RAZINE ENERGIJE

Naziv parametra	Značenje
Tema članka:	RAZINE ENERGIJE
Rubrika (tematska kategorija)	Obrazovanje

GRAĐA ATOMA

1. Razvoj teorije strukture atoma. S

2. Jezgra i elektronska ljuska atoma. S

3. Građa jezgre atoma. S

4. Nuklidi, izotopi, maseni broj. S

5. Razine energije.

6. Kvantno mehaničko objašnjenje strukture.

6.1. Orbitalni model atoma.

6.2. Pravila popunjavanja orbitala.

6.3. Orbitale sa s-elektronima (atomske s-orbitale).

6.4. Orbitale s p-elektronima (atomske p-orbitale).

6.5. Orbitale s d-f elektronima

7. Energetske podrazine višeelektronskog atoma. Kvantni brojevi.

RAZINE ENERGIJE

Struktura elektronska ljuska atoma određuju različite rezerve energije pojedinih elektrona u atomu. U skladu s Bohrovim modelom atoma, elektroni mogu zauzeti položaje u atomu koji odgovaraju točno određenim (kvantiziranim) energetskim stanjima. Ta se stanja nazivaju energetskim razinama.

Broj elektrona koji se mogu nalaziti u zasebnoj energetskoj razini određen je formulom 2n 2, gdje je n broj razine, koji se označava arapskim brojevima 1 - 7. Maksimalno ispunjenje prve četiri energetske razine je c . prema formuli 2n 2 iznosi: za prvu razinu – 2 elektrona, za drugu – 8, za treću – 18 i za četvrtu razinu – 32 elektrona. Nije postignuto maksimalno punjenje viših energetskih razina elektronima u atomima poznatih elemenata.

Riža. 1 prikazuje ispunjenje energetskih razina prvih dvadeset elemenata elektronima (od vodika H do kalcija Ca, crni krugovi). Popunjavanjem energetskih razina navedenim redoslijedom dobivamo najjednostavnije modele atoma elemenata, pri čemu se pridržavamo redoslijeda popunjavanja (odozdo prema gore i slijeva na desno na slici) sve dok posljednji elektron ne pokaže na simbol odgovarajući element.Na trećoj energetskoj razini M(maksimalni kapacitet je 18 e -) za elemente Na – Ar postoji samo 8 elektrona, tada se počinje graditi četvrta energetska razina N– na njoj se pojavljuju dva elektrona za elemente K i Ca. Sljedećih 10 elektrona ponovno zauzima razinu M(elementi Sc – Zn (nije prikazano), a zatim se nivo N nastavlja popunjavati sa još šest elektrona (elementi Ca-Kr, bijeli kružići).

Riža. 1

Riža. 2

Ako je atom u osnovnom stanju, tada njegovi elektroni zauzimaju razine s minimalnom energijom, tj. svaki sljedeći elektron zauzima energetski najpovoljniji položaj, kao na sl. 1. Pod vanjskim utjecajem na atom povezan s prijenosom energije na atom, npr. zagrijavanjem, elektroni se prenose na više energetske razine (slika 2). Ovo stanje atoma obično se naziva pobuđeno. Prostor oslobođen na nižoj energetskoj razini popunjava (kao povoljna pozicija) elektron s više energetske razine. Pri prijelazu elektron predaje malu količinu energije, što odgovara razlici energije između razina. Kao rezultat elektroničkih prijelaza pojavljuje se karakteristično zračenje. Iz spektralnih linija apsorbirane (emitirane) svjetlosti može se kvantitativno zaključiti o energetskim razinama atoma.

U skladu s Bohrovim kvantnim modelom atoma, elektron koji ima određenu energetsko stanje, kreće se u atomu po kružnoj orbiti. Elektroni s istom količinom energije nalaze se na jednakim udaljenostima od jezgre; svaka energetska razina ima svoj skup elektrona, koji je Bohr nazvao elektronskim slojem. Međutim, prema Bohru, elektroni jednog sloja kreću se duž sferne površine, elektroni sljedećeg sloja kreću se duž druge sferne površine. sve su kugle upisane jedna u drugu sa središtem koje odgovara atomskoj jezgri.

RAZINE ENERGIJE - pojam i vrste. Klasifikacija i značajke kategorije "ENERGETSKE RAZINE" 2017., 2018.

E.N.Frenkel

Lekcija iz kemije

Priručnik za one koji ne znaju, a žele naučiti i razumjeti kemiju

Dio I. Elementi opća kemija
(prva razina težine)

Nastavak. Vidi početak u broju 13, 18, 23/2007

Poglavlje 3. Osnovne informacije o strukturi atoma.
Periodični zakon D.I.Mendelejeva

Prisjetite se što je atom, od čega se atom sastoji, mijenja li se atom u kemijskim reakcijama.

Atom je električki neutralna čestica koja se sastoji od pozitivno nabijene jezgre i negativno nabijenih elektrona.

Broj elektrona se može mijenjati tijekom kemijskih procesa, ali nuklearni naboj uvijek ostaje isti. Poznavajući raspodjelu elektrona u atomu (atomsku strukturu), mogu se predvidjeti mnoga svojstva danog atoma, kao i svojstva jednostavnih i složene tvari, od kojih je uključen.

Struktura atoma, tj. sastav jezgre i raspodjela elektrona oko jezgre mogu se lako odrediti položajem elementa u periodni sustav elemenata.

U periodnom sustavu D. I. Mendeljejeva kemijski elementi raspoređeni su u određenom nizu. Ovaj niz je usko povezan s atomskom strukturom ovih elemenata. Svaki kemijski element u sustavu je dodijeljen serijski broj, osim toga, možete odrediti broj perioda, broj grupe i vrstu podgrupe za nju.

Sponzor objave članka je internet trgovina "Megamech". U trgovini ćete pronaći krznene proizvode za svačiji ukus - jakne, prsluke i krznene kapute od lisice, nutrije, zeca, nerca, srebrne lisice, arktičke lisice. Tvrtka vam također nudi kupnju luksuznih proizvoda od krzna i korištenje usluga krojenja po narudžbi. Veleprodaja i maloprodaja krznenih proizvoda - od proračunske kategorije do luksuzne klase, popusti do 50%, 1 godina jamstva, dostava u cijeloj Ukrajini, Rusiji, zemljama ZND-a i EU, preuzimanje iz izložbenog prostora u Krivoj Rog, roba vodećih ukrajinskih proizvođača, Rusija, Turska i Kina. Katalog proizvoda, cijene, kontakte i savjete možete pogledati na web stranici koja se nalazi na adresi: "megameh.com".

Znajući točnu "adresu" kemijskog elementa - skupinu, podskupinu i broj perioda, možete nedvosmisleno odrediti strukturu njegovog atoma.

Razdoblje je vodoravni niz kemijskih elemenata. Suvremeni periodni sustav ima sedam perioda. Prva tri razdoblja su mali, jer sadrže 2 ili 8 elemenata:

1. period – H, He – 2 elementa;

2. period – Li…Ne – 8 elemenata;

3. period – Na...Ar – 8 elemenata.

Ostala razdoblja – velik. Svaki od njih sadrži 2-3 reda elemenata:

4. period (2 reda) – K...Kr – 18 elemenata;

6. period (3 reda) – Cs ... Rn – 32 elementa. Ovo razdoblje uključuje brojne lantanide.

Skupina– okomiti niz kemijskih elemenata. Ukupno je osam grupa. Svaka grupa se sastoji od dvije podgrupe: glavna podskupina I bočna podskupina. Na primjer:

Glavnu podskupinu čine kemijski elementi kratkih perioda (na primjer N, P) i velikih perioda (na primjer As, Sb, Bi).

Bočnu podskupinu tvore kemijski elementi samo dugih perioda (npr. V, Nb,
Ta).

Vizualno se ove podskupine lako razlikuju. Glavna podskupina je "visoka", počinje od 1. ili 2. razdoblja. Sekundarna podskupina je "niska", počinje od 4. razdoblja.

Dakle, svaki kemijski element periodnog sustava ima svoju adresu: razdoblje, skupinu, podskupinu, serijski broj.

Na primjer, vanadij V je kemijski element 4. perioda, V. skupine, sekundarne podskupine, redni broj 23.

Zadatak 3.1. Navedite razdoblje, skupinu i podskupinu za kemijski elementi sa rednim brojevima 8, 26, 31, 35, 54.

Zadatak 3.2. Navesti redni broj i naziv kemijskog elementa, ako je poznato da se nalazi:

a) u 4. periodu, VI grupa, sekundarna podgrupa;

b) u 5. periodu, IV grupa, glavna podgrupa.

Kako se podaci o položaju elementa u periodnom sustavu mogu povezati sa strukturom njegovog atoma?

Atom se sastoji od jezgre (imaju pozitivan naboj) i elektrona (imaju negativan naboj). Općenito, atom je električki neutralan.

Pozitivan atomski nuklearni naboj jednaki serijski broj kemijski element.

Jezgra atoma je složena čestica. Gotovo sva masa atoma koncentrirana je u jezgri. Budući da je kemijski element skup atoma s istim nuklearnim nabojem, pored simbola elementa naznačene su sljedeće koordinate:

Iz tih podataka može se odrediti sastav jezgre. Jezgra se sastoji od protona i neutrona.

Proton str ima masu 1 (1,0073 amu) i naboj +1. Neutron n nema naboja (neutralan), a masa mu je približno jednaka masi protona (1,0087 a.u.m.).

Naboj jezgre određen je protonima. Štoviše broj protona je jednak(po veličini) naboj atomske jezgre, tj. serijski broj.

Broj neutrona N određena razlikom između količina: „masa jezgre” A i "serijski broj" Z. Dakle, za atom aluminija:

N = A – Z = 27 –13 = 14n,

Zadatak 3.3. Odredite sastav atomske jezgre, ako je kemijski element u:

a) 3. period, VII grupa, glavna podgrupa;

b) 4. period, IV grupa, sekundarna podgrupa;

c) 5. razdoblje, I. skupina, glavna podskupina.

Pažnja! Pri određivanju masenog broja jezgre atoma potrebno je zaokružiti atomsku masu naznačenu u periodnom sustavu. To je učinjeno jer su mase protona i neutrona praktički cijeli brojevi, a masa elektrona se može zanemariti.

Odredimo koja od jezgri u nastavku pripada istom kemijskom elementu:

A (20 R + 20n),

B (19 R + 20n),

U 20 R + 19n).

Jezgre A i B pripadaju atomima istog kemijskog elementa, budući da sadrže isti broj protona, tj. naboji tih jezgri su isti. Istraživanja pokazuju da masa atoma nema značajan utjecaj na njegovu Kemijska svojstva.

Izotopi su atomi istog kemijskog elementa (isti broj protona) koji se razlikuju po masi ( drugačiji broj neutroni).

Izotopi i njihovi kemijski spojevi međusobno se razlikuju po fizička svojstva, ali su kemijska svojstva izotopa jednog kemijskog elementa ista. Dakle, izotopi ugljika-14 (14 C) imaju ista kemijska svojstva kao ugljik-12 (12 C), koji se nalaze u tkivima bilo kojeg živog organizma. Razlika se očituje samo u radioaktivnosti (izotop 14 C). Stoga se izotopi koriste za dijagnosticiranje i liječenje raznih bolesti te za znanstvena istraživanja.

Vratimo se opisu strukture atoma. Kao što je poznato, jezgra atoma se ne mijenja u kemijskim procesima. Što se mijenja? Ispada promjenjivo ukupni broj elektroni u atomu i distribucija elektrona. Općenito broj elektrona u neutralnom atomu Nije teško odrediti - jednak je serijskom broju, tj. naboj atomske jezgre:

Elektroni imaju negativan naboj od –1, a njihova masa je zanemariva: 1/1840 mase protona.

Negativno nabijeni elektroni se međusobno odbijaju i nalaze se na različitim udaljenostima od jezgre. pri čemu elektroni koji imaju približno jednake količine energije nalaze se na približno jednaka udaljenost iz jezgre i tvore energetsku razinu.

Broj energetskih razina u atomu jednak je broju perioda u kojem se kemijski element nalazi. Razine energije konvencionalno se označavaju na sljedeći način (na primjer, za Al):

Zadatak 3.4. Odredite broj energetskih razina u atomima kisika, magnezija, kalcija i olova.

Svaka energetska razina može sadržavati ograničeni broj elektrona:

Prvi nema više od dva elektrona;

Drugi nema više od osam elektrona;

Treći nema više od osamnaest elektrona.

Ovi brojevi pokazuju da, na primjer, druga energetska razina može imati 2, 5 ili 7 elektrona, ali ne može imati 9 ili 12 elektrona.

Važno je znati da bez obzira na razinu energije broj na vanjska razina(zadnji) ne može imati više od osam elektrona. Vanjska energetska razina od osam elektrona je najstabilnija i naziva se potpuna. Takve razine energije nalaze se u najneaktivnijim elementima – plemenitim plinovima.

Kako odrediti broj elektrona u vanjskoj razini preostalih atoma? Za to postoji jednostavno pravilo: broj vanjskih elektrona jednako:

Za elemente glavnih podskupina - broj skupine;

Za elemente pobočnih podskupina ne može biti više od dva.

Na primjer (slika 5):

Zadatak 3.5. Navedite broj vanjskih elektrona za kemijske elemente s atomskim brojevima 15, 25, 30, 53.

Zadatak 3.6. Pronađite kemijske elemente u periodnom sustavu čiji atomi imaju završenu vanjsku razinu.

Vrlo je važno ispravno odrediti broj vanjskih elektrona, jer s njima su povezana najvažnija svojstva atoma. Dakle, u kemijske reakcije atomi nastoje steći stabilnu, potpunu vanjsku razinu (8 e). Stoga atomi koji imaju malo elektrona na svojoj vanjskoj razini radije ih odaju.

Kemijski elementi čiji su atomi sposobni samo davati elektrone nazivaju se metali. Očito, trebalo bi biti nekoliko elektrona na vanjskoj razini atoma metala: 1, 2, 3.

Ako postoji mnogo elektrona u vanjskoj energetskoj razini atoma, tada takvi atomi imaju tendenciju prihvaćanja elektrona dok se vanjska energetska razina ne završi, tj. do osam elektrona. Takvi elementi se nazivaju nemetali.

Pitanje. Jesu li kemijski elementi sekundarnih podskupina metali ili nemetali? Zašto?

Odgovor: Metali i nemetali glavnih podskupina u periodnom sustavu odvojeni su linijom koja se može povući od bora do astatina. Iznad ove linije (i na liniji) su nemetali, ispod - metali. Svi elementi bočnih podskupina pojavljuju se ispod ove crte.

Zadatak 3.7. Odredi jesu li metali ili nemetali: fosfor, vanadij, kobalt, selen, bizmut. Koristite položaj elementa u periodnom sustavu kemijskih elemenata i broj elektrona u vanjskoj ljusci.

Kako biste sastavili distribuciju elektrona po preostalim razinama i podrazinama, trebali biste koristiti sljedeći algoritam.

1. Odrediti ukupan broj elektrona u atomu (prema atomskom broju).

2. Odredite broj energetskih razina (po broju razdoblja).

3. Odrediti broj vanjskih elektrona (prema vrsti podskupine i broju skupine).

4. Navedite broj elektrona na svim razinama osim na pretposljednjoj.

Na primjer, prema stavcima 1-4 za atom mangana se određuje:

Ukupno 25 e; raspodijeljeno (2 + 8 + 2) = 12 e; To znači da na trećoj razini postoji: 25 – 12 = 13 e.

Dobili smo distribuciju elektrona u atomu mangana:

Zadatak 3.8. Razradite algoritam crtajući dijagrame strukture atoma za elemente br. 16, 26, 33, 37. Označite jesu li metali ili nemetali. Objasni svoj odgovor.

Prilikom sastavljanja gornjih dijagrama strukture atoma, nismo uzeli u obzir da elektroni u atomu zauzimaju ne samo razine, već i određene podrazine svaku razinu. Navedene su vrste podrazina latiničnim slovima: s, str, d.

Broj mogućih podrazina jednak je broju razine. Prva razina se sastoji od jedne
s-podnivo. Drugi nivo se sastoji od dva podrazina - s I R. Treća razina - od tri podrazine - s, str I d.

Svaka podrazina može sadržavati strogo ograničen broj elektrona:

na s-podrazini – ne više od 2e;

na p-podrazini - ne više od 6e;

na d-podrazini – ne više od 10e.

Podrazine iste razine popunjavaju se strogo određenim redoslijedom: sstrd.

Tako, R-podrazina se ne može početi puniti ako nije ispunjena s-podrazina određene energetske razine itd. Na temelju ovog pravila nije teško stvoriti elektroničku konfiguraciju atoma mangana:

općenito elektronska konfiguracija atoma mangan se piše na sljedeći način:

25 Mn 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 6 3d 5 4s 2 .

Zadatak 3.9. Sastavite elektroničke konfiguracije atoma za kemijske elemente br. 16, 26, 33, 37.

Zašto je potrebno stvarati elektroničke konfiguracije atoma? Da bi se odredila svojstva ovih kemijskih elemenata. Treba imati na umu da samo valentni elektroni.

Valentni elektroni su na vanjskoj energetskoj razini i nepotpuni su
d-podrazina predvanjske razine.

Odredimo broj valentnih elektrona za mangan:

ili skraćeno: Mn... 3 d 5 4s 2 .

Što se može odrediti formulom za elektroničku konfiguraciju atoma?

1. Koji je to element - metal ili nemetal?

Mangan je metal jer vanjska (četvrta) razina sadrži dva elektrona.

2. Koji je proces karakterističan za metal?

Atomi mangana uvijek odustaju samo elektrone u reakcijama.

3. Koje elektrone i koliko će atom mangana prepustiti?

U reakcijama atom mangana otpušta dva vanjska elektrona (oni su najudaljeniji od jezgre i ona ih najslabije privlači), kao i pet vanjskih elektrona d-elektroni. Ukupan broj valentnih elektrona je sedam (2 + 5). U tom slučaju će osam elektrona ostati na trećoj razini atoma, tj. formira se završena vanjska razina.

Svi ovi argumenti i zaključci mogu se prikazati pomoću dijagrama (slika 6):

Rezultirajući konvencionalni naboji atoma nazivaju se oksidacijska stanja.

S obzirom na strukturu atoma, na sličan se način može pokazati da su tipična oksidacijska stanja za kisik –2, a za vodik +1.

Pitanje. S kojim kemijskim elementom mangan može tvoriti spojeve, uzimajući u obzir njegova gore dobivena oksidacijska stanja?

ODGOVOR: Samo s kisikom, jer njegov atom ima oksidacijsko stanje suprotnog naboja. Formule odgovarajućih manganovih oksida (ovdje oksidacijska stanja odgovaraju valencijama ovih kemijskih elemenata):

Struktura atoma mangana sugerira da mangan ne može imati viši stupanj oksidacije, jer u ovom slučaju bilo bi potrebno dotaknuti stabilnu, sada završenu, predvanjsku razinu. Dakle, oksidacijsko stanje +7 je najviše, a odgovarajući Mn 2 O 7 oksid je najviši manganov oksid.

Kako bismo konsolidirali sve ove koncepte, razmotrimo strukturu atoma telura i neka njegova svojstva:

Kao nemetal, Te atom može prihvatiti 2 elektrona prije nego završi vanjsku razinu i odustati od "dodatnih" 6 elektrona:

Zadatak 3.10. Nacrtajte elektronske konfiguracije atoma Na, Rb, Cl, I, Si, Sn. Odredite svojstva ovih kemijskih elemenata, formule njihovih najjednostavnijih spojeva (s kisikom i vodikom).

Praktični zaključci

1. U kemijskim reakcijama sudjeluju samo valentni elektroni koji mogu biti samo u posljednja dva nivoa.

2. Atomi metala mogu donirati samo valentne elektrone (sve ili nekoliko), prihvaćajući pozitivna oksidacijska stanja.

3. Atomi nemetala mogu prihvatiti elektrone (do osam nedostajućih), pri čemu poprimaju negativna oksidacijska stanja, a odustajati valentne elektrone (sve ili nekoliko), a poprimaju pozitivna oksidacijska stanja.

Usporedimo sada svojstva kemijskih elemenata jedne podskupine, na primjer natrija i rubidija:
Na...3 s 1 i Rb...5 s 1 .

Što je zajedničko atomskim strukturama ovih elemenata? Na vanjskoj razini svakog atoma, jedan elektron je aktivni metal. Aktivnost metala povezuje se sa sposobnošću odustajanja elektrona: što atom lakše odustaje od elektrona, to su njegova metalna svojstva izraženija.

Što drži elektrone u atomu? Njihova privlačnost do srži. Što su elektroni bliže jezgri, to ih jače privlači jezgra atoma, teže ih je “otkinuti”.

Na temelju toga odgovorit ćemo na pitanje: koji element - Na ili Rb - lakše predaje svoj vanjski elektron? Koji je element aktivniji metal? Očito, rubidij, jer njegovi valentni elektroni udaljeniji su od jezgre (i manje ih čvrsto drži jezgra).

Zaključak. U glavnim podskupinama, odozgo prema dolje, povećavaju se metalna svojstva, jer Povećava se radijus atoma, a jezgra manje privlači valentne elektrone.

Usporedimo svojstva kemijskih elemenata VIIa skupine: Cl...3 s 2 3str 5 i ja...5 s 2 5str 5 .

Oba kemijska elementa su nemetali, jer Jedan elektron nedostaje za dovršetak vanjske razine. Ovi će atomi aktivno privući nedostajući elektron. Štoviše, što atom nemetala jače privlači nedostajući elektron, to su njegova nemetalna svojstva (sposobnost prihvaćanja elektrona) izraženija.

Što uzrokuje privlačnost elektrona? Zbog pozitivnog naboja atomske jezgre. Osim toga, što je elektron bliže jezgri, to je njihovo međusobno privlačenje jače, nemetal je aktivniji.

Pitanje. Koji element ima izraženija nemetalna svojstva: klor ili jod?

ODGOVOR: Očito, s klorom, jer njegovi valentni elektroni nalaze se bliže jezgri.

Zaključak. Aktivnost nemetala u podskupinama opada odozgo prema dolje, jer Radijus atoma se povećava i jezgri postaje sve teže privući nedostajuće elektrone.

Usporedimo svojstva silicija i kositra: Si...3 s 2 3str 2 i Sn...5 s 2 5str 2 .

Vanjska razina oba atoma ima četiri elektrona. Međutim, ovi elementi u periodnom sustavu nalaze se na suprotnim stranama linije koja povezuje bor i astat. Stoga silicij, čiji se simbol nalazi iznad linije B–At, ima izraženija nemetalna svojstva. Naprotiv, kositar, čiji je simbol ispod linije B–At, pokazuje jača metalna svojstva. To se objašnjava činjenicom da su u atomu kositra četiri valentna elektrona uklonjena iz jezgre. Stoga je dodavanje nedostajuća četiri elektrona teško. Istodobno, oslobađanje elektrona s pete energetske razine događa se prilično lako. Za silicij su moguća oba procesa, s tim da prevladava prvi (prihvat elektrona).

Zaključci za 3. poglavlje.Što je manje vanjskih elektrona u atomu i što su dalje od jezgre, to su metalna svojstva jača.

Što više vanjskih elektrona ima u atomu i što su oni bliže jezgri, to se više pojavljuju nemetalna svojstva.

Na temelju zaključaka formuliranih u ovom poglavlju, može se sastaviti "karakteristika" za bilo koji kemijski element periodnog sustava elemenata.

Algoritam opisa svojstva
kemijski element svojim položajem
u periodnom sustavu

1. Nacrtajte dijagram strukture atoma, t.j. odrediti sastav jezgre i raspodjelu elektrona po energetskim razinama i podrazinama:

Odredite ukupan broj protona, elektrona i neutrona u atomu (prema atomskom broju i relativnom atomska masa);

Odrediti broj energetskih razina (po broju perioda);

Odrediti broj vanjskih elektrona (prema vrsti podskupine i broju skupine);

Navesti broj elektrona na svim energetskim razinama osim pretposljednje;

2. Odredite broj valentnih elektrona.

3. Utvrdite koja su svojstva - metalna ili nemetalna - izraženija kod određenog kemijskog elementa.

4. Odrediti broj predanih (primljenih) elektrona.

5. Odredite najviši i najniži stupanj oksidacije kemijskog elementa.

6. Sastavite za ova oksidacijska stanja kemijske formule najjednostavniji spojevi s kisikom i vodikom.

7. Odredite prirodu oksida i izradite jednadžbu njegove reakcije s vodom.

8. Za tvari navedene u stavku 6. sastavite jednadžbe karakteristične reakcije(vidi poglavlje 2).

Zadatak 3.11. Pomoću gornje sheme osmislite opise atoma sumpora, selena, kalcija i stroncija te svojstva tih kemijskih elemenata. Koji opća svojstva pokazati njihove okside i hidrokside?

Ako ste riješili vježbe 3.10 i 3.11, lako je uočiti da ne samo atomi elemenata iste podskupine, već i njihovi spojevi imaju zajednička svojstva i sličan sastav.

Periodični zakon D.I.Mendelejeva:svojstva kemijskih elemenata, kao i svojstva jednostavnih i složenih tvari koje oni tvore, periodički su ovisna o naboju jezgri njihovih atoma.

Fizičko značenje periodičnog zakona: svojstva kemijskih elemenata se periodički ponavljaju jer se periodički ponavljaju konfiguracije valentnih elektrona (raspodjela elektrona vanjske i pretposljednje razine).

Dakle, kemijski elementi iste podskupine imaju istu raspodjelu valentnih elektrona i, prema tome, slična svojstva.

Na primjer, peta skupina kemijskih elemenata ima pet valentnih elektrona. Istodobno, u kemijskim atomima elementi glavnih podskupina– svi valentni elektroni su u vanjskoj razini: ... ns 2 n.p. 3 gdje n– broj razdoblja.

Kod atoma elementi bočnih podskupina Postoje samo 1 ili 2 elektrona u vanjskoj razini, ostali su unutra d-podrazina predvanjske razine: ... ( n – 1)d 3 ns 2 gdje n– broj razdoblja.

Zadatak 3.12. Sastavite kratke elektronske formule za atome kemijskih elemenata br. 35 i 42, a zatim prema algoritmu sastavite raspodjelu elektrona u tim atomima. Pobrinite se da se vaše predviđanje ostvari.

Vježbe za 3. poglavlje

1. Formulirajte definicije pojmova "razdoblje", "skupina", "podskupina". Što je zajedničko kemijskim elementima koji čine: a) periodu? b) grupa; c) podskupina?

2. Što su izotopi? Koja svojstva - fizikalna ili kemijska - imaju izotopi ista svojstva? Zašto?

3. Formulirati periodični zakon D. I. Mendeljejev. Objasni to fizičko značenje i ilustrirati primjerima.

4. Koja su metalna svojstva kemijskih elemenata? Kako se mijenjaju unutar grupe i tijekom određenog razdoblja? Zašto?

5. Koja su nemetalna svojstva kemijskih elemenata? Kako se mijenjaju unutar grupe i tijekom određenog razdoblja? Zašto?

6. Napiši kratke elektroničke formule za kemijske elemente br. 43, 51, 38. Potvrdi svoje pretpostavke opisom strukture atoma tih elemenata pomoću gornjeg algoritma. Navedite svojstva tih elemenata.

7. Prema kratkim elektronskim formulama

a) ...4 s 2 4p 1 ;

b) ...4 d 1 5s 2 ;

u 3 d 5 4s 1

odrediti položaj odgovarajućih kemijskih elemenata u periodnom sustavu D. I. Mendeljejeva. Imenuj te kemijske elemente. Potvrdite svoje pretpostavke opisujući strukturu atoma ovih kemijskih elemenata prema algoritmu. Navedite svojstva tih kemijskih elemenata.

Nastavit će se

Riža. 7. Prikaz oblika i usmjerenja

s-,str-,d-, orbitale koje koriste granične plohe.

Kvantni brojm l nazvao magnetski . Određuje prostorni položaj atomske orbitale i uzima cjelobrojne vrijednosti od – l na + l kroz nulu, odnosno 2 l+ 1 vrijednosti (tablica 27).

Orbitale istog podrazina ( l= const) imaju istu energiju. Ovo stanje se zove degenerirati u energiji. Tako str- orbitalno – tri puta, d- pet puta, i f– sedmerostruko degeneriran. Rubne plohe s-,str-,d-, orbitale su prikazane na sl. 7.

s -orbitale sferno simetričan za bilo koji n a međusobno se razlikuju samo po veličini kugle. Njihov maksimalno simetričan oblik je zbog činjenice da kada l= 0 i μ l = 0.

Tablica 27

Broj orbitala na energetskim podrazinama

Orbitalni kvantni broj	Magnetski kvantni broj	Broj orbitala sa zadanom vrijednošću l
	m l
	–2, –1, 0, +1, +2
	–3, –2, –1, 0, +1, +2, +3

str -orbitale postojati kada n≥ 2 i l= 1, stoga su moguće tri mogućnosti orijentacije u prostoru: m l= –1, 0, +1. Sve p-orbitale imaju nodalnu ravninu koja orbitalu dijeli na dva područja, pa granične plohe imaju oblik bučica orijentiranih u prostoru pod kutom od 90° jedna u odnosu na drugu. Osi simetrije za njih su koordinatne osi, koje su označene str x , str g , str z .

d -orbitale određena kvantnim brojem l = 2 (n≥ 3), pri čemu m l= –2, –1, 0, +1, +2, odnosno karakterizira ih pet mogućnosti orijentacije u prostoru. d- označene su orbitale usmjerene lopaticama duž koordinatnih osi d z² i d x ²– g² , a lopatice orijentirane duž simetrala koordinatnih kutova – d xy , d yz , d xz .

sedam f -orbitale, odgovara l = 3 (n≥ 4), prikazane su kao rubne površine.

Kvantni brojevi n, l I m ne karakteriziraju u potpunosti stanje elektrona u atomu. Eksperimentalno je utvrđeno da elektron ima još jedno svojstvo - spin. Pojednostavljeno, spin se može prikazati kao rotacija elektrona oko vlastite osi. Spinski kvantni broj m s ima samo dva značenja m s= ±1/2, što predstavlja dvije projekcije kutne količine gibanja elektrona na odabranu os. Elektroni s različitim m s označeni su strelicama prema gore i dolje.

Redoslijed popunjavanja atomskih orbitala

Popunjavanje atomskih orbitala (AO) elektronima provodi se prema načelu najmanje energije, Paulijinom principu, Hundovom pravilu, a za višeelektronske atome - pravilu Klečkovskog.

Princip najmanje energije zahtijeva elektrone da nasele AO kako bi se povećala energija elektrona u tim orbitalama. Ovo odražava opće pravilo - maksimalna stabilnost sustava odgovara minimumu njegove energije.

Načelo Pauli (1925) zabranjuje prisutnost elektrona s istim skupom kvantnih brojeva u višeelektronskom atomu. To znači da se bilo koja dva elektrona u atomu (ili molekuli, ili ionu) moraju međusobno razlikovati za vrijednost barem jednog kvantnog broja, odnosno u jednoj orbitali ne mogu biti više od dva elektrona s različitim spinovima (upareni elektroni). Svaka podrazina sadrži 2 l+ 1 orbitale koje ne sadrže više od 2(2 l+ 1) elektroni. Iz toga slijedi da kapacitet s-orbitale – 2, str-orbitale – 6, d-orbitale – 10 i f-orbitale – 14 elektrona. Ako je broj elektrona za zadani l zbroj od 0 do n– 1, tada dobivamo formulu Bura-zakopati, koji određuje ukupan broj elektrona na razini sa zadanom n:

Ova formula ne uzima u obzir interakciju elektron-elektron i prestaje vrijediti kada n ≥ 3.

Orbitale s istim energijama (degenerirane) popunjavaju se u skladu s Pravilo Gunda : Konfiguracija elektrona s maksimalnim spinom ima najmanju energiju. To znači da ako postoje tri elektrona u p-orbitali, onda su oni smješteni ovako: , a ukupni spin S=3/2, a ne ovako: , S=1/2.

pravilo Klečkovskog (princip najmanje energije). U višeelektronskim atomima, kao iu atomu vodika, stanje elektrona određeno je vrijednostima ista četiri kvantna broja, ali u ovom slučaju elektron nije samo u polju jezgre, već iu polju drugih elektrona. Dakle, energija u višeelektronskim atomima određena je ne samo glavnim, već i orbitalnim kvantnim brojem, odnosno njihovim zbrojem: energija atomskih orbitala raste kako se zbroj povećavan + l; ako je količina ista, prvo se popunjava razina s manjomni velikal. Energija atomskih orbitala raste prema nizu:

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

Dakle, četiri kvantna broja opisuju stanje elektrona u atomu i karakteriziraju energiju elektrona, njegov spin, oblik elektronskog oblaka i njegovu orijentaciju u prostoru. Kada atom prijeđe iz jednog stanja u drugo, dolazi do restrukturiranja elektronskog oblaka, odnosno do promjene vrijednosti kvantnih brojeva, što je popraćeno apsorpcijom ili emisijom kvanta energije od strane atoma.

Malyugina 14. Vanjske i unutarnje energetske razine. Cjelovitost energetske razine.

Prisjetimo se ukratko onoga što već znamo o strukturi elektronske ljuske atoma:

ü broj energetskih razina atoma = broj perioda u kojem se element nalazi;

ü maksimalni kapacitet svake energetske razine izračunava se pomoću formule 2n2

ü vanjska energetska ljuska ne može sadržavati više od 2 elektrona za elemente 1. periode, odnosno više od 8 elektrona za elemente ostalih perioda

Vratimo se još jednom analizi sheme za punjenje energetskih razina u elementima malih perioda:

Tablica 1. Energetske razine punjenja

za elemente malih perioda

Broj razdoblja	Broj energetskih razina = broj razdoblja	Simbol elementa, njegov serijski broj	Ukupno elektroni	Raspodjela elektrona po energetskim razinama	Broj grupe
				H +1 )1	+1 N, 1e-
		Ne + 2 ) 2	+2 Ne, 2e-
				Li + 3 ) 2 ) 1	+ 3 Li, 2e-, 1e-
		Ve +4 ) 2 )2	+ 4 Biti, 2e-,2 e-
		V +5 ) 2 )3	+5 B, 2e-, 3e-
		C +6 ) 2 )4	+6 C, 2e-, 4e-
		N + 7 ) 2 ) 5	+ 7 N, 2e-,5 e-
		O + 8 ) 2 ) 6	+ 8 O, 2e-,6 e-
		F + 9 ) 2 ) 7	+ 9 F, 2e-,7 e-
		ne + 10 ) 2 ) 8	+ 10 ne, 2e-,8 e-
				Na + 11 ) 2 ) 8 )1	+1 1 Na, 2e-, 8e-, 1e-
		Mg + 12 ) 2 ) 8 )2	+1 2 Mg, 2e-, 8e-, 2 e-
		Al + 13 ) 2 ) 8 )3	+1 3 Al, 2e-, 8e-, 3 e-
		Si + 14 ) 2 ) 8 )4	+1 4 Si, 2e-, 8e-, 4 e-
		P + 15 ) 2 ) 8 )5	+1 5 P, 2e-, 8e-, 5 e-
		S + 16 ) 2 ) 8 )6	+1 5 P, 2e-, 8e-, 6 e-
		Cl + 17 ) 2 ) 8 )7	+1 7 Cl, 2e-, 8e-, 7 e-
18 Ar		Ar+ 18 ) 2 ) 8 )8	+1 8 Ar, 2e-, 8e-, 8 e-

Analiziraj tablicu 1. Usporedi broj elektrona na posljednjoj energetskoj razini i broj skupine u kojoj se kemijski element nalazi.

Jeste li primijetili da broj elektrona u vanjskoj energetskoj razini atoma podudara se s brojem skupine, u kojem se element nalazi (s izuzetkom helija)?

!!! Ovo je pravilo istinito samo za elemente glavni podskupine

Svako razdoblje sustava završava inertnim elementom(helij He, neon Ne, argon Ar). Vanjska energetska razina ovih elemenata sadrži najveći mogući broj elektrona: helij -2, preostali elementi - 8. To su elementi VIII skupine glavne podskupine. Energetska razina slična strukturi energetske razine inertnog plina naziva se dovršeno. Ovo je neka vrsta granice snage razine energije za svaki element periodnog sustava. Molekule jednostavnih tvari - inertnih plinova - sastoje se od jednog atoma i karakterizirane su kemijskom inertnošću, odnosno praktički ne ulaze u kemijske reakcije.

Za ostale elemente PSHE razina energije razlikuje se od razine energije inertnog elementa; takve se razine nazivaju nedovršen. Atomi ovih elemenata nastoje dovršiti vanjsku energetsku razinu davanjem ili primanjem elektrona.

Pitanja za samokontrolu

1. Koju razinu energije nazivamo vanjskom?

2. Koju razinu energije nazivamo unutarnjom?

3. Koja se energetska razina naziva potpunom?

4. Elementi koje skupine i podskupine imaju završenu energetsku razinu?

5. Koliki je broj elektrona na vanjskoj energetskoj razini elemenata glavnih podskupina?

6. Kako su elementi jedne glavne podskupine slični u strukturi elektroničke razine?

7. Koliko elektrona u vanjskoj razini sadrže elementi a) skupine IIA;

b) IVA skupina; c) VII A grupa

Pogledaj odgovor

1. Posljednji

2. Bilo koji osim posljednjeg

3. Ona koja sadrži najveći broj elektrona. I također vanjska razina, ako sadrži 8 elektrona za prvu periodu - 2 elektrona.

4. Elementi skupine VIIIA (inertni elementi)

5. Broj grupe u kojoj se element nalazi

6. Svi elementi glavnih podskupina na vanjskoj energetskoj razini sadrže onoliko elektrona koliki je broj skupine

7. a) elementi IIA skupine imaju 2 elektrona u vanjskoj razini; b) elementi skupine IVA imaju 4 elektrona; c) Elementi VII A skupine imaju 7 elektrona.

Zadaci za samostalno rješavanje

1. Identificirajte element na temelju sljedećih karakteristika: a) ima 2 elektroničke razine, na vanjskoj - 3 elektrona; b) ima 3 elektronske razine, na vanjskoj - 5 elektrona. Zapišite distribuciju elektrona po energetskim razinama tih atoma.

2. Koja dva atoma imaju isti broj ispunjenih energetskih razina?

Pogledaj odgovor:

1. a) Odredimo "koordinate" kemijskog elementa: 2 elektronske razine - II period; 3 elektrona u vanjskoj razini – skupina III A. Ovo je bor 5B. Dijagram raspodjele elektrona po energetskim razinama: 2e-, 3e-

b) III period, VA grupa, element fosfor 15P. Dijagram raspodjele elektrona po energetskim razinama: 2e-, 8e-, 5e-

2. d) natrij i klor.

Obrazloženje: a) natrij: +11 )2)8 )1 (ispunjeno 2) ←→ vodik: +1)1

b) helij: +2 )2 (ispunjeno 1) ←→ vodik: vodik: +1)1

c) helij: +2 )2 (ispunjeno 1) ←→ neon: +10 )2)8 (popunjeno 2)

*G) natrij: +11 )2)8 )1 (punjeno 2) ←→ klor: +17 )2)8 )7 (ispunjeno 2)

4. Deset. Broj elektrona = atomski broj

5 c) arsen i fosfor. Atomi koji se nalaze u istoj podskupini imaju isti broj elektrona.

Objašnjenja:

a) natrij i magnezij (u različitim skupinama); b) kalcij i cink (u istoj skupini, ali različite podskupine); * c) arsen i fosfor (u jednoj, glavnoj, podskupini) d) kisik i fluor (u različitim skupinama).

7. d) broj elektrona u vanjskoj razini

8. b) broj energetskih razina

9. a) litij (nalazi se u skupini IA razdoblja II)

10. c) silicij (IVA skupina, III razdoblje)

11. b) bor (2 razine - IIrazdoblje, 3 elektrona u vanjskoj razini – IIIAskupina)

2. Građa jezgri i elektronskih ovoja atoma

2.6. Energetske razine i podrazine

Najvažnija karakteristika stanja elektrona u atomu je energija elektrona, koja se prema zakonima kvantne mehanike ne mijenja kontinuirano, već naglo, tj. može uzeti samo vrlo specifične vrijednosti. Dakle, možemo govoriti o prisutnosti skupa energetskih razina u atomu.

Razina energije- skup AO sa sličnim energetskim vrijednostima.

Razine energije numerirane su pomoću glavni kvantni broj n, koji može poprimiti samo pozitivne cijele vrijednosti (n = 1, 2, 3, ...). Što je veća vrijednost n, veća je energija elektrona i te energetske razine. Svaki atom sadrži beskonačan broj energetskih razina, od kojih su neke naseljene elektronima u osnovnom stanju atoma, a neke nisu (te energetske razine su naseljene u pobuđenom stanju atoma).

Elektronički sloj- skup elektrona smještenih na određenoj energetskoj razini.

Drugim riječima, elektronski sloj je energetska razina koja sadrži elektrone.

Kombinacija elektroničkih slojeva tvori elektronsku ljusku atoma.

Unutar istog sloja elektrona, elektroni se mogu neznatno razlikovati u energiji i zato to kažu energetske razine se dijele na energetske podrazine(podslojevi). Broj podrazina na koje je određena energetska razina podijeljena jednak je broju glavnog kvantnog broja energetske razine:

N (podgrađe) = n (razina) . (2.4)

Podrazine su prikazane brojevima i slovima: broj odgovara broju energetske razine (elektronički sloj), slovo odgovara prirodi AO koja tvori podrazine (s -, p -, d -, f -), na primjer: 2p -podrazina (2p -AO, 2p -elektron).

Dakle, prva energetska razina (slika 2.5) sastoji se od jedne podrazine (1s), druga - od dvije (2s i 2p), treća - od tri (3s, 3p i 3d), četvrta od četiri (4s, 4p, 4d i 4f), itd. Svaka podrazina sadrži određeni broj dioničkih društava:

N(AO) = n2. (2.5)

Riža. 2.5. Dijagram energetskih razina i podrazina za prva tri elektronska sloja

1. s-tip AO prisutni su na svim energetskim razinama, p-tipovi se pojavljuju počevši od druge energetske razine, d-tip - od treće, f-tip - od četvrte itd.

2. Na određenoj energetskoj razini može postojati jedna s-, tri p-, pet d-, sedam f-orbitala.

3. Što je glavni kvantni broj veći, to je JSC veća.

Budući da jedan AO ​​ne može sadržavati više od dva elektrona, ukupni (maksimalni) broj elektrona na određenoj energetskoj razini je 2 puta veći od broja AO i jednak je:

N (e) = 2n 2 . (2.6)

Dakle, na određenoj energetskoj razini može postojati najviše 2 elektrona s-tipa, 6 elektrona p-tipa i 10 elektrona d-tipa. Ukupno, na prvoj energetskoj razini najveći broj elektrona je 2, na drugoj - 8 (2 s-tipa i 6 p-tipa), na trećoj - 18 (2 s-tipa, 6 p-tipa i 10 d-tip). Prikladno je ove zaključke sažeti u tablicu. 2.2.

Tablica 2.2

Veza između glavnog kvantnog broja, broja e