Struktur elektronik unsur. Struktur elektronik atom

Setiap zat terdiri dari partikel-partikel yang sangat kecil yang disebut atom . Atom adalah partikel terkecil unsur kimia, menyimpan semuanya sifat karakteristik. Untuk membayangkan ukuran sebuah atom, cukup dikatakan bahwa jika mereka dapat ditempatkan berdekatan satu sama lain, maka satu juta atom hanya akan menempati jarak 0,1 mm.

Perkembangan lebih lanjut ilmu struktur materi menunjukkan bahwa atom juga mempunyai struktur yang kompleks dan terdiri dari elektron dan proton. Ini adalah bagaimana hal itu muncul teori elektron struktur materi.

Pada zaman dahulu ditemukan bahwa ada dua jenis listrik: positif dan negatif. Jumlah listrik yang terkandung dalam tubuh disebut muatan. Tergantung pada jenis listrik yang dimiliki suatu benda, muatannya bisa positif atau negatif.

Secara eksperimental juga telah ditetapkan bahwa muatan yang sejenis akan tolak menolak, dan muatan yang tidak sejenis akan tarik menarik.

Mari kita pertimbangkan struktur elektronik atom. Atom terdiri dari partikel-partikel yang lebih kecil dari dirinya sendiri, disebut elektron.

DEFINISI:Elektron adalah partikel terkecil zat yang mempunyai muatan listrik negatif paling kecil.

Elektron berputar inti pusat, terdiri dari satu atau lebih proton Dan neutron, dalam orbit konsentris. Elektron adalah partikel bermuatan negatif, proton adalah positif, dan neutron adalah netral (Gambar 1.1).

DEFINISI:Proton adalah partikel materi terkecil yang mempunyai muatan listrik positif terkecil.

Keberadaan elektron dan proton tidak diragukan lagi. Para ilmuwan tidak hanya menentukan massa, muatan dan ukuran elektron dan proton, tetapi bahkan memaksa mereka untuk bekerja di berbagai perangkat teknik listrik dan radio.

Ditemukan juga bahwa massa elektron bergantung pada kecepatan pergerakannya dan elektron tidak hanya bergerak maju dalam ruang, tetapi juga berputar pada porosnya.

Struktur yang paling sederhana adalah atom hidrogen (Gbr. 1.1). Terdiri dari inti proton dan elektron yang berputar dengan kecepatan tinggi mengelilingi inti, membentuk kulit terluar (orbit) atom. Atom yang lebih kompleks memiliki beberapa kulit tempat elektron berputar.

Kulit-kulit ini diisi secara berurutan dari inti dengan elektron (Gambar 1.2).

Sekarang mari kita lihat . Kulit terluar disebut valensi, dan jumlah elektron yang terkandung di dalamnya disebut valensi. Semakin jauh dari inti kulit valensi, oleh karena itu, semakin kecil gaya tarik menarik yang dialami setiap elektron valensi dari inti. Dengan demikian, atom meningkatkan kemampuannya untuk mengikat elektron pada dirinya sendiri jika kulit valensi tidak terisi dan terletak jauh dari inti, atau kehilangannya.
Elektron kulit terluar dapat menerima energi. Jika elektron yang terletak pada kulit valensi menerima tingkat energi yang dibutuhkan dari kekuatan eksternal, mereka dapat melepaskan diri darinya dan meninggalkan atom, yaitu menjadi elektron bebas. Elektron bebas mampu berpindah secara acak dari satu atom ke atom lainnya. Bahan-bahan yang mengandung jumlah besar elektron bebas, dipanggil konduktor .

isolator , adalah kebalikan dari konduktor. Mereka mencegah kebocoran arus listrik. Isolator stabil karena elektron valensi beberapa atom mengisi kulit valensi atom lain dan menyatukannya. Ini mencegah pembentukan elektron bebas.
Posisi menengah antara isolator dan konduktor menempati semikonduktor , tapi kita akan membicarakannya nanti
Mari kita pertimbangkan sifat-sifat atom. Sebuah atom yang memiliki jumlah elektron dan proton yang sama bersifat netral secara listrik. Sebuah atom yang memperoleh satu atau lebih elektron menjadi bermuatan negatif dan disebut ion negatif. Jika sebuah atom kehilangan satu atau lebih elektron, ia menjadi ion positif, yaitu bermuatan positif.

Mari kita lihat bagaimana atom dibangun. Ingatlah bahwa kita hanya akan berbicara tentang model. Dalam praktiknya, ada lebih banyak atom struktur yang kompleks. Namun berkat perkembangan modern, kami mampu menjelaskan dan bahkan berhasil memprediksi properti (walaupun tidak semua). Lalu bagaimana struktur atom? Terbuat dari apakah itu?

Model atom planet

Ini pertama kali diusulkan oleh fisikawan Denmark N. Bohr pada tahun 1913. Ini adalah teori pertama tentang struktur atom yang didasarkan pada fakta ilmiah. Selain itu, ini meletakkan dasar bagi terminologi tematik modern. Di dalamnya, partikel elektron menghasilkan gerakan rotasi mengelilingi atom menurut prinsip yang sama seperti planet mengelilingi Matahari. Bohr menyatakan bahwa mereka hanya bisa ada di orbit yang terletak pada jarak tertentu dari inti. Ilmuwan tidak dapat menjelaskan mengapa hal ini terjadi, dari sudut pandang ilmiah, namun model seperti itu dikonfirmasi oleh banyak eksperimen. Bilangan bulat digunakan untuk menentukan orbit, dimulai dengan orbit yang diberi nomor paling dekat dengan inti. Semua orbit ini juga disebut level. Atom hidrogen hanya memiliki satu tingkat, di mana satu elektron berputar. Namun atom kompleks juga mempunyai tingkatan. Mereka dibagi menjadi komponen-komponen yang digabungkan serupa potensi energi elektron. Jadi, yang kedua sudah memiliki dua sublevel - 2s dan 2p. Yang ketiga sudah memiliki tiga - 3s, 3p dan 3d. Dan sebagainya. Pertama, sublevel yang lebih dekat ke inti “diisi”, dan kemudian sublevel yang jauh. Masing-masing hanya dapat menampung sejumlah elektron tertentu. Tapi ini bukanlah akhir. Setiap sublevel dibagi menjadi orbital. Mari kita bandingkan dengan kehidupan biasa. Awan elektron suatu atom sebanding dengan sebuah kota. Level adalah jalan. Subtingkat - rumah pribadi atau apartemen. Orbital - ruangan. Masing-masing dari mereka “hidup” satu atau dua elektron. Semuanya memiliki alamat tertentu. Ini adalah diagram pertama struktur atom. Dan terakhir, tentang alamat elektron: alamat elektron ditentukan oleh kumpulan angka yang disebut “kuantum”.

Model gelombang atom

Namun seiring berjalannya waktu model planet telah direvisi. Teori kedua tentang struktur atom diajukan. Ini lebih maju dan memungkinkan Anda menjelaskan hasilnya eksperimen praktis. Yang pertama digantikan oleh model gelombang atom, yang dikemukakan oleh E. Schrödinger. Kemudian diketahui bahwa elektron dapat memanifestasikan dirinya tidak hanya sebagai partikel, tetapi juga sebagai gelombang. Apa yang Schrödinger lakukan? Dia menerapkan persamaan yang menggambarkan gerak gelombang dengan demikian, seseorang tidak dapat menemukan lintasan elektron dalam suatu atom, tetapi kemungkinan terdeteksinya elektron tersebut pada titik tertentu. Yang menyatukan kedua teori ini adalah bahwa partikel elementer terletak pada tingkat, sublevel, dan orbital tertentu. Di sinilah kesamaan antar model berakhir. Izinkan saya memberi Anda satu contoh - di teori gelombang Orbital adalah daerah dimana elektron dapat ditemukan dengan probabilitas 95%. Sisa ruang menyumbang 5%. Namun pada akhirnya ternyata ciri-ciri struktur atom digambarkan menggunakan model gelombang, padahal terminologi yang digunakan umum.

Konsep probabilitas dalam hal ini

Mengapa istilah ini digunakan? Heisenberg merumuskan prinsip ketidakpastian pada tahun 1927, yang sekarang digunakan untuk menggambarkan pergerakan mikropartikel. Hal ini didasarkan pada perbedaan mendasar mereka dari biasanya tubuh fisik. Apa itu? Mekanika klasik diasumsikan bahwa seseorang dapat mengamati fenomena tanpa mempengaruhinya (observasi benda langit). Berdasarkan data yang diperoleh, dimungkinkan untuk menghitung di mana suatu benda akan berada pada suatu titik waktu tertentu. Namun dalam mikrokosmos segalanya berbeda. Jadi, misalnya, sekarang tidak mungkin mengamati elektron tanpa mempengaruhinya karena energi instrumen dan partikel tidak ada bandingannya. Hal ini menyebabkan perubahan lokasi partikel elementer, keadaan, arah, kecepatan gerakan dan parameter lainnya. Dan tidak masuk akal untuk membicarakan karakteristik pastinya. Prinsip ketidakpastian sendiri memberi tahu kita bahwa tidak mungkin menghitung secara pasti lintasan elektron mengelilingi inti. Anda hanya dapat menunjukkan kemungkinan menemukan partikel di area ruang tertentu. Inilah kekhasan struktur atom unsur kimia. Tapi ini harus diperhitungkan secara eksklusif oleh para ilmuwan dalam eksperimen praktis.

Komposisi atom

Tapi mari kita konsentrasi pada keseluruhan pokok bahasannya. Jadi, selain kulit elektron yang dianggap baik, komponen atom yang kedua adalah nukleus. Ini terdiri dari proton bermuatan positif dan neutron netral. Kita semua akrab dengan tabel periodik. Jumlah setiap unsur sesuai dengan jumlah proton yang dikandungnya. Jumlah neutron sama dengan selisih antara massa atom dan jumlah protonnya. Mungkin ada penyimpangan dari aturan ini. Kemudian mereka mengatakan bahwa terdapat isotop unsur tersebut. Struktur atom sedemikian rupa sehingga “dikelilingi” oleh kulit elektron. biasanya sama dengan jumlah proton. Massa neutron kira-kira 1.840 kali lebih besar dibandingkan massa neutron dan kira-kira sama dengan berat neutron. Jari-jari inti atom kira-kira 1/200.000 diameter atom. Bentuknya sendiri bulat. Ini secara umum adalah struktur atom unsur kimia. Meskipun terdapat perbedaan massa dan sifat, keduanya terlihat kurang lebih sama.

Orbit

Ketika berbicara tentang apa itu diagram struktur atom, kita tidak bisa tinggal diam. Jadi, ada tipe-tipe ini:

1. S. Mereka memiliki bentuk bulat.
2. P. Mereka terlihat seperti angka delapan tiga dimensi atau gelendong.
3. d dan f. Memiliki bentuk yang kompleks, yang sulit dijelaskan dalam bahasa formal.

Sebuah elektron dari setiap jenis dapat ditemukan dengan probabilitas 95% pada orbital yang sesuai. Informasi yang disajikan harus ditanggapi dengan tenang, karena agak abstrak model matematika, bukan realitas fisik dari situasi tersebut. Namun terlepas dari semua ini, dia memiliki kebaikan kekuatan prediksi mengenai sifat kimia atom dan bahkan molekul. Semakin jauh suatu tingkat terletak dari inti, semakin banyak elektron yang dapat ditempatkan di atasnya. Jadi, jumlah orbital dapat dihitung dengan menggunakan rumus khusus: x 2. Di sini x sama dengan jumlah level. Dan karena maksimal dua elektron dapat ditempatkan dalam satu orbital, pada akhirnya rumus pencarian numeriknya akan terlihat seperti ini: 2x 2.

Orbit: data teknis

Jika kita berbicara tentang struktur atom fluor, ia akan memiliki tiga orbital. Semuanya akan terisi. Energi orbital dalam sublevel yang sama adalah sama. Untuk menentukannya, tambahkan nomor lapisan: 2s, 4p, 6d. Mari kita kembali ke pembahasan tentang struktur atom fluor. Ini akan memiliki dua sublevel s dan satu p. Ia memiliki sembilan proton dan jumlah elektron yang sama. Tingkat S yang pertama. Itu dua elektron. Kemudian level s kedua. Dua elektron lagi. Dan 5 mengisi level-p. Ini adalah strukturnya. Setelah membaca subjudul berikutnya, Anda bisa melakukannya sendiri tindakan yang diperlukan dan pastikan itu. Jika kita berbicara tentang fluor mana yang juga termasuk, perlu dicatat bahwa mereka, meskipun dalam kelompok yang sama, memiliki karakteristik yang sangat berbeda. Dengan demikian, titik didihnya berkisar antara -188 hingga 309 derajat Celcius. Lalu mengapa mereka bersatu? Terima kasih semuanya sifat kimia. Semua halogen, dan semaksimal mungkin fluor memiliki kemampuan oksidasi tertinggi. Mereka bereaksi dengan logam dan dapat menyala secara spontan pada suhu kamar tanpa masalah.

Bagaimana orbit terisi?

Berdasarkan aturan dan prinsip apa elektron diatur? Kami menyarankan Anda membiasakan diri dengan tiga hal utama, yang kata-katanya telah disederhanakan untuk pemahaman yang lebih baik:

1. Prinsip energi paling sedikit. Elektron cenderung mengisi orbital dengan urutan peningkatan energi.
2. Prinsip Pauli. Satu orbital tidak boleh mengandung lebih dari dua elektron.
3. aturan Hund. Dalam satu sublevel, elektron pertama-tama mengisi orbital kosong dan baru kemudian membentuk pasangan.

Struktur atom akan membantu dalam pengisiannya dan dalam hal ini akan lebih mudah dipahami dari segi gambar. Oleh karena itu, kapan kerja praktek Saat membuat diagram sirkuit, Anda harus selalu memilikinya.

Contoh

Untuk meringkas semua yang telah dikatakan dalam kerangka artikel, Anda dapat membuat contoh tentang bagaimana elektron suatu atom didistribusikan di antara level, sublevel, dan orbitalnya (yaitu, konfigurasi levelnya). Ini dapat digambarkan sebagai rumus, diagram energi, atau diagram lapisan. Ada ilustrasi yang sangat bagus di sini, yang jika diteliti dengan cermat, membantu untuk memahami struktur atom. Jadi, level pertama diisi terlebih dahulu. Ia hanya memiliki satu sublevel, yang di dalamnya hanya terdapat satu orbital. Semua level diisi secara berurutan, dimulai dari yang terkecil. Pertama, dalam satu sublevel, satu elektron ditempatkan di setiap orbital. Kemudian pasangan dibuat. Dan jika ada yang gratis, terjadi peralihan ke subjek pengisian lain. Dan sekarang Anda dapat mengetahui sendiri apa struktur atom nitrogen atau fluor (yang telah dibahas sebelumnya). Ini mungkin sedikit sulit pada awalnya, tetapi Anda dapat menggunakan gambar sebagai panduan. Untuk lebih jelasnya, mari kita lihat struktur atom nitrogen. Ia memiliki 7 proton (bersama dengan neutron yang membentuk inti) dan jumlah elektron yang sama (yang membentuk kulit elektron). S-level pertama diisi terlebih dahulu. Ia memiliki 2 elektron. Kemudian datanglah level s kedua. Ia juga memiliki 2 elektron. Dan tiga lainnya ditempatkan pada tingkat p, yang masing-masing menempati satu orbital.

Kesimpulan

Seperti yang Anda lihat, struktur atom tidak seperti ini topik yang kompleks(jika Anda mendekatinya dari posisi kursus sekolah kimia, tentu saja). Dan mengerti topik ini tidaklah sulit. Terakhir, saya ingin memberi tahu Anda tentang beberapa fitur. Misalnya, berbicara tentang struktur atom oksigen, kita mengetahui bahwa ia memiliki delapan proton dan 8-10 neutron. Dan karena segala sesuatu di alam cenderung seimbang, dua atom oksigen membentuk sebuah molekul, di mana dua elektron yang tidak berpasangan terbentuk ikatan kovalen. Molekul oksigen stabil lainnya, ozon (O3), terbentuk dengan cara serupa. Mengetahui struktur atom oksigen, Anda dapat menyusun rumus dengan benar reaksi oksidatif, yang melibatkan zat paling umum di Bumi.

Atom- partikel netral secara listrik yang terdiri dari inti bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif. Di pusat atom terdapat inti atom yang bermuatan positif. Ia menempati sebagian kecil ruang di dalam atom; muatan positif dan hampir seluruh massa atom.

Inti terdiri dari partikel elementer - proton dan neutron; sekitar inti atom Elektron bergerak dalam orbital tertutup.

proton(p) - partikel dasar Dengan massa relatif 1,00728 satuan atom massa dan muatan +1 satuan konvensional. Jumlah proton dalam inti atom sama dengan nomor atom unsur dalam Tabel Periodik D.I. Mendeleev.

Neutron (n)- partikel netral elementer dengan massa relatif 1,00866 satuan massa atom (sma).

Jumlah neutron dalam inti N ditentukan dengan rumus:

dimana A adalah nomor massa, Z adalah muatan inti, sama dengan nomornya proton (bilangan urut).

Biasanya parameter inti atom ditulis sebagai berikut: muatan inti ditempatkan di kiri bawah simbol unsur, dan nomor massa di atas, misalnya:

Entri ini menunjukkan bahwa muatan inti (dan jumlah proton) atom fosfor adalah 15, nomor massa 31, dan jumlah neutron 31 – 15 = 16. Karena massa proton dan neutron sangat berbeda sedikit dari satu sama lain, massa jumlahnya kira-kira sama dengan massa atom relatif inti.

Elektron (e –)- partikel elementer bermassa 0,00055 a. e.m. dan biaya bersyarat –1. Jumlah elektron dalam suatu atom sama dengan muatan inti atom (nomor urut unsur dalam Tabel Periodik D.I. Mendeleev).

Elektron bergerak mengelilingi inti dalam orbital yang ditentukan secara ketat, membentuk apa yang disebut awan elektron.

Wilayah ruang di sekitar inti atom tempat elektron paling mungkin ditemukan (90% atau lebih) menentukan bentuk awan elektron.

Awan elektron dari elektron s berbentuk bola; Sublevel energi s dapat berisi maksimal dua elektron.

Awan elektron elektron p berbentuk halter; Tiga orbital p dapat memuat maksimal enam elektron.

Orbital digambarkan sebagai persegi, dengan nilai primer dan sekunder tertulis di atas atau di bawahnya. bilangan kuantum, menggambarkan orbital ini. Rekaman seperti itu disebut rumus elektronik grafis, misalnya:

Dalam rumus ini, panah menunjukkan elektron, dan arah panah sesuai dengan arah putarannya sendiri momen magnetik elektron. Elektron dengan spin berlawanan ↓ disebut berpasangan.

Konfigurasi elektron atom suatu unsur dapat direpresentasikan dalam bentuk rumus elektronik, yang di dalamnya ditunjukkan simbol sublevel; koefisien di depan simbol sublevel menunjukkan miliknya tingkat ini, dan derajat simbolnya adalah jumlah elektron pada sublevel tertentu.

Tabel 1 menunjukkan struktur kulit elektron atom 20 unsur pertama Tabel Periodik Unsur Kimia D.I. Mendeleev.

Unsur kimia yang atomnya subtingkat s pada tingkat terluarnya diisi kembali dengan satu atau dua elektron disebut unsur s. Unsur kimia yang atomnya terisi sublevel p (dari satu hingga enam elektron) disebut unsur p.

Nomor lapisan elektronik dalam atom suatu unsur kimia sama dengan nomor periode.

Menurut aturan Hund elektron terletak pada orbital serupa dengan tingkat energi yang sama sedemikian rupa sehingga putaran totalnya maksimum. Akibatnya, ketika sublevel energi diisi, setiap elektron pertama-tama menempati sel yang terpisah, dan baru setelah itu pasangannya dimulai. Misalnya, atom nitrogen akan memiliki semua elektron p sel individu, dan untuk oksigen, pasangannya akan dimulai, yang akan berakhir sepenuhnya untuk neon.

Isotop disebut atom dari unsur yang sama yang mengandung jumlah proton yang sama dalam intinya, tetapi nomor yang berbeda neutron.

Isotop diketahui untuk semua unsur. Oleh karena itu, massa atom unsur-unsur dalam tabel periodik adalah rata-rata jumlah massa campuran isotop alami dan berbeda dari nilai bilangan bulat. Dengan demikian, massa atom campuran isotop alami tidak dapat berfungsi karakteristik utama atom, dan karena itu merupakan unsur. Ciri-ciri atom ini adalah muatan inti, yang menentukan jumlah elektron pada kulit elektron atom dan strukturnya.

Mari kita lihat beberapa tugas-tugas khas untuk bagian ini.

Contoh 1. Sebuah atom yang unsurnya memiliki konfigurasi elektronik 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 ?

Pada tingkat energi eksternal dari elemen ini ada satu elektron 4s. Oleh karena itu, unsur kimia ini berada pada periode keempat dari kelompok pertama subkelompok utama. Unsur ini adalah kalium.

Ada cara lain untuk sampai pada jawaban ini. Dilipat jumlah keseluruhan semua elektron, kita mendapat 19. Jumlah keseluruhan elektron sama dengan nomor atom unsur tersebut. Nomor 19 pada tabel periodik adalah kalium.

Contoh 2. Unsur kimianya sesuai dengan oksida tertinggi RO 2. Konfigurasi elektronik sesuai dengan tingkat energi terluar atom suatu unsur tertentu rumus elektronik:

1. ns 2 np 4
2. ns 2 np 2
3. ns 2 np 3
4. ns 2 np 6

Menurut rumus oksida yang lebih tinggi (lihat rumusnya oksida yang lebih tinggi dalam Tabel Periodik) kita menetapkan bahwa unsur kimia ini termasuk dalam golongan keempat subgrup utama. Unsur-unsur ini memiliki empat elektron pada tingkat energi terluarnya - dua s dan dua p. Oleh karena itu, jawaban yang benar adalah 2.

Tugas pelatihan

1. Jumlah total elektron s dalam atom kalsium adalah

1) 20
2) 40
3) 8
4) 6

2. Jumlah pasangan elektron p dalam atom nitrogen adalah

1) 7
2) 14
3) 3
4) 4

3. Jumlah elektron s yang tidak berpasangan dalam atom nitrogen adalah sama dengan

1) 7
2) 14
3) 3
4) 4

4. Jumlah elektron pada tingkat energi terluar atom argon adalah

1) 18
2) 6
3) 4
4) 8

5. Jumlah proton, neutron dan elektron pada atom 9 4 Be adalah sama

1) 9, 4, 5
2) 4, 5, 4
3) 4, 4, 5
4) 9, 5, 9

6. Distribusi elektron melintasi lapisan elektronik 2; 8; 4 - sesuai dengan atom yang terletak di (dalam)

1) Periode ke-3, kelompok IA
2) periode ke-2, kelompok IVA
3) Periode ke-3, kelompok IVA
4) Periode ke-3, kelompok VA

7. Unsur kimia yang terletak pada golongan VA periode ke-3 sesuai dengan diagram struktur elektronik atom

1) 2, 8, 6
2) 2, 6, 4
3) 2, 8, 5
4) 2, 8, 2

8. Suatu unsur kimia dengan konfigurasi elektron 1s 2 2s 2 2p 4 menghasilkan zat yang mudah menguap koneksi hidrogen, rumus siapa

1) EN
2) EN 2
3) EN 3
4) EN 4

9. Jumlah lapisan elektron dalam atom suatu unsur kimia adalah sama dengan

1) nomor serinya
2) nomor kelompok
3) jumlah neutron dalam inti
4) nomor periode

10. Nomor elektron terluar dalam atom unsur kimia dari subkelompok utama adalah sama

1) nomor seri elemen
2) nomor kelompok
3) jumlah neutron dalam inti
4) nomor periode

11. Dua elektron ditemukan di lapisan elektron terluar atom setiap unsur kimia dalam rangkaian tersebut

1) Dia, jadilah, ba
2) Mg, Si, O
3) C, Mg, Ca
4) Ba, Sr, B

12. Suatu unsur kimia yang rumus elektroniknya 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 membentuk oksida dengan komposisi

1) Li 2 O
2) MgO
3) K 2 O
4) Na 2 O

13. Jumlah lapisan elektron dan jumlah elektron p dalam atom belerang adalah sama

1) 2, 6
2) 3, 4
3) 3, 16
4) 3, 10

14. Konfigurasi elektronik ns 2 np 4 sesuai dengan atom

1) klorin
2) belerang
3) magnesium
4) silikon

15. Elektron valensi atom natrium dalam keadaan dasar terletak pada sublevel energi

1) 2 detik
2) 2p
3) 3 detik
4) 3p

16. Atom nitrogen dan fosfor memiliki

1) jumlah neutron yang sama
2) jumlah proton yang sama
3) konfigurasi lapisan elektronik terluar yang sama

17. Nomor yang sama elektron valensi memiliki atom kalsium dan

1) kalium
2) aluminium
3) berilium
4) boron

18. Atom karbon dan fluor memiliki

1) jumlah neutron yang sama
2) jumlah proton yang sama
3) jumlah lapisan elektronik yang sama
4) jumlah elektron yang sama

19. Sebuah atom karbon dalam keadaan dasarnya memiliki jumlah elektron tidak berpasangan

1) 1
3) 3
2) 2
4) 4

20. Dalam atom oksigen dalam keadaan dasar, jumlah elektron berpasangan adalah sama dengan

Konfigurasi elektronik suatu atom adalah rumus yang menunjukkan susunan elektron dalam atom berdasarkan level dan sublevel. Setelah mempelajari artikel ini, Anda akan mempelajari di mana dan bagaimana elektron berada, mengenal bilangan kuantum dan mampu menyusun konfigurasi elektron suatu atom berdasarkan nomornya; di akhir artikel terdapat tabel unsur.

Mengapa mempelajari konfigurasi elektron suatu unsur?

Atom ibarat suatu rangkaian konstruksi: terdapat sejumlah bagian tertentu, keduanya berbeda satu sama lain, tetapi dua bagian yang berjenis sama adalah sama persis. Tapi set konstruksi ini jauh lebih menarik daripada yang plastik dan inilah alasannya. Konfigurasinya berubah tergantung siapa yang berada di dekatnya. Misalnya oksigen di samping hidrogen Mungkin

berubah menjadi air, bila dekat natrium berubah menjadi gas, dan bila dekat besi seluruhnya berubah menjadi karat.

Untuk menjawab pertanyaan mengapa hal ini terjadi dan memprediksi perilaku suatu atom terhadap atom lainnya, perlu dipelajari konfigurasi elektronnya, yang akan dibahas di bawah ini.

Berapa banyak elektron dalam sebuah atom?

Sebuah atom terdiri dari inti dan elektron yang berputar mengelilinginya terdiri dari proton dan neutron. Dalam keadaan netral, setiap atom mempunyai jumlah elektron yang sama dengan jumlah proton dalam intinya. Jumlah proton ditentukan oleh nomor atom suatu unsur, misalnya belerang memiliki 16 proton - unsur ke-16 dalam tabel periodik. Emas memiliki 79 proton - unsur ke-79 dalam tabel periodik. Oleh karena itu, belerang memiliki 16 elektron dalam keadaan netral, dan emas memiliki 79 elektron.

• Di mana mencari elektron?
• Dengan mengamati perilaku elektron, diperoleh pola-pola tertentu yang digambarkan dengan bilangan kuantum, totalnya ada empat:
• Bilangan kuantum utama
• Bilangan kuantum orbital

Bilangan kuantum magnetik

Putar bilangan kuantum orbital Selanjutnya, alih-alih kata orbit, kita akan menggunakan istilah "orbital", yaitu orbital

fungsi gelombang
elektron, secara kasar, adalah wilayah di mana elektron menghabiskan 90% waktunya.
N - tingkat
L - cangkang

M l - nomor orbital

M s - elektron pertama atau kedua dalam orbital Bilangan kuantum orbital l Sebagai hasil dari mempelajari awan elektron, ditemukan bahwa ketergantungan pada

tingkat energi
, awan mengambil empat bentuk dasar: bola, halter, dan dua bentuk lain yang lebih kompleks.
Berdasarkan kenaikan energinya, bentuk-bentuk ini disebut kulit s-, p-, d- dan f.
Masing-masing kulit ini dapat mempunyai orbital 1 (pada s), 3 (pada p), 5 (pada d) dan 7 (pada f). Bilangan kuantum orbital adalah kulit tempat orbital berada. Bilangan kuantum orbital untuk orbital s,p,d dan f masing-masing bernilai 0,1,2 atau 3.

Ada satu orbital pada kulit s (L=0) - dua elektron

Ada tiga orbital pada kulit p, ditandai dengan angka dari -L sampai +L, yaitu untuk kulit p (L=1) terdapat orbital “-1”, “0” dan “1” .

Bilangan kuantum magnetik dilambangkan dengan huruf ml.

Di dalam kulit, lebih mudah bagi elektron untuk ditempatkan pada orbital yang berbeda, sehingga elektron pertama mengisi satu elektron di setiap orbital, dan kemudian sepasang elektron ditambahkan ke masing-masing orbital.
Pertimbangkan d-shell:

Kulit d sesuai dengan nilai L=2, yaitu lima orbital (-2,-1,0,1 dan 2), lima elektron pertama mengisi kulit dengan nilai M l =-2, M aku =-1, M aku =0 , M aku =1,M aku =2.

Putar bilangan kuantum m s

Spin adalah arah putaran elektron pada porosnya, ada dua arah, sehingga bilangan kuantum spin memiliki dua nilai: +1/2 dan -1/2. Satu sublevel energi hanya dapat memuat dua elektron dengan spin berlawanan. Bilangan kuantum putaran dilambangkan dengan m s

Bilangan kuantum utama n Bilangan kuantum utama adalah tingkat energi di saat ini tujuh tingkat energi diketahui, masing-masing ditunjuk Angka Arab

: 1,2,3,...7. Jumlah cangkang di tiap level sama dengan nomor level: ada satu cangkang di level pertama, dua di level kedua, dan seterusnya.

Nomor elektron

Jadi, setiap elektron dapat dijelaskan dengan empat bilangan kuantum, kombinasi angka-angka ini unik untuk setiap posisi elektron, ambil elektron pertama, tingkat energi terendah adalah N = 1, pada tingkat pertama terdapat satu kulit, yaitu cangkang pertama pada tingkat mana pun berbentuk bola (s -kulit), mis. L=0, bilangan kuantum magnetik hanya dapat mempunyai satu nilai, M l =0 dan putarannya akan sama dengan +1/2.

Jika kita mengambil elektron kelima (dalam atom apa pun itu), maka bilangan kuantum utamanya adalah: N=2, L=1, M=-1, spin 1/2. Bahan kimia adalah bahan pembuat dunia di sekitar kita. Sifat-sifat setiap zat kimia dibagi menjadi dua jenis: kimia, yang mencirikan kemampuannya untuk membentuk zat lain, dan fisik, yang diamati secara obyektif dan dapat dianggap terisolasi dari transformasi kimia. Misalnya, sifat fisik suatu zat adalah sifat-sifatnya keadaan fisik(padat, cair atau gas), konduktivitas termal, kapasitas panas, kelarutan dalam

lingkungan yang berbeda (air, alkohol, dll.), kepadatan, warna, rasa, dll. pada zat lain disebut fenomena kimia atau reaksi kimia. Perlu dicatat bahwa ada juga fenomena fisik yang jelas-jelas disertai dengan perubahan pada beberapa hal sifat fisik zat tanpa diubah menjadi zat lain. KE fenomena fisik, misalnya, termasuk pencairan es, pembekuan atau penguapan air, dll.

Tentang apa yang terjadi selama suatu proses fenomena kimia, kita dapat menyimpulkan dengan mengamati ciri ciri reaksi kimia, seperti perubahan warna, sedimentasi, evolusi gas, panas dan/atau cahaya.

Misalnya, kesimpulan tentang terjadinya reaksi kimia dapat diambil dengan mengamati:

Terbentuknya sedimen pada saat air mendidih, disebut kerak dalam kehidupan sehari-hari;

Pelepasan panas dan cahaya saat api menyala;

Perubahan warna potongan apel segar di udara;

Pembentukan gelembung gas selama fermentasi adonan, dll.

Partikel terkecil dari suatu zat yang hampir tidak mengalami perubahan selama reaksi kimia, namun hanya terhubung satu sama lain dengan cara baru, disebut atom.

Gagasan tentang keberadaan unit-unit materi seperti itu muncul kembali Yunani kuno dalam pikiran filsuf kuno, yang sebenarnya menjelaskan asal usul istilah “atom”, karena “atomos” yang secara harfiah diterjemahkan dari bahasa Yunani berarti “tidak dapat dibagi”.

Namun, bertentangan dengan gagasan para filsuf Yunani kuno, atom bukanlah materi minimum yang mutlak, yaitu. mereka sendiri memiliki struktur yang kompleks.

Setiap atom terdiri dari apa yang disebut partikel subatom– proton, neutron, dan elektron, masing-masing dilambangkan dengan simbol p + , n o dan e − . Superskrip pada notasi yang digunakan menunjukkan bahwa proton mempunyai muatan positif satuan, elektron mempunyai muatan positif satuan muatan negatif, tetapi neutron tidak bermuatan.

Adapun struktur kualitatif suatu atom, di setiap atom semua proton dan neutron terkonsentrasi dalam apa yang disebut inti, di mana elektron membentuk kulit elektron.

Proton dan neutron memiliki massa yang hampir sama, yaitu. m p ≈ m n, dan massa elektron hampir 2000 kali lebih kecil dari massa masing-masing elektron, mis. m p /m e ≈ m n /m e ≈ 2000.

Karena properti mendasar suatu atom adalah netralitas listriknya, dan muatan satu elektron sama dengan muatan satu proton, dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa jumlah elektron dalam suatu atom sama dengan jumlah proton.

Misalnya, tabel di bawah menunjukkan kemungkinan komposisi atom:

Jenis atom dengan muatan yang sama inti, yaitu Dengan nomor yang sama proton dalam intinya disebut unsur kimia. Jadi, dari tabel di atas kita dapat menyimpulkan bahwa atom1 dan atom2 termasuk dalam satu unsur kimia, dan atom3 dan atom4 termasuk dalam unsur kimia lain.

Setiap unsur kimia memiliki nama dan simbol tersendiri, yang dibaca dengan cara tertentu. Jadi, misalnya, unsur kimia paling sederhana, yang atom-atomnya hanya mengandung satu proton dalam intinya, disebut “hidrogen” dan dilambangkan dengan simbol “H”, yang dibaca “abu”, dan unsur kimia dengan muatan inti +7 (yaitu mengandung 7 proton) - “nitrogen”, memiliki simbol “N”, yang dibaca “en”.

Seperti dapat dilihat dari tabel di atas, atom-atom suatu unsur kimia dapat berbeda dalam jumlah neutron dalam intinya.

Atom-atom yang termasuk dalam unsur kimia yang sama, tetapi memiliki jumlah yang berbeda neutron dan, sebagai konsekuensinya, massa disebut isotop.

Misalnya, unsur kimia hidrogen memiliki tiga isotop - 1 H, 2 H dan 3 H. Indeks 1, 2 dan 3 di atas simbol H berarti jumlah total neutron dan proton. Itu. Mengetahui bahwa hidrogen adalah suatu unsur kimia yang ciri-cirinya adalah terdapat satu proton dalam inti atomnya, maka kita dapat menyimpulkan bahwa pada isotop 1 H tidak terdapat neutron sama sekali (1-1 = 0), di isotop 2 H - 1 neutron (2-1=1) dan pada isotop 3 H – dua neutron (3-1=2). Karena, sebagaimana telah disebutkan, neutron dan proton memiliki massa yang sama, dan massa elektron dapat diabaikan jika dibandingkan dengan keduanya, ini berarti isotop 2 H hampir dua kali lebih berat dari isotop 1 H, dan isotop 3 Isotop H bahkan tiga kali lebih berat. Karena penyebaran massa isotop hidrogen yang begitu besar, isotop 2 H dan 3 H bahkan diberi nama dan simbol tersendiri, yang tidak khas untuk unsur kimia lainnya. Isotop 2H diberi nama deuterium dan diberi simbol D, dan isotop 3H diberi nama tritium dan diberi simbol T.

Jika kita menganggap massa proton dan neutron sebagai satu kesatuan, dan mengabaikan massa elektron, sebenarnya indeks kiri atas, selain jumlah total proton dan neutron dalam atom, dapat dianggap sebagai massanya, dan oleh karena itu indeks ini disebut nomor massa dan dilambangkan dengan simbol A. Karena muatan inti Proton sesuai dengan atom, dan muatan setiap proton secara konvensional dianggap sama dengan +1, maka jumlah proton dalam atom inti disebut nomor muatan (Z). Dengan menyatakan jumlah neutron dalam suatu atom sebagai N, hubungan antara nomor massa, nomor muatan, dan jumlah neutron dapat dinyatakan secara matematis sebagai:

Menurut ide-ide modern, elektron mempunyai sifat ganda (gelombang partikel). Ia memiliki sifat partikel dan gelombang. Seperti halnya partikel, elektron memiliki massa dan muatan, tetapi pada saat yang sama, aliran elektron, seperti gelombang, dicirikan oleh kemampuan difraksi.

Untuk menggambarkan keadaan elektron dalam suatu atom, representasi digunakan mekanika kuantum, yang menurutnya elektron tidak memiliki lintasan tertentu dan dapat ditempatkan di titik mana pun dalam ruang, tetapi dengan probabilitas yang berbeda.

Daerah disekitar inti dimana elektron paling mungkin ditemukan disebut orbital atom.

Orbital atom dapat memiliki berbagai bentuk, ukuran dan orientasi. Orbital atom juga disebut awan elektron.

Secara grafis, satu orbital atom biasanya dilambangkan dengan sel persegi:

Mekanika kuantum memiliki peralatan matematika yang sangat kompleks, oleh karena itu, dalam kerangka kursus kimia sekolah, hanya konsekuensi dari teori mekanika kuantum yang dipertimbangkan.

Berdasarkan konsekuensi ini, setiap orbital atom dan elektron yang terletak di dalamnya sepenuhnya dicirikan oleh 4 bilangan kuantum.

• Bilangan kuantum utama - n - menentukan energi total elektron dalam orbital tertentu. Rentang nilai bilangan kuantum utama – semuanya bilangan asli, yaitu. n = 1,2,3,4, 5, dst.
• Bilangan kuantum orbital - l - mencirikan bentuk orbital atom dan dapat mengambil nilai bilangan bulat apa pun dari 0 hingga n-1, di mana n, ingat, adalah bilangan kuantum utama.

Orbital dengan l = 0 disebut S-orbital. Orbital s berbentuk bola dan tidak memiliki arah dalam ruang:

Orbital dengan l = 1 disebut P-orbital. Orbital ini berbentuk angka delapan tiga dimensi, yaitu. suatu bentuk yang diperoleh dengan memutar angka delapan di sekitar sumbu simetri, dan secara lahiriah menyerupai halter:

Orbital dengan l = 2 disebut D-orbital, dan dengan l = 3 – F-orbital. Struktur mereka jauh lebih kompleks.

3) Bilangan kuantum magnetik – ml – menentukan orientasi spasial orbital atom tertentu dan menyatakan proyeksi momentum sudut orbital ke arahnya medan magnet. Bilangan kuantum magnetik ml sesuai dengan orientasi orbital relatif terhadap arah vektor kekuatan medan magnet luar dan dapat mengambil nilai bilangan bulat apa pun dari –l hingga +l, termasuk 0, yaitu. jumlah keseluruhan nilai yang mungkin sama dengan (2l+1). Jadi, misalnya untuk l = 0 m l = 0 (satu nilai), untuk l = 1 m l = -1, 0, +1 (tiga nilai), untuk l = 2 m l = -2, -1, 0, + 1 , +2 (lima nilai bilangan kuantum magnetik), dst.

Jadi, misalnya, orbital p, mis. orbital dengan bilangan kuantum orbital l = 1, berbentuk seperti "angka tiga dimensi delapan", sesuai dengan tiga nilai bilangan kuantum magnetik (-1, 0, +1), yang selanjutnya sesuai dengan tiga arah tegak lurus satu sama lain dalam ruang.

4) Bilangan kuantum spin (atau sekadar spin) - m s - secara kondisional dapat dianggap bertanggung jawab atas arah rotasi elektron dalam atom; Elektron dengan spin berbeda ditandai dengan panah vertikal yang mengarah ke dalam sisi yang berbeda: ↓ dan .

Himpunan semua orbital dalam suatu atom yang mempunyai bilangan kuantum utama yang sama disebut tingkat energi atau kulit elektron. Setiap tingkat energi sembarang dengan bilangan n terdiri dari n 2 orbital.

Banyak orbital dengan nilai-nilai yang sama bilangan kuantum utama dan bilangan kuantum orbital mewakili sublevel energi.

Setiap tingkat energi, yang sesuai dengan bilangan kuantum utama n, berisi n sublevel. Pada gilirannya, setiap sublevel energi dengan bilangan kuantum orbital l terdiri dari orbital (2l+1). Jadi, sublevel s terdiri dari satu orbital s, sublevel p terdiri dari tiga orbital p, sublevel d terdiri dari lima orbital d, dan sublevel f terdiri dari tujuh orbital f. Karena, sebagaimana telah disebutkan, satu orbital atom sering kali dilambangkan dengan satu sel persegi, maka sublevel s-, p-, d- dan f dapat digambarkan secara grafis sebagai berikut:

Setiap orbital berhubungan dengan himpunan tiga bilangan kuantum n, l, dan ml yang ditentukan secara ketat.

Distribusi elektron antar orbital disebut konfigurasi elektron.

Isian orbital atom elektron terjadi sesuai dengan tiga kondisi:

• Prinsip energi minimum: Elektron mengisi orbital mulai dari sublevel energi terendah. Urutan sublevel dalam urutan peningkatan energinya adalah sebagai berikut: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;

Untuk memudahkan mengingat urutan pengisian sublevel elektronik, ilustrasi grafis berikut sangat berguna:

• Prinsip Pauli: Setiap orbital dapat berisi tidak lebih dari dua elektron.

Jika terdapat satu elektron dalam suatu orbital maka disebut tidak berpasangan, dan jika terdapat dua maka disebut pasangan elektron.

• aturan Hund: keadaan paling stabil suatu atom adalah keadaan di mana, dalam satu sublevel, atom tersebut memiliki jumlah elektron tidak berpasangan maksimum yang mungkin. Keadaan atom yang paling stabil ini disebut keadaan dasar.

Artinya, misalnya penempatan elektron ke-1, ke-2, ke-3, dan ke-4 pada tiga orbital sublevel p akan dilakukan sebagai berikut:

Pengisian orbital atom dari hidrogen yang bermuatan nomor 1 ke kripton (Kr) yang bermuatan nomor 36 dilakukan sebagai berikut:

Representasi urutan pengisian orbital atom seperti itu disebut diagram energi. Berdasarkan diagram elektronik masing-masing unsur, dimungkinkan untuk menuliskan apa yang disebut rumus elektronik (konfigurasi). Jadi, misalnya, suatu unsur dengan 15 proton dan, sebagai konsekuensinya, 15 elektron, yaitu. fosfor (P) akan memiliki diagram energi berikut:

Jika diubah menjadi rumus elektronik, atom fosfor akan berbentuk:

15 P = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

Angka ukuran normal di sebelah kiri simbol sublevel menunjukkan nomor tingkat energi, dan superskrip di sebelah kanan simbol sublevel menunjukkan jumlah elektron pada sublevel yang bersangkutan.

Di bawah ini adalah rumus elektronik 36 unsur pertama tabel periodik menurut D.I. Mendeleev.

Seperti telah disebutkan, dalam keadaan dasarnya, elektron dalam orbital atom ditempatkan menurut prinsip energi terkecil. Namun, dengan adanya orbital p kosong dalam keadaan dasar atom, seringkali dengan memberikan energi berlebih padanya, atom dapat dipindahkan ke keadaan tereksitasi. Misalnya, atom boron dalam keadaan dasarnya mempunyai konfigurasi elektronik dan diagram energi dalam bentuk berikut:

5 B = 1s 2 2s 2 2p 1

Dan dalam keadaan tereksitasi (*), yaitu. Ketika sejumlah energi diberikan ke atom boron, konfigurasi elektron dan diagram energinya akan terlihat seperti ini:

5 B* = 1s 2 2s 1 2p 2

Tergantung pada sublevel atom mana yang terakhir diisi, unsur kimia dibagi menjadi s, p, d atau f.

Menemukan unsur s, p, d dan f pada tabel D.I. Mendeleev:

• Elemen s memiliki sublevel s terakhir yang harus diisi. Unsur-unsur tersebut meliputi unsur-unsur subkelompok utama (di sebelah kiri sel tabel) golongan I dan II.
• Untuk elemen p, sublevel p diisi. Unsur p meliputi enam unsur terakhir setiap periode, kecuali unsur pertama dan ketujuh, serta unsur subkelompok utama golongan III-VIII.
• Unsur d terletak di antara unsur s dan p dalam periode yang besar.
• f-Elemen disebut lantanida dan aktinida. Mereka tercantum di bagian bawah tabel D.I. Mendeleev.