umumiy soni 2 ga teng n 2 .
Quyi darajalarni energiya bo'yicha taqsimlash quyidagi tarzda ifodalanadi (energetikani oshirish tartibida):
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p ...
Vizual ravishda bu ketma-ketlik energiya diagrammasi bilan ifodalanadi:
Atom elektronlarining darajalar, pastki darajalar va orbitallar bo'yicha taqsimlanishi (atomning elektron konfiguratsiyasi) elektron formula, energiya diagrammasi yoki oddiyroq, elektron qatlam diagrammasi shaklida tasvirlanishi mumkin (" elektron diagramma").
Atomlarning elektron tuzilishiga misollar:
Valent elektronlar- kimyoviy bog'lanish hosil bo'lishida ishtirok eta oladigan atom elektronlari. Har qanday atom uchun bu barcha tashqi elektronlar va energiya tashqi elektronlardan kattaroq bo'lgan oldingi tashqi elektronlardir. Masalan: Ca atomida 4 ta tashqi elektron mavjud s 2, ular ham valentlikdir; Fe atomi tashqi elektronlarga ega - 4 s 2 lekin uning 3 tasi bor d 6, demak, temir atomida 8 ta valentlik elektron mavjud. Kaltsiy atomining valentlik elektron formulasi 4 ga teng s 2 va temir atomlari - 4 s 2 3d 6 .
D. I. Mendeleyev kimyoviy elementlarning davriy tizimi
(kimyoviy elementlarning tabiiy tizimi)
Kimyoviy elementlarning davriy qonuni(zamonaviy formula): kimyoviy elementlarning, shuningdek ular tomonidan hosil bo'lgan oddiy va murakkab moddalarning xossalari davriy ravishda atom yadrolari zaryadining qiymatiga bog'liqdir.
Davriy tizim- davriy qonunning grafik ifodasi.
Kimyoviy elementlarning tabiiy diapazoni- atomlari yadrolaridagi protonlar sonining ko'payishiga qarab yoki xuddi shu atomlarning yadrolari zaryadlarining ko'payishiga qarab joylashgan bir qator kimyoviy elementlar. Ushbu seriyadagi elementning seriya raqami ushbu elementning har qanday atomining yadrosidagi protonlar soniga teng.
Kimyoviy elementlar jadvali kimyoviy elementlarning tabiiy qatorini "kesish" orqali tuziladi davrlar(jadvalning gorizontal qatorlari) va atomlarning elektron tuzilishi o'xshash elementlarning guruhlari (jadvalning vertikal ustunlari).
Elementlarning guruhlarga birlashtirilganligiga qarab, jadval bo'lishi mumkin uzoq muddat(valentlik elektronlarining soni va turi bir xil bo'lgan elementlar guruhlarga yig'iladi) va qisqa muddatga(valentlik elektronlari bir xil bo'lgan elementlar guruhlarga yig'iladi).
Qisqa davr jadvalining guruhlari kichik guruhlarga bo'lingan ( asosiy Va yon effektlar), uzoq davr jadvalining guruhlari bilan mos keladi.
Xuddi shu davrdagi elementlarning barcha atomlari elektron qatlamlarining bir xil soniga ega, bu davr soniga teng.
Davrlardagi elementlar soni: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Sakkizinchi davr elementlarining aksariyati sunʼiy yoʻl bilan olingan, bu davrning oxirgi elementlari hali sintez qilinmagan. Birinchi davrdan tashqari barcha davrlar gidroksidi metall hosil qiluvchi element (Li, Na, K va boshqalar) bilan boshlanadi va asil gaz hosil qiluvchi element (He, Ne, Ar, Kr va boshqalar) bilan tugaydi.
Qisqa davr jadvalida - har biri ikkita kichik guruhga (asosiy va ikkinchi darajali) bo'lingan sakkizta guruh, uzoq davr jadvalida - A yoki B harflari bilan rim raqamlari bilan raqamlangan o'n olti guruh, masalan: IA, IIIB, VIA, VIIB. Uzoq davr jadvalining IA guruhi qisqa davr jadvalining birinchi guruhining asosiy kichik guruhiga mos keladi; VIIB guruhi - ettinchi guruhning ikkilamchi kichik guruhi: qolganlari - xuddi shunday.
Kimyoviy elementlarning xarakteristikalari tabiiy ravishda guruhlar va davrlarda o'zgaradi.
Davrlarda (seriya raqami ortishi bilan)
- yadro zaryadi ortadi
- tashqi elektronlar soni ortadi;
- atomlarning radiusi kamayadi;
- elektronlarning yadro bilan bog'lanish kuchi ortadi (ionlanish energiyasi),
- elektromanfiylik kuchayadi.
- oddiy moddalarning oksidlanish xususiyatlari kuchayadi ("metall bo'lmagan"),
- oddiy moddalarning qaytaruvchi xususiyatlari ("metalllik") zaiflashadi,
- gidroksidlar va tegishli oksidlarning asosiy xususiyatini zaiflashtiradi;
- gidroksidlar va tegishli oksidlarning kislotalilik xususiyati ortadi.
Guruhlarda (seriya raqamini oshirish bilan)
- yadro zaryadi ortadi
- atomlarning radiusi ortadi (faqat A-guruhlarda),
- elektronlar va yadro o'rtasidagi bog'lanishning mustahkamligi pasayadi (ionlanish energiyasi; faqat A-guruhlarda),
- elektromanfiylik pasayadi (faqat A-guruhlarda),
- oddiy moddalarning oksidlovchi xususiyatlarini zaiflashtiradi ("metall bo'lmagan"; faqat A-guruhlarda),
- oddiy moddalarning qaytaruvchi xossalari kuchayadi ("metalllik"; faqat A-guruhlarda),
- gidroksidlarning asosiy xususiyati va tegishli oksidlar ortadi (faqat A-guruhlarda),
- gidroksidlarning kislotali tabiati va tegishli oksidlar zaiflashadi (faqat A-guruhlarda),
- vodorod birikmalarining barqarorligi pasayadi (ularning qaytaruvchi faolligi oshadi; faqat A-guruhlarda).
“9-mavzu.” Atomning tuzilishi” mavzusidagi topshiriq va testlar. D. I. Mendeleyev (PSCE) kimyoviy elementlarning davriy qonuni va davriy tizimi".
- Davriy qonun - Atomlarning davriy qonuni va tuzilishi 8–9-sinf
Siz bilishingiz kerak: orbitallarni elektronlar bilan to'ldirish qonunlari (eng kam energiya printsipi, Pauli printsipi, Xund qoidasi), elementlarning davriy tizimining tuzilishi.Siz quyidagilarni bilishingiz kerak: elementning davriy sistemadagi o‘rni bo‘yicha atom tarkibini aniqlash va aksincha, uning tarkibini bilgan holda davriy sistemadagi elementni topish; struktura diagrammasini, atom, ionning elektron konfiguratsiyasini tasvirlash va aksincha, diagramma va elektron konfiguratsiyadan PSCEdagi kimyoviy elementning o'rnini aniqlash; elementni va u hosil qiladigan moddalarni PSCEdagi mavqeiga ko'ra tavsiflash; atomlar radiusi, kimyoviy elementlarning xossalari va ular hosil qiladigan moddalarning bir davr va davriy tizimning bir asosiy kichik guruhidagi o'zgarishlarini aniqlash.
1-misol Uchinchi elektron darajadagi orbitallar sonini aniqlang. Bu orbitallar nima?
Orbitallar sonini aniqlash uchun formuladan foydalanamiz N orbitallar = n 2, qayerda n- daraja raqami. N orbitallar = 3 2 = 9. Bitta 3 s-, uchta 3 p- va besh 3 d-orbitallar.2-misol Qaysi elementning atomida elektron formula 1 borligini aniqlang s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .
Qaysi element ekanligini aniqlash uchun siz atomdagi elektronlarning umumiy soniga teng bo'lgan uning seriya raqamini topishingiz kerak. Bu holda: 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13. Bu alyuminiy.Sizga kerak bo'lgan hamma narsani o'rganganingizga ishonch hosil qilganingizdan so'ng, vazifalarga o'ting. Sizga muvaffaqiyatlar tilaymiz.
Tavsiya etilgan adabiyotlar:- O. S. Gabrielyan va boshqalar Kimyo, 11-sinf. M., Bustard, 2002;
- G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. Kimyo 11 hujayra. M., Ta'lim, 2001 yil.
Yuklanmoqda...