Elektronska struktura elementov. Elektronska zgradba atoma

Vsaka snov je sestavljena iz zelo majhnih delcev, imenovanih atomi . Atom je najmanjši delec kemični element, prihrani vse značilne lastnosti. Da bi si predstavljali velikost atoma, je dovolj, če rečemo, da če bi jih lahko postavili blizu drug drugemu, bi en milijon atomov zasedel razdaljo le 0,1 mm.

Nadaljnji razvoj znanosti o zgradbi snovi je pokazal, da ima tudi atom kompleksna struktura in je sestavljen iz elektronov in protonov. Tako je nastalo elektronska teorija struktura snovi.

Že v starih časih so odkrili, da obstajata dve vrsti elektrike: pozitivna in negativna. Količina električne energije v telesu se je začela imenovati naboj. Glede na vrsto elektrike, ki jo ima telo, je naboj lahko pozitiven ali negativen.

Eksperimentalno je bilo tudi ugotovljeno, da se enaki naboji odbijajo, drugačni pa privlačijo.

Razmislimo elektronska zgradba atoma. Atomi so sestavljeni iz še manjših delcev od sebe, imenovanih elektroni.

DEFINICIJA:Elektron je najmanjši delec snov, ki ima najmanjši negativni električni naboj.

Elektroni se vrtijo okoli osrednje jedro, sestavljen iz enega ali več protoni in nevtroni, v koncentričnih orbitah. Elektroni so negativno nabiti delci, protoni pozitivno nabiti, nevtroni pa nevtralni (slika 1.1).

DEFINICIJA:Proton je najmanjši delec snovi, ki ima najmanjši pozitivni električni naboj.

Obstoj elektronov in protonov je brez dvoma. Znanstveniki niso samo določili mase, naboja in velikosti elektronov in protonov, ampak so jih celo prisilili v delovanje v različnih električnih in radijskih napravah.

Ugotovljeno je bilo tudi, da je masa elektrona odvisna od hitrosti njegovega gibanja in da se elektron ne giblje le naprej v prostoru, ampak se tudi vrti okoli svoje osi.

Najpreprostejši v strukturi je atom vodika (slika 1.1). Sestavljen je iz protonskega jedra in elektrona, ki se vrtita z veliko hitrostjo okoli jedra in tvorita zunanjo lupino (orbito) atoma. Kompleksnejši atomi imajo več lupin, skozi katere se vrtijo elektroni.

Te lupine se polnijo z elektroni zaporedno iz jedra (slika 1.2).

Zdaj pa si ga poglejmo . Najbolj zunanja lupina se imenuje valenca, in imenujemo število elektronov, ki jih vsebuje valenca. Čim dlje od jedra je valenčna lupina zato je manjša sila privlačnosti, ki jo ima vsak valenčni elektron iz jedra. Tako atom poveča sposobnost vezave elektronov nase v primeru, da valenčna lupina ni zapolnjena in se nahaja daleč od jedra ali pa jih izgubi.
Elektroni zunanje lupine lahko prejemajo energijo. Če elektroni, ki se nahajajo v valenčni lupini, prejmejo zahtevano raven energije od zunanje sile, se lahko odcepijo od njega in zapustijo atom, torej postanejo prosti elektroni. Prosti elektroni se lahko naključno premikajo od enega atoma do atoma. Tiste snovi, ki vsebujejo velika številka prosti elektroni, se imenujejo prevodniki .

Izolatorji , je nasprotje prevodnikov. Preprečujejo puščanje električni tok. Izolatorji so stabilni, ker valenčni elektroni nekaterih atomov zapolnjujejo valenčne lupine drugih atomov in jih povezujejo. To preprečuje nastanek prostih elektronov.
Vmesni položaj med izolatorji in vodniki zasedajo polprevodniki , a o njih bomo govorili kasneje
Razmislimo lastnosti atoma. Atom, ki ima enako število elektronov in protonov, je električno nevtralen. Atom, ki pridobi enega ali več elektronov, postane negativno nabit in se imenuje negativni ion. Če atom izgubi enega ali več elektronov, postane pozitivni ion, to pomeni, da je nabito pozitivno.

Poglejmo, kako je zgrajen atom. Ne pozabite, da bomo govorili izključno o modelih. V praksi je atomov veliko več kompleksna struktura. Toda zahvaljujoč sodobnemu razvoju lahko razložimo in celo uspešno napovemo lastnosti (čeprav ne vseh). Kakšna je torej zgradba atoma? Iz česa je narejeno?

Planetarni model atoma

Prvič ga je leta 1913 predlagal danski fizik N. Bohr. To je prva teorija atomske strukture, ki temelji na znanstvena dejstva. Poleg tega je postavil temelje za sodobno tematsko terminologijo. V njej delci elektronov proizvajajo rotacijski gibi okoli atoma po enakem principu kot planeti okoli Sonca. Bohr je predlagal, da bi lahko obstajali izključno v orbitah, ki se nahajajo na strogo določeni razdalji od jedra. Znanstvenik z znanstvenega vidika ni mogel pojasniti, zakaj je tako, vendar so tak model potrdili številni poskusi. Za označevanje orbit so uporabljali cela števila, začenši z enico, ki je bila oštevilčena najbližje jedru. Vse te orbite imenujemo tudi ravni. Atom vodika ima samo eno raven, na kateri se vrti en elektron. Toda kompleksni atomi imajo tudi ravni. Razdeljeni so na komponente, ki združujejo podobno energetski potencial elektroni. Torej, drugi že ima dve podravni - 2s in 2p. Tretji ima že tri - 3s, 3p in 3d. In tako naprej. Najprej so "naseljeni" podravni bližje jedru, nato pa še oddaljeni. Vsak od njih lahko zadrži le določeno število elektronov. A to še ni konec. Vsak podnivoj je razdeljen na orbitale. Naredimo primerjavo z običajno življenje. Elektronski oblak atoma je primerljiv z mestom. Ravni so ulice. Podnivo - zasebna hiša ali stanovanje. Orbital - soba. Vsak od njih "živi" enega ali dva elektrona. Vsi imajo posebne naslove. To je bil prvi diagram zgradbe atoma. In končno, o naslovih elektronov: določeni so z nizi števil, ki se imenujejo "kvantni".

Valovni model atoma

Ampak s časom planetarni model je bil revidiran. Predlagana je bila druga teorija atomske strukture. Je naprednejši in vam omogoča razlago rezultatov praktični poskusi. Prvega je nadomestil valovni model atoma, ki ga je predlagal E. Schrödinger. Takrat je bilo že ugotovljeno, da se elektron lahko manifestira ne le kot delec, ampak tudi kot val. Kaj je storil Schrödinger? Uporabil je enačbo, ki opisuje gibanje valovanja v. Tako ni mogoče ugotoviti poti elektrona v atomu, temveč verjetnost njegovega odkrivanja na določeni točki. Obe teoriji združuje dejstvo, da se osnovni delci nahajajo na določenih nivojih, podnivojih in orbitalah. Tu se podobnost med modeloma konča. Naj navedem en primer – v valovna teorija Orbitala je območje, kjer lahko najdemo elektron s 95% verjetnostjo. Preostali prostor predstavlja 5 %, vendar se je na koncu izkazalo, da so strukturne značilnosti atomov upodobljene z valovnim modelom, kljub temu, da je uporabljena terminologija običajna.

Koncept verjetnosti v tem primeru

Zakaj je bil uporabljen ta izraz? Heisenberg je leta 1927 formuliral načelo negotovosti, ki se danes uporablja za opis gibanja mikrodelcev. Temelji na njihovi temeljni razliki od običajnih fizična telesa. Kaj je to? Klasična mehanika domneva, da lahko človek opazuje pojave, ne da bi nanje vplival (opazovanje nebesna telesa). Na podlagi pridobljenih podatkov je mogoče izračunati, kje bo objekt v določenem trenutku. Toda v mikrokozmosu so stvari nujno drugačne. Tako na primer zdaj ni mogoče opazovati elektrona, ne da bi nanj vplivali, ker sta energiji instrumenta in delca neprimerljivi. To vodi do sprememb v njegovi lokaciji osnovnega delca, stanju, smeri, hitrosti gibanja in drugih parametrih. In nima smisla govoriti o natančnih karakteristikah. Samo načelo negotovosti nam pove, da je nemogoče izračunati natančno pot elektrona okoli jedra. Navedete lahko le verjetnost, da boste našli delec na določenem območju prostora. To je posebnost zgradbe atomov kemičnih elementov. Toda to bi morali upoštevati izključno znanstveniki v praktičnih poskusih.

Atomska sestava

Toda osredotočimo se na celotno temo. Torej, poleg dobro premišljene elektronske lupine, je druga komponenta atoma jedro. Sestavljen je iz pozitivno nabitih protonov in nevtralnih nevtronov. Vsi poznamo periodni sistem. Število vsakega elementa ustreza številu protonov, ki jih vsebuje. Število nevtronov je enako razliki med maso atoma in njegovim številom protonov. Od tega pravila lahko pride do odstopanj. Potem pravijo, da je prisoten izotop elementa. Struktura atoma je taka, da je "obdan" z elektronsko ovojnico. običajno enako številu protonov. Masa slednjega je približno 1840-krat večja od mase prvega in je približno enaka teži nevtrona. Polmer jedra je približno 1/200.000 premera atoma. Sama ima sferično obliko. To je na splošno zgradba atomov kemičnih elementov. Kljub razliki v masi in lastnostih sta videti približno enaka.

Orbite

Ko govorimo o tem, kaj je diagram atomske strukture, o njih ne moremo ostati tiho. Torej, obstajajo te vrste:

1. s. Imajo sferično obliko.
2. str. Izgledajo kot tridimenzionalne osmice ali vreteno.
3. d in f. imeti kompleksna oblika, kar je težko opisati v formalnem jeziku.

Elektron vsake vrste je mogoče najti s 95% verjetnostjo v ustrezni orbitali. Predstavljene informacije je treba obravnavati mirno, saj so precej abstraktne matematični model, namesto fizične realnosti situacije. A kljub vsemu temu ima dobro napovedna moč o kemijskih lastnostih atomov in celo molekul. Dlje kot je nivo od jedra, več elektronov se lahko namesti nanj. Tako lahko število orbital izračunamo s posebno formulo: x 2. Tukaj je x enako številu ravni. In ker lahko v orbitalo postavimo do dva elektrona, bo na koncu formula za njihovo numerično iskanje videti takole: 2x 2.

Orbite: tehnični podatki

Če govorimo o strukturi atoma fluora, bo imel tri orbitale. Vse bodo zapolnjene. Energija orbital znotraj ene podravni je enaka. Če jih želite označiti, dodajte številko plasti: 2s, 4p, 6d. Vrnimo se k pogovoru o strukturi atoma fluora. Imel bo dve s- in eno p-podravni. Ima devet protonov in enako število elektronov. Najprej ena s-stopnja. To sta dva elektrona. Nato druga s-stopnja. Še dva elektrona. In 5 zapolnjuje p-nivo. To je njegova struktura. Ko preberete naslednji podnaslov, lahko to storite sami potrebna dejanja in se o tem prepričajte. Če govorimo o tem, kateri fluor pripada, je treba opozoriti, da so, čeprav v isti skupini, popolnoma drugačni po svojih značilnostih. Tako se njihovo vrelišče giblje od -188 do 309 stopinj Celzija. Zakaj so bili torej enotni? vsem hvala kemijske lastnosti. Vsi halogeni in v največji meri fluor ima največjo oksidacijsko sposobnost. Reagirajo s kovinami in se lahko brez težav spontano vžgejo pri sobni temperaturi.

Kako se polnijo orbite?

Po kakšnih pravilih in principih so razporejeni elektroni? Predlagamo, da se seznanite s tremi glavnimi, katerih besedilo je bilo poenostavljeno za boljše razumevanje:

1. Načelo najmanjše energije. Elektroni težijo k zapolnjevanju orbital v vrstnem redu naraščajoče energije.
2. Paulijevo načelo. Ena orbitala ne more vsebovati več kot dva elektrona.
3. Hundovo pravilo. Znotraj enega podravni elektroni najprej zapolnijo prazne orbitale in šele nato tvorijo pare.

Struktura atoma bo pomagala pri izpolnjevanju in v tem primeru bo postala bolj razumljiva v smislu podobe. Zato, ko praktično delo Ko sestavljate sheme vezja, ga morate imeti pri roki.

Primer

Če želite povzeti vse, kar je bilo povedano v okviru članka, lahko naredite vzorec, kako so elektroni atoma porazdeljeni med svojimi nivoji, podravni in orbitalami (to je, kakšna je konfiguracija ravni). Upodobljen je lahko kot formula, energetski diagram ali plastni diagram. Tu so zelo dobre ilustracije, ki ob natančnem pregledu pomagajo razumeti strukturo atoma. Torej, najprej se izpolni prva raven. Ima samo eno podnivo, v kateri je le ena orbitala. Vse ravni se polnijo zaporedno, začenši z najmanjšo. Prvič, znotraj ene podravni je en elektron postavljen v vsako orbitalo. Nato se ustvarijo pari. In če so prosti, pride do preklopa na drug predmet polnjenja. In zdaj lahko sami ugotovite, kakšna je struktura dušikovega ali fluorovega atoma (kar je bilo obravnavano prej). Morda bo na začetku nekoliko težko, vendar si lahko pomagate s slikami. Zaradi jasnosti si poglejmo zgradbo atoma dušika. Ima 7 protonov (skupaj z nevtroni, ki sestavljajo jedro) in prav toliko elektronov (ki sestavljajo elektronsko ovojnico). Najprej se izpolni prva s-nivo. Ima 2 elektrona. Nato pride druga s-stopnja. Ima tudi 2 elektrona. Ostali trije pa so postavljeni na p-ravni, kjer vsak zaseda eno orbitalo.

Zaključek

Kot lahko vidite, struktura atoma ni takšna kompleksna tema(če pristopite s položaja šolski tečaj kemija, seveda). In razumeti Ta naslov ni težko. Na koncu bi vam rad povedal nekaj funkcij. Na primer, ko govorimo o strukturi atoma kisika, vemo, da ima osem protonov in 8-10 nevtronov. In ker vse v naravi teži k ravnovesju, dva atoma kisika tvorita molekulo, kjer nastaneta dva nesparjena elektrona kovalentna vez. Druga stabilna molekula kisika, ozon (O3), nastane na podoben način. Če poznate strukturo atoma kisika, lahko pravilno sestavite formule oksidativne reakcije, ki vključujejo najpogostejšo snov na Zemlji.

Atom- električno nevtralni delec, sestavljen iz pozitivno nabitega jedra in negativno nabitih elektronov. V središču atoma je pozitivno nabito jedro. Zavzema nepomemben del prostora znotraj atoma; pozitivni naboj in skoraj celotno maso atoma.

Jedro sestavljajo osnovni delci - proton in nevtron; okoli atomsko jedro Elektroni se gibljejo po zaprtih orbitalah.

Proton (p) - osnovni delec z relativna masa 1,00728 atomska enota masa in naboj +1 konvencionalna enota. Število protonov v atomskem jedru je enako atomskemu številu elementa v periodnem sistemu D.I. Mendelejev.

Nevtron (n)- elementarni nevtralni delec z relativno maso 1,00866 atomskih masnih enot (amu).

Število nevtronov v jedru N je določeno s formulo:

kjer je A masno število, Z jedrski naboj, enako številu protoni (vrstno število).

Običajno so parametri jedra atoma zapisani na naslednji način: naboj jedra je postavljen spodaj levo od simbola elementa, masno število pa na vrhu, na primer:

Ta vnos kaže, da je jedrski naboj (in s tem število protonov) za fosforjev atom 15, masno število 31, število nevtronov pa 31 – 15 = 16. Ker se masi protona in nevtrona zelo razlikujeta malo drug od drugega, je masa števila približno enaka relativni atomski masi jedra.

Elektron (e –)- osnovni delec z maso 0,00055 a. e.m. in pogojna dajatev –1. Število elektronov v atomu je enako naboju jedra atoma (vrstna številka elementa v periodnem sistemu D.I. Mendelejeva).

Elektroni se gibljejo okoli jedra po strogo določenih orbitalah in tvorijo tako imenovani elektronski oblak.

Območje prostora okoli atomskega jedra, kjer je najverjetneje (90 % ali več) elektron, določa obliko elektronskega oblaka.

Elektronski oblak s elektrona je sferičen; Podravni s-energije lahko vsebuje največ dva elektrona.

Elektronski oblak p-elektrona ima obliko ročice; Tri p-orbitale lahko vsebujejo največ šest elektronov.

Orbitale so upodobljene kot kvadrat, nad ali pod njim pa so zapisane vrednosti primarnega in sekundarnega. kvantna števila, ki opisuje to orbitalo. Tak posnetek se imenuje grafična elektronska formula, na primer:

V tej formuli puščice označujejo elektron, smer puščice pa ustreza smeri vrtenja - njegovega magnetni moment elektron. Elektroni z nasprotnimi vrtljaji ↓ se imenujejo parni.

Elektronske konfiguracije atomov elementov so lahko predstavljene v obliki elektronskih formul, v katerih so označeni simboli podnivoja, koeficient pred simbolom podnivoja označuje njegovo pripadnost tej ravni, stopnja simbola pa je število elektronov danega podravni.

Tabela 1 prikazuje strukturo elektronskih lupin atomov prvih 20 elementov periodnega sistema kemijskih elementov D.I. Mendelejev.

Kemijski elementi, v atomih katerih je s-podnivo zunanjega nivoja napolnjen z enim ali dvema elektronoma, imenujemo s-elementi. Kemijski elementi, v atomih katerih je p-podnivo (od enega do šest elektronov) zapolnjen, se imenujejo p-elementi.

številka elektronske plasti v atomu kemijskega elementa je enako številu periode.

V skladu z Hundovo pravilo elektroni se nahajajo v podobnih orbitalah iste energijske ravni na tak način, da je skupni spin največji. Posledično pri polnjenju energijskega podravni vsak elektron najprej zasede ločeno celico in šele po tem se začne njihovo združevanje. Na primer, atom dušika bo vseboval vse p-elektrone posamezne celice, za kisik pa se bo začelo njihovo združevanje, ki se bo za neon popolnoma končalo.

Izotopi se imenujejo atomi istega elementa, ki vsebujejo enako število protonov v svojih jedrih, vendar drugačna številka nevtroni.

Izotopi so znani za vse elemente. Zato so atomske mase elementov v periodnem sistemu povprečje masnih števil naravnih mešanic izotopov in se razlikujejo od celih vrednosti. torej atomska masa naravna mešanica izotopov ne more služiti glavna značilnost atom in torej element. Ta značilnost atoma je naboj jedra, ki določa število elektronov v elektronski lupini atoma in njegovo strukturo.

Poglejmo jih nekaj tipične naloge za ta razdelek.

Primer 1. Atom katerega elementa ima elektronska konfiguracija 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 ?

Na zunanji energetski ravni tega elementa obstaja en elektron 4s. Posledično je ta kemični element v četrtem obdobju prve skupine glavne podskupine. Ta element je kalij.

Do tega odgovora lahko pridemo še drugače. Zložen skupaj vsi elektroni, dobimo 19. Skupno število elektronov je enako atomskemu številu elementa. Številka 19 v periodnem sistemu je kalij.

Primer 2. Kemični element ustreza najvišjemu oksidu RO 2. Elektronska konfiguracija zunanje energijske ravni atoma tega elementa ustreza elektronska formula:

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

Po formuli višjega oksida (glej formule višji oksidi v periodnem sistemu) ugotovimo, da je ta kemični element v četrti skupini glavna podskupina. Ti elementi imajo štiri elektrone na svoji zunanji energijski ravni - dva s in dva p. Zato je pravilen odgovor 2.

Naloge za usposabljanje

1. Skupno število s-elektronov v kalcijevem atomu je

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

2. Število seznanjenih p-elektronov v atomu dušika je

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

3. Število nesparjenih s-elektronov v atomu dušika je

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

4. Število elektronov na zunanji energijski ravni atoma argona je

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

5. Število protonov, nevtronov in elektronov v atomu 9 4 Be je enako

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

6. Porazdelitev elektronov po elektronskih plasteh 2; 8; 4 - ustreza atomu, ki se nahaja v (v)

1) 3. obdobje, IA skupina
2) 2. obdobje, IVA skupina
3) 3. obdobje, IVA skupina
4) 3. obdobje, VA skupina

7. Kemijski element, ki se nahaja v 3. periodi skupine VA, ustreza diagramu elektronska struktura atom

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

8. Kemični element z elektronsko konfiguracijo 1s 2 2s 2 2p 4 proizvaja hlapno vodikova povezava, katerega formula

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

9. Število elektronskih plasti v atomu kemičnega elementa je enako

1) njegovo serijsko številko
2) številka skupine
3) število nevtronov v jedru
4) številka obdobja

10. številka zunanji elektroni v atomih kemijskih elementov glavnih podskupin je enak

1) serijska številka elementa
2) številka skupine
3) število nevtronov v jedru
4) številka obdobja

11. Dva elektrona najdemo v zunanji elektronski plasti atomov vsakega kemičnega elementa v seriji

1) On, Be, Ba
2) Mg, Si, O
3) C, Mg, Ca
4) Ba, Sr, B

12. Kemični element, katerega elektronska formula je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1, tvori oksid s sestavo

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

13. Število elektronskih plasti in število p-elektronov v atomu žvepla je enako

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

14. Elektronska konfiguracija ns 2 np 4 ustreza atomu

1) klor
2) žveplo
3) magnezij
4) silicij

15. Valenčni elektroni natrijevega atoma v osnovnem stanju se nahajajo v energijskem podravni

1) 2s
2) 2p
3) 3s
4) 3p

16. Atomi dušika in fosforja imajo

1) enako število nevtronov
2) enako število protonov
3) enaka konfiguracija zunanje elektronske plasti

17. Enako število valenčni elektroni imajo kalcijeve atome in

1) kalij
2) aluminij
3) berilij
4) bor

18. Atomi ogljika in fluora imajo

1) enako število nevtronov
2) enako število protonov
3) enako število elektronskih plasti
4) enako število elektronov

19. Ogljikov atom v svojem osnovnem stanju ima število neparnih elektronov

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

20. V atomu kisika v osnovnem stanju je število parnih elektronov enako

Elektronska konfiguracija atoma je formula, ki prikazuje razporeditev elektronov v atomu po nivojih in podnivojih. Po študiju članka boste izvedeli, kje in kako se nahajajo elektroni, se seznanili s kvantnimi števili in znali sestaviti elektronsko konfiguracijo atoma po njegovem številu; na koncu članka je tabela elementov.

Zakaj preučevati elektronsko konfiguracijo elementov?

Atomi so kot konstrukcijski sklop: obstaja določeno število delov, ki se med seboj razlikujejo, vendar sta dva dela iste vrste popolnoma enaka. Toda ta konstrukcijski set je veliko bolj zanimiv kot plastični in evo zakaj. Konfiguracija se spreminja glede na to, kdo je v bližini. Na primer kisik poleg vodika mogoče spremeni v vodo, v bližini natrija se spremeni v plin, v bližini železa pa ga popolnoma spremeni v rjo. Da bi odgovorili na vprašanje, zakaj se to zgodi, in napovedali obnašanje atoma poleg drugega, je treba preučiti elektronsko konfiguracijo, o kateri bomo govorili v nadaljevanju.

Koliko elektronov je v atomu?

Atom je sestavljen iz jedra in elektronov, ki se vrtijo okoli njega; jedro je sestavljeno iz protonov in nevtronov. V nevtralnem stanju ima vsak atom število elektronov, ki je enako številu protonov v njegovem jedru. Število protonov je označeno z atomskim številom elementa, na primer žveplo ima 16 protonov - 16. element periodnega sistema. Zlato ima 79 protonov - 79. element periodnega sistema. V skladu s tem ima žveplo 16 elektronov v nevtralnem stanju, zlato pa 79 elektronov.

Kje iskati elektron?

Z opazovanjem obnašanja elektrona so izpeljani določeni vzorci, ki so opisani s kvantnimi števili, skupaj so štirje:

• Glavno kvantno število
• Orbitalno kvantno število
• Magnetno kvantno število
• Spinsko kvantno število

Orbitalno

Nadalje bomo namesto besede orbita uporabljali izraz "orbitala", orbitala je valovna funkcija elektron, grobo, je območje, v katerem elektron preživi 90% svojega časa.

N - raven
L - školjka
M l - orbitalno število
M s - prvi ali drugi elektron v orbitali

Orbitalno kvantno število l

Kot rezultat preučevanja elektronskega oblaka je bilo ugotovljeno, da odvisno od raven energije, ima oblak štiri osnovne oblike: žogo, utež in dve drugi bolj zapleteni. Glede na naraščajočo energijo se te oblike imenujejo s-, p-, d- in f-lupina. Vsaka od teh lupin ima lahko 1 (na s), 3 (na p), 5 (na d) in 7 (na f) orbital. Orbitalno kvantno število je lupina, v kateri se nahajajo orbitale. Orbitalno kvantno število za orbitale s, p, d in f ima vrednosti 0, 1, 2 oziroma 3.

Na s-lupini je ena orbitala (L=0) - dva elektrona
Na p-lupini (L=1) so tri orbitale - šest elektronov
Na d-lupini (L=2) je pet orbital - deset elektronov
Na f-lupini (L=3) je sedem orbital - štirinajst elektronov

Magnetno kvantno število m l

Na p-lupini so tri orbitale, označene so s številkami od -L do +L, to je za p-lupino (L=1) orbitale "-1", "0" in "1" . Magnetno kvantno število označujemo s črko m l.

Znotraj lupine se elektroni lažje nahajajo v različnih orbitalah, zato prvi elektroni zapolnijo po enega v vsaki orbitali, nato pa se vsaki doda par elektronov.

Razmislite o d-lupini:
D-lupina ustreza vrednosti L=2, to je pet orbital (-2,-1,0,1 in 2), prvih pet elektronov napolni lupino z vrednostmi M l =-2, M l =-1, M l =0, M l =1, M l =2.

Spinsko kvantno število m s

Spin je smer vrtenja elektrona okoli svoje osi, smeri sta dve, zato ima spinsko kvantno število dve vrednosti: +1/2 in -1/2. En energijski podnivoj lahko vsebuje samo dva elektrona z nasprotnimi spini. Spinsko kvantno število je označeno z m s

Glavno kvantno število n

Glavno kvantno število je raven energije pri ta trenutek poznanih je sedem energijskih nivojev, vsaka označena arabska številka: 1,2,3,...7. Število školjk na vsaki ravni je enako številki ravni: na prvi stopnji je ena školjka, na drugi dve itd.

Elektronska številka

Torej, vsak elektron lahko opišemo s štirimi kvantnimi števili, kombinacija teh števil je edinstvena za vsako pozicijo elektrona, vzemimo prvi elektron, najnižja raven energije je N = 1, na prvi ravni je ena lupina, prva lupina na kateri koli ravni ima obliko krogle (s -lupina), tj. L=0, lahko magnetno kvantno število zavzame samo eno vrednost, M l =0 in spin bo enak +1/2. Če vzamemo peti elektron (v katerem koli atomu je), potem bodo glavna kvantna števila zanj: N=2, L=1, M=-1, spin 1/2.

Kemikalije so tisto, iz česar je sestavljen svet okoli nas.

Lastnosti vsake kemične snovi so razdeljene na dve vrsti: kemične, ki označujejo njeno sposobnost tvorbe drugih snovi, in fizikalne, ki jih objektivno opazujemo in jih je mogoče obravnavati ločeno od kemične transformacije. Na primer, fizikalne lastnosti snovi so njene agregatno stanje(trdno, tekoče ali plinasto), toplotna prevodnost, toplotna kapaciteta, topnost v različna okolja(voda, alkohol itd.), gostota, barva, okus itd.

Preobrazbe nekaterih kemične snovi v drugih snoveh imenujemo kemijski pojavi ali kemijske reakcije. Opozoriti je treba, da obstajajo tudi fizični pojavi, ki jih očitno spremljajo spremembe v nekaterih fizične lastnosti snovi, ne da bi se pretvorile v druge snovi. TO fizikalni pojavi, na primer vključujejo taljenje ledu, zmrzovanje ali izhlapevanje vode itd.

O tem, kaj se dogaja med procesom kemijski pojav, lahko zaključimo z opazovanjem značilne lastnosti kemične reakcije, kot so sprememba barve, sedimentacija, nastajanje plinov, toplota in/ali svetloba.

Na primer, sklep o pojavu kemičnih reakcij je mogoče narediti z opazovanjem:

Nastajanje usedlin pri vrenju vode, ki jih v vsakdanjem življenju imenujemo vodni kamen;

Sproščanje toplote in svetlobe, ko gori ogenj;

Sprememba barve reza svežega jabolka na zraku;

Nastajanje plinskih mehurčkov med fermentacijo testa itd.

Najmanjše delce snovi, ki se med kemijskimi reakcijami praktično ne spremenijo, ampak se le povežejo med seboj na nov način, imenujemo atomi.

Sama ideja o obstoju takšnih enot snovi se je pojavila že v Antična grčija v glavah starodavni filozofi, kar pravzaprav pojasnjuje izvor izraza »atom«, saj »atomos« dobesedno prevedeno iz grščine pomeni »nedeljiv«.

Vendar pa v nasprotju z idejo starogrških filozofov atomi niso absolutni minimum materije, tj. sami imajo zapleteno strukturo.

Vsak atom je sestavljen iz t.i subatomski delci– protoni, nevtroni in elektroni, označeni s simboli p + , n o oziroma e − . Zgornji indeks v uporabljenem zapisu označuje, da ima proton enotni pozitivni naboj, elektron enotski pozitivni naboj negativni naboj, vendar nevtron nima naboja.

Kar se tiče kvalitativne strukture atoma, so v vsakem atomu vsi protoni in nevtroni koncentrirani v tako imenovanem jedru, okoli katerega elektroni tvorijo elektronsko lupino.

Proton in nevtron imata skoraj enaki masi, tj. m p ≈ m n, masa elektrona pa je skoraj 2000-krat manjša od mase vsakega od njih, tj. m p /m e ≈ m n /m e ≈ 2000.

Zaradi temeljna lastnina atoma je njegova električna nevtralnost in naboj enega elektrona enako naboju en proton, iz tega lahko sklepamo, da je število elektronov v katerem koli atomu enako številu protonov.

Na primer, spodnja tabela prikazuje možno sestavo atomov:

Vrsta atomov z enak naboj jedra, tj. z enako število protone v njihovih jedrih imenujemo kemijski element. Tako lahko iz zgornje tabele sklepamo, da atom1 in atom2 pripadata enemu kemičnemu elementu, atom3 in atom4 pa drugemu kemičnemu elementu.

Vsak kemični element ima svoje ime in individualni simbol, ki se bere na določen način. Tako se na primer najpreprostejši kemični element, katerega atomi vsebujejo samo en proton v jedru, imenuje "vodik" in je označen s simbolom "H", ki se bere kot "pepel", in kemični element z jedrski naboj +7 (tj. vsebuje 7 protonov) - "dušik", ima simbol "N", ki se bere kot "en".

Kot lahko vidite iz zgornje tabele, se lahko atomi enega kemičnega elementa razlikujejo po številu nevtronov v svojih jedrih.

Atomi, ki pripadajo istemu kemičnemu elementu, vendar imajo različne količine nevtrone in posledično maso imenujemo izotopi.

Na primer, kemični element vodik ima tri izotope - 1 H, 2 H in 3 H. Indeksi 1, 2 in 3 nad simbolom H pomenijo skupno število nevtronov in protonov. Tisti. Ker vemo, da je vodik kemijski element, za katerega je značilno, da je v jedrih njegovih atomov en proton, lahko sklepamo, da v izotopu 1H nevtronov sploh ni (1-1 = 0), v izotop 2 H - 1 nevtron (2-1=1) in izotop 3 H - dva nevtrona (3-1=2). Ker imata, kot že rečeno, nevtron in proton enaki masi, masa elektrona pa je v primerjavi z njima zanemarljivo majhna, to pomeni, da je izotop 2 H skoraj dvakrat težji od izotopa 1 H, izotop 3 Izotop H je celo trikrat težji. Zaradi tako velikega razpršenosti mas vodikovih izotopov so izotopoma 2 H in 3 H celo dodelili ločena individualna imena in simbole, kar ni značilno za noben drug kemični element. Izotop 2H so poimenovali devterij in mu dali simbol D, izotop 3H pa je dobil ime tritij in mu dal simbol T.

Če vzamemo maso protona in nevtrona kot eno in zanemarimo maso elektrona, dejansko lahko zgornji levi indeks, poleg skupnega števila protonov in nevtronov v atomu, štejemo za njegovo maso in torej ta indeks se imenuje masno število in je označen s simbolom A. Ker naboj jedra katerega koli protona ustreza atomu in se naboj vsakega protona običajno šteje za enak +1, je število protonov v jedru se imenuje polnilno število (Z). Če število nevtronov v atomu označimo z N, lahko razmerje med masnim številom, številom nabojev in številom nevtronov matematično izrazimo kot:

Po navedbah sodobne ideje, ima elektron dvojno naravo (valovanje delcev). Ima tako lastnosti delca kot valovanja. Tako kot delec ima elektron maso in naboj, hkrati pa je za tok elektronov, tako kot val, značilna sposobnost uklona.

Za opis stanja elektrona v atomu se uporabljajo predstavitve kvantna mehanika, po katerem elektron nima določene trajektorije in se lahko nahaja na kateri koli točki v prostoru, vendar z različnimi verjetnostmi.

Območje prostora okoli jedra, kjer se najverjetneje nahaja elektron, se imenuje atomska orbitala.

Atomska orbitala ima lahko različne oblike, velikost in usmerjenost. Atomsko orbitalo imenujemo tudi elektronski oblak.

Grafično je ena atomska orbitala običajno označena kot kvadratna celica:

Kvantna mehanika ima izjemno zapleten matematični aparat, zato se v okviru šolskega tečaja kemije obravnavajo samo posledice kvantnomehanske teorije.

V skladu s temi posledicami je vsaka atomska orbitala in elektron, ki se nahaja v njej, popolnoma označen s 4 kvantnimi števili.

• Glavno kvantno število - n - določa skupna energija elektrona v dani orbitali. Razpon vrednosti glavnega kvantnega števila – vse cela števila, tj. n = 1,2,3,4, 5 itd.
• Orbitalno kvantno število - l - označuje obliko atomske orbitale in ima lahko poljubno celo število od 0 do n-1, kjer je n, spomnimo se, glavno kvantno število.

Imenujemo orbitale z l = 0 s-orbitale. s-orbitale so sferične oblike in nimajo smeri v prostoru:

Imenujemo orbitale z l = 1 str-orbitale. Te orbitale imajo obliko tridimenzionalne osmice, tj. oblika, ki jo dobimo z vrtenjem osmice okoli simetrične osi in navzven spominja na bučico:

Imenujemo orbitale z l = 2 d-orbitale, in z l = 3 – f-orbitale. Njihova struktura je veliko bolj zapletena.

3) Magnetno kvantno število – m l – določa prostorsko orientacijo določene atomske orbitale in izraža projekcijo orbitalne kotne količine na smer magnetno polje. Magnetno kvantno število m l ustreza orientaciji orbitale glede na smer zunanjega vektorja jakosti magnetnega polja in lahko sprejme poljubne celoštevilske vrednosti od –l do +l, vključno z 0, tj. skupaj možne vrednosti je enako (2l+1). Tako je na primer za l = 0 m l = 0 (ena vrednost), za l = 1 m l = -1, 0, +1 (tri vrednosti), za l = 2 m l = -2, -1, 0, + 1, +2 (pet vrednosti magnetnega kvantnega števila) itd.

Tako na primer p-orbitale, tj. orbitale z orbitalnim kvantnim številom l = 1, ki imajo obliko "tridimenzionalne osmice", ustrezajo trem vrednostim magnetnega kvantnega števila (-1, 0, +1), ki posledično ustrezajo tri smeri, pravokotne druga na drugo v prostoru.

4) Spinsko kvantno število (ali preprosto spin) - m s - se lahko običajno šteje za odgovorno za smer vrtenja elektrona v atomu; lahko zavzame vrednosti. Elektroni z različnimi vrtljaji so označeni z navpičnimi puščicami, ki kažejo navznoter različne strani: ↓ in .

Skupek vseh orbital v atomu, ki imajo enako glavno kvantno število, imenujemo energijski nivo oz elektronska lupina. Vsak poljubni energijski nivo z nekim številom n je sestavljen iz n 2 orbital.

Številne orbitale z enake vrednosti glavno kvantno število in orbitalno kvantno število predstavlja energijski podnivoj.

Vsak energijski nivo, ki ustreza glavnemu kvantnemu številu n, vsebuje n podravni. Vsak energijski podnivoj z orbitalnim kvantnim številom l pa sestoji iz (2l+1) orbital. Tako podnivoj s sestavlja ena s orbitala, podnivoj p tri p orbitale, podnivoj d pet d orbital, podnivoj f pa sedem f orbital. Ker je, kot že omenjeno, ena atomska orbitala pogosto označena z eno kvadratna celica, potem lahko s-, p-, d- in f-podravni grafično prikažemo na naslednji način:

Vsaka orbitala ustreza posameznemu strogo definiranemu nizu treh kvantnih števil n, l in m l.

Porazdelitev elektronov med orbitalami imenujemo elektronska konfiguracija.

Polnjenje atomske orbitale elektronov se pojavi v skladu s tremi pogoji:

• Načelo minimalne energije: Elektroni zapolnjujejo orbitale, začenši z najnižjo energijsko podravnijo. Zaporedje podravni v naraščajočem vrstnem redu njihovih energij je naslednje: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;

Za lažje zapomnitev tega zaporedja izpolnjevanja elektronskih podravni je zelo priročna naslednja grafična ponazoritev:

• Paulijevo načelo: Vsaka orbitala lahko vsebuje največ dva elektrona.

Če je v orbitali en elektron, se imenuje nesparjen, če pa sta dva, se imenujeta elektronski par.

• Hundovo pravilo: najstabilnejše stanje atoma je tisto, v katerem ima atom znotraj ene podravni največje možno število nesparjenih elektronov. To najbolj stabilno stanje atoma imenujemo osnovno stanje.

Pravzaprav zgoraj navedeno pomeni, da bo na primer postavitev 1., 2., 3. in 4. elektrona v treh orbitalah p-podravni izvedena na naslednji način:

Polnjenje atomskih orbital od vodika, ki ima nabojno število 1, do kriptona (Kr) z nabojnim številom 36, bo potekalo na naslednji način:

Takšen prikaz vrstnega reda zapolnitve atomskih orbital imenujemo energijski diagram. Na podlagi elektronskih diagramov posameznih elementov je možno zapisati njihove ti elektronske formule (konfiguracije). Torej, na primer, element s 15 protoni in posledično 15 elektroni, tj. fosfor (P) bo imel naslednji energijski diagram:

Ko ga pretvorimo v elektronsko formulo, bo atom fosforja dobil obliko:

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

Številke normalne velikosti na levi strani simbola podnivoja prikazujejo številko energijske ravni, zgornji indeksi na desni strani simbola podnivoja pa prikazujejo število elektronov v ustrezni podravni.

Spodaj so elektronske formule prvih 36 elementov periodnega sistema D.I. Mendelejev.

Kot že omenjeno, se elektroni v atomskih orbitalah v svojem osnovnem stanju nahajajo po principu najmanjše energije. Vendar pa lahko v prisotnosti praznih p-orbital v osnovnem stanju atoma atom pogosto z dovajanjem presežne energije preide v tako imenovano vzbujeno stanje. Na primer, atom bora v svojem osnovnem stanju ima elektronsko konfiguracijo in energijski diagram naslednje oblike:

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

In v vznemirjenem stanju (*), tj. Ko atomu bora prenesemo nekaj energije, bosta njegova elektronska konfiguracija in energijski diagram videti takole:

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

Glede na to, katera podnivoj v atomu je nazadnje zapolnjena, delimo kemične elemente na s, p, d ali f.

Iskanje elementov s, p, d in f v tabeli D.I. Mendelejev:

• S-elementi imajo zadnjo s-podravni, ki jo je treba zapolniti. Ti elementi vključujejo elemente glavnih (na levi v celici tabele) podskupin skupin I in II.
• Pri p-elementih je p-podravni zapolnjena. P-elementi vključujejo zadnjih šest elementov vsakega obdobja, razen prvega in sedmega, pa tudi elemente glavnih podskupin skupin III-VIII.
• d-elementi se nahajajo med s- in p-elementi v velikih periodah.
• f-elemente imenujemo lantanidi in aktinoidi. Navedeni so na dnu tabele D.I. Mendelejev.