Elementlerin elektronik yapısı. Atomun elektronik yapısı

Herhangi bir madde adı verilen çok küçük parçacıklardan oluşur. atomlar . Atom en küçük parçacık kimyasal element, hepsini kaydediyorum karakteristik özellikler. Bir atomun büyüklüğünü hayal etmek için, eğer birbirine yakın yerleştirilebilselerdi, bir milyon atomun sadece 0,1 mm'lik bir mesafeyi kaplayacağını söylemek yeterlidir.

Maddenin yapısına ilişkin bilimin daha da gelişmesi, atomun aynı zamanda karmaşık yapı ve elektron ve protonlardan oluşur. İşte böyle ortaya çıktı elektron teorisi maddenin yapısı.

Eski zamanlarda elektriğin pozitif ve negatif olmak üzere iki türü olduğu keşfedilmişti. Vücudun içerdiği elektrik miktarına yük denmeye başlandı. Vücudun sahip olduğu elektriğin türüne bağlı olarak yük pozitif veya negatif olabilir.

Aynı yüklerin birbirini ittiği, farklı yüklerin ise çektiği deneysel olarak kanıtlanmıştır.

düşünelim atomun elektronik yapısı. Atomlar kendilerinden bile daha küçük parçacıklardan oluşur. elektronlar.

TANIM:Elektron en küçük parçacık Negatif elektrik yükü en az olan madde.

Elektronlar kendi etrafında dönüyor merkezi çekirdek bir veya daha fazlasından oluşan protonlar Ve nötronlar, eşmerkezli yörüngelerde. Elektronlar negatif yüklü parçacıklardır, protonlar pozitif yüklüdür ve nötronlar nötrdür (Şekil 1.1).

TANIM:Proton, maddenin en küçük pozitif elektrik yüküne sahip en küçük parçacığıdır.

Elektron ve protonların varlığı şüphe götürmez. Bilim insanları elektronların ve protonların kütlesini, yükünü ve boyutunu belirlemekle kalmadı, hatta onları çeşitli elektrik ve radyo mühendisliği cihazlarında da çalıştırdı.

Ayrıca elektronun kütlesinin hareket hızına bağlı olduğu ve elektronun uzayda sadece ileri doğru hareket etmekle kalmayıp aynı zamanda kendi ekseni etrafında da döndüğü bulunmuştur.

Yapısı en basit olanı hidrojen atomudur (Şekil 1.1). Bir proton çekirdeği ve çekirdeğin etrafında büyük bir hızla dönen ve atomun dış kabuğunu (yörüngesini) oluşturan bir elektrondan oluşur. Daha karmaşık atomların, elektronların döndüğü birkaç kabuğu vardır.

Bu kabuklar çekirdekten gelen sıralı elektronlarla doldurulur (Şekil 1.2).

Şimdi ona bakalım . En dıştaki kabuğa denir değerlik ve içerdiği elektron sayısına denir. değerlik. Çekirdekten uzaklaştıkça değerlik kabuğu, bu nedenle, her değerlik elektronunun çekirdekten aldığı çekim kuvveti o kadar az olur. Böylece atomun değerlik kabuğunun dolmaması ve çekirdekten uzakta bulunması veya kaybolması durumunda kendine elektron bağlama yeteneği artar.
Dış kabuk elektronları enerji alabilir. Değerlik kabuğunda bulunan elektronlar gerekli enerji seviyesini dış kuvvetler ondan kopup atomu terk edebilirler, yani serbest elektron olabilirler. Serbest elektronlar rastgele bir atomdan atoma hareket edebilirler. Bu maddeleri içeren malzemeler büyük sayı serbest elektronlar, denir iletkenler .

İzolatörler , iletkenlerin tersidir. Sızıntıyı önlerler elektrik akımı. Yalıtkanlar kararlıdır çünkü bazı atomların değerlik elektronları diğer atomların değerlik kabuklarını doldurarak onları birleştirir. Bu serbest elektron oluşumunu engeller.
Ara konum yalıtkanlar ve iletkenler arasında işgal yarı iletkenler , ama onlar hakkında daha sonra konuşacağız
düşünelim atomun özellikleri. Aynı sayıda elektron ve protona sahip olan bir atom elektriksel olarak nötrdür. Bir veya daha fazla elektron kazanan atom negatif yüklü hale gelir ve denir. negatif iyon. Bir atom bir veya daha fazla elektronu kaybederse, pozitif iyon yani pozitif yüklüdür.

Bir atomun nasıl oluştuğuna bakalım. Sadece modeller hakkında konuşacağımızı unutmayın. Pratikte atomlar çok daha fazladır. karmaşık yapı. Ancak modern gelişmeler sayesinde, özellikleri (hepsi olmasa bile) açıklayabiliyor ve hatta başarılı bir şekilde tahmin edebiliyoruz. Peki atomun yapısı nedir? Neyden “yapılmış”?

Atomun gezegen modeli

İlk kez 1913'te Danimarkalı fizikçi N. Bohr tarafından önerildi. Bu, atomun yapısına ilişkin ilk teoridir. bilimsel gerçekler. Ayrıca modern tematik terminolojinin de temelini attı. İçinde elektron parçacıkları üretir dönme hareketleri atomun etrafında Güneş etrafındaki gezegenlerle aynı prensibe göre hareket eder. Bohr, bunların yalnızca çekirdekten kesin olarak tanımlanmış bir mesafede bulunan yörüngelerde var olabileceklerini öne sürdü. Bilim adamı bunun neden böyle olduğunu bilimsel açıdan açıklayamadı ancak bu model birçok deneyle doğrulandı. Yörüngeleri belirtmek için çekirdeğe en yakın numaralandırılmış olan birden başlayarak tamsayılar kullanıldı. Bu yörüngelerin tümüne aynı zamanda düzeyler de denir. Hidrojen atomunun, üzerinde bir elektronun döndüğü tek bir düzeyi vardır. Ancak karmaşık atomların da seviyeleri vardır. Benzerleri birleştiren bileşenlere ayrılırlar enerji potansiyeli elektronlar. Yani, ikincisinin zaten iki alt seviyesi var - 2s ve 2p. Üçüncüsünde zaten üç tane var - 3'ler, 3p ve 3d. Ve benzeri. İlk olarak, çekirdeğe yakın olan alt seviyeler “doldurulur” ve daha sonra uzaktakiler “doldurulur”. Her biri yalnızca belirli sayıda elektron tutabilir. Ama bu son değil. Her alt seviye yörüngelere bölünmüştür. ile bir karşılaştırma yapalım sıradan hayat. Bir atomun elektron bulutu bir şehre benzetilebilir. Seviyeler sokaklardır. Alt seviye - özel ev veya bir daire. Yörünge - oda. Her biri bir veya iki elektronu “yaşıyor”. Hepsinin belirli adresleri var. Bu atomun yapısının ilk diyagramıydı. Ve son olarak elektronların adreslerine gelince: bunlar “kuantum” adı verilen sayı kümeleri tarafından belirlenir.

Atomun dalga modeli

Ama zamanla gezegen modeli revize edildi. Atomik yapının ikinci bir teorisi önerildi. Daha ileri düzeydedir ve sonuçları açıklamanıza olanak tanır pratik deneyler. İlkinin yerini E. Schrödinger'in önerdiği atomun dalga modeli aldı. O zamanlar bir elektronun kendisini yalnızca parçacık olarak değil, aynı zamanda dalga olarak da gösterebileceği zaten tespit edilmişti. Schrödinger ne yaptı? Bir dalganın hareketini tanımlayan bir denklem uyguladı. Böylece, bir atomdaki elektronun yörüngesi değil, belirli bir noktada tespit edilme olasılığı bulunabilir. Her iki teoriyi birleştiren şey, temel parçacıkların belirli seviyelerde, alt seviyelerde ve yörüngelerde bulunmasıdır. Modeller arasındaki benzerlik burada bitiyor. Size bir örnek vereyim - dalga teorisi Yörünge, elektronun %95 olasılıkla bulunabileceği bölgedir. Alanın geri kalanı %5'i oluşturuyor. Ancak sonuçta kullanılan terminolojinin ortak olmasına rağmen atomların yapısal özelliklerinin dalga modeli kullanılarak tasvir edildiği ortaya çıktı.

Bu durumda olasılık kavramı

Bu terim neden kullanıldı? Heisenberg, 1927'de günümüzde mikropartiküllerin hareketini tanımlamak için kullanılan belirsizlik ilkesini formüle etti. Sıradan olanlardan temel farklılıklarına dayanmaktadır. fiziksel bedenler. Nedir? Klasik mekanik Bir kişinin olayları etkilemeden gözlemleyebileceği varsayılmıştır (gözlem gök cisimleri). Elde edilen verilere dayanarak nesnenin belirli bir zamanda nerede olacağını hesaplamak mümkündür. Ancak mikrokozmosta işler mutlaka farklıdır. Yani örneğin aletin ve parçacığın enerjileri kıyaslanamaz olduğundan, bir elektronu etkilemeden gözlemlemek artık mümkün değildir. Bu, temel parçacığın konumunda, durumunda, yönünde, hareket hızında ve diğer parametrelerde değişikliklere yol açar. Ve kesin özelliklerden bahsetmenin bir anlamı yok. Belirsizlik ilkesinin kendisi bize bir elektronun çekirdek etrafındaki yörüngesini tam olarak hesaplamanın imkansız olduğunu söyler. Bir parçacığın yalnızca uzayın belirli bir bölgesinde bulunma olasılığını belirtebilirsiniz. Bu, kimyasal elementlerin atomlarının yapısının özelliğidir. Ancak bu, yalnızca bilim adamları tarafından pratik deneylerde dikkate alınmalıdır.

Atomik bileşim

Ama gelin konunun tamamına odaklanalım. Yani, iyi düşünülmüş elektron kabuğuna ek olarak atomun ikinci bileşeni çekirdektir. Pozitif yüklü protonlardan ve nötr nötronlardan oluşur. Hepimiz periyodik tabloya aşinayız. Her elementin sayısı içerdiği proton sayısına karşılık gelir. Nötron sayısı, bir atomun kütlesi ile proton sayısı arasındaki farka eşittir. Bu kuraldan sapmalar olabilir. Sonra elementin bir izotopunun mevcut olduğunu söylüyorlar. Bir atomun yapısı, bir elektron kabuğuyla "çevrelenecek" şekildedir. genellikle proton sayısına eşittir. İkincisinin kütlesi birincininkinden yaklaşık 1840 kat daha fazladır ve yaklaşık olarak nötronun ağırlığına eşittir. Çekirdeğin yarıçapı atom çapının yaklaşık 1/200.000'i kadardır. Kendisi küresel bir şekle sahiptir. Bu genel olarak kimyasal elementlerin atomlarının yapısıdır. Kütle ve özelliklerdeki farklılığa rağmen yaklaşık olarak aynı görünüyorlar.

Yörüngeler

Atomik yapı diyagramının ne olduğundan bahsederken bunlara sessiz kalamayız. Yani, şu türler var:

1. S. Küresel bir şekle sahiptirler.
2. P. Üç boyutlu sekiz rakamına veya bir mile benziyorlar.
3. d ve f. Sahip olmak karmaşık şekil resmi dille anlatılması zor bir durumdur.

Her elektron türü, karşılık gelen yörüngede %95 olasılıkla bulunabilir. Sunulan bilgiler oldukça soyut olduğu için sakin bir şekilde ele alınmalıdır. matematiksel model durumun fiziksel gerçekliğinden ziyade. Ama bütün bunlara rağmen iyi durumda tahmin gücü atomların ve hatta moleküllerin kimyasal özellikleriyle ilgili. Bir seviye çekirdekten ne kadar uzaktaysa, üzerine o kadar fazla elektron yerleştirilebilir. Böylece yörüngelerin sayısı özel bir formül kullanılarak hesaplanabilir: x 2. Burada x düzey sayısına eşittir. Ve bir yörüngeye en fazla iki elektron yerleştirilebildiğinden, bunların sayısal arama formülü en sonunda şu şekilde görünecektir: 2x2.

Yörüngeler: teknik veriler

Flor atomunun yapısından bahsedersek üç yörüngeye sahip olacaktır. Hepsi doldurulacak. Bir alt seviyedeki yörüngelerin enerjisi aynıdır. Bunları belirlemek için katman numarasını ekleyin: 2s, 4p, 6d. Flor atomunun yapısı hakkındaki konuşmaya dönelim. İki s- ve bir p-alt düzeyine sahip olacaktır. Dokuz protonu ve aynı sayıda elektronu vardır. İlki s seviyesi. Bu iki elektron. Sonra ikinci s seviyesi. İki elektron daha. Ve 5 p seviyesini dolduruyor. Bu onun yapısıdır. Bir sonraki alt başlığı okuduktan sonra kendiniz yapabilirsiniz. gerekli eylemler ve bundan emin ol. Hangi florun da ait olduğundan bahsedersek, aynı grupta olmalarına rağmen özelliklerinin tamamen farklı olduğunu belirtmek gerekir. Dolayısıyla kaynama noktaları -188 ile 309 santigrat derece arasında değişmektedir. Peki neden birleşmişlerdi? Hepsi teşekkürler kimyasal özellikler. Tüm halojenler ve büyük ölçüde flor en yüksek oksitleyici özelliğe sahiptir. Metallerle reaksiyona girerler ve oda sıcaklığında herhangi bir sorun olmadan kendiliğinden tutuşabilirler.

Yörüngeler nasıl doldurulur?

Elektronlar hangi kurallara ve prensiplere göre düzenlenmiştir? Daha iyi anlaşılması için ifadeleri basitleştirilmiş olan üç ana konuyu tanımanızı öneririz:

1. En az enerji ilkesi. Elektronlar artan enerji sırasına göre yörüngeleri doldurma eğilimindedir.
2. Pauli'nin ilkesi. Bir yörünge ikiden fazla elektron içeremez.
3. Hund kuralı. Bir alt seviyede elektronlar önce boş yörüngeleri doldurur ve ancak daha sonra çiftler oluşturur.

Atomun yapısı onu doldurmaya yardımcı olacak ve bu durumda görüntü açısından daha anlaşılır hale gelecektir. Bu nedenle ne zaman pratik çalışma Devre şemaları oluştururken onu elinizin altında tutmanız gerekir.

Örnek

Makale çerçevesinde söylenen her şeyi özetlemek için, bir atomun elektronlarının seviyeleri, alt seviyeleri ve yörüngeleri arasında nasıl dağıldığına (yani seviyelerin konfigürasyonunun ne olduğuna) dair bir örnek hazırlayabilirsiniz. Bir formül, bir enerji diyagramı veya bir katman diyagramı olarak gösterilebilir. Burada çok güzel resimler var, dikkatle incelendiğinde atomun yapısının anlaşılmasına yardımcı oluyor. Yani ilk önce 1. seviye doldurulur. Yalnızca bir yörüngenin bulunduğu tek bir alt düzeyi vardır. Tüm seviyeler en küçüğünden başlayarak sırayla doldurulur. İlk olarak, bir alt seviyede her yörüngeye bir elektron yerleştirilir. Daha sonra çiftler oluşturulur. Ücretsiz olanlar varsa başka bir dolum konusuna geçiş meydana gelir. Ve şimdi nitrojen veya flor atomunun yapısının ne olduğunu (daha önce düşünülmüştü) kendiniz öğrenebilirsiniz. İlk başta biraz zor olabilir ama size yol göstermesi için resimlerden yararlanabilirsiniz. Açıklık sağlamak için nitrojen atomunun yapısına bakalım. 7 protona (çekirdeği oluşturan nötronlarla birlikte) ve aynı sayıda elektrona (elektron kabuğunu oluşturan) sahiptir. Önce ilk s seviyesi doldurulur. 2 elektronu vardır. Sonra ikinci s seviyesi gelir. Ayrıca 2 elektronu vardır. Diğer üçü ise her birinin bir yörüngeyi işgal ettiği p düzeyinde yer alıyor.

Çözüm

Gördüğünüz gibi atomun yapısı böyle değil karmaşık konu(eğer bu pozisyondan yaklaşırsanız okul kursu elbette kimya). Ve anla bu konu zor değil. Son olarak bazı özelliklerinden bahsetmek istiyorum. Örneğin oksijen atomunun yapısından bahsedersek sekiz protonu ve 8-10 nötronu olduğunu biliyoruz. Ve doğadaki her şey dengelenme eğiliminde olduğundan, iki oksijen atomu bir molekül oluşturur ve burada iki eşleşmemiş elektron oluşur. kovalent bağ. Bir diğer kararlı oksijen molekülü olan ozon (O3) da benzer şekilde oluşur. Oksijen atomunun yapısını bilerek formülleri doğru bir şekilde oluşturabilirsiniz. oksidatif reaksiyonlar Dünyadaki en yaygın maddeyi içeren.

Atom- pozitif yüklü bir çekirdek ve negatif yüklü elektronlardan oluşan elektriksel olarak nötr bir parçacık. Atomun merkezinde pozitif yüklü bir çekirdek bulunur. Atomun içindeki alanın önemsiz bir kısmını kaplar; pozitif yük ve neredeyse bir atomun tüm kütlesi.

Çekirdek temel parçacıklardan oluşur - proton ve nötron; etrafında atom çekirdeği Elektronlar kapalı yörüngelerde hareket eder.

Proton(p) - temel parçacıkİle bağıl kütle 1,00728 atom birimi kütle ve yük +1 konvansiyonel birim. Atom çekirdeğindeki proton sayısı, Periyodik Sistem D.I'deki elementin atom numarasına eşittir. Mendeleev.

Nötron (n)- bağıl kütlesi 1,00866 atomik kütle birimi (amu) olan temel bir nötr parçacık.

N çekirdeğindeki nötronların sayısı aşağıdaki formülle belirlenir:

burada A kütle numarasıdır, Z nükleer yüktür, sayıya eşit protonlar (sıra numarası).

Tipik olarak, bir atom çekirdeğinin parametreleri şu şekilde yazılır: çekirdeğin yükü, element sembolünün sol alt kısmına ve kütle numarası en üst kısmına yerleştirilir, örneğin:

Bu giriş, fosfor atomunun nükleer yükünün (ve dolayısıyla proton sayısının) 15, kütle numarasının 31 ve nötron sayısının 31 – 15 = 16 olduğunu göstermektedir. Proton ve nötronun kütleleri çok farklı olduğundan birbirlerinden çok az olan kütle sayısı, çekirdeğin bağıl atom kütlesine yaklaşık olarak eşittir.

Elektron (e –)- kütlesi 0,00055 a olan temel bir parçacık. e.m. ve koşullu ücret –1. Bir atomdaki elektronların sayısı, atom çekirdeğinin yüküne eşittir (D.I. Mendeleev'in Periyodik Tablosundaki elementin sıra numarası).

Elektronlar çekirdeğin etrafında kesin olarak tanımlanmış yörüngelerde hareket ederek elektron bulutu adı verilen bir yapı oluşturur.

Bir elektronun bulunma olasılığının en yüksek olduğu (%90 veya daha fazla) atom çekirdeği etrafındaki uzay bölgesi, elektron bulutunun şeklini belirler.

Elektronun elektron bulutu küreseldir; S-enerji alt seviyesi maksimum iki elektron içerebilir.

p-elektronunun elektron bulutu dambıl şeklindedir; Üç p-orbitalinde maksimum altı elektron bulunabilir.

Orbitaller, birincil ve ikincil değerlerin üstünde veya altında yazılı olduğu bir kare olarak gösterilir. kuantum sayıları, bu yörüngeyi açıklıyor. Böyle bir kayda grafik elektronik formül denir, örneğin:

Bu formülde oklar bir elektronu gösterir ve okun yönü spinin yönüne - yani kendi yönüne - karşılık gelir. manyetik moment elektron. Zıt spinlere sahip ↓ elektronlara eşleştirilmiş elektronlar denir.

Elementlerin atomlarının elektronik konfigürasyonları, alt seviye sembollerinin belirtildiği elektronik formüller şeklinde temsil edilebilir; alt seviye sembolünün önündeki katsayı, ait olduğunu gösterir; bu seviye ve sembolün derecesi belirli bir alt seviyedeki elektronların sayısıdır.

Tablo 1, Periyodik Kimyasal Elementler Tablosu D.I'nin ilk 20 elementinin atomlarının elektron kabuklarının yapısını göstermektedir. Mendeleev.

Dış seviyenin s-alt seviyesinin bir veya iki elektronla doldurulduğu atomlardaki kimyasal elementlere s-elementler denir. P-alt düzeyi (bir ila altı elektron arası) dolu olan atomlardaki kimyasal elementlere p-elementler denir.

Sayı elektronik katmanlar Bir kimyasal elementin atomundaki periyot numarasına eşittir.

Buna göre Hund'un kuralı Elektronlar, toplam spin maksimum olacak şekilde aynı enerji seviyesindeki benzer yörüngelere yerleştirilir. Sonuç olarak, bir enerji alt seviyesini doldururken, her elektron öncelikle ayrı bir hücreyi işgal eder ve ancak bundan sonra eşleşmeleri başlar. Örneğin bir nitrojen atomunda tüm p-elektronları bulunur. bireysel hücreler ve oksijen için eşleşmeleri başlayacak ve neon için tamamen sona erecek.

İzotoplarÇekirdeklerinde aynı sayıda proton içeren, aynı elementin atomlarına denir. farklı numara nötronlar.

İzotoplar tüm elementler için bilinir. Bu nedenle periyodik tablodaki elementlerin atomik kütleleri, izotopların doğal karışımlarının kütle sayılarının ortalamasıdır ve tam sayı değerlerinden farklıdır. Böylece, atom kütlesi izotopların doğal karışımı hizmet edemez ana karakteristik atom ve dolayısıyla bir element. Bir atomun bu özelliği, atomun elektron kabuğundaki elektron sayısını ve yapısını belirleyen çekirdeğin yüküdür.

Birkaçına bakalım tipik görevler bu bölüm için.

Örnek 1. Hangi elementin bulunduğu bir atom elektronik konfigürasyon 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 ?

Dış enerji seviyesinde bu elementin bir adet 4s elektronu vardır. Sonuç olarak bu kimyasal element ana alt grubun birinci grubunun dördüncü periyodunda yer alır. Bu element potasyumdur.

Bu cevaba ulaşmanın başka bir yolu daha var. Katlanmış toplam miktar tüm elektronlar, 19 elde ederiz. Toplam sayı Elektronlar elementin atom numarasına eşittir. Periyodik tablodaki 19 numara potasyumdur.

Örnek 2. Kimyasal element en yüksek oksit RO2'ye karşılık gelir. Bu elementin bir atomunun dış enerji seviyesinin elektronik konfigürasyonu şuna karşılık gelir: elektronik formül:

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

Daha yüksek oksit formülüne göre (formüllere bakın) daha yüksek oksitler Periyodik Tabloda) bu kimyasal elementin dördüncü grupta olduğunu tespit ediyoruz ana alt grup. Bu elementlerin dış enerji seviyelerinde iki s ve iki p olmak üzere dört elektron bulunur. Bu nedenle doğru cevap 2'dir.

Eğitim görevleri

1. Bir kalsiyum atomundaki toplam s-elektron sayısı

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

2. Bir nitrojen atomundaki eşleştirilmiş p-elektronlarının sayısı

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

3. Bir nitrojen atomundaki eşleşmemiş s-elektronlarının sayısı eşittir

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

4. Argon atomunun dış enerji seviyesindeki elektron sayısı

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

5. 9 4 Be atomundaki proton, nötron ve elektron sayısı eşittir

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

6. Elektronların elektronik katmanlar arasında dağılımı 2; 8; 4 - (içinde) bulunan bir atoma karşılık gelir

1) 3. periyot, IA grubu
2) 2. dönem IVA grubu
3) 3. periyot, IVA grubu
4) 3. periyot, VA grubu

7. VA grubunun 3. periyodunda yer alan kimyasal element diyagrama karşılık gelir elektronik yapı atom

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

8. Elektron konfigürasyonu 1s 2 2s 2 2p 4 olan bir kimyasal element uçucu bir madde üretir. hidrojen bağlantısı kimin formülü

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

9. Bir kimyasal elementin atomundaki elektron katmanlarının sayısı eşittir

1) seri numarası
2) grup numarası
3) çekirdekteki nötronların sayısı
4) dönem numarası

10. Sayı dış elektronlar ana alt grupların kimyasal elementlerinin atomlarında eşittir

1) elemanın seri numarası
2) grup numarası
3) çekirdekteki nötronların sayısı
4) dönem numarası

11. Serideki her kimyasal elementin atomlarının dış elektron katmanında iki elektron bulunur.

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

12. Elektronik formülü 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 olan bir kimyasal element, bir bileşim oksidi oluşturur

1) Li20
2) MgO
3) K20
4) Na20

13. Bir kükürt atomundaki elektron katmanlarının sayısı ve p-elektronlarının sayısı eşittir

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

14. Elektronik konfigürasyon ns 2 np 4 atoma karşılık gelir

1) klor
2) kükürt
3) magnezyum
4) silikon

15. Temel durumdaki sodyum atomunun değerlik elektronları enerji alt seviyesinde bulunur.

1) 2 saniye
2) 2p
3) 3'lü
4) 3p

16. Azot ve fosfor atomları

1) aynı sayıda nötron
2) aynı sayıda proton
3) dış elektronik katmanın aynı konfigürasyonu

17. Aynı numara değerlik elektronları kalsiyum atomları var ve

1) potasyum
2) alüminyum
3) berilyum
4) bor

18. Karbon ve flor atomları

1) aynı sayıda nötron
2) aynı sayıda proton
3) aynı sayıda elektronik katman
4) aynı sayıda elektron

19. Temel durumdaki bir karbon atomu, eşlenmemiş elektron sayısına sahiptir

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

20. Temel durumdaki bir oksijen atomunda eşleştirilmiş elektronların sayısı eşittir

Bir atomun elektronik konfigürasyonu bir atomdaki elektronların seviyelere ve alt seviyelere göre dizilişini gösteren bir formüldür. Makaleyi inceledikten sonra elektronların nerede ve nasıl bulunduğunu öğrenecek, kuantum sayılarıyla tanışacak ve bir atomun elektronik konfigürasyonunu numarasına göre oluşturabileceksiniz; makalenin sonunda bir element tablosu bulunmaktadır.

Neden elemanların elektronik konfigürasyonunu incelemeliyiz?

Atomlar bir yapı seti gibidir: Belli sayıda parça vardır, birbirlerinden farklıdırlar, ancak aynı türden iki parça kesinlikle aynıdır. Ancak bu yapım seti plastik olandan çok daha ilginç ve nedeni de bu. Yapılandırma yakınlarda kimin olduğuna bağlı olarak değişir. Örneğin hidrojenin yanında oksijen Belki

suya dönüşür, sodyumun yanında gaza dönüşür, demirin yakınındayken tamamen pasa dönüşür.

Bunun neden olduğu sorusunu yanıtlamak ve bir atomun diğerinin yanındaki davranışını tahmin etmek için aşağıda tartışılacak olan elektronik konfigürasyonu incelemek gerekir.

Bir atomda kaç elektron vardır?

Bir atom bir çekirdek ve onun etrafında dönen elektronlardan oluşur; çekirdek ise proton ve nötronlardan oluşur. Nötr durumda, her atomun elektron sayısı, çekirdeğindeki proton sayısına eşittir. Proton sayısı, elementin atom numarası ile belirlenir; örneğin, kükürtün 16 protonu vardır - periyodik tablonun 16. elementi. Altının 79 protonu var - periyodik tablonun 79. elementi. Buna göre kükürtün nötr durumda 16 elektronu, altının ise 79 elektronu vardır.

• Elektron nerede aranır?
• Elektronun davranışını gözlemleyerek belirli modeller elde edildi; bunlar kuantum sayılarıyla tanımlanır; toplamda dört tane vardır:
• Baş kuantum sayısı
• Yörünge kuantum numarası

Manyetik kuantum sayısı

Spin kuantum sayısı Orbital Ayrıca yörünge kelimesi yerine "yörünge" terimini kullanacağız, yörünge

dalga fonksiyonu
Elektron, kabaca, elektronun zamanının %90'ını geçirdiği bölgedir.
N - seviye
L - kabuk

M l - yörünge numarası

M s - yörüngedeki birinci veya ikinci elektron Yörünge kuantum sayısı l Elektron bulutunun incelenmesi sonucunda şunlara bağlı olduğu bulundu:

enerji seviyesi
bulut dört temel şekil alır: bir top, bir dambıl ve diğer iki karmaşık şekil.
Artan enerjiye göre bu formlara s-, p-, d- ve f-kabuğu adı verilir.
Bu kabukların her biri 1 (s üzerinde), 3 (p üzerinde), 5 (d üzerinde) ve 7 (f üzerinde) yörüngeye sahip olabilir. Yörünge kuantum sayısı, yörüngelerin bulunduğu kabuktur. S, p, d ve f yörüngeleri için yörünge kuantum sayısı sırasıyla 0,1,2 veya 3 değerlerini alır.

S kabuğunda bir yörünge vardır (L=0) - iki elektron

P kabuğunda üç yörünge vardır ve bunlar -L'den +L'ye kadar sayılarla gösterilir, yani p kabuğu (L=1) için "-1", "0" ve "1" yörüngeleri vardır. .

Manyetik kuantum sayısı m l harfiyle gösterilir.

Kabuğun içinde elektronların farklı yörüngelere yerleştirilmesi daha kolaydır, bu nedenle ilk elektronlar her bir yörüngeyi doldurur ve ardından her birine bir çift elektron eklenir.
D kabuğunu düşünün:

D kabuğu L=2 değerine karşılık gelir, yani beş yörünge (-2,-1,0,1 ve 2), ilk beş elektron M l =-2, M değerlerini alarak kabuğu doldurur. l =-1, M l =0 , M l =1,M l =2.

Spin kuantum sayısı m s

Spin, bir elektronun kendi ekseni etrafında dönme yönüdür, iki yön vardır, dolayısıyla spin kuantum numarasının iki değeri vardır: +1/2 ve -1/2. Bir enerji alt seviyesi yalnızca zıt spinlere sahip iki elektron içerebilir. Spin kuantum sayısı m s ile gösterilir

Baş kuantum sayısı n Ana kuantum sayısı enerji seviyesidir.şu anda yedi enerji seviyesi bilinmektedir, her biri belirlenmiş Arap rakamı

: 1,2,3,...7. Her seviyedeki mermi sayısı seviye numarasına eşittir: birinci seviyede bir mermi, ikinci seviyede iki mermi vardır, vb.

Elektron numarası

Yani herhangi bir elektron dört kuantum sayısıyla tanımlanabilir, bu sayıların kombinasyonu elektronun her konumu için benzersizdir, ilk elektronu alın, en düşük enerji seviyesi N = 1'dir, ilk seviyede bir kabuk vardır, Herhangi bir seviyedeki ilk kabuk bir top (s-kabuk) şeklindedir; L=0, manyetik kuantum sayısı yalnızca bir değer alabilir, M l =0 ve spin +1/2'ye eşit olacaktır.

Eğer beşinci elektronu alırsak (hangi atomda olursa olsun), o zaman onun ana kuantum sayıları şöyle olacaktır: N=2, L=1, M=-1, spin 1/2. Kimyasallar etrafımızdaki dünyanın yapıldığı şeydir. Her kimyasal maddenin özellikleri iki türe ayrılır: diğer maddeleri oluşturma yeteneğini karakterize eden kimyasal ve nesnel olarak gözlemlenen ve bağımsız olarak değerlendirilebilen fiziksel. kimyasal dönüşümler. Örneğin bir maddenin fiziksel özellikleri onun fiziksel durum(katı, sıvı veya gaz), termal iletkenlik, ısı kapasitesi, çözünürlük

farklı ortamlar (su, alkol vb.), yoğunluk, renk, tat vb. diğer maddelerde kimyasal olaylar veya kimyasal reaksiyonlar denir. Bazı özelliklerdeki değişikliklerin açıkça eşlik ettiği fiziksel olayların da mevcut olduğu unutulmamalıdır. fiziksel özellikler maddeler başka maddelere dönüşmeden İLE fiziksel olaylarörneğin buzun erimesi, suyun donması veya buharlaşması vb.

Bir süreçte neler olduğu hakkında kimyasal olay gözlemleyerek sonuca varabiliriz karakteristik özellikler kimyasal reaksiyonlar renk değişimi, çökelme, gaz oluşumu, ısı ve/veya ışık gibi.

Örneğin, aşağıdaki gözlemler yapılarak kimyasal reaksiyonların oluşumu hakkında bir sonuca varılabilir:

Günlük yaşamda kireç adı verilen suyun kaynatılması sırasında tortu oluşması;

Ateş yandığında ısı ve ışığın açığa çıkması;

Havada taze bir elma kesiminin renginin değişmesi;

Hamurun fermantasyonu vb. sırasında gaz kabarcıklarının oluşması.

Bir maddenin kimyasal reaksiyonlar sırasında hemen hemen hiçbir değişikliğe uğramayan, ancak birbirleriyle yalnızca yeni bir şekilde bağlanan en küçük parçacıklarına atom denir.

Bu tür madde birimlerinin varlığına dair fikir, eski zamanlarda ortaya çıktı. Antik Yunanistan akıllarda antik filozoflar Bu da aslında “atom” teriminin kökenini açıklıyor çünkü Yunancadan tercüme edilen “atomos”, “bölünemez” anlamına geliyor.

Ancak eski Yunan filozoflarının düşüncesinin aksine atomlar, maddenin mutlak minimumu değildir; kendileri de karmaşık bir yapıya sahiptir.

Her atom sözde oluşur atom altı parçacıklar– sırasıyla p +, n o ve e – sembolleriyle gösterilen protonlar, nötronlar ve elektronlar. Kullanılan gösterimdeki üst simge, protonun birim pozitif yüke, elektronun ise birim pozitif yüke sahip olduğunu gösterir. negatif yük fakat nötronun yükü yoktur.

Bir atomun niteliksel yapısına gelince, her atomda tüm protonlar ve nötronlar, çevresinde elektronların bir elektron kabuğu oluşturduğu çekirdek adı verilen bölgede yoğunlaşmıştır.

Proton ve nötron hemen hemen aynı kütlelere sahiptir; m p ≈ m n ve bir elektronun kütlesi, her birinin kütlesinden neredeyse 2000 kat daha azdır, yani. m p /m e ≈ mn /m e ≈ 2000.

O zamandan beri temel özellik Bir atomun elektriksel nötrlüğü ve bir elektronun yükü şarja eşit Bir proton varsa, bundan herhangi bir atomdaki elektron sayısının proton sayısına eşit olduğu sonucuna varabiliriz.

Örneğin, aşağıdaki tablo atomların olası bileşimini göstermektedir:

Atom türü eşit yükçekirdekler, yani İle aynı numaraÇekirdeklerindeki protonlara kimyasal element denir. Böylece yukarıdaki tablodan atom1 ve atom2'nin bir kimyasal elemente, atom3 ve atom4'ün ise başka bir kimyasal elemente ait olduğu sonucuna varabiliriz.

Her kimyasal elementin, belirli bir şekilde okunan kendi adı ve bireysel sembolü vardır. Yani örneğin atomları çekirdeğinde yalnızca bir proton içeren en basit kimyasal elemente "hidrojen" adı verilir ve "kül" olarak okunan "H" simgesiyle gösterilir ve bir kimyasal elementtir. +7 nükleer yük (yani 7 proton içeren) - “nitrojen”, “en” olarak okunan “N” sembolüne sahiptir.

Yukarıdaki tablodan görebileceğiniz gibi, bir kimyasal elementin atomlarının çekirdeklerindeki nötron sayısı farklılık gösterebilir.

Aynı kimyasal elemente ait olan ancak farklı miktarlar nötronlara ve dolayısıyla kütleye izotoplar denir.

Örneğin, hidrojen kimyasal elementinin üç izotopu vardır - 1 H, 2 H ve 3 H. H sembolünün üzerindeki 1, 2 ve 3 endeksleri, nötron ve protonların toplam sayısı anlamına gelir. Onlar. Hidrojenin, atomlarının çekirdeğinde bir proton bulunmasıyla karakterize edilen kimyasal bir element olduğunu bilerek, 1H izotopunda hiç nötron bulunmadığı (1-1 = 0) sonucuna varabiliriz. 2H izotopu - 1 nötron (2-1=1) ve 3H izotopunda - iki nötron (3-1=2). Daha önce de belirtildiği gibi, nötron ve proton aynı kütlelere sahip olduğundan ve elektronun kütlesi onlarla karşılaştırıldığında ihmal edilebilecek kadar küçük olduğundan, bu, 2H izotopunun 1H izotopundan neredeyse iki kat daha ağır olduğu ve 3H izotopunun hatta üç kat daha ağır. Hidrojen izotoplarının kütlelerindeki bu kadar büyük bir dağılım nedeniyle, 2H ve 3H izotoplarına, başka hiçbir kimyasal element için tipik olmayan ayrı bireysel isimler ve semboller bile verilmiştir. 2H izotopuna döteryum adı verildi ve D sembolü verildi ve 3H izotopuna trityum adı verildi ve T sembolü verildi.

Proton ve nötronun kütlesini bir olarak alırsak ve elektronun kütlesini ihmal edersek, aslında atomdaki proton ve nötronların toplam sayısına ek olarak sol üst indeks onun kütlesi olarak düşünülebilir ve bu nedenle bu indeks kütle numarası olarak adlandırılır ve A sembolü ile gösterilir. Herhangi bir Protonun çekirdeğinin yükü atoma karşılık geldiğinden ve her protonun yükü geleneksel olarak +1'e eşit kabul edildiğinden; çekirdeğe yük numarası (Z) denir. Bir atomdaki nötron sayısını N olarak göstererek, kütle numarası, yük numarası ve nötron sayısı arasındaki ilişki matematiksel olarak şu şekilde ifade edilebilir:

Buna göre modern fikirler Elektronun ikili (parçacık-dalga) doğası vardır. Hem parçacık hem de dalga özelliklerine sahiptir. Bir parçacık gibi, bir elektronun da kütlesi ve yükü vardır, ancak aynı zamanda bir dalga gibi elektronların akışı da kırınım yeteneği ile karakterize edilir.

Bir atomdaki elektronun durumunu tanımlamak için temsiller kullanılır. kuantum mekaniği Buna göre elektronun belirli bir yörüngesi yoktur ve uzayda herhangi bir noktaya yerleştirilebilir, ancak farklı olasılıklarla.

Çekirdeğin etrafındaki, bir elektronun bulunma olasılığının en yüksek olduğu uzay bölgesine atomik yörünge adı verilir.

Bir atomik yörünge sahip olabilir çeşitli şekiller, boyut ve yön. Atomik yörüngeye elektron bulutu da denir.

Grafiksel olarak, bir atomik yörünge genellikle kare hücre olarak gösterilir:

Kuantum mekaniği son derece karmaşık bir matematiksel aygıta sahiptir, bu nedenle okul kimyası dersi çerçevesinde yalnızca kuantum mekaniği teorisinin sonuçları dikkate alınır.

Bu sonuçlara göre herhangi bir atomik yörünge ve onun içinde yer alan elektron tamamen 4 kuantum sayısıyla karakterize edilir.

• Ana kuantum sayısı - n - belirler toplam enerji Belirli bir yörüngedeki elektron. Temel kuantum sayısının değer aralığı – hepsi doğal sayılar, yani n = 1,2,3,4, 5 vb.
• Yörünge kuantum numarası - l - atomik yörüngenin şeklini karakterize eder ve 0'dan n-1'e kadar herhangi bir tamsayı değeri alabilir; burada n, hatırlayın, ana kuantum sayısıdır.

l = 0 olan yörüngelere denir S-orbitaller. s-Orbitallerin şekli küreseldir ve uzayda yönü yoktur:

l = 1 olan yörüngelere denir P-orbitaller. Bu yörüngeler üç boyutlu sekiz rakamı şeklindedir; sekiz rakamının bir simetri ekseni etrafında döndürülmesiyle elde edilen ve dışarıdan bir dambıla benzeyen bir şekil:

l = 2 olan yörüngelere denir D-orbitaller, ve l = 3 – F-orbitaller. Yapıları çok daha karmaşıktır.

3) Manyetik kuantum sayısı – ml – belirli bir atomik yörüngenin uzaysal yönelimini belirler ve yörüngesel açısal momentumun yön üzerine izdüşümünü ifade eder manyetik alan. Manyetik kuantum sayısı ml, dış manyetik alan kuvveti vektörünün yönüne göre yörüngenin yönelimine karşılık gelir ve 0 dahil olmak üzere –l ila +l arasında herhangi bir tam sayı değeri alabilir, yani. toplam miktar olası değerler(2l+1)'e eşittir. Yani örneğin l = 0 m için l = 0 (bir değer), l = 1 m için l = -1, 0, +1 (üç değer), l = 2 m için l = -2, -1, 0, + 1 , +2 (manyetik kuantum sayısının beş değeri), vb.

Yani, örneğin p-orbitaller, yani. “üç boyutlu sekiz rakamı” şeklindeki yörünge kuantum numarası l = 1 olan yörüngeler, sırasıyla manyetik kuantum sayısının (-1, 0, +1) üç değerine karşılık gelir. uzayda birbirine dik üç yön.

4) Spin kuantum sayısı (veya basitçe spin) - m s - atomdaki elektronun dönme yönünden koşullu olarak sorumlu kabul edilebilir; Farklı spinlere sahip elektronlar, yönü gösteren dikey oklarla gösterilir. farklı taraflar: ↓ ve .

Bir atomdaki aynı temel kuantum sayısına sahip tüm yörüngelerin oluşturduğu kümeye enerji düzeyi veya elektron kabuğu. Bazı n sayısına sahip herhangi bir rastgele enerji seviyesi, n2 yörüngeden oluşur.

Birçok yörünge ile aynı değerler temel kuantum sayısı ve yörünge kuantum sayısı bir enerji alt seviyesini temsil eder.

Temel kuantum sayısı n'ye karşılık gelen her enerji seviyesi, n alt seviye içerir. Buna karşılık, yörünge kuantum sayısı l olan her enerji alt düzeyi (2l+1) yörüngeden oluşur. Böylece, s alt düzeyi bir s yörüngesinden, p alt düzeyi üç p yörüngesinden, d alt düzeyi beş d yörüngesinden ve f alt düzeyi yedi f yörüngesinden oluşur. Daha önce de belirtildiği gibi, bir atomik yörünge genellikle bir tane ile gösterilir. kare hücre s-, p-, d- ve f-alt seviyeleri grafiksel olarak aşağıdaki gibi gösterilebilir:

Her yörünge, kesin olarak tanımlanmış üç kuantum sayısı n, l ve ml'den oluşan bireysel bir diziye karşılık gelir.

Elektronların yörüngeler arasındaki dağılımına elektron konfigürasyonu denir.

Doldurma atomik yörüngeler elektronlar üç koşula göre oluşur:

• Minimum enerji prensibi: Elektronlar en düşük enerji alt seviyesinden başlayarak yörüngeleri doldururlar. Enerjilerini arttırma sırasına göre alt seviyelerin sırası aşağıdaki gibidir: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;

Elektronik alt seviyelerin doldurulma sırasını hatırlamayı kolaylaştırmak için aşağıdaki grafik gösterim çok kullanışlıdır:

• Pauli prensibi: Her yörünge ikiden fazla elektron içeremez.

Orbitalde bir elektron varsa buna eşlenmemiş, iki elektron varsa buna elektron çifti denir.

• Hund'un kuralı: Bir atomun en kararlı durumu, bir alt seviyede atomun mümkün olan maksimum sayıda eşleşmemiş elektrona sahip olduğu durumdur. Atomun bu en kararlı durumuna temel durum denir.

Aslında yukarıdakiler, örneğin 1., 2., 3. ve 4. elektronların p-alt seviyesinin üç yörüngesine yerleştirilmesinin şu şekilde gerçekleştirileceği anlamına gelir:

Atomik yörüngelerin yük sayısı 1 olan hidrojenden yük sayısı 36 olan kriptona (Kr) doldurulması şu şekilde gerçekleştirilecektir:

Atomik yörüngelerin doldurulma sırasının böyle bir temsiline enerji diyagramı denir. Bireysel elemanların elektronik diyagramlarına dayanarak, bunların sözde elektronik formüllerini (konfigürasyonlarını) yazmak mümkündür. Yani örneğin 15 protonlu ve bunun sonucunda 15 elektronlu bir element, yani. fosfor (P) aşağıdaki enerji diyagramına sahip olacaktır:

Elektronik formüle dönüştürüldüğünde fosfor atomu şu şekli alacaktır:

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

Alt seviye sembolünün solundaki normal büyüklükteki sayılar, enerji seviyesi numarasını gösterir ve alt seviye sembolünün sağındaki üst simgeler, karşılık gelen alt seviyedeki elektron sayısını gösterir.

Aşağıda periyodik tablonun ilk 36 elementinin D.I. tarafından elektronik formülleri bulunmaktadır. Mendeleev.

Daha önce de belirtildiği gibi, temel hallerinde atomik yörüngelerdeki elektronlar en az enerji ilkesine göre konumlandırılır. Bununla birlikte, atomun temel durumunda boş p-orbitallerinin varlığında, çoğu zaman ona fazla enerji verilerek atom uyarılmış duruma aktarılabilir. Örneğin, temel durumdaki bir bor atomunun elektronik konfigürasyonu ve enerji diyagramı aşağıdaki biçimdedir:

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

Ve heyecanlı bir durumda (*), yani. Bor atomuna bir miktar enerji verildiğinde elektron konfigürasyonu ve enerji diyagramı şu şekilde görünecektir:

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

Atomun hangi alt seviyesinin en son doldurulduğuna bağlı olarak kimyasal elementler s, p, d veya f olarak ayrılır.

Tablodaki s, p, d ve f elemanlarını bulma D.I. Mendeleev:

• S-elemanları doldurulacak son s-alt düzeyine sahiptir. Bu öğeler, grup I ve II'nin ana (tablo hücresinde solda) alt gruplarının öğelerini içerir.
• P elemanları için p alt seviyesi doldurulur. P-elementleri, birinci ve yedinci hariç her periyodun son altı elementini ve ayrıca III-VIII. grupların ana alt gruplarının unsurlarını içerir.
• d-elementleri s- ve p-elementleri arasında geniş periyotlarda bulunur.
• f-Elementlere lantanit ve aktinit denir. Bunlar D.I. tablosunun altında listelenmiştir. Mendeleev.