У дома-външни стълби-Електронна форма титаниева схема. Електронни формули на атоми и схеми

Електронна форма титаниева схема. Електронни формули на атоми и схеми

Електронна конфигурацияатомът е числово представяне на неговите електронни орбитали. Електронните орбитали са области различни формиразположен наоколо атомно ядро, в който е математически вероятно да се намери електрон. Електронната конфигурация помага бързо и лесно да се каже на читателя колко електронни орбитали има даден атом, както и да се определи броят на електроните във всяка орбитала. След като прочетете тази статия, ще овладеете метода за компилиране на електронни конфигурации.

Стъпки

Разпределение на електрони с помощта на периодичната система на Д. И. Менделеев

    Намерете атомния номер на вашия атом.Всеки атом има определен брой електрони, свързани с него. Намерете символа за вашия атом в периодичната таблица. Атомният номер е цяло положително число, започващо от 1 (за водород) и нарастващо с едно за всеки следващ атом. Атомният номер е броят на протоните в атома и следователно е и броят на електроните в атом с нулев заряд.

    Определете заряда на атома.Неутралните атоми ще имат същия брой електрони, както е показано в периодичната таблица. Въпреки това, заредените атоми ще имат повече или по-малко електрони, в зависимост от големината на техния заряд. Ако работите със зареден атом, добавете или извадете електрони, както следва: добавете един електрон за всеки отрицателен заряд и извадете един за всеки положителен заряд.

    • Например, натриев атом със заряд от -1 ще има допълнителен електрон в допълнениедо основния си атомен номер 11. С други думи, един атом ще има общо 12 електрона.
    • Ако говорим сиза натриев атом със заряд +1, един електрон трябва да се извади от основното атомно число 11. Така че атомът ще има 10 електрона.

  1. Запомнете основния списък с орбитали.С увеличаване на броя на електроните в атома, те запълват различните поднива на електронната обвивка на атома в съответствие с определена последователност. Всяко подниво на електронната обвивка, когато е запълнено, съдържа четен брой електрони. Има следните поднива:

    Разберете записа електронна конфигурация. Електронните конфигурации се записват, за да отразяват ясно броя на електроните във всяка орбитала. Орбиталите се изписват последователно, като броят на атомите във всяка орбитала се изписва като горен индекс вдясно от името на орбитата. Завършената електронна конфигурация има формата на последователност от обозначения на поднива и надписи.

    • Ето, например, най-простата електронна конфигурация: 1s 2 2s 2 2p 6 .Тази конфигурация показва, че има два електрона в подниво 1s, два електрона в подниво 2s и шест електрона в подниво 2p. 2 + 2 + 6 = общо 10 електрона. Това е електронната конфигурация на неутралния неонов атом (атомното число на неона е 10).

  2. Запомнете реда на орбиталите.Имайте предвид, че електронните орбитали са номерирани във възходящ ред на броя на електронната обвивка, но са подредени във възходящ енергиен ред. Например, запълнена 4s 2 орбитала има по-малко енергия (или по-малко подвижност) от частично запълнена или запълнена 3d 10, така че 4s орбитала се записва първа. След като знаете реда на орбиталите, можете лесно да ги попълните според броя на електроните в атома. Редът, в който се запълват орбиталите, е както следва: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

    • Електронната конфигурация на атом, в която са запълнени всички орбитали, ще има следния вид: 10 7p 6
    • Обърнете внимание, че горната нотация, когато всички орбити са запълнени, е електронната конфигурация на елемента Uuo (ununoctium) 118, атом с най-висок номер в периодичната таблица. Следователно тази електронна конфигурация съдържа всички известни понастоящем електронни поднива на неутрално зареден атом.

  3. Попълнете орбиталите според броя на електроните във вашия атом.Например, ако искаме да запишем електронната конфигурация на неутрален калциев атом, трябва да започнем с търсене на атомния му номер в периодичната таблица. Неговият атомен номер е 20, така че ще напишем конфигурацията на атом с 20 електрона според горния ред.

    • Попълнете орбиталите в горния ред, докато стигнете до двадесетия електрон. Първата 1s орбитала ще има два електрона, 2s орбитала също ще има два, 2p орбитала ще има шест, 3s орбитала ще има два, 3p орбитала ще има 6, а 4s орбитала ще има 2 (2 + 2 + 6 +2 +6 + 2 = 20 .) С други думи, електронната конфигурация на калция има формата: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .
    • Забележете, че орбиталите са във възходящ ред на енергията. Например, когато сте готови да преминете към 4-ти енергийно ниво, след това първо запишете 4s орбитала и тогава 3г. След четвъртото енергийно ниво преминавате към петото, където се повтаря същият ред. Това се случва едва след третото енергийно ниво.

  4. Използвайте периодичната таблица като визуална подсказка.Вероятно вече сте забелязали, че формата на периодичната таблица съответства на реда на електронните поднива в електронните конфигурации. Например, атомите във втората колона отляво винаги завършват с "s 2", докато атомите в десния край на тънката средна част винаги завършват с "d 10" и т.н. Използвайте периодичната таблица като визуално ръководство за писане на конфигурации - тъй като редът, в който добавяте към орбиталите, съответства на вашата позиция в таблицата. Виж отдолу:

    • По-специално, двете най-леви колони съдържат атоми, чиито електронни конфигурации завършват на s орбитали, десният блок на таблицата съдържа атоми, чиито конфигурации завършват на p орбитали, а в долната част на атомите завършват на f орбитали.
    • Например, когато запишете електронната конфигурация на хлора, помислете така: "Този атом се намира в третия ред (или "период") на периодичната таблица. Той също се намира в петата група на орбиталния блок p на периодичната таблица. Следователно, нейната електронна конфигурация ще завършва на ..3p 5
    • Обърнете внимание, че елементите в d и f орбиталните области на таблицата имат енергийни нива, които не съответстват на периода, в който се намират. Например, първият ред на блок от елементи с d-орбитали съответства на 3d орбитали, въпреки че се намира в 4-ти период, а първият ред елементи с f-орбитали съответства на 4f орбитали, въпреки факта, че той се намира в 6-ти период.

  5. Научете съкращенията за писане на дълги електронни конфигурации.Атомите от дясната страна на периодичната таблица се наричат благородни газове.Тези елементи са химически много стабилни. За да съкратите процеса на писане на конфигурации на дълги електрони, просто напишете в квадратни скоби химическия символ за най-близкия благороден газ с по-малко електрони от вашия атом и след това продължете да пишете електронната конфигурация на следващите орбитални нива. Виж отдолу:

    • За да разберете тази концепция, ще бъде полезно да напишете примерна конфигурация. Нека напишем конфигурацията на цинк (атомен номер 30), използвайки съкращението на благороден газ. Пълната конфигурация на цинка изглежда така: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 . Виждаме обаче, че 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 е електронната конфигурация на аргон, благороден газ. Просто заменете електронната конфигурация на цинка с химическия символ за аргон в квадратни скоби (.)
    • И така, електронната конфигурация на цинка, написана в съкратена форма, е: 4s 2 3d 10 .
    • Имайте предвид, че ако пишете електронната конфигурация на благороден газ, да речем аргон, не можете да пишете! Трябва да се използва съкращението на благородния газ пред този елемент; за аргон ще бъде неон ().

    Използване на периодична таблица на ADOMAH

    1. Овладейте периодичната таблица на ADOMAH. Този методзаписването на електронната конфигурация не изисква запаметяване, но изисква преработена периодична таблица, тъй като в традиционната периодична таблица, започвайки от четвъртия период, номерът на периода не съответства на електронната обвивка. Намерете периодична таблица на ADOMAH - специален типпериодична таблица, разработена от учения Валери Цимерман. Лесно се намира с кратко търсене в интернет.

      • В периодичната таблица на ADOMAH хоризонталните редове представляват групи от елементи като халогени, благородни газове, алкални метали, алкалоземни метали и др. Вертикалните колони съответстват на електронните нива, а така наречените "каскади" (диагонални линии, свързващи блокове s,p,dи е) съответстват на периоди.
      • Хелият се премества във водород, тъй като и двата елемента се характеризират с 1s орбитала. Блоковете с периоди (s,p,d и f) са показани с правилната страна, а номерата на нивата са дадени в основата. Елементите са представени в кутии, номерирани от 1 до 120. Тези числа са обичайните атомни номера, които представляват общия брой електрони в неутрален атом.

    2. Намерете своя атом в таблицата ADOMAH.За да запишете електронната конфигурация на елемент, намерете неговия символ в периодичната таблица на ADOMAH и зачеркнете всички елементи с по-висок атомен номер. Например, ако трябва да запишете електронната конфигурация на ербий (68), зачеркнете всички елементи от 69 до 120.

      • Обърнете внимание на числата от 1 до 8 в основата на таблицата. Това са номерата на електронните нива или номерата на колоните. Игнорирайте колони, които съдържат само зачеркнати елементи. За ербий остават колони с номера 1,2,3,4,5 и 6.

    3. Пребройте орбиталните поднива до вашия елемент.Гледайки символите на блоковете, показани вдясно от таблицата (s, p, d и f), и номерата на колоните, показани в долната част, игнорирайте диагоналните линии между блоковете и разбийте колоните на блок-колони, като ги изброите в поръчайте отдолу нагоре. И отново, игнорирайте блоковете, в които всички елементи са зачертани. Напишете блоковете на колоните, започвайки от номера на колоната, последван от символа на блока, по този начин: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (за ербий).

      • Моля, обърнете внимание: Горната електронна конфигурация Er се записва във възходящ ред на номера на електронното подниво. Може да се запише и в реда, в който са запълнени орбиталите. За да направите това, следвайте каскадите отдолу нагоре, а не колони, когато пишете блокове с колони: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 12 .

    4. Пребройте електроните за всяко електронно подниво.Пребройте елементите във всеки блок колона, които не са били зачертани, като прикачите по един електрон от всеки елемент, и напишете техния номер до символа на блока за всеки блок колона, както следва: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 12 5s 2 5p 6 6s 2 . В нашия пример това е електронната конфигурация на ербия.

    5. Бъдете наясно с неправилни електронни конфигурации.Има осемнадесет типични изключения, свързани с електронните конфигурации на атоми в най-ниско енергийно състояние, наричано още основно енергийно състояние. Те не се подчиняват общо правилосамо в последните две или три позиции, заети от електрони. В този случай действителната електронна конфигурация предполага, че електроните са в състояние на по-ниска енергия в сравнение със стандартната конфигурация на атома. Атомите с изключение включват:

      • кр(..., 3d5, 4s1); Cu(..., 3d10, 4s1); Nb(..., 4d4, 5s1); мн(..., 4d5, 5s1); Ru(..., 4d7, 5s1); Rh(..., 4d8, 5s1); Pd(..., 4d10, 5s0); Ag(..., 4d10, 5s1); Ла(..., 5d1, 6s2); Ce(..., 4f1, 5d1, 6s2); Gd(..., 4f7, 5d1, 6s2); Au(..., 5d10, 6s1); AC(..., 6d1, 7s2); Th(..., 6d2, 7s2); Па(..., 5f2, 6d1, 7s2); У(..., 5f3, 6d1, 7s2); Np(..., 5f4, 6d1, 7s2) и см(..., 5f7, 6d1, 7s2).
    • За да намерите атомния номер на атома, когато е написан в електронна форма, просто съберете всички числа, които следват буквите (s, p, d и f). Това работи само за неутрални атоми, ако имате работа с йон, тогава нищо няма да работи - ще трябва да добавите или извадите броя на допълнителните или загубените електрони.
    • Числото след буквата е горен индекс, не допускайте грешка в контролата.
    • "Стабилността на полузапълнено" подниво не съществува. Това е опростяване. Всяка стабилност, която се отнася до "наполовина пълни" поднива, се дължи на факта, че всяка орбитала е заета от един електрон, така че отблъскването между електроните е сведено до минимум.
    • Всеки атом клони към стабилно състояние, а най-стабилните конфигурации имат запълнени поднива s и p (s2 и p6). Благородните газове имат тази конфигурация, така че рядко реагират и се намират вдясно в периодичната таблица. Следователно, ако една конфигурация завършва на 3p 4 , тогава тя се нуждае от два електрона, за да достигне стабилно състояние (необходима е повече енергия, за да загуби шест, включително електрони на s-ниво, така че четири е по-лесно да се загубят). И ако конфигурацията завършва в 4d 3 , тогава тя трябва да загуби три електрона, за да достигне стабилно състояние. Освен това, полузапълнените поднива (s1, p3, d5..) са по-стабилни от, например, p4 или p2; обаче s2 и p6 ще бъдат още по-стабилни.
    • Когато имате работа с йон, това означава, че броят на протоните не е същият като броя на електроните. Зарядът на атома в този случай ще бъде показан в горния десен ъгъл (обикновено) на химическия символ. Следователно, антимонов атом със заряд +2 има електронна конфигурация 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 1 . Обърнете внимание, че 5p 3 се промени на 5p 1. Бъдете внимателни, когато конфигурацията на неутрален атом завършва на поднива, различни от s и p.Когато вземете електрони, можете да ги вземете само от валентни орбитали (s и p орбитали). Следователно, ако конфигурацията завърши с 4s 2 3d 7 и атомът получи +2 заряд, тогава конфигурацията ще завърши с 4s 0 3d 7 . Моля, имайте предвид, че 3d 7 непромени, вместо това се губят електрони на s-орбитала.
    • Има условия, при които електронът е принуден да се „премести на по-високо енергийно ниво“. Когато на подниво липсва един електрон, за да бъде наполовина или пълно, вземете един електрон от най-близкото s или p подниво и го преместете до поднивото, което се нуждае от електрон.
    • Има два варианта за писане на електронна конфигурация. Те могат да бъдат записани във възходящ ред на броя на енергийните нива или в реда, в който се запълват електронните орбитали, както беше показано по-горе за ербия.
    • Можете също да напишете електронната конфигурация на елемент, като напишете само валентната конфигурация, която е последното s и p подниво. По този начин валентната конфигурация на антимона ще бъде 5s 2 5p 3 .
    • Йоните не са еднакви. С тях е много по-трудно. Пропуснете две нива и следвайте същия модел в зависимост от това къде сте започнали и колко висок е броят на електроните.

електрони

Концепцията за атом възниква в древния свят за обозначаване на частиците на материята. На гръцки атом означава "неделим".

Ирландският физик Стоуни, въз основа на експерименти, стигна до заключението, че електричеството се пренася от най-малките частици, които съществуват в атомите на всички химични елементи. През 1891 г. Стоуни предлага да наречем тези частици електрони, което на гръцки означава "кехлибар". Няколко години след като електронът получи името си, английският физик Джоузеф Томсън и френският физик Жан Перин доказаха, че електроните носят отрицателен заряд. Това е най-малкият отрицателен заряд, който в химията се приема за единица (-1). Томсън дори успява да определи скоростта на електрона (скоростта на електрона в орбита е обратно пропорционална на числото на орбитата n. Радиусите на орбитите растат пропорционално на квадрата на броя на орбитата. В първата орбита на водорода атом (n=1; Z=1), скоростта е ≈ 2,2 106 m/c, тоест около сто пъти по-малка от скоростта на светлината c=3 108 m/s.) и масата на електрона ( тя е почти 2000 пъти по-малка от масата на водороден атом).

Състоянието на електроните в атома

Състоянието на електрон в атом е набор от информация за енергията на даден електрон и пространството, в което се намира. Електронът в атома няма траектория на движение, т.е. може да се говори само за вероятността да го намерим в пространството около ядрото.

Той може да бъде разположен във всяка част от това пространство около ядрото, като съвкупността от различните му позиции се разглежда като електронен облак с определена отрицателна плътност на заряда. Образно това може да се представи по следния начин: ако беше възможно да се снима позицията на електрона в атома в стотни или милионни от секундата, както при фотофиниш, тогава електронът в такива снимки би бил представен като точки. Наслояването на безброй такива снимки би довело до картина на електронен облак с най-висока плътност, където ще има повечето от тези точки.

Пространството около атомното ядро, в което най-вероятно ще бъде открит електронът, се нарича орбитала. Съдържа приблизително 90% е-облак, а това означава, че около 90% от времето електронът е в тази част на пространството. Отличава се по форма 4 известни в момента типа орбитали, които се означават с латински букви s, p, d и f. Графично изображениенякои форми на електронни орбитали са показани на фигурата.

Най-важната характеристика на движението на електрон по определена орбита е енергията на връзката му с ядрото. Електроните с подобни енергийни стойности образуват един електронен слой или енергийно ниво. Енергийните нива се номерират, започвайки от ядрото - 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7.

Едно цяло число n, обозначаващо номера на енергийното ниво, се нарича главно квантово число. Той характеризира енергията на електроните, заемащи дадено енергийно ниво. Електроните от първото енергийно ниво, най-близо до ядрото, имат най-ниска енергия.В сравнение с електроните от първото ниво, електроните на следващите нива ще се характеризират с голямо количество енергия. Следователно електроните на външното ниво са най-слабо свързани с ядрото на атома.

Най-големият брой електрони в енергийното ниво се определя по формулата:

N = 2n2,

където N е максималният брой електрони; n е номерът на нивото или основното квантово число. Следователно първото енергийно ниво, което е най-близо до ядрото, може да съдържа не повече от два електрона; на втория - не повече от 8; на третия - не повече от 18; на четвърти - не повече от 32.

Започвайки от второто енергийно ниво (n = 2), всяко едно от нивата се разделя на поднива (подслоеве), които се различават малко помежду си по енергията на свързване с ядрото. Броят на поднивата е равен на стойността на основното квантово число: първото енергийно ниво има едно подниво; вторият - две; трети - три; четвърто - четири поднива. Поднивата от своя страна се формират от орбитали. Всяка стойностn съответства на броя на орбиталите, равен на n.

Обикновено се обозначават поднива с латински букви, както и формата на орбиталите, от които са съставени: s, p, d, f.

Протони и неутрони

Атом на всеки химичен елемент е сравним с малък слънчева система. Следователно такъв модел на атома, предложен от Е. Ръдърфорд, се нарича планетарен.

Атомното ядро, в което е концентрирана цялата маса на атома, се състои от частици от два вида - протони и неутрони.

Протоните имат заряд равно на зарядаелектрони, но противоположни по знак (+1) и маса, равно на масатаводороден атом (в химията се приема като единица). Неутроните не носят заряд, те са неутрални и имат маса, равна на тази на протона.

Протоните и неутроните се наричат ​​общо нуклони (от латинското nucleus - ядро). Сборът от броя на протоните и неутроните в атома се нарича масово число. Например, масовото число на алуминиев атом:

13 + 14 = 27

брой протони 13, брой неутрони 14, масово число 27

Тъй като масата на електрона, която е незначителна, може да бъде пренебрегната, очевидно е, че цялата маса на атома е концентрирана в ядрото. Електроните представляват e-.

Защото атомът електрически неутрален, също така е очевидно, че броят на протоните и електроните в един атом е еднакъв. Той е равен на серийния номер на химичния елемент, приписан му в Периодичната система. Масата на атома се състои от масата на протоните и неутроните. Знаейки серийния номер на елемента (Z), т.е. броя на протоните и масовото число (A), равно на суматаброя на протоните и неутроните, можете да намерите броя на неутроните (N), като използвате формулата:

N=A-Z

Например, броят на неутроните в един железен атом е:

56 — 26 = 30

изотопи

Наричат ​​се разновидности на атоми на един и същи елемент, които имат същия ядрен заряд, но различни масови числа изотопи. Химическите елементи, открити в природата, са смес от изотопи. И така, въглеродът има три изотопа с маса 12, 13, 14; кислород - три изотопа с маса 16, 17, 18 и т.н. Обикновено се дава в Периодичната система, относителната атомна маса на химичен елемент е средната стойност на атомните маси на естествена смес от изотопи даден елементкато се вземе предвид относителното им съдържание в природата. Химичните свойства на изотопите на повечето химични елементи са абсолютно еднакви. Въпреки това, водородните изотопи се различават значително по свойства поради рязкото кратно увеличение на техния относител атомна маса; дори са им дадени индивидуални имена и химически символи.

Елементи от първия период

Схема на електронната структура на водородния атом:

Схемите на електронната структура на атомите показват разпределението на електроните върху електронните слоеве (енергийни нива).

Графичната електронна формула на водородния атом (показва разпределението на електроните по енергийни нива и поднива):

Графичните електронни формули на атомите показват разпределението на електроните не само в нива и поднива, но и в орбити.

В хелиевия атом първият електронен слой е завършен - той има 2 електрона. Водородът и хелият са s-елементи; за тези атоми s-орбитала е изпълнена с електрони.

Всички елементи от втория период първият електронен слой е запълнен, а електроните запълват s- и p-орбиталите на втория електронен слой в съответствие с принципа на най-малката енергия (първо s, а след това p) и правилата на Pauli и Hund.

В неоновия атом вторият електронен слой е завършен - той има 8 електрона.

За атоми на елементи от третия период първият и вторият електронен слой са завършени, така че се запълва третият електронен слой, в който електроните могат да заемат 3s-, 3p- и 3d-поднива.

При магнезиевия атом е завършена 3s електронна орбитала. Na и Mg са s-елементи.

За алуминия и следващите елементи поднивото 3p е изпълнено с електрони.

Елементите от третия период имат незапълнени 3d орбитали.

Всички елементи от Al до Ar са p-елементи. s- и p-елементите образуват основните подгрупи в Периодичната система.

Елементи от четвърти - седми периоди

При атомите на калия и калция се появява четвърти електронен слой, 4s поднивото е запълнено, тъй като има по-малко енергия от 3d подниво.

K, Ca - s-елементи, включени в основните подгрупи. За атоми от Sc до Zn, 3d поднивото е изпълнено с електрони. Това са 3d елементи. Те са включени във вторичните подгрупи, имат предварително запълнен електронен слой, наричат ​​се преходни елементи.

Обърнете внимание на структурата на електронните обвивки на атомите на хром и мед. При тях възниква „провал“ на един електрон от 4s- към 3d-подниво, което се обяснява с по-голямата енергийна стабилност на получените електронни конфигурации 3d 5 и 3d 10:

В атома на цинка третият електронен слой е завършен - всички 3s, 3p и 3d поднива са запълнени в него, общо има 18 електрона върху тях. В елементите след цинка, четвъртият електронен слой продължава да бъде запълнен, 4p подниво.

Елементите от Ga до Kr са p-елементи.

Външният слой (четвъртия) на атома на криптона е завършен и има 8 електрона. Но може да има само 32 електрона в четвъртия електронен слой; 4d- и 4f-поднивата на криптоновия атом все още остават незапълнени Елементите от петия период запълват поднивата в следния ред: 5s - 4d - 5p. Има и изключения, свързани с " провал» електрони, y 41 Nb, 42 Mo, 44 ​​Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.

В шестия и седмия период се появяват f-елементи, т.е. елементи, в които са запълнени съответно 4f- и 5f-поднива на третия външен електронен слой.

4f елементите се наричат ​​лантаноиди.

5f елементите се наричат ​​актиниди.

Редът на запълване на електронните поднива в атомите на елементи от шести период: 55 Cs и 56 Ba - 6s-елементи; 57 La … 6s 2 5d x - 5d елемент; 58 Ce - 71 Lu - 4f елементи; 72 Hf - 80 Hg - 5d елементи; 81 T1 - 86 Rn - 6d елементи. Но дори и тук има елементи, при които редът на запълване на електронните орбитали е „нарушен“, което, например, е свързано с по-голяма енергийна стабилност на половината и напълно запълнени f-поднива, т.е. nf 7 и nf 14. В зависимост от това кое подниво на атома е запълнено с електрони последно, всички елементи са разделени на четири електронни семейства или блокове:

  • s-елементи. S-поднивото на външното ниво на атома е изпълнено с електрони; s-елементите включват водород, хелий и елементи от основните подгрупи от групи I и II.
  • р-елементи. p-поднивото на външното ниво на атома е изпълнено с електрони; р-елементите включват елементи от основните подгрупи от III-VIII групи.
  • d-елементи. d-поднивото на предвъншното ниво на атома е изпълнено с електрони; d-елементите включват елементи от вторични подгрупи от групи I-VIII, т.е. елементи от интеркаларни декади дълги периодиразположени между s- и p-елементите. Те също се наричат ​​​​преходни елементи.
  • f-елементи. f-поднивото на третото външно ниво на атома е изпълнено с електрони; те включват лантаноидите и антиноидите.

Швейцарският физик В. Паули през 1925 г. установява, че в един атом в една орбитала не може да има повече от два електрона с противоположни (антипаралелни) завъртания (в превод от английски - „вретено“), т.е. притежаващи такива свойства, които могат условно да си представим като въртенето на електрона около неговата въображаема ос: по посока на часовниковата стрелка или обратно на часовниковата стрелка.

Този принцип се нарича Принципът на Паули. Ако в орбиталата има един електрон, тогава той се нарича несдвоен, ако има два, тогава това са сдвоени електрони, тоест електрони с противоположни завъртания. Фигурата показва диаграма на разделянето на енергийните нива на поднива и реда, в който те са запълнени.


Много често структурата на електронните обвивки на атомите се изобразява с помощта на енергийни или квантови клетки - те записват така наречените графични електронни формули. За този запис се използва следната нотация: всяка квантова клетка се означава с клетка, която съответства на една орбитала; всеки електрон е обозначен със стрелка, съответстваща на посоката на въртене. Когато пишете графична електронна формула, трябва да запомните две правила: Принципът на Паули и правилото на Ф. Хунд, според който електроните заемат свободни клетки първо една по една и в същото време имат същата стойностзавъртане и едва тогава те се сдвояват, но завъртанията, в този случай, според принципа на Паули, вече ще бъдат противоположно насочени.

Правилото на Хунд и принципа на Паули

Правилото на Хунд- правилото на квантовата химия, което определя реда на запълване на орбиталите на определен подслой и се формулира по следния начин: общата стойност на спиновия квантов брой на електроните на този подслой трябва да бъде максимална. Формулиран от Фридрих Хунд през 1925 г.

Това означава, че във всяка от орбиталите на подслоя първо се запълва един електрон и едва след изчерпване на незапълнените орбитали към тази орбитала се добавя втори електрон. В този случай два електрона с полуцели завъртания са в една и съща орбитала противоположен знак, която двойка (образува двуелектронен облак) и в резултат на това общият спин на орбиталата става равен на нула.

Друга формулировка: По-долу в енергия се намира атомният член, за който са изпълнени две условия.

  1. Множеството е максимално
  2. Когато кратностите съвпадат, общият орбитален импулс L е максимален.

Нека анализираме това правило, използвайки примера за запълване на орбиталите на p-поднивото стр- елементи от втория период (тоест от бор до неон (на диаграмата по-долу хоризонталните линии показват орбитали, вертикалните стрелки показват електрони, а посоката на стрелката показва ориентацията на спина).

Правилото на Клечковски

Правилото на Клечковски -тъй като общият брой електрони в атомите нараства (с увеличаване на зарядите на техните ядра или поредния номер на химичните елементи), атомните орбитали се заселват по такъв начин, че появата на електрони в орбитали с по-висока енергия зависи само от главното квантово число n и не зависи от всички останали квантови числа, включително тези от l. Физически това означава, че в водородоподобен атом (при липса на междуелектронно отблъскване) орбиталната енергия на електрона се определя само от пространствената отдалеченост на плътността на заряда на електрона от ядрото и не зависи от характеристиките на неговото движение в полето на ядрото.

Емпиричното правило на Клечковски и последователността от последователности от донякъде противоречива реална енергийна последователност от атомни орбитали, произтичащи от него, само в два случая от един и същи тип: за атоми Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au, има „провал“ на електрон със s - подниво на външния слой до d-подниво на предишния слой, което води до енергийно по-стабилно състояние на атома, а именно: след запълване на орбитала 6 с две електрони с

Алгоритъм за съставяне на електронната формула на елемент:

1. Определете броя на електроните в атома с помощта на Периодичната таблица на химичните елементи D.I. Менделеев.

2. По номера на периода, в който се намира елементът, определете броя на енергийните нива; броят на електроните на последния електронно нивосъответства на номера на групата.

3. Разделете нивата на поднива и орбитали и ги запълнете с електрони в съответствие с правилата за запълване на орбитали:

Трябва да се помни, че първото ниво има максимум 2 електрона. 1s2, на втория - максимум 8 (две си шест R: 2s 2 2p 6), на третия - максимум 18 (две с, шест стр, и десет d: 3s 2 3p 6 3d 10).

  • Главно квантово число нтрябва да бъде минимално.
  • Първо се попълва с-подниво, тогава p-, d-b f-поднива.
  • Електроните запълват орбиталите във възходящ ред на орбиталната енергия (правилото на Клечковски).
  • В рамките на поднивото електроните първо заемат свободни орбитали една по една и едва след това образуват двойки (правилото на Хунд).
  • В една орбитала не може да има повече от два електрона (принцип на Паули).

Примери.

1. Съставете електронната формула на азота. Азотът е номер 7 в периодичната таблица.

2. Съставете електронната формула на аргона. В периодичната таблица аргонът е под номер 18.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6.

3. Съставете електронната формула на хрома. В периодичната таблица хромът е номер 24.

1s 2 2s 2 2стр 6 3s 2 3п 6 4s 1 3г 5

Енергийна диаграма на цинка.

4. Съставете електронната формула на цинка. В периодичната таблица цинкът е номер 30.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10

Имайте предвид, че част от електронната формула, а именно 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 е електронната формула на аргона.

Електронната формула на цинка може да бъде представена като.

Нека разберем как да напишем електронната формула на химичен елемент. Този въпрос е важен и уместен, тъй като дава представа не само за структурата, но и за предполагаемите физически и химични свойствавъпросния атом.

Правила за компилация

За да се състави графична и електронна формула на химичен елемент, е необходимо да имате представа за теорията за структурата на атома. Като начало има два основни компонента на атома: ядрото и отрицателните електрони. Ядрото включва неутрони, които нямат заряд, както и протони, които имат положителен заряд.

Аргументирайки как да съставим и определим електронната формула на химичен елемент, отбелязваме, че за да се намери броят на протоните в ядрото, е необходима периодичната система на Менделеев.

Броят на елемента по реда съответства на броя на протоните в неговото ядро. Номерът на периода, в който се намира атомът, характеризира броя на енергийните слоеве, върху които са разположени електроните.

За да се определи броят на неутроните, лишени от електрически заряд, е необходимо да се извади неговият пореден номер (броя на протоните) от стойността на относителната маса на атом на елемент.

Инструкция

За да разберете как да съставите електронната формула на химичен елемент, разгледайте правилото за запълване на поднива с отрицателни частици, формулирано от Клечковски.

В зависимост от количеството свободна енергия, с която разполагат свободните орбитали, се съставя поредица, която характеризира последователността на запълване на нивата с електрони.

Всяка орбитала съдържа само два електрона, които са подредени в антипаралелни завъртания.

За да се изрази структурата на електронните обвивки, се използват графични формули. Как изглеждат електронните формули на атомите на химичните елементи? Как да направя графични опции? Тези въпроси са включени в училищния курс по химия, така че ще се спрем на тях по-подробно.

Има определена матрица (база), която се използва при съставянето на графични формули. S-орбитала се характеризира само с една квантова клетка, в която два електрона са разположени един срещу друг. Те са обозначени графично със стрелки. За p орбитала са изобразени три клетки, всяка от които също съдържа два електрона, десет електрона са разположени на d орбитала, а f е изпълнен с четиринадесет електрона.

Примери за съставяне на електронни формули

Нека продължим разговора за това как да съставим електронната формула на химичен елемент. Например, трябва да направите графична и електронна формула за елемента манган. Първо, ние определяме позицията на този елемент в периодичната система. Той има атомен номер 25, така че има 25 електрона в един атом. Манганът е елемент от четвъртия период, следователно има четири енергийни нива.

Как да напиша електронната формула на химичен елемент? Записваме знака на елемента, както и неговия порядков номер. Използвайки правилото на Клечковски, ние разпределяме електроните по енергийни нива и поднива. Ние ги подреждаме последователно на първо, второ и трето ниво, като вписваме два електрона във всяка клетка.

След това ги сумираме, получавайки 20 парчета. Три нива са напълно запълнени с електрони, а само пет електрона остават на четвъртото. Като се има предвид, че всеки тип орбитала има собствен енергиен резерв, ние разпределяме останалите електрони към 4s и 3d поднива. В резултат на това готовата електронно-графична формула за мангановия атом има следната форма:

1s2/2s2, 2p6/3s2, 3p6/4s2, 3d3

Практическа стойност

С помощта на електронно-графични формули можете ясно да видите броя на свободните (несдвоени) електрони, които определят валентността на даден химичен елемент.

Предлагаме обобщен алгоритъм на действия, с помощта на който можете да съставите електронни графични формули на всякакви атоми, разположени в периодичната таблица.

Първата стъпка е да се определи броят на електроните с помощта на периодичната таблица. Номерът на периода показва броя на енергийните нива.

Принадлежността към определена група е свързана с броя на електроните, които се намират във външното енергийно ниво. Нивата са разделени на поднива, попълнени по правилото на Клечковски.

Заключение

За да се определи валентни възможностина всеки химичен елемент, намиращ се в периодичната таблица, е необходимо да се изготви електронно-графична формула на неговия атом. Алгоритъмът, даден по-горе, ще ви позволи да се справите със задачата, да определите възможния химикал и физични свойстваатом.

Съставът на атома.

Атомът е изграден от атомно ядрои електронна обвивка.

Ядрото на атома се състои от протони ( р+) и неутрони ( н 0). Повечето водородни атоми имат едно протонно ядро.

Брой на протоните н(р+) е равно на ядрения заряд ( З) и поредния номер на елемента в естествения ред от елементи (и в периодичната система от елементи).

н(стр +) = З

Сумата от броя на неутроните н(н 0), обозначава се просто с буквата ни броя на протоните ЗНаречен масово числои се отбелязва с буквата НО.

А = З + н

Електронната обвивка на атома се състои от електрони, движещи се около ядрото ( д -).

Брой електрони н(д-) в електронната обвивка на неутрален атом е равно на броя на протоните Зв основата му.

Масата на протона е приблизително равна на масата на неутрон и 1840 пъти на масата на електрона, така че масата на атома е практически равна на масата на ядрото.

Формата на атома е сферична. Радиусът на ядрото е около 100 000 пъти по-малък от радиуса на атома.

Химичен елемент- вид атоми (набор от атоми) със същия ядрен заряд (със същия брой протони в ядрото).

изотоп- набор от атоми на един елемент с еднакъв брой неутрони в ядрото (или вид атоми със същия брой протони и същия брой неутрони в ядрото).

Различните изотопи се различават един от друг по броя на неутроните в ядрата на техните атоми.

Обозначаване на единичен атом или изотоп: (E - символ на елемент), например: .


Структурата на електронната обвивка на атома

атомна орбиталае състоянието на електрон в атом. Орбитален символ - . Всяка орбитала съответства на електронен облак.

Орбиталите на реалните атоми в основно (невъзбудено) състояние са четири вида: с, стр, ди е.

електронен облак- частта от пространството, в която може да се намери електрон с вероятност от 90 (или повече) процента.

Забележка: понякога понятията "атомна орбитала" и "електронен облак" не се разграничават, наричайки и двете "атомна орбитала".

Електронната обвивка на атома е наслоена. Електронен слойобразувани от електронни облаци със същия размер. Орбитали от еднослойна форма електронно ("енергийно") ниво, техните енергии са еднакви за водородния атом, но различни за другите атоми.

Орбиталите от едно и също ниво са групирани в електронен (енергия)поднива:
с- подниво (състои се от едно с-орбитали), символ - .
стрподниво (състои се от три стр
дподниво (състои се от пет д-орбитали), символ - .
еподниво (състои се от седем е-орбитали), символ - .

Енергиите на орбиталите от едно и също подниво са еднакви.

При обозначаване на поднива, номерът на слоя (електронно ниво) се добавя към символа на подниво, например: 2 с, 3стр, 5дозначава с- подниво от второ ниво, стр- подниво от трето ниво, д- подниво от пето ниво.

Общият брой поднива в едно ниво е равен на номера на нивото н. Общият брой на орбиталите в едно ниво е н 2. съответно, общ бройоблаци в един слой също е н 2 .

Обозначения: - свободна орбитала (без електрони), - орбитала с несдвоен електрон, - орбитала с електронна двойка (с два електрона).

Редът, в който електроните запълват орбиталите на атома, се определя от три природни закона (формулировките са дадени по опростен начин):

1. Принципът на най-малката енергия – електроните запълват орбиталите в ред на увеличаване на енергията на орбиталите.

2. Принципът на Паули – в една орбитала не може да има повече от два електрона.

3. Правилото на Хунд – в рамките на поднивото електроните първо запълват свободни орбитали (една по една), и едва след това образуват електронни двойки.

Общият брой електрони в електронното ниво (или в електронния слой) е 2 н 2 .

Разпределението на поднивата по енергия се изразява по-долу (в ред на увеличаване на енергията):

1с, 2с, 2стр, 3с, 3стр, 4с, 3д, 4стр, 5с, 4д, 5стр, 6с, 4е, 5д, 6стр, 7с, 5е, 6д, 7стр ...

Визуално тази последователност се изразява с енергийната диаграма:

Разпределението на електроните на атома по нива, поднива и орбитали (електронна конфигурация на атом) може да бъде изобразено под формата на електронна формула, енергийна диаграма или, по-просто, под формата на диаграма на електронен слой (" електронна диаграма").

Примери за електронната структура на атомите:



Валентни електрони- електрони на атом, които могат да участват в образуването на химични връзки. За всеки атом това са всички външни електрони плюс онези пред-външни електрони, чиято енергия е по-голяма от тази на външните. Например: Са атомът има 4 външни електрона с 2, те също са валентни; атомът Fe има външни електрони - 4 с 2, но той има 3 д 6, следователно атомът на желязото има 8 валентни електрона. Валентната електронна формула на калциевия атом е 4 с 2, а атомите на желязото - 4 с 2 3д 6 .

Периодична система от химични елементи на Д. И. Менделеев
(естествена система от химични елементи)

Периодичен законхимични елементи(модерна формулировка): свойства на химичните елементи, както и прости и сложни вещества, образувани от тях, са в периодична зависимост от стойността на заряда от атомните ядра.

Периодична система- графичен израз на периодичния закон.

Естествена гама от химични елементи- редица химични елементи, подредени според увеличаването на броя на протоните в ядрата на техните атоми, или, което е същото, според увеличаването на зарядите на ядрата на тези атоми. Серийният номер на елемент от тази серия е равен на броя на протоните в ядрото на всеки атом от този елемент.

Таблицата на химичните елементи е конструирана чрез "разрязване" на естествените серии от химични елементи периоди(хоризонтални редове на таблицата) и групи (вертикални колони на таблицата) на елементи с подобна електронна структура на атомите.

В зависимост от това как елементите са комбинирани в групи, таблицата може да бъде дълъг период(елементи с еднакъв брой и тип валентни електрони се събират в групи) и краткосрочен(елементи с еднакъв брой валентни електрони се събират в групи).

Групите на таблицата с кратки периоди са разделени на подгрупи ( главени странични ефекти), съвпадащи с групите на дългопериодната таблица.

Всички атоми на елементи от един и същи период същия номерелектронни слоеве, равни на номера на периода.

Броят на елементите в периодите: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Повечето от елементите от осмия период са получени изкуствено, последните елементи от този период все още не са синтезирани. Всички периоди с изключение на първия започват с образуващ елемент от алкален метал (Li, Na, K и др.) и завършват с образуващ елемент от благороден газ (He, Ne, Ar, Kr и др.).

В таблицата с кратки периоди - осем групи, всяка от които е разделена на две подгрупи (основна и второстепенна), в таблицата с дълги периоди - шестнадесет групи, които са номерирани с римски цифри с буквите A или B, например: IA, IIIB, VIA, VIIB. Група IA на таблицата с дълги периоди съответства на основната подгрупа от първата група на таблицата с къси периоди; група VIIB - вторична подгрупа от седма група: останалите - по подобен начин.

Характеристиките на химичните елементи естествено се променят в групи и периоди.

В периоди (с увеличаване на серийния номер)

  • ядреният заряд се увеличава
  • броят на външните електрони се увеличава,
  • радиусът на атомите намалява,
  • силата на връзката на електроните с ядрото се увеличава (енергия на йонизация),
  • електроотрицателността се увеличава.
  • повишени окислителни свойства прости вещества("неметалност"),
  • редуциращите свойства на простите вещества ("металност") отслабват,
  • отслабва основния характер на хидроксидите и съответните оксиди,
  • киселинният характер на хидроксидите и съответните оксиди се повишава.

В групи (с нарастващ сериен номер)

  • ядреният заряд се увеличава
  • радиусът на атомите се увеличава (само в A-групи),
  • силата на връзката между електроните и ядрото намалява (енергия на йонизация; само в А-групи),
  • електроотрицателността намалява (само в А-групи),
  • отслабват окислителните свойства на простите вещества ("неметалност"; само в А-групи),
  • засилват се редукционните свойства на простите вещества ("металност"; само в А-групи),
  • основният характер на хидроксидите и съответните оксиди се повишава (само в А-групи),
  • киселинната природа на хидроксидите и съответните оксиди отслабва (само в А-групи),
  • стабилността на водородните съединения намалява (нараства редукционната им активност; само в А-групи).

Задачи и тестове на тема "Тема 9. "Структурата на атома. Периодичен закон и периодична система от химични елементи на Д. И. Менделеев (PSCE)"."

  • Периодичен закон - Периодичен закон и структура на атомите 8–9 клас
    Трябва да знаете: законите за запълване на орбиталите с електрони (принцип на най-малката енергия, принцип на Паули, правило на Хунд), структурата на периодичната система от елементи.

    Трябва да сте в състояние: да определите състава на атома по позицията на елемент в периодичната система и, обратно, да намерите елемент в периодичната система, като знаете неговия състав; изобразява структурната диаграма, електронната конфигурация на атом, йон и, обратно, определя позицията на химичен елемент в PSCE от диаграмата и електронната конфигурация; характеризира елемента и веществата, които образува според позицията му в PSCE; определят промените в радиуса на атомите, свойствата на химичните елементи и образуваните от тях вещества в рамките на един период и една основна подгрупа на периодичната система.

    Пример 1Определете броя на орбиталите в третото електронно ниво. Какви са тези орбитали?
    За да определим броя на орбиталите, използваме формулата норбитали = н 2, където н- номер на ниво. норбитали = 3 2 = 9. Едно 3 с-, три 3 стр- и пет 3 д-орбитали.

    Пример 2Определете атома на кой елемент има електронната формула 1 с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 1 .
    За да определите кой елемент е, трябва да разберете неговия пореден номер, който е равен на общия брой електрони в атома. В този случай: 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13. Това е алуминий.

    След като се уверите, че всичко, от което се нуждаете, е научено, пристъпете към задачите. Желаем ви успех.


    Препоръчителна литература:
    • О. С. Габриелян и др. Химия, 11 клас. М., Дропла, 2002;
    • G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. Химия 11 клетки. М., Образование, 2001.
Подобни публикации: