Elektronički oblik titanskog kruga. Elektroničke formule atoma i dijagrami

Elektronička konfiguracija atom je numerički prikaz njegovih elektronskih orbitala. Elektronske orbitale su regije raznih oblika koji se nalazi oko atomska jezgra, u kojem je prisutnost elektrona matematički vjerojatna. Elektronička konfiguracija pomaže čitatelju brzo i jednostavno reći koliko elektronskih orbitala atom ima, kao i odrediti broj elektrona u svakoj orbitali. Nakon čitanja ovog članka svladat ćete metodu izrade elektroničkih konfiguracija.

Koraci

Raspodjela elektrona pomoću periodnog sustava D. I. Mendeljejeva

Pronađite atomski broj svog atoma. Svaki atom ima određeni broj elektrona povezanih s njim. Pronađite simbol svog atoma u periodnom sustavu. Atomski broj je pozitivan cijeli broj koji počinje od 1 (za vodik) i povećava se za jedan za svaki sljedeći atom. Atomski broj je broj protona u atomu, pa je stoga i broj elektrona atoma s nula naboja.

Odredite naboj atoma. Neutralni atomi imat će isti broj elektrona kao što je prikazano u periodnom sustavu. Međutim, nabijeni atomi će imati više ili manje elektrona, ovisno o veličini njihovog naboja. Ako radite s nabijenim atomom, dodajte ili oduzmite elektrone na sljedeći način: dodajte jedan elektron za svaki negativni naboj i oduzmite jedan za svaki pozitivni naboj.

• Na primjer, atom natrija s nabojem -1 imat će dodatni elektron u Dodatku na svoj osnovni atomski broj 11. Drugim riječima, atom će imati ukupno 12 elektrona.
• Ako govorimo o o atomu natrija s nabojem +1, jedan elektron se mora oduzeti od baznog atomskog broja 11. Dakle, atom će imati 10 elektrona.

1. Zapamtite osnovni popis orbitala. Kako se broj elektrona u atomu povećava, oni popunjavaju različite podrazine elektronske ljuske atoma prema određenom slijedu. Svaka podrazina elektronske ljuske, kada je ispunjena, sadrži paran broj elektrona. Dostupne su sljedeće podrazine:

   Razumjeti snimku elektronička konfiguracija. Elektronske konfiguracije su napisane tako da jasno pokazuju broj elektrona u svakoj orbitali. Orbitale se pišu sekvencijalno, s brojem atoma u svakoj orbitali napisanim kao superskript desno od naziva orbitale. Dovršena elektronička konfiguracija ima oblik niza oznaka podrazine i superskripta.

   • Evo, na primjer, najjednostavnije elektroničke konfiguracije: 1s 2 2s 2 2p 6 . Ova konfiguracija pokazuje da postoje dva elektrona u podrazini 1s, dva elektrona u podrazini 2s i šest elektrona u podrazini 2p. 2 + 2 + 6 = 10 elektrona ukupno. Ovo je elektronska konfiguracija neutralnog atoma neona (atomski broj neona je 10).

2. Zapamti redoslijed orbitala. Imajte na umu da su elektronske orbitale numerirane prema rastućem broju elektronske ljuske, ali raspoređene prema rastućem redoslijedu energije. Na primjer, ispunjena 4s 2 orbitala ima nižu energiju (ili manju pokretljivost) od djelomično ispunjene ili ispunjene 3d 10 orbitale, pa se 4s orbitala piše prva. Nakon što saznate redoslijed orbitala, možete ih lako ispuniti prema broju elektrona u atomu. Redoslijed popunjavanja orbitala je sljedeći: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

   • Elektronska konfiguracija atoma u kojem su sve orbitale ispunjene bit će sljedeća: 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 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 6d 10 7p 6
   • Imajte na umu da je gornji unos, kada su sve orbitale popunjene, elektronska konfiguracija elementa Uuo (ununokcij) 118, atoma s najvećim brojem u periodnom sustavu. Stoga ova elektronička konfiguracija sadrži sve trenutno poznate elektronske podrazine neutralno nabijenog atoma.

3. Ispunite orbitale prema broju elektrona u vašem atomu. Na primjer, ako želimo zapisati elektronsku konfiguraciju neutralnog atoma kalcija, moramo početi traženjem njegovog atomskog broja u periodnom sustavu. Njegov atomski broj je 20, pa ćemo konfiguraciju atoma s 20 elektrona napisati prema gornjem redoslijedu.

   • Ispunite orbitale prema gornjem redoslijedu dok ne dođete do dvadesetog elektrona. Prva 1s orbitala će imati dva elektrona, 2s orbitala će također imati dva, 2p će imati šest, 3s će imati dva, 3p će imati 6, a 4s će imati 2 (2 + 2 + 6 +2 + 6 + 2 = 20 .) Drugim riječima, elektronička konfiguracija kalcija ima oblik: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .
   • Imajte na umu da su orbitale poredane prema rastućoj energiji. Na primjer, kada ste spremni prijeći na 4 razina energije, zatim prvo zapišite 4s orbitalu, i zatim 3d. Nakon četvrte energetske razine prelazite na petu, gdje se ponavlja isti redoslijed. To se događa tek nakon treće energetske razine.

4. Koristite periodni sustav kao vizualni znak. Vjerojatno ste već primijetili da oblik periodnog sustava odgovara redoslijedu podrazina elektrona u elektronskim konfiguracijama. Na primjer, atomi u drugom stupcu slijeva uvijek završavaju na "s 2", a atomi na desnom rubu tankog središnjeg dijela uvijek završavaju na "d 10" itd. Koristite periodni sustav kao vizualni vodič za pisanje konfiguracija - kako redoslijed kojim dodajete orbitalama odgovara vašem položaju u tablici. Pogledaj ispod:

   • Konkretno, krajnja dva lijeva stupca sadrže atome čije elektroničke konfiguracije završavaju s orbitalama, desni blok tablice sadrži atome čije konfiguracije završavaju s p orbitalama, a donja polovica sadrži atome koji završavaju s f orbitalama.
   • Na primjer, kada zapisujete elektroničku konfiguraciju klora, razmislite ovako: "Ovaj se atom nalazi u trećem redu (ili "periodi") periodnog sustava. Također se nalazi u petoj skupini p orbitalnog bloka Stoga će njegova elektronička konfiguracija završiti s ..3p
   • Imajte na umu da elemente u d i f orbitalnom području tablice karakteriziraju razine energije koje ne odgovaraju razdoblju u kojem se nalaze. Na primjer, prvi red bloka elemenata s d-orbitalama odgovara 3d orbitalama, iako se nalazi u 4. periodi, a prvi red elemenata s f-orbitalama odgovara 4f orbitali, unatoč tome što se nalazi u 6. periodi. razdoblje.

5. Naučite kratice za pisanje konfiguracija dugih elektrona. Atomi na desnom rubu periodnog sustava nazivaju se plemeniti plinovi. Ovi elementi su kemijski vrlo stabilni. Kako biste skratili proces pisanja dugih elektronskih konfiguracija, jednostavno napišite kemijski simbol najbližeg plemenitog plina s manje elektrona od vašeg atoma u uglatim zagradama, a zatim nastavite pisati elektronsku konfiguraciju sljedećih orbitalnih razina. Pogledaj ispod:

   • Da biste razumjeli ovaj koncept, bilo bi korisno napisati primjer konfiguracije. Napišimo konfiguraciju cinka (atomski broj 30) koristeći kraticu koja uključuje plemeniti plin. Kompletna konfiguracija cinka izgleda ovako: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10. Međutim, vidimo da je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 elektronska konfiguracija argona, plemenitog plina. Jednostavno zamijenite dio elektroničke konfiguracije za cink kemijskim simbolom za argon u uglatim zagradama (.)
   • Dakle, elektronička konfiguracija cinka, napisana u skraćenom obliku, ima oblik: 4s 2 3d 10 .
   • Imajte na umu da ako pišete elektroničku konfiguraciju plemenitog plina, recimo argona, ne možete je napisati! Mora se koristiti kratica za plemeniti plin koji prethodi ovom elementu; za argon to će biti neon ().

   Korištenje periodnog sustava ADOMAH

   1. Ovladajte periodnim sustavom ADOMAH. Ova metoda snimanje elektroničke konfiguracije ne zahtijeva memoriranje, već zahtijeva modificirani periodni sustav, budući da u tradicionalnom periodnom sustavu, počevši od četvrte periode, broj periode ne odgovara elektronskoj ljusci. Pronađite periodni sustav ADOMAH - posebna vrsta periodni sustav, koji je razvio znanstvenik Valery Zimmerman. Lako ga je pronaći kratkom internetskom pretragom.

      • U ADOMAH periodnom sustavu vodoravni redovi predstavljaju skupine elemenata kao što su halogeni, plemeniti plinovi, alkalijski metali, zemnoalkalijski metali itd. Vertikalni stupci odgovaraju elektroničkim razinama, a takozvane "kaskade" (dijagonalne linije koje povezuju blokovi s,p,d i f) odgovaraju razdobljima.
      • Helij se pomiče prema vodiku jer oba ova elementa karakterizira 1s orbitala. Blokovi razdoblja (s, p, d i f) prikazani su s desna strana, a brojevi razina navedeni su u podnožju. Elementi su predstavljeni u okvirima označenim brojevima od 1 do 120. Ovi brojevi su obični atomski brojevi, koji predstavljaju ukupan broj elektrona u neutralnom atomu.

   2. Pronađite svoj atom u tablici ADOMAH. Da biste napisali elektronsku konfiguraciju elementa, potražite njegov simbol u periodnom sustavu ADOMAH i prekrižite sve elemente s višim atomskim brojem. Na primjer, ako trebate napisati elektronsku konfiguraciju erbija (68), prekrižite sve elemente od 69 do 120.

      • Obratite pažnju na brojeve od 1 do 8 na dnu tablice. To su brojevi elektroničkih razina, odnosno brojevi stupaca. Zanemarite stupce koji sadrže samo prekrižene stavke. Za erbij ostaju stupci označeni brojevima 1,2,3,4,5 i 6.

   3. Prebrojite orbitalne podrazine do svog elementa. Gledajući simbole blokova prikazane desno od tablice (s, p, d i f) i brojeve stupaca prikazane u dnu, zanemarite dijagonalne linije između blokova i razdvojite stupce u blokove stupaca, navodeći ih redom odozdo prema gore. Opet, zanemarite blokove koji imaju prekrižene elemente. Pišite blokove stupaca počevši od broja stupca nakon kojeg slijedi simbol bloka, ovako: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (za erbij).

      • Imajte na umu: gornja elektronska konfiguracija za Er napisana je uzlaznim redoslijedom broja podrazine elektrona. Također se može napisati redoslijedom popunjavanja orbitala. Da biste to učinili, slijedite kaskade odozdo prema gore, umjesto stupaca, kada pišete blokove stupaca: 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. Prebrojite elektrone za svaku elektronsku podrazinu. Prebrojite elemente u svakom bloku stupca koji nisu prekriženi, pripajajući po jedan elektron iz svakog elementa, i napišite njihov broj pored simbola bloka za svaki blok stupca ovako: 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 . U našem primjeru, ovo je elektronička konfiguracija erbija.

   5. Vodite računa o neispravnim elektroničkim konfiguracijama. Postoji osamnaest tipičnih iznimaka koje se odnose na elektronske konfiguracije atoma u najnižem energetskom stanju, koje se također naziva osnovno energetsko stanje. Oni se ne pokoravaju opće pravilo samo na posljednja dva ili tri mjesta koja zauzimaju elektroni. U ovom slučaju, stvarna elektronska konfiguracija pretpostavlja da su elektroni u stanju s nižom energijom u usporedbi sa standardnom konfiguracijom atoma. Atomi izuzetaka uključuju:

      • Kr(..., 3d5, 4s1); Cu(..., 3d10, 4s1); Nb(..., 4d4, 5s1); Mo(..., 4d5, 5s1); Ru(..., 4d7, 5s1); Rh(..., 4d8, 5s1); Pd(..., 4d10, 5s0); Ag(..., 4d10, 5s1); La(..., 5d1, 6s2); Ce(..., 4f1, 5d1, 6s2); Gd(..., 4f7, 5d1, 6s2); Au(..., 5d10, 6s1); Ac(..., 6d1, 7s2); Th(..., 6d2, 7s2); Godišnje(..., 5f2, 6d1, 7s2); U(..., 5f3, 6d1, 7s2); Np(..., 5f4, 6d1, 7s2) i Cm(..., 5f7, 6d1, 7s2).
   • Da biste pronašli atomski broj atoma kada je napisan u obliku elektronske konfiguracije, jednostavno zbrojite sve brojeve koji slijede nakon slova (s, p, d i f). Ovo funkcionira samo za neutralne atome, ako imate posla s ionom neće raditi - morat ćete dodati ili oduzeti broj dodatnih ili izgubljenih elektrona.
   • Broj iza slova je superskript, nemojte pogriješiti u testu.
   • Ne postoji stabilnost podrazine "napola pune". Ovo je pojednostavljenje. Svaka stabilnost koja se pripisuje "napola popunjenim" podrazinama je zbog činjenice da je svaka orbitala zauzeta jednim elektronom, čime se smanjuje odbijanje između elektrona.
   • Svaki atom teži stabilnom stanju, a najstabilnije konfiguracije imaju ispunjene s i p podrazine (s2 i p6). Plemeniti plinovi imaju ovu konfiguraciju, pa rijetko reagiraju i nalaze se desno u periodnom sustavu. Stoga, ako konfiguracija završava u 3p 4, tada su joj potrebna dva elektrona da bi dosegla stabilno stanje (za gubitak šest, uključujući elektrone s-podrazine, potrebno je više energije, pa je gubitak četiri lakši). A ako konfiguracija završava na 4d 3, tada za postizanje stabilnog stanja treba izgubiti tri elektrona. Osim toga, polupopunjene podrazine (s1, p3, d5..) su stabilnije od npr. p4 ili p2; međutim, s2 i p6 će biti još stabilniji.
   • Kada imate posla s ionom, to znači da broj protona nije jednak broju elektrona. Naboj atoma u ovom će slučaju biti prikazan u gornjem desnom kutu (obično) kemijskog simbola. Dakle, atom antimona s nabojem +2 ima elektronsku konfiguraciju 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 1 . Imajte na umu da se 5p 3 promijenilo u 5p 1 . Budite oprezni kada konfiguracija neutralnog atoma završava na podrazinama koje nisu s i p. Kada oduzmete elektrone, možete ih uzeti samo iz valentnih orbitala (s i p orbitala). Prema tome, ako konfiguracija završi s 4s 2 3d 7 i atom dobije naboj od +2, tada će konfiguracija završiti s 4s 0 3d 7. Imajte na umu da 3d 7 Ne promjene, umjesto toga gube se elektroni iz s orbitale.
   • Postoje uvjeti kada je elektron prisiljen "prijeći na višu energetsku razinu". Kada podrazini nedostaje jedan elektron da bude polovična ili puna, uzmite jedan elektron s najbliže s ili p podrazine i premjestite ga na podrazinu kojoj je potreban elektron.
   • Postoje dvije opcije za snimanje elektroničke konfiguracije. Mogu se napisati rastućim redoslijedom brojeva energetskih razina ili redoslijedom popunjavanja elektronskih orbitala, kao što je prikazano gore za erbij.
   • Također možete napisati elektroničku konfiguraciju elementa tako da zapišete samo valentnu konfiguraciju, koja predstavlja posljednju s i p podrazinu. Dakle, valentna konfiguracija antimona će biti 5s 2 5p 3.
   • Ioni nisu isti. S njima je puno teže. Preskočite dvije razine i slijedite isti obrazac ovisno o tome gdje ste počeli i koliki je broj elektrona.

Elektroni

Koncept atoma nastao je u starom svijetu za označavanje čestica materije. U prijevodu s grčkog, atom znači "nedjeljiv".

Irski fizičar Stoney na temelju pokusa došao je do zaključka da elektricitet prenose najsitnije čestice koje postoje u atomima kemijski elementi. Godine 1891. Stoney je predložio da se te čestice nazovu elektronima, što na grčkom znači "jantar". Nekoliko godina nakon što je elektron dobio ime, engleski fizičar Joseph Thomson i francuski fizičar Jean Perrin dokazali su da elektroni nose negativan naboj. To je najmanji negativni naboj, koji se u kemiji uzima kao jedan (-1). Thomson je čak uspio odrediti brzinu elektrona (brzina elektrona u orbiti je obrnuto proporcionalna broju orbite n. Polumjeri orbita rastu proporcionalno kvadratu broja orbite. U prvoj orbiti od atom vodika (n=1; Z=1) brzina je ≈ 2,2·106 m/s, odnosno oko sto puta manja od brzine svjetlosti c = 3·108 m/s) i masa elektrona (gotovo je 2000 puta manja od mase atoma vodika).

Stanje elektrona u atomu

Stanje elektrona u atomu shvaća se kao skup informacija o energiji pojedinog elektrona i prostoru u kojem se nalazi. Elektron u atomu nema trajektoriju gibanja, tj. možemo samo govoriti o vjerojatnost pronalaska u prostoru oko jezgre.

Može se nalaziti u bilo kojem dijelu tog prostora koji okružuje jezgru, a ukupnost njegovih različitih položaja smatra se elektronskim oblakom s određenom gustoćom negativnog naboja. Slikovito, to se može zamisliti ovako: kada bi bilo moguće fotografirati položaj elektrona u atomu nakon stotinki ili milijuntinki sekunde, kao u fotofinišu, tada bi elektron na takvim fotografijama bio predstavljen kao točkice. Kada bi se bezbroj takvih fotografija superponiralo, slika bi bila elektronski oblak najveće gustoće gdje bi bilo najviše tih točaka.

Prostor oko atomske jezgre u kojem se najvjerojatnije nalazi elektron naziva se orbitala. Sadrži približno 90% elektronički oblak, a to znači da je oko 90% vremena elektron u ovom dijelu prostora. Razlikuju se po obliku 4 trenutno poznate vrste orbitala, koji su označeni latinskim slova s, p, d i f. Grafička slika Neki oblici elektronskih orbitala prikazani su na slici.

Najvažnija karakteristika gibanja elektrona po određenoj orbitali je energija njegove veze s jezgrom. Elektroni sa sličnim energetskim vrijednostima tvore jedan elektronski sloj, odnosno energetsku razinu. Energetske razine su numerirane počevši od jezgre - 1, 2, 3, 4, 5, 6 i 7.

Cijeli broj n, koji označava broj energetske razine, naziva se glavni kvantni broj. Karakterizira energiju elektrona koji zauzimaju određenu energetsku razinu. Najnižu energiju imaju elektroni prve energetske razine, najbliže jezgri. U usporedbi s elektronima prve razine, elektrone sljedećih razina karakterizirat će velika zaliha energije. Posljedično, elektroni vanjske razine najslabije su vezani za atomsku jezgru.

Najveći broj elektrona na energetskoj razini određen je formulom:

N = 2n 2,

gdje je N najveći broj elektrona; n je broj razine, odnosno glavni kvantni broj. Posljedično, na prvoj energetskoj razini najbližoj jezgri ne mogu biti više od dva elektrona; na drugom - ne više od 8; na trećem - ne više od 18; na četvrtom - ne više od 32.

Počevši od druge energetske razine (n = 2), svaka od razina podijeljena je na podrazine (podslojeve), međusobno malo različite u energiji vezivanja s jezgrom. Broj podrazina jednak je vrijednosti glavnog kvantnog broja: prva energetska razina ima jednu podrazinu; drugi - dva; treći - tri; četvrti - četiri podrazine. Podrazine, pak, tvore orbitale. Svaka vrijednostn odgovara broju orbitala jednakom n.

Obično se označavaju podrazine latiničnim slovima, kao i oblik orbitala od kojih se sastoje: s, p, d, f.

Protoni i neutroni

Atom bilo kojeg kemijskog elementa usporediv je sa sićušnim Sunčev sustav. Stoga se ovaj model atoma, koji je predložio E. Rutherford, naziva planetarni.

Atomska jezgra, u kojoj je koncentrirana cjelokupna masa atoma, sastoji se od čestica dvije vrste - protona i neutrona.

Protoni imaju naboj jednako naboju elektrona, ali suprotnog predznaka (+1), i mase, jednaka masi atom vodika (u kemiji se uzima kao jedinica). Neutroni nemaju naboj, neutralni su i imaju masu jednaku masi protona.

Protoni i neutroni zajedno se nazivaju nukleoni (od latinskog nucleus - jezgra). Zbroj broja protona i neutrona u atomu naziva se maseni broj. Na primjer, maseni broj atoma aluminija je:

13 + 14 = 27

broj protona 13, broj neutrona 14, maseni broj 27

Budući da se zanemarivo mala masa elektrona može zanemariti, očito je da je cjelokupna masa atoma koncentrirana u jezgri. Elektroni su označeni e - .

Budući da atom električki neutralan, onda je također očito da je broj protona i elektrona u atomu isti. Jednak je serijskom broju kemijskog elementa koji mu je dodijeljen u periodnom sustavu elemenata. Masa atoma sastoji se od mase protona i neutrona. Poznavajući atomski broj elementa (Z), odnosno broj protona i maseni broj (A), jednak zbroju broja protona i neutrona, možete pronaći broj neutrona (N) pomoću formule:

N = A - Z

Na primjer, broj neutrona u atomu željeza je:

56 — 26 = 30

Izotopi

Nazivaju se varijante atoma istog elementa koji imaju isti nuklearni naboj, ali različite masene brojeve izotopi. Kemijski elementi koji se nalaze u prirodi mješavina su izotopa. Dakle, ugljik ima tri izotopa s masama 12, 13, 14; kisik - tri izotopa s masama 16, 17, 18 itd. Relativna atomska masa kemijskog elementa obično navedena u periodnom sustavu je prosječna vrijednost atomskih masa prirodne mješavine izotopa ovog elementa uzimajući u obzir njihovu relativnu brojnost u prirodi. Kemijska svojstva izotopa većine kemijskih elemenata potpuno su ista. Međutim, izotopi vodika uvelike se razlikuju po svojstvima zbog naglog višestrukog povećanja njihovog relativnog atomska masa; čak im se daju i pojedinačni nazivi i kemijski simboli.

Elementi prvog razdoblja

Dijagram elektronske strukture atoma vodika:

Dijagrami elektroničke strukture atoma prikazuju raspodjelu elektrona po elektroničkim slojevima (razinama energije).

Grafička elektronička formula atoma vodika (prikazuje raspodjelu elektrona po energetskim razinama i podrazinama):

Grafičke elektroničke formule atoma prikazuju raspodjelu elektrona ne samo po razinama i podrazinama, već i po orbitalama.

U atomu helija prvi elektronski sloj je potpun – ima 2 elektrona. Vodik i helij su s-elementi; S-orbitala ovih atoma ispunjena je elektronima.

Za sve elemente druge periode popunjava se prvi elektronski sloj, a elektroni ispunjavaju s- i p-orbitale drugog elektronskog sloja u skladu s načelom najmanje energije (prvo s, a zatim p) i pravilima Paulija i Hunda.

U atomu neona, drugi elektronski sloj je potpun – ima 8 elektrona.

Za atome elemenata treće periode prvi i drugi elektronski sloj su dovršeni, pa je popunjen treći elektronski sloj u kojem elektroni mogu zauzimati 3s-, 3p- i 3d-podrazine.

Atom magnezija završava svoju 3s elektronsku orbitalu. Na i Mg su s-elementi.

U aluminiju i sljedećim elementima, podrazina 3p je ispunjena elektronima.

Elementi treće periode imaju nepopunjene 3d orbitale.

Svi elementi od Al do Ar su p-elementi. S- i p-elementi čine glavne podskupine u periodnom sustavu.

Elementi četvrtog - sedmog razdoblja

U atomima kalija i kalcija pojavljuje se četvrti sloj elektrona, a podrazina 4s je popunjena, budući da ima manju energiju od podrazine 3d.

K, Ca - s-elementi uključeni u glavne podskupine. Za atome od Sc do Zn, 3d podrazina je ispunjena elektronima. Ovo su 3d elementi. Oni su uključeni u sekundarne podskupine, njihov najudaljeniji elektronički sloj je ispunjen i klasificirani su kao prijelazni elementi.

Obratite pozornost na strukturu elektroničkih ljuski atoma kroma i bakra. U njima jedan elektron “otpada” s 4s na 3d podrazinu, što se objašnjava većom energetskom stabilnošću dobivenih elektroničkih konfiguracija 3d 5 i 3d 10:

U atomu cinka treći elektronski sloj je završen - u njemu su popunjene sve podrazine 3s, 3p i 3d, s ukupno 18 elektrona. U elementima koji slijede nakon cinka, četvrti elektronski sloj, podrazina 4p, nastavlja se puniti.

Elementi od Ga do Kr su p-elementi.

Atom kriptona ima vanjski sloj (četvrti) koji je potpun i ima 8 elektrona. Ali u četvrtom elektronskom sloju može biti ukupno 32 elektrona; atom kriptona još uvijek ima nepopunjene podrazine 4d i 4f Za elemente pete periode podrazine se popunjavaju sljedećim redom: 5s - 4d - 5p. A postoje i iznimke koje se odnose na " neuspjeh» elektroni, y 41 Nb, 42 Mo, 44 ​​​​Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.

U šestoj i sedmoj periodi pojavljuju se f-elementi, tj. elementi u kojima su popunjene 4f- odnosno 5f-podrazine trećeg vanjskog elektronskog sloja.

4f elementi nazivaju se lantanidi.

5f elementi nazivaju se aktinidi.

Redoslijed popunjavanja elektroničkih podrazina u atomima elemenata šeste periode: 55 Cs i 56 Ba - 6s elementi; 57 La … 6s 2 5d x - 5d element; 58 Ce - 71 Lu - 4f elementi; 72 Hf - 80 Hg - 5d elemenata; 81 T1 - 86 Rn - 6d elementi. Ali i ovdje postoje elementi kod kojih je redoslijed popunjavanja elektronskih orbitala “narušen”, što je, primjerice, povezano s većom energetskom stabilnošću polu i potpuno popunjenih f-podrazina, tj. nf 7 i nf 14. Ovisno o tome koja je podrazina atoma posljednja ispunjena elektronima, svi elementi se dijele u četiri elektronske obitelji ili bloka:

• s-elementi. S-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; s-elementi uključuju vodik, helij i elemente glavnih podskupina I. i II.

• p-elementi. P-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; p-elementi uključuju elemente glavnih podskupina skupina III-VIII.

• d-elementi. D-podrazina predvanjske razine atoma ispunjena je elektronima; d-elementi uključuju elemente sekundarnih podskupina grupa I-VIII, tj. elemente utičnih dekada duga razdoblja, koji se nalazi između s- i p-elemenata. Nazivaju se i prijelazni elementi.

• f-elementi. F-podrazina treće vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; tu spadaju lantanidi i antinoidi.

Švicarski fizičar W. Pauli 1925. godine utvrdio je da u atomu u jednoj orbiti ne mogu biti više od dva elektrona suprotnih (antiparalelnih) spinova (u prijevodu s engleskog "vreteno"), tj. takvih svojstava da se uvjetno mogu zamisliti kao rotacija elektrona oko svoje zamišljene osi: u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od njega.

Ovaj princip se zove Paulijevo načelo. Ako postoji jedan elektron u orbitali, onda se on naziva nespareni; ako postoje dva, onda su to spareni elektroni, tj. elektroni sa suprotnim spinovima. Na slici je prikazan dijagram podjele energetskih razina na podrazine i redoslijed njihovog popunjavanja.

Vrlo često se struktura elektroničkih ljuski atoma prikazuje pomoću energetskih ili kvantnih ćelija - pišu se takozvane grafičke elektroničke formule. Za ovu se oznaku koristi sljedeća oznaka: svaka kvantna stanica označena je stanicom koja odgovara jednoj orbitali; Svaki elektron je označen strelicom koja odgovara smjeru spina. Kada pišete grafičku elektroničku formulu, trebali biste zapamtiti dva pravila: Paulijev princip i F. Hundovo pravilo, prema kojem elektroni zauzimaju slobodne stanice prvi jedan po jedan i u isto vrijeme imaju ista vrijednost natrag, pa tek onda mate, ali će leđa, prema Paulijevom principu, već biti u suprotnim smjerovima.

Hundovo pravilo i Paulijev princip

Hundovo pravilo- pravilo kvantne kemije koje određuje redoslijed popunjavanja orbitala određenog podsloja i formulira se na sljedeći način: ukupna vrijednost spinskog kvantnog broja elektrona danog podsloja mora biti najveća. Formulirao Friedrich Hund 1925.

To znači da se u svakoj od orbitala podsloja prvo popunjava po jedan elektron, a tek nakon što se potroše nepopunjene orbitale, ovoj orbitali se dodaje drugi elektron. U ovom slučaju jedna orbitala sadrži dva elektrona s polucijelim spinovima suprotnog predznaka, koji se uparuju (tvore dvoelektronski oblak) i, kao rezultat toga, ukupni spin orbitale postaje jednak nuli.

Druga formulacija: Niži u energiji leži atomski član za koji su zadovoljena dva uvjeta.

1. Mnoštvo je maksimalno
2. Kada se višestrukosti podudaraju, ukupni orbitalni moment L je maksimalan.

Analizirajmo ovo pravilo na primjeru popunjavanja orbitala p-podrazine str-elementi druge periode (odnosno od bora do neona (u donjem dijagramu vodoravne crte označavaju orbitale, okomite strelice označavaju elektrone, a smjer strelice označava orijentaciju spina).

pravilo Klečkovskog

Pravilo Klečkovskog - kako se ukupan broj elektrona u atomima povećava (s povećanjem naboja njihovih jezgri, odnosno rednih brojeva kemijskih elemenata), atomske orbitale se naseljavaju na takav način da pojava elektrona u orbitali s višom energijom ovisi o samo o glavnom kvantnom broju n i ne ovisi o svim drugim brojevima kvantnih brojeva, uključujući od l. Fizički to znači da je u atomu sličnom vodiku (u nedostatku međuelektronskog odbijanja) orbitalna energija elektrona određena samo prostornom udaljenošću gustoće naboja elektrona od jezgre i ne ovisi o karakteristikama njezine kretanja u polju jezgre.

Empirijsko pravilo Klečkovskog i shema uređenja koja iz njega slijedi donekle su kontradiktorni stvarnom energetskom slijedu atomskih orbitala samo u dva slična slučaja: za atome Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au , dolazi do “otkazivanja” elektrona sa s -podrazinom vanjskog sloja zamjenjuje se d-podrazinom prethodnog sloja, što dovodi do energetski stabilnijeg stanja atoma, naime: nakon popunjavanja orbitale 6 s dva elektroni s

Algoritam za sastavljanje elektronske formule elementa:

1. Odredite broj elektrona u atomu pomoću periodnog sustava kemijskih elemenata D.I. Mendeljejev.

2. Pomoću broja razdoblja u kojem se element nalazi odredite broj energetskih razina; broj elektrona na posljednjoj elektronska razina odgovara broju grupe.

3. Podijelite razine na podrazine i orbitale i popunite ih elektronima u skladu s pravilima za popunjavanje orbitala:

Mora se zapamtiti da prva razina sadrži najviše 2 elektrona 1s 2, na drugom - najviše 8 (dva s i šest R: 2s 2 2p 6), na trećem - najviše 18 (dva s, šest str, i deset d: 3s 2 3p 6 3d 10).

• Glavni kvantni broj n treba biti minimalan.
• Prvi za punjenje s- podrazina, dakle r-, d- b f- podrazine.
• Elektroni ispunjavaju orbitale redoslijedom povećanja energije orbitala (Klečkovskovo pravilo).
• Unutar podrazine elektroni najprije jedan po jedan zauzimaju slobodne orbitale, a tek potom formiraju parove (Hundovo pravilo).
• U jednoj orbitali ne može biti više od dva elektrona (Paulijev princip).

Primjeri.

1. Kreirajmo elektroničku formulu dušika. Dušik je broj 7 u periodnom sustavu.

2. Kreirajmo elektronsku formulu za argon. Argon je broj 18 u periodnom sustavu.

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

3. Stvorimo elektroničku formulu kroma. Krom je broj 24 u periodnom sustavu.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5

Energetski dijagram cinka.

4. Stvorimo elektroničku formulu cinka. Cink je broj 30 u periodnom sustavu.

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

Imajte na umu da je dio elektroničke formule, naime 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6, elektronička formula argona.

Elektronska formula cinka može se prikazati kao:

Otkrijmo kako stvoriti elektroničku formulu kemijskog elementa. Ovo pitanje je važno i relevantno, jer daje ideju ne samo o strukturi, već io pretpostavljenim fizičkim i kemijska svojstva dotični atom.

Pravila kompilacije

Da bi se sastavila grafička i elektronička formula kemijskog elementa, potrebno je poznavati teoriju strukture atoma. Za početak, postoje dvije glavne komponente atoma: jezgra i negativni elektroni. Jezgra uključuje neutrone, koji nemaju naboj, kao i protone, koji imaju pozitivan naboj.

Raspravljajući o tome kako sastaviti i odrediti elektroničku formulu kemijskog elementa, napominjemo da će za pronalaženje broja protona u jezgri biti potreban periodični sustav Mendelejeva.

Atomski broj elementa odgovara broju protona prisutnih u njegovoj jezgri. Broj perioda u kojem se nalazi atom karakterizira broj energetskih slojeva na kojima se nalaze elektroni.

Da bi se odredio broj neutrona bez električno punjenje, potrebno je od relativne mase atoma elementa oduzeti njegov atomski broj (broj protona).

upute

Da biste razumjeli kako sastaviti elektroničku formulu kemijskog elementa, razmotrite pravilo za punjenje podrazina negativnim česticama koje je formulirao Klechkovsky.

Ovisno o tome koliko slobodne energije imaju slobodne orbitale, sastavlja se serija koja karakterizira slijed razina punjenja elektronima.

Svaka orbitala sadrži samo dva elektrona, koji su raspoređeni u antiparalelnim spinovima.

Da bi se izrazila struktura elektroničkih ljuski, koriste se grafičke formule. Kako izgledaju elektroničke formule atoma kemijskih elemenata? Kako izraditi grafičke opcije? Ova su pitanja uključena u školski tečaj kemije, pa ćemo se detaljnije zadržati na njima.

Postoji određena matrica (osnova) koja se koristi pri izradi grafičkih formula. S-orbitalu karakterizira samo jedna kvantna ćelija, u kojoj se dva elektrona nalaze jedan nasuprot drugome. Oni su grafički označeni strelicama. Za p-orbitalu prikazane su tri ćelije, od kojih svaka također sadrži dva elektrona, d orbitala sadrži deset elektrona, a f orbitala je ispunjena s četrnaest elektrona.

Primjeri sastavljanja elektroničkih formula

Nastavimo razgovor o tome kako sastaviti elektroničku formulu kemijskog elementa. Na primjer, trebate izraditi grafičku i elektroničku formulu za element mangan. Prvo, odredimo položaj ovog elementa u periodnom sustavu. Ima atomski broj 25, dakle, u atomu ima 25 elektrona. Mangan je element četvrte periode i stoga ima četiri energetske razine.

Kako napisati elektroničku formulu kemijskog elementa? Zapisujemo znak elementa, kao i njegov redni broj. Koristeći Klečkovskovo pravilo, elektrone raspodjeljujemo po energetskim razinama i podrazinama. Smještamo ih redom na prvu, drugu i treću razinu, postavljajući dva elektrona u svaku ćeliju.

Zatim ih zbrajamo, dobivamo 20 komada. Tri razine su potpuno ispunjene elektronima, a na četvrtoj ostaje samo pet elektrona. S obzirom da svaka vrsta orbitale ima svoju rezervu energije, preostale elektrone raspoređujemo u 4s i 3d podrazine. Kao rezultat toga, gotova elektronička grafička formula za atom mangana ima sljedeći oblik:

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

Praktični značaj

Pomoću elektronskih grafičkih formula možete jasno vidjeti broj slobodnih (nesparenih) elektrona koji određuju valenciju određenog kemijskog elementa.

Nudimo generalizirani algoritam radnji s kojima možete stvoriti elektronske grafičke formule za bilo koje atome koji se nalaze u periodnom sustavu.

Prije svega, potrebno je odrediti broj elektrona pomoću periodnog sustava. Broj razdoblja označava broj energetskih razina.

Pripadnost određenoj skupini povezana je s brojem elektrona koji se nalaze na vanjskoj energetskoj razini. Razine su podijeljene na podrazine i popunjene uzimajući u obzir pravilo Klečkovskog.

Zaključak

Kako bi se utvrdilo valentne mogućnosti Za svaki kemijski element koji se nalazi u periodnom sustavu potrebno je sastaviti elektroničku grafičku formulu njegovog atoma. Gornji algoritam omogućit će vam da se nosite sa zadatkom, odredite moguće kemijske i fizička svojstva atom.

Sastav atoma.

Atom se sastoji od atomska jezgra I elektronska ljuska.

Jezgra atoma sastoji se od protona ( p+) i neutroni ( n 0). Većina atoma vodika ima jezgru koja se sastoji od jednog protona.

Broj protona N(p+) jednak je nuklearnom naboju ( Z) i redni broj elementa u prirodnom nizu elemenata (i u periodnom sustavu elemenata).

N(str +) = Z

Zbroj neutrona N(n 0), označen jednostavno slovom N, i broj protona Z nazvao maseni broj a označava se slovom A.

A = Z + N

Elektronski omotač atoma sastoji se od elektrona koji se kreću oko jezgre ( e -).

Broj elektrona N(e-) u elektronskom omotaču neutralnog atoma jednak je broju protona Z u svojoj srži.

Masa protona približno je jednaka masi neutrona i 1840 puta veća od mase elektrona, pa je masa atoma gotovo jednaka masi jezgre.

Oblik atoma je sferičan. Polumjer jezgre približno je 100 000 puta manji od polumjera atoma.

Kemijski element- vrsta atoma (skupina atoma) s istim nabojem jezgre (s istim brojem protona u jezgri).

Izotop- skup atoma istog elementa s istim brojem neutrona u jezgri (ili vrsta atoma s istim brojem protona i istim brojem neutrona u jezgri).

Različiti izotopi međusobno se razlikuju po broju neutrona u jezgri svojih atoma.

Oznaka pojedinog atoma ili izotopa: (E - simbol elementa), na primjer: .

Građa elektronske ljuske atoma

Atomska orbitala- stanje elektrona u atomu. Simbol za orbitalu je . Svaka orbitala ima odgovarajući elektronski oblak.

Orbitale stvarnih atoma u osnovnom (nepobuđenom) stanju su četiri vrste: s, str, d I f.

Elektronički oblak- dio prostora u kojem se može naći elektron s vjerojatnošću od 90 (ili više) posto.

Bilješka: ponekad se pojmovi "atomske orbitale" i "elektronskog oblaka" ne razlikuju, nazivajući ih "atomskom orbitalom".

Elektronski omotač atoma je slojevit. Elektronički sloj formirani od elektronskih oblaka iste veličine. Formiraju se orbitale jednog sloja elektronska ("energetska") razina, njihove su energije iste za atom vodika, ali različite za ostale atome.

Orbitale iste vrste grupiraju se u elektronički (energetski) podrazine:
s-podrazina (sastoji se od jedne s-orbitale), simbol - .
str-podrazina (sastoji se od tri str
d-podrazina (sastoji se od pet d-orbitale), simbol - .
f-podrazina (sastoji se od sedam f-orbitale), simbol - .

Energije orbitala istog podrazina su iste.

Kod označavanja podrazina simbolu podrazine dodaje se broj sloja (elektronička razina), na primjer: 2 s, 3str, 5d sredstva s- podrazina druge razine, str- podrazina treće razine, d-podrazina pete razine.

Ukupan broj podrazina na jednoj razini jednak je broju razine n. Ukupan broj orbitala na jednoj razini jednak je n 2. Prema tome, ukupni broj oblaka u jednom sloju također je jednak n 2 .

Oznake: - slobodna orbitala (bez elektrona), - orbitala s nesparenim elektronom, - orbitala s elektronskim parom (s dva elektrona).

Redoslijed kojim elektroni ispunjavaju orbitale atoma određen je s tri zakona prirode (formulacije su dane u pojednostavljenim terminima):

1. Načelo najmanje energije - elektroni ispunjavaju orbitale redoslijedom povećanja energije orbitala.

2. Paulijev princip – u jednoj orbitali ne može biti više od dva elektrona.

3. Hundovo pravilo - unutar podrazine elektroni prvo ispunjavaju prazne orbitale (jedan po jedan), a tek nakon toga formiraju elektronske parove.

Ukupan broj elektrona u elektronskoj razini (ili elektronskom sloju) je 2 n 2 .

Distribucija podrazina po energiji izražava se na sljedeći način (prema rastućoj energiji):

1s, 2s, 2str, 3s, 3str, 4s, 3d, 4str, 5s, 4d, 5str, 6s, 4f, 5d, 6str, 7s, 5f, 6d, 7str ...

Ovaj niz je jasno izražen energetskim dijagramom:

Raspodjela elektrona atoma po razinama, podrazinama i orbitalama (elektronička konfiguracija atoma) može se prikazati kao formula elektrona, energetski dijagram ili, jednostavnije, kao dijagram slojeva elektrona ("elektronski dijagram").

Primjeri elektroničke strukture atoma:

valentni elektroni- elektroni atoma koji mogu sudjelovati u stvaranju kemijskih veza. Za svaki atom, to su svi vanjski elektroni plus oni predvanjski elektroni čija je energija veća od energije vanjskih. Na primjer: atom Ca ima 4 vanjska elektrona s 2, oni su također valentni; atom Fe ima 4 vanjska elektrona s 2 ali on ima 3 d 6, dakle atom željeza ima 8 valentnih elektrona. Elektronska formula valencije atoma kalcija je 4 s 2, a atomi željeza - 4 s 2 3d 6 .

Periodni sustav kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva
(prirodni sustav kemijskih elemenata)

Periodični zakon kemijski elementi(moderna formulacija): svojstva kemijskih elemenata, kao i jednostavna i složene tvari, koje oni formiraju, periodički ovise o vrijednosti naboja iz atomskih jezgri.

Periodni sustav elemenata- grafički izraz periodičkog zakona.

Prirodni nizovi kemijskih elemenata- niz kemijskih elemenata raspoređenih prema rastućem broju protona u jezgri njihovih atoma, ili, što je isto, prema rastućim nabojima jezgri tih atoma. Atomski broj elementa u ovom nizu jednak je broju protona u jezgri bilo kojeg atoma tog elementa.

Tablica kemijskih elemenata konstruirana je "rezanjem" prirodnog niza kemijskih elemenata razdoblja(vodoravni redovi tablice) i grupiranja (okomiti stupci tablice) elemenata sa sličnom elektronskom strukturom atoma.

Ovisno o načinu na koji kombinirate elemente u skupine, tablica može biti dugotrajni(elementi s istim brojem i vrstom valentnih elektrona skupljaju se u skupine) i kratak period(elementi s istim brojem valentnih elektrona skupljaju se u skupine).

Skupine kratkoperiodične tablice podijeljene su u podskupine ( glavni I strana), podudarajući se sa skupinama dugoperiodične tablice.

Svi atomi elemenata imaju isti period isti broj elektronički slojevi, jednaki broju perioda.

Broj elemenata u periodima: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Većina elemenata osme periode dobivena je umjetnim putem, posljednji elementi ove periode još nisu sintetizirani. Sva razdoblja osim prvoga počinju elementom koji tvori alkalijski metal (Li, Na, K itd.) i završavaju elementom koji tvori plemeniti plin (He, Ne, Ar, Kr itd.).

U kratkoperiodnoj tablici postoji osam skupina, od kojih je svaka podijeljena u dvije podskupine (glavnu i sporednu), u dugoperiodičnoj tablici postoji šesnaest skupina, koje su numerirane rimskim brojevima slovima A ili B, tj. primjer: IA, IIIB, VIA, VIIB. Skupina IA dugoperiodičnog sustava odgovara glavnoj podskupini prve skupine kratkoperiodičnog sustava; skupina VIIB - sekundarna podskupina sedme skupine: ostatak - slično.

Svojstva kemijskih elemenata prirodno se mijenjaju u skupinama i periodima.

U razdobljima (s rastućim rednim brojem)

• povećava se nuklearni naboj
• povećava se broj vanjskih elektrona,
• radijus atoma se smanjuje,
• povećava se snaga veze između elektrona i jezgre (energija ionizacije),
• elektronegativnost se povećava,
• pojačana su oksidacijska svojstva jednostavne tvari("nemetalnost"),
• redukcijska svojstva jednostavnih tvari slabe ("metalnost"),
• slabi osnovni karakter hidroksida i odgovarajućih oksida,
• povećava se kiseli karakter hidroksida i odgovarajućih oksida.

U grupama (s rastućim rednim brojem)

• povećava se nuklearni naboj
• radijus atoma se povećava (samo u A-skupinama),
• smanjuje se jakost veze između elektrona i jezgre (energija ionizacije; samo u A-skupinama),
• smanjuje se elektronegativnost (samo u A-skupinama),
• slabe oksidacijska svojstva jednostavnih tvari ("nemetalnost"; samo u A-skupinama),
• pojačana su redukcijska svojstva jednostavnih tvari ("metalnost"; samo u A-skupinama),
• povećava se bazičnost hidroksida i odgovarajućih oksida (samo u A-skupinama),
• slabi kiseli karakter hidroksida i odgovarajućih oksida (samo u A-skupinama),
• smanjuje se stabilnost vodikovih spojeva (povećava se njihova redukcijska aktivnost; samo u A-skupinama).

Zadaci i testovi na temu "Tema 9. "Građa atoma. Periodni zakon i periodni sustav kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva (PSHE) "."

• Periodični zakon - Periodički zakon i građa atoma 8.–9
  Morate znati: zakonitosti popunjavanja orbitala elektronima (načelo najmanje energije, Paulijevo načelo, Hundovo pravilo), građu periodnog sustava elemenata.

  Morate znati: odrediti sastav atoma prema položaju elementa u periodnom sustavu i, obrnuto, pronaći element u periodnom sustavu, poznavajući njegov sastav; prikazati strukturni dijagram, elektroničku konfiguraciju atoma, iona i, obrnuto, odrediti položaj kemijskog elementa u PSCE iz dijagrama i elektroničke konfiguracije; karakterizirati element i tvari koje tvori prema položaju u PSCE-u; odrediti promjene polumjera atoma, svojstava kemijskih elemenata i tvari koje oni tvore unutar jedne periode i jedne glavne podskupine periodnog sustava.

  Primjer 1. Odredite broj orbitala u trećoj elektronskoj razini. Koje su to orbitale?
  Za određivanje broja orbitala koristimo formulu N orbitale = n 2 gdje n- broj razine. N orbitale = 3 2 = 9. Jedan 3 s-, tri 3 str- i pet 3 d-orbitale.

  Primjer 2. Odredite koji atom elementa ima elektronsku formulu 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 1 .
  Da biste odredili o kojem se elementu radi, morate saznati njegov atomski broj, koji je jednak ukupnom broju elektrona atoma. U ovom slučaju: 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13. Ovo je aluminij.

  Nakon što ste se uvjerili da ste naučili sve što trebate, prijeđite na izvršavanje zadataka. Želimo vam uspjeh.

  
  Preporučena literatura:
  • O. S. Gabrielyan i dr. Kemija 11. razred. M., Droplja, 2002.;
  • G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. Kemija 11. razred. M., Obrazovanje, 2001.