سخنرانی: ساختار پوسته های الکترونیکی اتم های عناصر چهار دوره اول: عناصر s، p و d

ساختار اتمی

قرن بیستم زمان اختراع "الگوی ساختار اتمی" است. بر اساس ساختار ارائه شده، می توان فرضیه زیر را ایجاد کرد: در اطراف هسته ای که از نظر حجم و اندازه به اندازه کافی کوچک است، الکترون ها حرکاتی مشابه حرکت سیارات به دور خورشید انجام می دهند. مطالعه بعدی اتم نشان داد که خود اتم و ساختار آن بسیار پیچیده‌تر از آنچه قبلاً ثابت شده بود است. و در حال حاضر، با وجود امکانات بسیار زیاد در زمینه علمی، اتم به طور کامل کشف نشده است. اجزایی مانند اتم ها و مولکول ها اجسام میکروسکوپی محسوب می شوند. بنابراین فرد به تنهایی قادر به بررسی این قسمت ها نیست. در این دنیا قوانین و قوانین کاملاً متفاوتی با جهان کلان متفاوت است. بر این اساس، مطالعه اتم با استفاده از مدل آن انجام می شود.

به هر اتم یک شماره سریال اختصاص داده می شود که در آن ثابت شده است جدول تناوبیمندلیوا دی.آی. به عنوان مثال، شماره سریال اتم فسفر (P) 15 است.

بنابراین، یک اتم از پروتون ها (پ + ) , نوترون ها (n 0 ) و الکترون ها (ه - ). پروتون ها و نوترون ها هسته یک اتم را تشکیل می دهند؛ اتم دارای بار مثبت است. و الکترون‌هایی که در اطراف هسته حرکت می‌کنند، لایه الکترونی اتم را که بار منفی دارد، می‌سازند.

چند الکترون در یک اتم وجود دارد؟پیدا کردن آن آسان است. فقط به شماره سریال عنصر در جدول نگاه کنید.

بنابراین، تعداد الکترون های فسفر برابر است با 15 . تعداد الکترون های موجود در پوسته اتم کاملاً برابر با تعداد پروتون های موجود در هسته است. این بدان معناست که در هسته اتم فسفر نیز پروتون وجود دارد 15 .

جرم پروتون ها و نوترون هایی که جرم هسته اتم را تشکیل می دهند یکسان است. و الکترون ها 2000 برابر کوچکتر هستند. این بدان معنی است که کل جرم اتم در هسته متمرکز شده است، جرم الکترون ها نادیده گرفته می شود. همچنین می توانیم جرم هسته یک اتم را از جدول پیدا کنیم. تصویر فسفر را در جدول ببینید. در زیر نام 30.974 را می بینیم - این جرم هسته فسفر، جرم اتمی آن است. هنگام ضبط، این رقم را گرد می کنیم. با توجه به موارد فوق، ساختار اتم فسفر را به صورت زیر می نویسیم:

(بار هسته ای در پایین سمت چپ نوشته شده است - 15، در بالا سمت چپ مقدار گرد جرم اتمی 31 است).

هسته اتم فسفر:

(در پایین سمت چپ بار را می نویسیم: پروتون ها باری برابر با 1+ دارند و نوترون ها باردار نیستند، یعنی بار 0 دارند؛ در بالا سمت چپ، جرم یک پروتون و یک نوترون برابر با 1 - a است. واحد متعارف جرم اتمی؛ بار هسته یک اتم برابر با تعداد پروتون های هسته است که به معنی p = 15 است و تعداد نوترون ها باید محاسبه شود: جرم اتمیهزینه را کم کنید، یعنی 31 - 15 = 16).

پوسته الکترونی اتم فسفر شامل 15 الکترون های با بار منفی که پروتون های با بار مثبت را متعادل می کنند. بنابراین، اتم یک ذره خنثی الکتریکی است.

سطوح انرژی

عکس. 1

در مرحله بعد، ما باید به طور مفصل به نحوه توزیع الکترون ها در یک اتم نگاه کنیم. حرکت آنها بی نظم نیست، بلکه تابع نظم خاصی است. برخی از الکترون های موجود به اندازه کافی به سمت هسته جذب می شوند قدرت زیاد، در حالی که دیگران، برعکس، ضعیف جذب می شوند. علت اصلی این رفتار الکترون ها در این است درجات مختلففاصله الکترون ها از هسته به این معنا که الکترونی که نزدیکتر به هسته قرار دارد با آن ارتباط متقابل قوی تری پیدا می کند. این الکترون ها به سادگی نمی توانند از پوسته الکترونی جدا شوند. هر چه الکترون از هسته دورتر باشد، بیرون کشیدن آن از پوسته آسان‌تر است. همچنین ذخیره انرژی الکترون با دور شدن از هسته اتم افزایش می یابد. انرژی یک الکترون با عدد کوانتومی اصلی n برابر با هر عدد طبیعی (1،2،3،4...) تعیین می شود. الکترون‌هایی که مقدار n یکسانی دارند، یک لایه الکترونی را تشکیل می‌دهند، گویی از الکترون‌های دیگری که در فاصله‌ای دور حرکت می‌کنند، حصار می‌کشند. شکل 1 لایه های الکترونی موجود در پوسته الکترونی، در مرکز هسته اتم را نشان می دهد.

می توانید ببینید که چگونه حجم لایه با دور شدن از هسته افزایش می یابد. بنابراین، هر چه لایه از هسته دورتر باشد، الکترون های بیشتری در آن وجود دارد.

لایه الکترونیکی حاوی الکترون هایی با سطوح انرژی مشابه است. به همین دلیل، چنین لایه هایی اغلب سطوح انرژی نامیده می شوند. یک اتم می تواند چند سطح داشته باشد؟تعداد سطوح انرژی برابر با عدد دوره در جدول تناوبی D.I است. که عنصر در آن قرار دارد. به عنوان مثال، فسفر (P) در دوره سوم است، یعنی اتم فسفر دارای سه سطح انرژی است.

برنج. 2

چگونه می توان حداکثر تعداد الکترون های واقع در یک لایه الکترونی را فهمید؟ برای این کار از فرمول استفاده می کنیم N max = 2n 2 ، جایی که n عدد سطح است.

متوجه شدیم که سطح اول فقط 2 الکترون دارد، دومی 8، سومی 18، چهارمی 32.

هر سطح انرژیشامل سطوح فرعی است. نامگذاری حروف آنها: s-, p-, d-و f-. به انجیر نگاه کنید 2:

سطوح انرژی با رنگ های مختلف و سطوح فرعی با نوارهایی با ضخامت های مختلف نشان داده می شوند.

باریک ترین سطح فرعی با حرف s مشخص می شود. 1s زیرلایه s سطح اول، 2s زیرلایه s سطح دوم و غیره است.

یک زیرسطح p در سطح انرژی دوم، یک زیرسطح d در سطح سوم و یک زیرسطح f در سطح چهارم ظاهر شد.

الگویی را که دیدید به خاطر بسپارید: سطح انرژی اول شامل یک زیرسطح s، دومی دو زیرسطح s و p، سومین سه زیرسطح s، p و d و سطح چهارم چهار زیرسطح s، p،، d و f است. .

بر زیرسطح s می تواند فقط 2 الکترون داشته باشد، زیرسطح p می تواند حداکثر 6 الکترون داشته باشد، زیرسطح d می تواند 10 الکترون داشته باشد و زیرسطح f می تواند تا 14 الکترون داشته باشد.

اوربیتال های الکترونی

ناحیه (مکانی) که الکترون می تواند در آن قرار گیرد ابر الکترونی یا اوربیتال نامیده می شود. به خاطر داشته باشید که ما در مورد مکان احتمالی الکترون صحبت می کنیم، زیرا سرعت حرکت آن صدها هزار بار بیشتر از سرعت سوزن چرخ خیاطی است. از نظر گرافیکی، این ناحیه به صورت یک سلول به تصویر کشیده می شود:

یک سلول می تواند حاوی دو الکترون باشد. با قضاوت در شکل 2، می‌توان نتیجه گرفت که زیرسطح s که بیش از دو الکترون را شامل نمی‌شود، می‌تواند فقط یک اوربیتال s داشته باشد و توسط یک سلول مشخص می‌شود. زیرسطح p دارای سه اوربیتال p (3 سلول)، سطح فرعی d دارای پنج اوربیتال d (5 سلول) و سطح فرعی f دارای هفت اوربیتال f (7 سلول) است.

شکل اوربیتال بستگی دارد عدد کوانتومی مداری (l - el) اتم سطح انرژی اتمی، نشات گرفته از س– داشتن مداری ل= 0. اوربیتال نشان داده شده کروی است. در سطوح بعدی س- اوربیتال ها تشکیل می شوند پ– اوربیتال ها با ل = 1. پ- اوربیتال ها شبیه یک دمبل هستند. تنها سه اوربیتال با این شکل وجود دارد. هر اوربیتال ممکن شامل بیش از 2 الکترون نیست. بعدی بیشتر هستند ساختار پیچیده د-اوربیتال ها ( ل= 2)، و پشت سر آنها f-اوربیتال ها ( ل = 3).

برنج. 3 شکل مداری

الکترون ها در اوربیتال ها به صورت فلش نشان داده می شوند. اگر اوربیتال ها هر کدام حاوی یک الکترون باشند، یک جهته هستند - با یک فلش رو به بالا:

اگر دو الکترون در اوربیتال وجود داشته باشد، آنها دو جهت دارند: فلش به سمت بالا و فلش پایین، یعنی. الکترون ها چند جهته هستند:

این ساختار الکترون ها ظرفیت نامیده می شود.

سه شرط برای پر کردن اوربیتال های اتمی با الکترون وجود دارد:

1 شرط: اصل حداقل انرژی پر شدن اوربیتال ها از سطح فرعی شروع می شود که حداقل انرژی را دارد. طبق این اصل، سطوح فرعی به ترتیب زیر پر می شوند: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 5d 1 4f 14 ... همانطور که می بینیم، در در برخی موارد الکترون از نظر انرژی مطلوب‌تر است و در زیرسطح سطح بالا قرار می‌گیرد، اگرچه سطح فرعی سطح زیر پر نشده است. برای مثال، پیکربندی ظرفیت یک اتم فسفر به شکل زیر است:

برنج. 4

شرط 2: اصل پائولی یک اوربیتال شامل 2 الکترون (جفت الکترون) و نه بیشتر است. اما ممکن است فقط یک الکترون داشته باشد. به آن جفت نشده می گویند.

شرط 3: قانون هوندهر اوربیتال یک سطح فرعی ابتدا با یک الکترون پر می شود، سپس یک الکترون دوم به آنها اضافه می شود. در زندگی نیز چنین وضعیتی را دیده ایم که مسافران ناآشنا اتوبوس ابتدا یکی یکی تمام صندلی های آزاد را اشغال می کنند و سپس دوتایی می نشینند.

پیکربندی الکترونیکی یک اتم در حالت های زمین و برانگیخته

انرژی یک اتم در حالت پایه کمترین مقدار است. اگر اتم ها از خارج شروع به دریافت انرژی کنند، مثلاً وقتی یک ماده گرم می شود، از حالت پایه به حالت برانگیخته حرکت می کنند. این انتقال در حضور اوربیتال‌های آزاد که الکترون‌ها می‌توانند به درون آن حرکت کنند، امکان‌پذیر است. اما این موقتی است، با صرف انرژی، اتم برانگیخته به حالت اولیه خود باز می گردد.

بیایید دانش به دست آمده را با یک مثال تثبیت کنیم. بیایید پیکربندی الکترونیکی را در نظر بگیریم، یعنی. غلظت الکترون ها در اوربیتال های اتم فسفر در زمین (حالت تحریک نشده). اجازه دهید دوباره به شکل نگاه کنیم. 4. بنابراین، به یاد داشته باشیم که اتم فسفر دارای سه سطح انرژی است که با نیمه کمان نشان داده می شوند: +15)))

بیایید 15 الکترون موجود را در این سه سطح انرژی توزیع کنیم:

چنین فرمول هایی را پیکربندی الکترونیکی می نامند. گرافیک الکترونیکی نیز وجود دارد، آنها قرار دادن الکترون ها را در سطوح انرژی نشان می دهند. پیکربندی گرافیک الکترونیکی فسفر به شکل زیر است: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 (در اینجا اعداد بزرگ تعداد سطوح انرژی، حروف سطوح فرعی و اعداد کوچک تعداد الکترون های سطح فرعی هستند؛ اگر آنها را جمع کنید عدد 15 به دست می آید).

در حالت برانگیخته اتم فسفر، 1 الکترون از اوربیتال 3s به اوربیتال 3d حرکت می کند و پیکربندی به این صورت است: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d 1 .

الکترون ها

مفهوم اتم در دنیای باستان برای تعیین ذرات ماده بوجود آمد. ترجمه شده از یونانی، اتم به معنای "تقسیم ناپذیر" است.

استونی فیزیکدان ایرلندی بر اساس آزمایشات به این نتیجه رسید که الکتریسیته توسط کوچکترین ذرات موجود در اتمهای همه عناصر شیمیایی حمل می شود. در سال 1891، استونی پیشنهاد کرد که این ذرات را الکترون بنامیم که در زبان یونانی به معنای "کهربا" است. چند سال پس از نامگذاری الکترون، فیزیکدان انگلیسی جوزف تامسون و فیزیکدان فرانسوی ژان پرین ثابت کردند که الکترون ها دارای بار منفی هستند. این کوچکترین بار منفی است که در شیمی یک (-1) در نظر گرفته می شود. تامسون حتی توانست سرعت الکترون را تعیین کند (سرعت الکترون در مدار با عدد مدار n نسبت معکوس دارد. شعاع مدارها به نسبت مربع عدد مدار افزایش می یابد. در اولین مدار اتم هیدروژن (n=1؛ Z=1) سرعت ≈ 2.2·106 m/s است، یعنی حدود صد برابر کمتر از سرعت نور c = 3·108 m/s) و جرم الکترون. (تقریبا 2000 برابر کمتر از جرم اتم هیدروژن است).

وضعیت الکترون ها در یک اتم

حالت یک الکترون در یک اتم به این صورت درک می شود مجموعه ای از اطلاعات در مورد انرژی یک الکترون خاص و فضایی که در آن قرار دارد. یک الکترون در یک اتم مسیر حرکتی ندارد، یعنی فقط می توانیم در مورد آن صحبت کنیم احتمال یافتن آن در فضای اطراف هسته.

این می تواند در هر قسمت از این فضای اطراف هسته قرار گیرد و مجموع موقعیت های مختلف آن به عنوان یک ابر الکترونی با چگالی بار منفی معین در نظر گرفته می شود. به طور تصویری، می‌توان چنین تصور کرد: اگر می‌توان موقعیت یک الکترون را در یک اتم پس از صدم یا میلیونم ثانیه عکس‌برداری کرد، آن‌گاه الکترون در چنین عکس‌هایی به صورت نقطه نشان داده می‌شد. اگر تعداد بی‌شماری از این قبیل عکس‌ها روی هم قرار می‌گرفتند، تصویر ابر الکترونی با بیشترین چگالی خواهد بود که در آن بیشترین نقاط وجود داشت.

فضای اطراف هسته اتمی، که در آن الکترون به احتمال زیاد در آن یافت می شود، اوربیتال نامیده می شود. تقریبا شامل 90٪ ابر الکترونیکیو این بدان معناست که در حدود 90 درصد مواقع الکترون در این قسمت از فضا قرار دارد. آنها از نظر شکل متمایز می شوند 4 نوع اوربیتال شناخته شده در حال حاضرکه با لاتین مشخص می شوند حروف s، p، d و f. تصویر گرافیکیبرخی از اشکال اوربیتال های الکترونی در شکل نشان داده شده است.

مهمترین مشخصه حرکت یک الکترون در یک اوربیتال خاص است انرژی اتصال آن با هسته. الکترون هایی با مقادیر انرژی مشابه یک لایه الکترونی یا سطح انرژی را تشکیل می دهند. سطوح انرژی با شروع از هسته شماره گذاری می شوند - 1، 2، 3، 4، 5، 6 و 7.

عدد صحیح n که تعداد سطح انرژی را نشان می دهد، عدد کوانتومی اصلی نامیده می شود. این انرژی الکترون هایی را که سطح انرژی معینی را اشغال می کنند، مشخص می کند. الکترون های اولین سطح انرژی، نزدیک ترین به هسته، کمترین انرژی را دارند.در مقایسه با الکترون‌های سطح اول، الکترون‌های سطوح بعدی با منبع زیادی انرژی مشخص می‌شوند. در نتیجه، الکترون‌های سطح بیرونی کمترین میزان اتصال را به هسته اتم دارند.

بیشترین تعداد الکترون در سطح انرژی با فرمول تعیین می شود:

N = 2n 2،

که در آن N حداکثر تعداد الکترون است. n عدد سطح یا عدد کوانتومی اصلی است. در نتیجه، در اولین سطح انرژی نزدیک به هسته، بیش از دو الکترون نمی تواند وجود داشته باشد. در دوم - نه بیشتر از 8؛ در سوم - نه بیشتر از 18؛ در چهارم - نه بیشتر از 32.

با شروع از سطح انرژی دوم (n = 2)، هر یک از سطوح به سطوح فرعی (زیر لایه ها) تقسیم می شوند که در انرژی اتصال با هسته کمی با یکدیگر متفاوت هستند. تعداد سطوح فرعی برابر با مقدار عدد کوانتومی اصلی است: اولین سطح انرژی یک سطح فرعی دارد. دوم - دو؛ سوم - سه؛ چهارم - چهار زیرسطح. سطوح فرعی نیز به نوبه خود توسط اوربیتال ها تشکیل می شوند. هر مقدارn مربوط به تعداد اوربیتال ها برابر با n است.

معمولاً سطوح فرعی تعیین می شوند با حروف لاتینو همچنین شکل اوربیتال هایی که از آن تشکیل شده اند: s, p, d, f.

پروتون ها و نوترون ها

اتم هر کدام عنصر شیمیاییقابل مقایسه با یک کوچک منظومه شمسی. بنابراین، این مدل از اتم که توسط E. Rutherford ارائه شده است، نامیده می شود سیاره ای.

هسته اتم که کل جرم اتم در آن متمرکز است از دو نوع ذرات تشکیل شده است - پروتون ها و نوترون ها.

پروتون ها دارای باری برابر با بار الکترون ها، اما مخالف علامت (1+) و جرمی برابر با جرم اتم هیدروژن هستند (در شیمی یک در نظر گرفته می شود). نوترون ها باری ندارند، آنها خنثی هستند و جرمی برابر با جرم یک پروتون دارند.

پروتون ها و نوترون ها با هم نوکلئون نامیده می شوند (از هسته لاتین - هسته). به مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های یک اتم عدد جرمی می گویند. به عنوان مثال، عدد جرمی یک اتم آلومینیوم:

13 + 14 = 27

تعداد پروتون 13، تعداد نوترون 14، جرم 27

از آنجایی که می توان از جرم الکترون که به طور ناچیزی کوچک است چشم پوشی کرد، بدیهی است که کل جرم اتم در هسته متمرکز شده است. الکترونها e - نامگذاری می شوند.

از آنجایی که اتم خنثی الکتریکی، همچنین مشخص است که تعداد پروتون ها و الکترون های یک اتم یکسان است. برابر است با شماره سریال عنصر شیمیایی که در آن به آن اختصاص داده شده است جدول تناوبی. جرم یک اتم از جرم پروتون و نوترون تشکیل شده است. دانستن عدد اتمی عنصر (Z) یعنی تعداد پروتونها و عدد جرمی (A) برابر با مجموعتعداد پروتون ها و نوترون ها، می توانید تعداد نوترون ها (N) را با استفاده از فرمول پیدا کنید:

N = A - Z

به عنوان مثال، تعداد نوترون های یک اتم آهن برابر است با:

56 — 26 = 30

ایزوتوپ ها

انواع اتم های یک عنصر که دارای بار هسته ای یکسان اما اعداد جرمی متفاوت هستند نامیده می شوند ایزوتوپ ها. عناصر شیمیایی موجود در طبیعت مخلوطی از ایزوتوپ ها هستند. بنابراین، کربن دارای سه ایزوتوپ با جرم های 12، 13، 14 است. اکسیژن - سه ایزوتوپ با جرم‌های 16، 17، 18 و غیره. جرم اتمی نسبی یک عنصر شیمیایی معمولاً در جدول تناوبی داده می‌شود، مقدار متوسط ​​جرم اتمی مخلوط طبیعی ایزوتوپ‌های یک عنصر با در نظر گرفتن فراوانی نسبی آنها در طبیعت خواص شیمیاییایزوتوپ های اکثر عناصر شیمیایی دقیقاً مشابه هستند. با این حال، خواص ایزوتوپ های هیدروژن به دلیل افزایش چند برابری چشمگیر در جرم اتمی نسبی آنها، بسیار متفاوت است. حتی تعیین تکلیف شدند نام های فردیو علائم شیمیایی

عناصر دوره اول

نمودار ساختار الکترونیکی اتم هیدروژن:

نمودارهای ساختار الکترونیکی اتم ها توزیع الکترون ها را در میان لایه های الکترونیکی (سطوح انرژی) نشان می دهد.

فرمول الکترونیکی گرافیکی اتم هیدروژن (توزیع الکترون ها را بر اساس سطوح انرژی و سطوح فرعی نشان می دهد):

فرمول‌های الکترونیکی گرافیکی اتم‌ها توزیع الکترون‌ها را نه تنها در بین سطوح و سطوح فرعی، بلکه در بین اوربیتال‌ها نیز نشان می‌دهند.

در یک اتم هلیوم، اولین لایه الکترونی کامل است - دارای 2 الکترون است. هیدروژن و هلیوم عناصر s هستند. اوربیتال s این اتم ها با الکترون پر شده است.

برای همه عناصر دوره دوم اولین لایه الکترونیکی پر شده استو الکترونها اوربیتالهای s و p لایه الکترونی دوم را مطابق با اصل کمترین انرژی (اول s و سپس p) و قوانین پائولی و هوند پر می کنند.

در اتم نئون، لایه الکترونی دوم کامل است - 8 الکترون دارد.

برای اتم‌های عناصر دوره سوم، لایه‌های الکترونیکی اول و دوم تکمیل می‌شوند، بنابراین لایه الکترونیکی سوم پر می‌شود که در آن الکترون‌ها می‌توانند زیرسطح‌های 3s-، 3p- و 3d را اشغال کنند.

اتم منیزیم مدار الکترونی 3s خود را کامل می کند. Na و Mg عناصر s هستند.

در آلومینیوم و عناصر بعدی، زیرسطح 3p با الکترون پر می شود.

عناصر دوره سوم دارای مدارهای سه بعدی پر نشده هستند.

همه عناصر از Al تا Ar عناصر p هستند. عناصر s و p زیر گروه های اصلی جدول تناوبی را تشکیل می دهند.

عناصر دوره چهارم - هفتم

چهارمین لایه الکترونی در اتم‌های پتاسیم و کلسیم ظاهر می‌شود و زیرسطح 4s پر می‌شود، زیرا انرژی کمتری نسبت به سطح فرعی 3d دارد.

عناصر K، Ca - s موجود در زیر گروه های اصلی. برای اتم های Sc تا Zn، سطح فرعی 3d با الکترون ها پر شده است. این عناصر سه بعدی هستند. آنها در زیر گروه های ثانویه قرار می گیرند، بیرونی ترین لایه الکترونیکی آنها پر شده است و به عنوان عناصر انتقال طبقه بندی می شوند.

به ساختار پوسته های الکترونیکی اتم های کروم و مس توجه کنید. در آنها، یک الکترون از 4s به سطح فرعی 3d "شکست" می‌یابد، که با پایداری انرژی بیشتر پیکربندی‌های الکترونیکی 3d 5 و 3d 10 توضیح داده می‌شود:

در اتم روی، سومین لایه الکترونی کامل است - تمام سطوح فرعی 3s، 3p و 3d در آن پر شده اند، در مجموع 18 الکترون دارند. در عناصر بعد از روی، لایه چهارم الکترونی، زیرسطح 4p، همچنان پر می شود.

عناصر از Ga تا Kr، عناصر p هستند.

در اتم کریپتون لایه خارجی(چهارم) کامل است، دارای 8 الکترون است. اما در مجموع 32 الکترون در لایه الکترونی چهارم وجود دارد. اتم کریپتون هنوز دارای سطوح فرعی 4d و 4f پر نشده است.برای عناصر دوره پنجم، سطوح فرعی به ترتیب زیر پر می شوند: 5s - 4d - 5p. و همچنین استثنائات مربوط به " شکست» الکترون ها، y 41 Nb، 42 Mo، 44 Ru، 45 Rh، 46 Pd، 47 Ag.

در دوره‌های ششم و هفتم، عناصر f ظاهر می‌شوند، یعنی عناصری که به ترتیب زیرسطح‌های 4f و 5f سومین لایه الکترونیکی بیرونی پر می‌شوند.

عناصر 4f لانتانید نامیده می شوند.

عناصر 5f را اکتینیدها می نامند.

ترتیب پر کردن سطوح فرعی الکترونیکی در اتم های عناصر دوره ششم: 55 Cs و 56 عنصر Ba - 6s. 57 La … 6s 2 5d x - 5d عنصر; 58 Ce - 71 Lu - عناصر 4f; 72 Hf - 80 Hg - عناصر 5d. عناصر 81 T1 - 86 Rn - 6d. اما در اینجا نیز عناصری وجود دارد که در آنها ترتیب پر کردن اوربیتال‌های الکترونیکی "نقض" می‌شود، که برای مثال، با پایداری انرژی بیشتر زیرسطح‌های f نیمه و کاملاً پر، یعنی nf 7 و nf 14 همراه است. بسته به اینکه آخرین سطح اتم با الکترون ها پر شده باشد، همه عناصر به چهار خانواده یا بلوک الکترونی تقسیم می شوند:

• عناصر s. زیرسطح s سطح بیرونی اتم با الکترون پر شده است. عناصر s شامل هیدروژن، هلیوم و عناصر زیرگروه های اصلی گروه های I و II هستند.

• عناصر p. زیرسطح p سطح بیرونی اتم با الکترون پر شده است. عناصر p شامل عناصر زیرگروه های اصلی گروه های III-VIII هستند.

• عناصر d. زیرسطح d سطح ماقبل خارجی اتم با الکترون پر شده است. عناصر d شامل عناصر زیرگروه های ثانویه گروه های I-VIII، یعنی عناصر پلاگین دهه های دوره های بزرگی هستند که بین عناصر s و p قرار دارند. به آنها عناصر انتقالی نیز گفته می شود.

• عناصر f. زیرسطح f سومین سطح بیرونی اتم با الکترون پر شده است. اینها شامل لانتانیدها و آنتی نویدها می شوند.

فیزیکدان سوئیسی دبلیو پاولی در سال 1925 ثابت کرد که در یک اتم در یک اوربیتال نمی توان بیش از دو الکترون با اسپین های مخالف (ضد موازی) (که از انگلیسی به عنوان "اسپیندل" ترجمه شده است) وجود داشته باشد، یعنی دارای ویژگی هایی باشد که به طور مشروط قابل تصور باشد. مانند چرخش یک الکترون حول محور فرضی خود: در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت.

این اصل نامیده می شود اصل پائولی. اگر یک الکترون در اوربیتال وجود داشته باشد، آن را جفت نشده می نامند، اگر دو الکترون باشد، اینها الکترون های جفتی هستند، یعنی الکترون هایی با اسپین های مخالف. شکل، نموداری از تقسیم سطوح انرژی به سطوح فرعی و ترتیب پر شدن آنها را نشان می دهد.

اغلب، ساختار پوسته های الکترونیکی اتم ها با استفاده از سلول های انرژی یا کوانتومی به تصویر کشیده می شود - به اصطلاح فرمول های الکترونیکی گرافیکی نوشته شده است. برای این علامت گذاری، از نماد زیر استفاده می شود: هر سلول کوانتومی توسط سلولی مشخص می شود که مربوط به یک مدار است. هر الکترون با یک فلش مربوط به جهت اسپین نشان داده می شود. هنگام نوشتن فرمول الکترونیکی گرافیکی، باید دو قانون را به خاطر بسپارید: اصل پائولی و قاعده F. Hund، طبق آن الکترون ها ابتدا سلول های آزاد را در یک زمان اشغال می کنند و دارای ارزش اسپین یکسان هستند و فقط پس از آن جفت می شوند ، اما اسپین ها طبق اصل پائولی قبلاً جهت مخالف خواهند بود.

قانون هوند و اصل پائولی

قانون هوند- یک قانون شیمی کوانتومی که ترتیب پر شدن اوربیتال های یک زیرلایه خاص را تعیین می کند و به صورت زیر فرموله می شود: مقدار کل تعداد کوانتومی اسپین الکترون های یک زیرلایه معین باید حداکثر باشد. فرموله شده توسط فردریش هوند در سال 1925.

یعنی در هر یک از اوربیتال های زیرلایه ابتدا یک الکترون پر می شود و تنها پس از اتمام اوربیتال های پر نشده، الکترون دوم به این اوربیتال اضافه می شود. در این حالت در یک اوربیتال دو الکترون با اسپین های نیمه صحیح علامت مخالف وجود دارد که جفت می شوند (یک ابر دو الکترونی تشکیل می دهند) و در نتیجه اسپین کل اوربیتال برابر با صفر می شود.

جمله بندی دیگر: انرژی کمتر عبارت اتمی است که دو شرط برای آن برقرار است.

1. تعدد حداکثر است
2. وقتی کثرت ها منطبق شوند، تکانه کل مداری L حداکثر است.

اجازه دهید این قانون را با استفاده از مثال پر کردن اوربیتال‌های زیرسطح p تحلیل کنیم پ-عناصر دوره دوم (یعنی از بور تا نئون (در نمودار زیر خطوط افقی نشان دهنده اوربیتال ها، فلش های عمودی نشان دهنده الکترون ها و جهت فلش جهت گیری اسپین را نشان می دهد).

حکومت کلچکوفسکی

قانون کلچکوفسکی -با افزایش تعداد کل الکترون ها در اتم ها (با افزایش بار هسته آنها، یا شماره سریالعناصر شیمیایی) اوربیتال های اتمی به گونه ای پر شده اند که ظهور الکترون ها در یک اوربیتال با انرژی بالاتر فقط به عدد کوانتومی اصلی n بستگی دارد و به همه اعداد کوانتومی دیگر از جمله l بستگی ندارد. از نظر فیزیکی، این بدان معنی است که در یک اتم هیدروژن مانند (در صورت عدم وجود دافعه بین الکترون)، انرژی مداری یک الکترون تنها با فاصله مکانی چگالی بار الکترون از هسته تعیین می شود و به ویژگی های آن بستگی ندارد. حرکت در میدان هسته

قانون تجربی کلچکوفسکی و طرح ترتیبی که از آن به دست می آید تنها در دو مورد مشابه با توالی انرژی واقعی اوربیتال های اتمی تا حدودی متناقض است: برای اتم های Cr، Cu، Nb، Mo، Ru، Rh، Pd، Ag، Pt، Au. ، یک "شکست" یک الکترون با s وجود دارد - زیرسطح لایه بیرونی با لایه فرعی d لایه قبلی جایگزین می شود که منجر به وضعیت انرژی پایدارتر اتم می شود ، یعنی: پس از پر کردن مدار 6 با دو. الکترون ها س

مواد شیمیایی چیزی هستند که دنیای اطراف ما از آن ساخته شده است.

خواص هر ماده شیمیایی به دو نوع تقسیم می شود: شیمیایی، که مشخصه توانایی آن در تشکیل مواد دیگر است، و فیزیکی، که به طور عینی مشاهده می شوند و می توان آنها را جدا از تبدیلات شیمیایی در نظر گرفت. به عنوان مثال، خواص فیزیکی یک ماده، آن است حالت تجمع(جامد، مایع یا گاز)، هدایت حرارتی، ظرفیت گرمایی، حلالیت در محیط های مختلف(آب، الکل و غیره)، تراکم، رنگ، طعم و غیره.

دگرگونی برخی مواد شیمیاییدر مواد دیگر پدیده های شیمیایی یا واکنش های شیمیایی نامیده می شوند. لازم به ذکر است که پدیده های فیزیکی نیز وجود دارد که آشکارا با تغییراتی در برخی همراه است مشخصات فیزیکیمواد بدون اینکه به مواد دیگر تبدیل شوند. به پدیده های فیزیکیبه عنوان مثال، شامل ذوب یخ، انجماد یا تبخیر آب و غیره است.

در مورد آنچه در طول یک فرآیند اتفاق می افتد پدیده شیمیایی، با مشاهده می توان نتیجه گرفت ویژگی های مشخصه واکنش های شیمیاییمانند تغییر رنگ، رسوب، تکامل گاز، گرما و/یا نور.

به عنوان مثال، با مشاهده موارد زیر می توان در مورد وقوع واکنش های شیمیایی نتیجه گیری کرد:

تشکیل رسوب در هنگام جوشاندن آب که در زندگی روزمره رسوب نامیده می شود.

انتشار گرما و نور هنگام سوختن آتش؛

تغییر رنگ یک برش سیب تازه در هوا؛

تشکیل حباب های گاز در حین تخمیر خمیر و غیره.

کوچکترین ذرات یک ماده که عملاً در طی واکنشهای شیمیایی هیچ تغییری نمی کنند، بلکه فقط به روشی جدید به یکدیگر متصل می شوند، اتم نامیده می شوند.

خود ایده وجود چنین واحدهای ماده در ابتدا بوجود آمد یونان باستاندر ذهن فیلسوفان باستان، که در واقع منشأ اصطلاح "اتم" را توضیح می دهد، زیرا "اتوموس" به معنای واقعی کلمه از یونانی به معنای "تقسیم ناپذیر" ترجمه شده است.

با این حال، برخلاف تصور فیلسوفان یونان باستان، اتم ها حداقل مطلق ماده نیستند، یعنی. آنها خود ساختار پیچیده ای دارند.

هر اتم از ذرات به اصطلاح زیر اتمی - پروتون، نوترون و الکترون تشکیل شده است که به ترتیب با نمادهای p +، n o و e - مشخص می شوند. بالانویس در نماد استفاده شده نشان می دهد که پروتون دارای بار واحد مثبت، الکترون دارای واحد بار منفی و نوترون بدون بار است.

در مورد ساختار کیفی یک اتم، در هر اتم تمام پروتون ها و نوترون ها در هسته به اصطلاح متمرکز شده اند، که الکترون ها در اطراف آن یک پوسته الکترونی تشکیل می دهند.

جرم پروتون و نوترون تقریباً یکسان است. m p ≈ m n، و جرم الکترون تقریبا 2000 برابر کمتر از جرم هر یک از آنها است، یعنی. m p /m e ≈ m n / m e ≈ 2000.

از آنجا که دارایی اساسییک اتم خنثی بودن الکتریکی آن است و بار یک الکترون برابر با بار یک پروتون است، از اینجا می‌توان نتیجه گرفت که تعداد الکترون‌های هر اتمی برابر با تعداد پروتون‌ها است.

به عنوان مثال، جدول زیر ترکیب احتمالی اتم ها را نشان می دهد:

نوع اتم هایی با بار هسته ای یکسان، یعنی. با همان تعداد پروتون در هسته آنها عنصر شیمیایی نامیده می شود. بنابراین، از جدول بالا می توان نتیجه گرفت که اتم 1 و اتم 2 به یک عنصر شیمیایی و اتم 3 و اتم 4 متعلق به یک عنصر شیمیایی دیگر هستند.

هر عنصر شیمیایی نام و نماد خاص خود را دارد که به روش خاصی خوانده می شود. بنابراین، به عنوان مثال، ساده ترین عنصر شیمیایی که اتم های آن تنها حاوی یک پروتون در هسته است، "هیدروژن" نامیده می شود و با نماد "H" که به عنوان "خاکستر" خوانده می شود، نشان داده می شود و یک عنصر شیمیایی با یک بار هسته ای +7 (یعنی حاوی 7 پروتون) - "نیتروژن" دارای نماد "N" است که به عنوان "en" خوانده می شود.

همانطور که از جدول بالا می بینید، اتم های یک عنصر شیمیایی می توانند در تعداد نوترون های هسته شان متفاوت باشند.

اتم هایی که متعلق به یک عنصر شیمیایی هستند، اما تعداد نوترون ها و در نتیجه جرم متفاوتی دارند، ایزوتوپ نامیده می شوند.

به عنوان مثال، عنصر شیمیایی هیدروژن دارای سه ایزوتوپ است - 1 H، 2 H و 3 H. شاخص های 1، 2 و 3 بالای نماد H به معنای تعداد کل نوترون ها و پروتون ها هستند. آن ها با دانستن اینکه هیدروژن یک عنصر شیمیایی است که با این واقعیت مشخص می شود که در هسته اتم های آن یک پروتون وجود دارد، می توانیم نتیجه بگیریم که در ایزوتوپ 1H اصلا نوترون وجود ندارد (1-1 = 0). ایزوتوپ 2H - 1 نوترون (2-1=1) و در ایزوتوپ 3H - دو نوترون (3-1=2). از آنجایی که همانطور که قبلا ذکر شد، نوترون و پروتون دارای جرم یکسانی هستند و جرم الکترون در مقایسه با آنها ناچیز است، به این معنی است که ایزوتوپ 2H تقریباً دو برابر سنگین تر از ایزوتوپ 1H است و ایزوتوپ 3 ایزوتوپ H حتی سه برابر سنگین تر است. به دلیل پراکندگی زیاد در توده های ایزوتوپ های هیدروژن، ایزوتوپ های 2 H و 3 H حتی نام ها و نمادهای جداگانه ای داشتند که برای هیچ عنصر شیمیایی دیگر معمول نیست. ایزوتوپ 2H دوتریوم نام گرفت و نماد D و ایزوتوپ 3H نام تریتیوم و نماد T داده شد.

اگر جرم پروتون و نوترون را یکی بگیریم و جرم الکترون را نادیده بگیریم، در واقع شاخص بالا سمت چپ، علاوه بر تعداد کل پروتون ها و نوترون های اتم، جرم آن را نیز می توان در نظر گرفت. این شاخص عدد جرمی نامیده می شود و با نماد A مشخص می شود. از آنجایی که بار هسته هر پروتون با اتم مطابقت دارد و بار هر پروتون به طور معمول برابر با 1+ در نظر گرفته می شود، تعداد پروتون های هسته عدد شارژ (Z) نامیده می شود. با نشان دادن تعداد نوترون های یک اتم به صورت N، رابطه بین عدد جرمی، تعداد بار و تعداد نوترون ها را می توان به صورت ریاضی بیان کرد:

بر اساس مفاهیم مدرن، الکترون ماهیت دوگانه (ذره-موج) دارد. هم خواص ذره و هم موج را دارد. مانند یک ذره، یک الکترون دارای جرم و بار است، اما در عین حال، جریان الکترون ها، مانند یک موج، با توانایی پراش مشخص می شود.

برای توصیف وضعیت یک الکترون در یک اتم، از نمایش ها استفاده می شود مکانیک کوانتومیکه بر اساس آن الکترون مسیر مشخصی ندارد و می تواند در هر نقطه ای از فضا قرار گیرد اما با احتمالات متفاوت.

ناحیه ای از فضای اطراف هسته که در آن احتمال یافتن الکترون بیشتر است، اوربیتال اتمی نامیده می شود.

یک اوربیتال اتمی می تواند اشکال، اندازه ها و جهت گیری های متفاوتی داشته باشد. به اوربیتال اتمی ابر الکترونی نیز گفته می شود.

از نظر گرافیکی، یک اوربیتال اتمی معمولاً به عنوان یک سلول مربع نشان داده می شود:

مکانیک کوانتومی دارای یک دستگاه ریاضی بسیار پیچیده است، بنابراین، در چارچوب دوره مدرسهشیمی، تنها پیامدهای نظریه مکانیک کوانتومی در نظر گرفته شده است.

با توجه به این پیامدها، هر اوربیتال اتمی و الکترون واقع در آن کاملاً با 4 عدد کوانتومی مشخص می شود.

• عدد کوانتومی اصلی، n، انرژی کل یک الکترون را در یک اوربیتال معین تعیین می کند. محدوده مقادیر عدد کوانتومی اصلی - همه اعداد صحیح، یعنی n = 1،2،3،4، 5 و غیره
• عدد کوانتومی مداری - l - شکل اوربیتال اتمی را مشخص می کند و می تواند هر عدد صحیحی را از 0 تا n-1 بگیرد، جایی که n، یادآوری، عدد کوانتومی اصلی است.

اوربیتال هایی با l = 0 نامیده می شوند س-اوربیتال ها. s-اوربیتال ها کروی شکل هستند و هیچ جهتی در فضا ندارند:

اوربیتال هایی با l = 1 نامیده می شوند پ-اوربیتال ها. این اوربیتال ها به شکل یک شکل سه بعدی هشت هستند، یعنی. شکلی که با چرخاندن شکل هشت به دور یک محور تقارن به دست می‌آید و از نظر ظاهری شبیه یک دمبل است:

اوربیتال هایی با l = 2 نامیده می شوند د-اوربیتال ها، و با l = 3 - f-اوربیتال ها. ساختار آنها بسیار پیچیده تر است.

3) عدد کوانتومی مغناطیسی - m l - جهت گیری فضایی یک اوربیتال اتمی خاص را تعیین می کند و طرح ریزی تکانه زاویه ای مداری را بر روی جهت بیان می کند. میدان مغناطیسی. عدد کوانتومی مغناطیسی ml مربوط به جهت اوربیتال نسبت به جهت بردار قدرت میدان مغناطیسی خارجی است و می تواند هر مقدار صحیحی را از -l تا +l بگیرد، از جمله 0، به عنوان مثال. تعداد کل مقادیر ممکن (2l+1) است. بنابراین، برای مثال، برای l = 0 m l = 0 (یک مقدار)، برای l = 1 m l = -1، 0، +1 (سه مقدار)، برای l = 2 m l = -2، -1، 0، + 1، +2 (پنج مقدار عدد کوانتومی مغناطیسی) و غیره.

بنابراین، برای مثال، اوربیتال های p، i.e. اوربیتال هایی با عدد کوانتومی مداری l = 1، که به شکل "شکل سه بعدی هشت" هستند، با سه مقدار از عدد کوانتومی مغناطیسی (-1، 0، +1) مطابقت دارند که به نوبه خود، مطابق با سه جهت عمود بر یکدیگر در فضا است.

4) عدد کوانتومی اسپین (یا به سادگی اسپین) - m s - می تواند به طور معمول مسئول جهت چرخش الکترون در اتم در نظر گرفته شود؛ می تواند مقادیری به خود بگیرد. الکترون‌ها با اسپین‌های مختلف با فلش‌های عمودی نشان داده می‌شوند طرف های مختلف: ↓ و .

مجموعه تمام اوربیتال‌های یک اتم که عدد کوانتومی اصلی یکسانی دارند، سطح انرژی یا پوسته الکترونی. هر سطح انرژی دلخواه با مقداری عدد n از n 2 اوربیتال تشکیل شده است.

مجموعه ای از اوربیتال ها با مقادیر یکسان عدد کوانتومی اصلی و عدد کوانتومی مداری یک سطح فرعی انرژی را نشان می دهد.

هر سطح انرژی که مربوط به عدد کوانتومی اصلی n است، حاوی n سطح فرعی است. به نوبه خود، هر زیرسطح انرژی با عدد کوانتومی مداری l از (2l+1) اوربیتال تشکیل شده است. بنابراین، سطح فرعی s از یک اوربیتال s، سطح فرعی p از سه اوربیتال p، زیرسطح d از پنج اوربیتال d و زیرسطح f از هفت اوربیتال f تشکیل شده است. همانطور که قبلاً ذکر شد، یک اوربیتال اتمی اغلب با یک سلول مربعی نشان داده می شود، زیرسطح های s-، p-، d- و f را می توان به صورت گرافیکی به صورت زیر نشان داد:

هر اوربیتال مربوط به یک مجموعه کاملاً تعریف شده از سه عدد کوانتومی n، l و m l است.

توزیع الکترون ها در بین اوربیتال ها پیکربندی الکترون نامیده می شود.

پر شدن اوربیتال های اتمی با الکترون مطابق با سه شرط انجام می شود:

• اصل حداقل انرژی: الکترون ها اوربیتال ها را از پایین ترین سطح انرژی پر می کنند. ترتیب سطوح فرعی به ترتیب افزایش انرژی آنها به شرح زیر است: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;

برای سهولت به خاطر سپردن این توالی پر کردن سطوح فرعی الکترونیکی، تصویر گرافیکی زیر بسیار راحت است:

• اصل پائولی: هر اوربیتال نمی تواند بیش از دو الکترون داشته باشد.

اگر در یک اوربیتال یک الکترون وجود داشته باشد، آن را جفت نشده و اگر دو عدد باشد، جفت الکترون نامیده می شود.

• قانون هوند: پایدارترین حالت یک اتم حالتی است که در آن در یک سطح فرعی، اتم حداکثر تعداد ممکن الکترون های جفت نشده را داشته باشد. این پایدارترین حالت اتم، حالت پایه نامیده می شود.

در واقع، موارد فوق به این معنی است که برای مثال، قرار دادن الکترون های 1، 2، 3 و 4 در سه اوربیتال سطح فرعی p به صورت زیر انجام می شود:

پرکردن اوربیتال های اتمی از هیدروژن که دارای عدد بار 1 است تا کریپتون (Kr) با عدد بار 36 به صورت زیر انجام می شود:

چنین نمایشی از ترتیب پر شدن اوربیتال های اتمی، نمودار انرژی نامیده می شود. بر اساس نمودارهای الکترونیکی عناصر منفرد، می توان فرمول های الکترونیکی (پیکربندی) آنها را یادداشت کرد. بنابراین، برای مثال، عنصری با 15 پروتون و در نتیجه، 15 الکترون، یعنی. فسفر (P) دارای نمودار انرژی زیر است:

هنگامی که به فرمول الکترونیکی تبدیل می شود، اتم فسفر به شکل زیر در می آید:

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

اعداد اندازه نرمال در سمت چپ نماد تراز فرعی، عدد سطح انرژی را نشان می‌دهند، و اعداد بالای سمت راست نماد سطح فرعی، تعداد الکترون‌ها را در زیرسطح مربوطه نشان می‌دهند.

در زیر فرمول های الکترونیکی 36 عنصر اول جدول تناوبی توسط D.I. مندلیف.

دوره زمانی	مورد شماره.	سمبل	نام	فرمول الکترونیکی
من	1	اچ	هیدروژن	1s 1
	2	او	هلیوم	1s 2
II	3	لی	لیتیوم	1s 2 2s 1
	4	بودن	بریلیم	1s 2 2s 2
	5	ب	بور	1s 2 2s 2 2p 1
	6	سی	کربن	1s 2 2s 2 2p 2
	7	ن	نیتروژن	1s 2 2s 2 2p 3
	8	O	اکسیژن	1s 2 2s 2 2p 4
	9	اف	فلوئور	1s 2 2s 2 2p 5
	10	Ne	نئون	1s 2 2s 2 2p 6
III	11	Na	سدیم	1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
	12	Mg	منیزیم	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
	13	ال	آلومینیوم	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
	14	سی	سیلیکون	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2
	15	پ	فسفر	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
	16	اس	گوگرد	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
	17	Cl	کلر	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
	18	آر	آرگون	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
IV	19	ک	پتاسیم	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1
	20	حدود	کلسیم	1s 2 2 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2
	21	Sc	اسکاندیم	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1
	22	Ti	تیتانیوم	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2
	23	V	وانادیم	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3
	24	Cr	کروم	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 در اینجا ما پرش یک الکترون را با سبر دزیرسطح
	25	منگنز	منگنز	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5
	26	Fe	اهن	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6
	27	شرکت	کبالت	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7
	28	نی	نیکل	1s 2 2 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8
	29	مس	فلز مس	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 در اینجا ما پرش یک الکترون را با سبر دزیرسطح
	30	روی	فلز روی	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
	31	GA	گالیوم	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1
	32	GE	ژرمانیوم	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2
	33	مانند	آرسنیک	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3
	34	ببینید	سلنیوم	1s 2 2 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4 p 4
	35	برادر	برم	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5
	36	Kr	کریپتون	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

همانطور که قبلا ذکر شد، الکترون ها در اوربیتال های اتمی در حالت پایه خود بر اساس اصل حداقل انرژی قرار دارند. با این حال، در حضور اوربیتال های خالی p در حالت پایه اتم، اغلب با دادن انرژی اضافی به آن، اتم را می توان به حالت به اصطلاح برانگیخته منتقل کرد. به عنوان مثال، یک اتم بور در حالت پایه خود دارای یک پیکربندی الکترونیکی و یک نمودار انرژی به شکل زیر است:

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

و در حالت برانگیخته (*)، یعنی. هنگامی که مقداری انرژی به یک اتم بور داده می شود، پیکربندی الکترونی و نمودار انرژی آن به شکل زیر خواهد بود:

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

بسته به اینکه کدام سطح فرعی در اتم آخرین پر شده باشد، عناصر شیمیایی به s، p، d یا f تقسیم می شوند.

یافتن عناصر s، p، d و f در جدول D.I. مندلیف:

• عناصر s آخرین زیرسطح s را دارند که باید پر شوند. این عناصر شامل عناصر زیرگروه اصلی (در سمت چپ سلول جدول) گروه های I و II هستند.
• برای عناصر p، زیرسطح p پر شده است. عناصر p شامل شش عنصر آخر هر دوره به جز اول و هفتم و همچنین عناصر زیرگروه اصلی گروه III-VIII است.
• عناصر d در دوره های بزرگ بین عناصر s و p قرار می گیرند.
• عناصر f لانتانیدها و اکتینیدها نامیده می شوند. آنها در پایین جدول D.I ذکر شده اند. مندلیف.

اتم کوچکترین ذره یک ماده شیمیایی است که می تواند خواص خود را حفظ کند. کلمه "اتم" از یونان باستان "atomos" به معنای "تقسیم ناپذیر" گرفته شده است. بسته به اینکه چند و چند ذره در یک اتم وجود دارد، یک عنصر شیمیایی را می توان تعیین کرد.

به طور خلاصه در مورد ساختار اتم

چگونه می توانید اطلاعات اولیه را در مورد ذره ای با یک هسته که دارای بار مثبت است به اختصار فهرست کنید. در اطراف این هسته ابری از الکترون ها با بار منفی قرار دارد. هر اتم در حالت عادی خود خنثی است. اندازه این ذره را می توان کاملاً با اندازه ابر الکترونی که هسته را احاطه کرده است تعیین کرد.

خود هسته نیز به نوبه خود از ذرات کوچکتر - پروتون و نوترون - تشکیل شده است. پروتون ها دارای بار مثبت هستند. نوترون ها هیچ باری حمل نمی کنند. با این حال، پروتون ها و نوترون ها در یک دسته ترکیب می شوند و نوکلئون نامیده می شوند. اگر اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم به طور خلاصه مورد نیاز باشد، آنگاه این اطلاعات را می توان به داده های فهرست شده محدود کرد.

اولین اطلاعات در مورد اتم

یونانیان باستان مشکوک بودند که ماده می تواند از ذرات کوچک تشکیل شده باشد. آنها معتقد بودند که هر چیزی که وجود دارد از اتم ساخته شده است. با این حال، چنین دیدگاهی ماهیت کاملاً فلسفی داشت و قابل تفسیر علمی نیست.

اولین کسی که اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم به دست آورد یک دانشمند انگلیسی بود، این محقق بود که توانست کشف کند که دو عنصر شیمیایی می توانند با نسبت های مختلف وارد شوند و هر یک از این ترکیبات نشان دهنده یک ماده جدید است. به عنوان مثال، هشت قسمت از عنصر اکسیژن باعث ایجاد دی اکسید کربن می شود. چهار قسمت اکسیژن مونوکسید کربن است.

در سال 1803، دالتون به اصطلاح قانون نسبت های چندگانه را در شیمی کشف کرد. دالتون با استفاده از اندازه‌گیری‌های غیرمستقیم (از آنجایی که حتی یک اتم را نمی‌توانست زیر میکروسکوپ آن زمان بررسی کند)، درباره وزن نسبی اتم‌ها نتیجه‌گیری کرد..

تحقیق رادرفورد

تقریباً یک قرن بعد، اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم ها توسط شیمیدان انگلیسی دیگر تأیید شد - Scientist مدلی از پوسته الکترونی کوچکترین ذرات را پیشنهاد کرد.

در آن زمان، «مدل سیاره‌ای اتم» رادرفورد یکی از مهم‌ترین گام‌هایی بود که شیمی می‌توانست بردارد. اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم نشان می دهد که این اتم شبیه منظومه شمسی است: ذرات الکترون در مدارهایی کاملاً مشخص به دور هسته می چرخند، درست مانند سیارات.

پوسته الکترونیکی اتم ها و فرمول های اتم های عناصر شیمیایی

پوسته الکترونی هر اتم دقیقاً به تعداد پروتون های هسته آن الکترون دارد. به همین دلیل است که اتم خنثی است. در سال 1913 دانشمند دیگری به اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم دست یافت. فرمول نیلز بور شبیه فرمول رادرفورد بود. بر اساس مفهوم او، الکترون ها نیز به دور هسته واقع در مرکز می چرخند. بور نظریه رادرفورد را اصلاح کرد و با واقعیت های آن هماهنگی ایجاد کرد.

حتی در آن زمان، فرمول هایی برای برخی از مواد شیمیایی تدوین شد. به عنوان مثال، از نظر شماتیک ساختار اتم نیتروژن به صورت 1s 2 2s 2 2p 3 نشان داده می شود، ساختار اتم سدیم با فرمول 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 بیان می شود. از طریق این فرمول ها می توانید ببینید که چند الکترون در هر یک از اوربیتال های یک ماده شیمیایی خاص حرکت می کنند.

مدل شرودینگر

با این حال، بعداً این مدل اتمی نیز منسوخ شد. اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم که امروزه برای علم شناخته شده است، عمدتاً به لطف تحقیقات فیزیکدان اتریشی در دسترس قرار گرفت.

او مدل جدیدی از ساختار آن را پیشنهاد کرد - مدل موج. در این زمان، دانشمندان قبلاً ثابت کرده بودند که الکترون نه تنها دارای ماهیت یک ذره است، بلکه دارای خواص موج نیز است.

با این حال، مدل شرودینگر و رادرفورد نیز دارای مقررات کلی است. نظریه های آنها از این نظر مشابه است که الکترون ها در سطوح خاصی وجود دارند.

به چنین سطوحی لایه های الکترونیکی نیز گفته می شود. با استفاده از عدد تراز، انرژی الکترون را می توان مشخص کرد. هر چه لایه بالاتر باشد، انرژی بیشتری دارد. همه سطوح از پایین به بالا شمارش می شوند، بنابراین تعداد سطح با انرژی آن مطابقت دارد. هر یک از لایه های لایه الکترونی یک اتم سطوح فرعی خود را دارد. در این مورد، سطح اول ممکن است یک سطح فرعی، دوم - دو، سوم - سه، و غیره داشته باشد (به فرمول های الکترونیکی بالا برای نیتروژن و سدیم مراجعه کنید).

حتی ذرات کوچکتر

البته در حال حاضر ذرات کوچکتر از الکترون، پروتون و نوترون نیز کشف شده است. مشخص است که پروتون از کوارک ها تشکیل شده است. حتی ذرات کوچکتری در جهان وجود دارد - برای مثال، نوترینو، که اندازه آن صد برابر کوچکتر از یک کوارک و یک میلیارد بار کوچکتر از یک پروتون است.

یک نوترینو آنقدر ذره کوچک است که 10 سپتیلیون برابر کوچکتر از یک تیرانوزاروس رکس است. خود تیرانوزاروس از نظر اندازه چند برابر کوچکتر از کل جهان قابل مشاهده است.

اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم: رادیواکتیویته

همیشه مشخص بوده است که هیچ واکنش شیمیایی نمی تواند یک عنصر را به عنصر دیگر تبدیل کند. اما در فرآیند تشعشعات رادیواکتیو این امر به طور خود به خود اتفاق می افتد.

رادیواکتیویته توانایی هسته های اتمی برای تبدیل شدن به هسته های دیگر - هسته های پایدارتر است. هنگامی که مردم اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم ها را دریافت کردند، ایزوتوپ ها تا حدی می توانند به عنوان تجسم رویاهای کیمیاگران قرون وسطی عمل کنند.

با فروپاشی ایزوتوپ ها، تشعشعات رادیواکتیو ساطع می شود. این پدیده اولین بار توسط بکرل کشف شد. نوع اصلی تشعشعات رادیواکتیو، واپاشی آلفا است. هنگامی که رخ می دهد، یک ذره آلفا آزاد می شود. واپاشی بتا نیز وجود دارد که در آن یک ذره بتا از هسته یک اتم خارج می شود.

ایزوتوپ های طبیعی و مصنوعی

در حال حاضر حدود 40 ایزوتوپ طبیعی شناخته شده است. اکثر آنها در سه دسته اورانیوم-رادیوم، توریم و اکتینیم قرار دارند. همه این ایزوتوپ ها را می توان در طبیعت یافت - در سنگ ها، خاک، هوا. اما در کنار آنها، حدود هزار ایزوتوپ مشتق شده مصنوعی نیز شناخته شده است که در راکتورهای هسته ای تولید می شوند. بسیاری از این ایزوتوپ ها در پزشکی به ویژه در تشخیص استفاده می شوند..

نسبت های درون یک اتم

اگر اتمی را تصور کنیم که ابعاد آن با ابعاد یک استادیوم ورزشی بین‌المللی قابل مقایسه باشد، می‌توانیم به صورت بصری نسبت‌های زیر را بدست آوریم. الکترون های یک اتم در چنین "استادیومی" در بالای جایگاه ها قرار خواهند گرفت. هر کدام کوچکتر از سر یک سنجاق خواهند بود. سپس هسته در مرکز این میدان قرار می گیرد و اندازه آن از اندازه یک نخود بزرگتر نخواهد بود.

گاهی اوقات مردم می پرسند که یک اتم واقعاً چه شکلی است. در واقع، به معنای واقعی کلمه به هیچ چیز شبیه نیست - نه به این دلیل که میکروسکوپ های مورد استفاده در علم به اندازه کافی خوب نیستند. ابعاد یک اتم در مناطقی است که مفهوم "رویت" به سادگی وجود ندارد.

اتم ها از نظر اندازه بسیار کوچک هستند. اما واقعا این اندازه ها چقدر کوچک هستند؟ واقعیت این است که کوچکترین دانه نمک که به سختی برای چشم انسان قابل مشاهده است، حاوی حدود یک کوینتیلیون اتم است.

اگر اتمی به این اندازه را تصور کنیم که بتواند در دست انسان جا شود، در کنار آن ویروس هایی به طول 300 متر وجود خواهد داشت. طول باکتری 3 کیلومتر و ضخامت موی انسان 150 کیلومتر خواهد بود. در حالت خوابیده به پشت، او قادر خواهد بود از مرزهای جو زمین فراتر رود. و اگر چنین نسبت‌هایی معتبر بود، در آن صورت یک موی انسان می‌توانست از نظر طول به ماه برسد. این یک اتم پیچیده و جالب است که دانشمندان تا به امروز به مطالعه آن ادامه می دهند.

کارهای آزمایشگاهی

درس های عملی

کار کلاسی مستقل

تکالیف مستقل (محاسبه استاندارد)

کنترل (دفاع، جلسات، آزمون ها، امتحانات)

کتاب های درسی و آموزشی

N.V.Korovin. شیمی عمومی

درس شیمی عمومی. نظریه و مسائل (ویرایش N.V. Korovin، B.I. Adamson)

N.V. Korovin و دیگران. کار آزمایشگاهی در شیمی

طرح تقویم

الکترولیت ها،

معادل شیمیایی

هیدرولیز، PR

فرم الکتریکی-

13(2 )

GE، الکترولیز،

27(13,16)

14(2 )

خوردگی

اعداد کوانتومی

17(2 )

18(2 )

پیوند شیمیایی

مجتمع ها

ترمودینامیک

سینتیک.

6(2,3 )

تعادل

مقدمه ای بر شیمی

شیمی در موسسه انرژی یک رشته نظری عمومی اساسی است.

شیمی یک علم طبیعی است که به مطالعه ترکیب، ساختار، خواص و تبدیل مواد و همچنین پدیده های همراه با این دگرگونی ها می پردازد.

	M.V. Lomonosov						D.I.Mendeleev
	"شیمیایی
							"مبانی شیمی" 1871
	در نظر دارد		خواص
							ز) - "شیمی -
	تغییر می کند
							دکترین عناصر و
	توضیح می دهد
							ارتباطات آنها."
				شیمیایی

تحولات رخ می دهد.»

"عصر طلایی شیمی" (اواخر 19 اوایل قرن 20)

قانون تناوبی D.I.Mendeleev (1896)

مفهوم ظرفیت ارائه شده توسط E. Frankland (1853)

نظریه ساختار ترکیبات آلی توسط A.M. Butlerov (1861-1863)

الف. نظریه ورنر در مورد ترکیبات پیچیده

قانون کنش جمعی توسط M. Gultberg و L. Waage

ترموشیمی عمدتاً توسط G.I. Hess

نظریه تفکیک الکترولیتی توسط S. Arrhenius

اصل تعادل متحرک توسط A. Le Chatelier

قانون فاز جی دبلیو گیبس

نظریه بور-سامرفلد در مورد ساختار پیچیده اتم (1913-1916)

اهمیت مرحله فعلی توسعه شیمی

درک قوانین شیمی و کاربرد آنها به شما این امکان را می دهد که فرآیندها، ماشین آلات، تاسیسات و دستگاه های جدید ایجاد کنید.

تهیه برق، سوخت، فلزات، مواد مختلف، مواد غذایی و غیره. ارتباط مستقیم با واکنش های شیمیایی به عنوان مثال، انرژی الکتریکی و مکانیکی در حال حاضر عمدتاً از طریق تبدیل انرژی شیمیایی سوخت های طبیعی (واکنش های احتراق، برهمکنش آب و ناخالصی های آن با فلزات و غیره) به دست می آید. بدون درک این فرآیندها، اطمینان از عملکرد کارآمد نیروگاه ها و موتورهای احتراق داخلی غیرممکن است.

دانش شیمی برای موارد زیر ضروری است:

- شکل گیری جهان بینی علمی،

- برای توسعه تفکر تخیلی،

- رشد خلاق متخصصان آینده

مرحله فعلی توسعه شیمی با استفاده گسترده از مکانیک کوانتومی (موج) برای تفسیر و محاسبه پارامترهای شیمیایی مواد و سیستم های مواد مشخص می شود و بر اساس یک مدل مکانیکی کوانتومی از ساختار اتم است.

اتم یک میکروسیستم الکترومغناطیسی پیچیده است که دارای خواص یک عنصر شیمیایی است.

ساختار اتمی

ایزوتوپ ها انواعی از اتم های یک ماده شیمیایی هستند

عناصری که دارای عدد اتمی یکسان اما اعداد اتمی متفاوت هستند

Mr (Cl) = 35*0.7543 + 37*0.2457 = 35.491

اصول اولیه مکانیک کوانتومی

مکانیک کوانتومی- رفتار اجسام ریز متحرک (از جمله الکترون ها) - این است

تجلی همزمان هر دو ویژگی ذرات و خواص امواج - ماهیت دوگانه (موج جسمی).

کمی سازی انرژی:ماکس پلانک (1900، آلمان) –

مواد در بخش های مجزا (کوانتوم) انرژی ساطع و جذب می کنند. انرژی کوانتومی با فرکانس تابش (نوسان) ν متناسب است:

h - ثابت پلانک (6.626·10-34 J·s)؛ ν=σ/λ، σ – سرعت نور، λ – طول موج

آلبرت انیشتین (1905): هر تشعشعی یک جریان کوانتومی انرژی (فوتون) است E = m v 2

لویی دو بروگلی (1924، فرانسه): الکترون نیز مشخص می شودموج ذرهدوگانگی - تابش به صورت موج منتشر می شود و از ذرات کوچک (فوتون) تشکیل شده است.

		ذره - m		mv، E =mv 2
	موج - ،			E 2 = h = hv /
	طول موج متصل با جرم و سرعت:
		E1 = E2;		H/MV
	عدم قطعیت			ورنر هایزنبرگ (1927،
آلمان)		کار کردن	عدم قطعیت ها		مفاد
(مختصات)		ذرات x و	ضربه (mv) نه		شاید

کمتر از h/2

x (mv) h/2 (- خطا، عدم قطعیت) I.e. تعیین موقعیت و تکانه یک ذره اساساً در هر زمانی با دقت مطلق غیرممکن است.

اوربیتال اتمی ابر الکترونی (AO)

که مکان دقیق یک ذره (الکترون) با مفهوم احتمال آماری یافتن آن در یک فضای حجم معین (نزدیک به هسته ای) جایگزین می شود.

حرکت e- دارای خاصیت موجی است و شرح داده شده است

2 dv - چگالی احتمال یافتن e- در حجم معینی نزدیک فضای هسته ای. این فضا نامیده می شود اوربیتال اتمی (AO).

در سال 1926، شرودینگر معادله ای را پیشنهاد کرد که به صورت ریاضی وضعیت e - را در یک اتم توصیف می کند. حل کردن آن

تابع موج را پیدا کنید در یک مورد ساده به 3 مختصات بستگی دارد

یک الکترون حامل بار منفی است، اوربیتال آن نشان دهنده توزیع بار معینی است و نامیده می شود ابر الکترونی

اعداد کوانتومی

معرفی شده برای مشخص کردن موقعیت یک الکترون در یک اتم مطابق با معادله شرودینگر

1. عدد کوانتومی اصلی(ن)

انرژی یک الکترون - سطح انرژی را تعیین می کند

اندازه ابر الکترونی را نشان می دهد (اوربیتال)

مقادیر از 1 تا را می گیرد

n (شماره سطح انرژی): 1 2 3 4 و غیره

2. عدد کوانتومی مداری(ل) :

تعیین می کند - تکانه زاویه ای مداری یک الکترون

شکل اوربیتال را نشان می دهد

مقادیر از 0 تا (n -1) را می گیرد

از نظر گرافیکی AO با عدد کوانتومی مداری نشان داده می شود: 0 1 2 3 4

سطح فرعی انرژی: s p d f g

E افزایش می یابد

l = 0	s – زیرسطح s –AO
	p- زیرسطح p-AO

هر n مربوط به تعداد معینی از مقادیر l است، یعنی. هر سطح انرژی به سطوح فرعی تقسیم می شود. تعداد سطوح فرعی برابر با تعداد سطح است.

سطح انرژی اول → 1 زیرسطح → 1 ثانیه 2 سطح انرژی → 2 سطح فرعی → 2s2p سطح انرژی سوم → 3 سطح فرعی → 3s 3p 3d

سطح انرژی چهارم → 4 سطح فرعی → 4s 4p 4d 4f و غیره.

3. عدد کوانتومی مغناطیسی(ml)

تعیین می کند - مقدار پیش بینی تکانه زاویه ای مداری الکترون بر روی یک محور دلخواه انتخاب شده

جهت گیری فضایی JSC را نشان می دهد

مقادیر را می گیرد - از -l تا + l

هر مقدار l مربوط به مقادیر (2l +1) عدد کوانتومی مغناطیسی است، یعنی. (2l +1) مکان های ممکن یک ابر الکترونی از یک نوع معین در فضا.

s - حالت - یک اوربیتال (2 0+1=1) - m l = 0، زیرا l = 0

p - حالت - سه اوربیتال (2 1+1=3)

m l : +1 0 -1، زیرا l = 1

میلی لیتر = + 1

m l = 0

ml = -1

تمام مدارهای متعلق به یک سطح فرعی انرژی یکسان دارند و به آنها منحط می گویند.

نتیجه گیری: AO با مجموعه خاصی از n، l، m l مشخص می شود. اندازه، شکل و جهت گیری در فضا.

4. عدد کوانتومی اسپین (ms)

"چرخش" - "دوک نخ ریسی"

گشتاور مکانیکی خود الکترون را در ارتباط با چرخش آن حول محور خود تعیین می کند

مقادیر - (-1/2· h/2) یا (+1/2· h/2) را می گیرد.

n=3

l = 1

m l = -1، 0، +1

m s = + 1/2

اصول و قواعد

پیکربندی های الکترونیکی اتم ها

(در قالب فرمول های پیکربندی الکترونیکی)

عدد سطح انرژی را به اعداد نشان دهید

سطح فرعی انرژی با حروف (s، p، d، f) نشان داده می شود.

توان فرعی به معنای عدد است

الکترون ها در این سطح فرعی

19 K 1s2 2s2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

کمترین

الکترون های یک اتم کمترین حالت انرژی را دارند که با پایدارترین حالت آن مطابقت دارد.

1s 2s 2 p 3 s 3 p 3 d 4 s 4 p 4 d 4 f

E را افزایش دهید

کلچکوفسکی

الکترون ها به صورت متوالی در اوربیتال ها قرار می گیرند که با افزایش مجموع اعداد کوانتومی اصلی و مداری (n+l) مشخص می شود. با همان مقادیر این مجموع، اوربیتال با مقدار کوچکتر از عدد کوانتومی اصلی n زودتر پر می شود.

1 ثانیه<2 s < 2 p = 3 s < 3 p = 4 s < 3 d = 4 p и т. д