ENERGIASZINTEK

Paraméter neve	Jelentése
Cikk témája:	ENERGIASZINTEK
Rubrika (tematikus kategória)	Oktatás

ATOMSZERKEZET

1. Az atomszerkezet elméletének fejlesztése. VAL VEL

2. Az atom magja és elektronhéja. VAL VEL

3. Az atommag szerkezete. VAL VEL

4. Nuklidok, izotópok, tömegszám. VAL VEL

5. Energiaszintek.

6. A szerkezet kvantummechanikai magyarázata.

6.1. Az atom pályamodellje.

6.2. A pályák kitöltésének szabályai.

6.3. S-elektronokkal rendelkező pályák (atomi s-pályák).

6.4. Pályák p-elektronokkal (atomi p-pályák).

6.5. Pályák d-f elektronokkal

7. Többelektronos atom energia részszintjei. Kvantum számok.

ENERGIASZINTEK

Szerkezet elektronhéj az atomot az atomban lévő egyes elektronok eltérő energiatartalékai határozzák meg. Az atom Bohr-modelljének megfelelően az elektronok olyan pozíciókat foglalhatnak el az atomban, amelyek pontosan meghatározott (kvantált) energiaállapotoknak felelnek meg. Ezeket az állapotokat energiaszinteknek nevezzük.

A külön energiaszinten tartózkodó elektronok számát a 2n 2 képlet határozza meg, ahol n a szint száma, amelyet 1-7 arab számokkal jelölünk. Az első négy energiaszint maximális kitöltése c . a képlet szerint 2n 2: az első szintre – 2 elektron, a másodikra ​​– 8, a harmadikra ​​– 18 és a negyedik szintre – 32 elektron. Az ismert elemek atomjaiban a magasabb energiaszintek elektronokkal való maximális feltöltése nem sikerült.

Rizs. Az 1. ábra az első húsz elem energiaszintjének elektronokkal való feltöltését mutatja (a hidrogéntől a kalcium Ca-ig, fekete körök). Az energiaszintek jelzett sorrendben történő kitöltésével megkapjuk az elemek atomjainak legegyszerűbb modelljeit, miközben megfigyeljük a kitöltési sorrendet (az ábrán alulról felfelé és balról jobbra) mindaddig, amíg az utolsó elektron az elem szimbólumára nem mutat. megfelelő elem.A harmadik energiaszinten M(A maximális kapacitás 18 e -) a Na – Ar elemeknek csak 8 elektronja van, ekkor kezd kiépülni a negyedik energiaszint N– két elektron jelenik meg rajta a K és Ca elemekre. A következő 10 elektron ismét elfoglalja a szintet M(az Sc – Zn elemek (nincs ábrázolva), majd az N szintet továbbra is hat további elektron tölti ki (Ca-Kr elemek, fehér körök).

Rizs. 1

Rizs. 2

Ha egy atom alapállapotban van, akkor elektronjai minimális energiájú szintet foglalnak el, vagyis minden egyes következő elektron a legkedvezőbb energetikai pozíciót foglalja el, mint például az 1. ábrán. 1. Az atomra gyakorolt ​​külső hatás hatására, amely az energia átadásával jár, például melegítés hatására az elektronok magasabb energiaszintekre kerülnek (2. ábra). Az atomnak ezt az állapotát általában gerjesztettnek nevezik. Az alacsonyabb energiaszinten megüresedett teret (előnyös pozícióként) egy magasabb energiaszintről érkező elektron tölti ki. Az átmenet során az elektron kis mennyiségű energiát ad le, ami megfelel a szintek közötti energiakülönbségnek. Elektronikus átmenetek hatására jellegzetes sugárzás jelenik meg. Az elnyelt (kibocsátott) fény spektrumvonalaiból kvantitatív következtetés vonható le az atom energiaszintjére.

Az atom Bohr-féle kvantummodelljének megfelelően egy elektronnak egy bizonyos energia állapot, egy atomban körpályán mozog. Az azonos energiájú elektronok egyenlő távolságra helyezkednek el az atommagtól, minden energiaszintnek megvan a maga elektronkészlete, amelyet Bohr elektronrétegnek nevezett. Bohr szerint azonban az egyik réteg elektronjai egy gömbfelület mentén, a következő réteg elektronjai egy másik gömbfelület mentén mozognak. minden gömb egymásba van írva az atommagnak megfelelő középponttal.

ENERGIASZINTEK - koncepció és típusok. Az "ENERGIASZINTEK" kategória besorolása és jellemzői 2017, 2018.

E.N. Frenkel

Kémia oktatóanyag

Kézikönyv azoknak, akik nem ismerik, de szeretnék megtanulni és érteni a kémiát

I. rész. Elemek Általános kémia
(első nehézségi szint)

Folytatás. Elejét lásd a 13., 18., 23/2007

3. fejezet Alapvető információk az atom szerkezetéről.
D.I.Mengyelejev periodikus törvénye

Ne feledje, mi az atom, miből áll az atom, változik-e az atom a kémiai reakciókban.

Az atom egy elektromosan semleges részecske, amely pozitív töltésű atommagból és negatív töltésű elektronokból áll.

Az elektronok száma a kémiai folyamatok során változhat, de a nukleáris töltés mindig ugyanaz marad. Ismerve az elektronok eloszlását egy atomban (atomszerkezet), megjósolható egy adott atom számos tulajdonsága, valamint az egyszerű ill. összetett anyagok, amelybe beletartozik.

Az atom szerkezete, i.e. az atommag összetétele és az elektronok atommag körüli eloszlása ​​könnyen meghatározható az elem helyzete alapján. periódusos táblázat.

D. I. Mengyelejev periodikus rendszerében a kémiai elemek egy bizonyos sorrendben vannak elrendezve. Ez a sorrend szorosan összefügg ezen elemek atomi szerkezetével. A rendszerben minden kémiai elem hozzá van rendelve sorozatszám, ezen kívül megadhatja hozzá az időszak számát, a csoport számát és az alcsoport típusát.

A cikk megjelenésének szponzora a "Megamech" online áruház. Az üzletben minden ízléshez találsz prémes termékeket - róka, nutria, nyúl, nyérc, ezüstróka, sarki rókából készült kabátokat, mellényeket és bundákat. A cég luxus szőrmetermékek vásárlását és egyedi szabásszolgáltatások igénybevételét is kínálja. Szőrmetermékek nagy- és kiskereskedelme - a költségvetési kategóriától a luxuskategóriáig, 50% kedvezmény, 1 év garancia, szállítás Ukrajna, Oroszország, FÁK és EU-országok egész területén, átvétel a Krivoy Rog-i bemutatóteremből, áruk vezető ukrán gyártóktól, Oroszország, Törökország és Kína. Megtekintheti a termékkatalógust, árakat, elérhetőségeket és tanácsot kaphat a weboldalon, amely a "megameh.com" címen található.

Egy kémiai elem pontos „címének” ismeretében - csoport, alcsoport és periódusszám - egyértelműen meghatározhatja atomjának szerkezetét.

Időszak a kémiai elemek vízszintes sora. A modern periódusos rendszer hét periódusból áll. Az első három periódus az kicsi, mert 2 vagy 8 elemet tartalmaznak:

1. periódus – H, Ő – 2 elem;

2. periódus – Li… Ne – 8 elem;

3. periódus – Na...Ar – 8 elem.

Egyéb időszakok – nagy. Mindegyik 2-3 sornyi elemet tartalmaz:

4. periódus (2 sor) – K...Kr – 18 elem;

6. periódus (3 sor) – Cs ... Rn – 32 elem. Ez az időszak számos lantanidot tartalmaz.

Csoport– kémiai elemek függőleges sora. Összesen nyolc csoport van. Minden csoport két alcsoportból áll: fő alcsoportÉs oldali alcsoport. Például:

A fő alcsoportot rövid periódusú (például N, P) és nagy periódusú (például As, Sb, Bi) kémiai elemek alkotják.

Az oldalsó alcsoportot csak hosszú periódusú kémiai elemek alkotják (például V, Nb,
Ta).

Vizuálisan ezek az alcsoportok könnyen megkülönböztethetők. A fő alcsoport a „magas”, az 1. vagy 2. periódustól indul. A másodlagos alcsoport „alacsony”, a 4. periódustól indul.

Tehát a periodikus rendszer minden kémiai elemének megvan a maga címe: periódus, csoport, alcsoport, sorozatszám.

Például a vanádium V a 4. periódus V. csoportjának másodlagos alcsoportjának kémiai eleme, 23. sorozatszáma.

Feladat 3.1. Adja meg az időszakot, a csoportot és az alcsoportot kémiai elemek 8, 26, 31, 35, 54 sorozatszámokkal.

Feladat 3.2. Adja meg a kémiai elem sorozatszámát és nevét, ha ismert, hogy található:

a) a 4. periódusban VI csoport, másodlagos alcsoport;

b) az 5. periódusban IV csoport, fő alcsoport.

Hogyan hozható összefüggésbe egy elem periódusos rendszerbeli helyzetére vonatkozó információ az atomjának szerkezetével?

Az atom magból (pozitív töltésük van) és elektronokból (negatív töltésű) áll. Általában az atom elektromosan semleges.

Pozitív atommag töltés egyenlő sorozatszám kémiai elem.

Az atommag egy összetett részecske. Az atom szinte teljes tömege az atommagban koncentrálódik. Mivel a kémiai elem azonos nukleáris töltéssel rendelkező atomok gyűjteménye, az elem szimbóluma mellett a következő koordináták vannak feltüntetve:

Ezekből az adatokból meg lehet határozni a mag összetételét. Az atommag protonokból és neutronokból áll.

Proton p tömege 1 (1,0073 amu) és töltése +1. Neutron n nincs töltése (semleges), tömege megközelítőleg megegyezik a proton tömegével (1,0087 a.u.m.).

Az atommag töltését a protonok határozzák meg. Ráadásul a protonok száma egyenlő(méret szerint) az atommag töltése, azaz sorozatszám.

A neutronok száma N a mennyiségek különbsége határozza meg: „magtömeg” Aés "sorozatszám" Z. Tehát egy alumínium atomhoz:

N = A – Z = 27 –13 = 14n,

Feladat 3.3. Határozza meg az összetételt atommagok, ha a kémiai elem benne van:

a) 3. periódus, VII. csoport, fő alcsoport;

b) 4. periódus, IV csoport, másodlagos alcsoport;

c) 5. periódus, I. csoport, fő alcsoport.

Figyelem! Az atommag tömegszámának meghatározásakor a periódusos rendszerben feltüntetett atomtömeget kerekíteni kell. Ez azért van így, mert a proton és a neutron tömege gyakorlatilag egész, az elektronok tömege pedig elhanyagolható.

Határozzuk meg, hogy az alábbi magok közül melyik tartozik ugyanahhoz a kémiai elemhez:

A (20 R + 20n),

B (19 R + 20n),

20-BAN R + 19n).

Az A és B atommagok ugyanazon kémiai elem atomjaihoz tartoznak, mivel azonos számú protont tartalmaznak, azaz ezeknek az atommagoknak a töltése azonos. A kutatások azt mutatják, hogy az atom tömege nincs jelentős hatással az atomra Kémiai tulajdonságok.

Az izotópok ugyanazon kémiai elem (azonos számú proton) atomjai, amelyek tömege különbözik ( eltérő szám neutronok).

Izotópok és azok kémiai vegyületek abban különböznek egymástól fizikai tulajdonságok, de egy kémiai elem izotópjainak kémiai tulajdonságai megegyeznek. Így a szén-14 (14 C) izotópjai ugyanolyan kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a szén-12 (12 C), amelyek minden élő szervezet szövetében megtalálhatók. A különbség csak a radioaktivitásban (14 C izotóp) nyilvánul meg. Ezért az izotópokat különféle betegségek diagnosztizálására és kezelésére, valamint tudományos kutatásra használják.

Térjünk vissza az atom szerkezetének leírásához. Mint ismeretes, az atommag nem változik a kémiai folyamatokban. Mi változik? Változónak bizonyul teljes szám elektronok egy atomban és elektroneloszlás. Tábornok az elektronok száma semleges atomban Nem nehéz meghatározni - megegyezik a sorozatszámmal, azaz. az atommag töltése:

Az elektronok negatív töltése –1, tömegük pedig elhanyagolható: a proton tömegének 1/1840-e.

A negatív töltésű elektronok taszítják egymást, és különböző távolságra vannak az atommagtól. Ahol a megközelítőleg egyenlő energiájú elektronok kb egyenlő távolságra az atommagból és energiaszintet alkotnak.

Az atomban lévő energiaszintek száma megegyezik annak az időszaknak a számával, amelyben a kémiai elem található. Az energiaszinteket hagyományosan a következőképpen jelölik (például Al esetében):

Feladat 3.4. Határozza meg az oxigén-, magnézium-, kalcium- és ólomatomok energiaszintjének számát.

Minden energiaszint korlátozott számú elektront tartalmazhat:

Az elsőnek legfeljebb két elektronja van;

A másodiknak legfeljebb nyolc elektronja van;

A harmadiknak legfeljebb tizennyolc elektronja van.

Ezek a számok azt mutatják, hogy például a második energiaszintnek lehet 2, 5 vagy 7 elektronja, de nem lehet 9 vagy 12 elektronja.

Fontos tudni, hogy a bekapcsolt energiaszinttől függetlenül külső szint(az utolsó) nem tartalmazhat több mint nyolc elektront. A külső nyolcelektronos energiaszint a legstabilabb, és teljesnek nevezik. Ilyen energiaszintek találhatók a leginaktívabb elemekben - a nemesgázokban.

Hogyan határozható meg az elektronok száma a fennmaradó atomok külső szintjén? Erre van egy egyszerű szabály: a külső elektronok száma egyenlő:

A fő alcsoportok elemei esetében - a csoport száma;

Az oldalsó alcsoportok elemeinél nem lehet több kettőnél.

Például (5. ábra):

Feladat 3.5. Adja meg a 15, 25, 30, 53 rendszámú kémiai elemek külső elektronjainak számát!

Feladat 3.6. Keresse meg a periódusos rendszerben azokat a kémiai elemeket, amelyek atomjainak befejezett külső szintje van.

Nagyon fontos a külső elektronok számának helyes meghatározása, mert az atom legfontosabb tulajdonságai kapcsolódnak hozzájuk. Szóval, be kémiai reakciók Az atomok arra törekszenek, hogy egy stabil, teljes külső szintet szerezzenek (8 e). Ezért azok az atomok, amelyeknek kevés elektronja van a külső szintjén, szívesebben adják el őket.

Azokat a kémiai elemeket, amelyek atomjai csak elektronok leadására képesek, nevezzük fémek. Nyilvánvaló, hogy egy fématom külső szintjén kevés elektronnak kell lennie: 1, 2, 3.

Ha egy atom külső energiaszintjében sok elektron van, akkor az ilyen atomok hajlamosak elektronokat fogadni, amíg a külső energiaszint be nem fejeződik, azaz legfeljebb nyolc elektront. Az ilyen elemeket ún nem fémek.

Kérdés. A másodlagos alcsoportok kémiai elemei fémek vagy nemfémek? Miért?

Válasz: A periódusos rendszer fő alcsoportjaiba tartozó fémeket és nemfémeket egy vonal választja el, amely bórtól asztatinig húzható. E vonal felett (és a vonalon) nem fémek, alatta - fémek. E sor alatt megjelenik az oldalsó alcsoportok összes eleme.

Feladat 3.7. Határozza meg, hogy a következők fémek vagy nemfémek: foszfor, vanádium, kobalt, szelén, bizmut. Használja az elem helyzetét a kémiai elemek periódusos rendszerében és az elektronok számát a külső héjban.

Az elektronok fennmaradó szinteken és alszinteken való eloszlásának összeállításához a következő algoritmust kell használni.

1. Határozza meg az atomban lévő elektronok teljes számát (atomszám alapján).

2. Határozza meg az energiaszintek számát (periódusszám szerint).

3. Határozza meg a külső elektronok számát (alcsoport típusa és csoportszám szerint).

4. Adja meg az elektronok számát az utolsó előtti kivételével minden szinten!

Például az 1–4. bekezdés szerint a mangánatom esetében meghatározzák:

Összesen 25 e; elosztott (2 + 8 + 2) = 12 e; Ez azt jelenti, hogy a harmadik szinten van: 25 – 12 = 13 e.

Megkaptuk az elektronok eloszlását a mangánatomban:

Feladat 3.8. A 16., 26., 33., 37. számú elemek atomjainak szerkezeti diagramjaival dolgozza ki az algoritmust. Jelezze, hogy ezek fémek vagy nemfémek! Magyarázza meg válaszát.

Az atom szerkezetének fenti diagramjainak összeállításakor nem vettük figyelembe, hogy az atomban az elektronok nemcsak szinteket foglalnak el, hanem bizonyos alszintek minden szinten. Az alszintek típusai meg vannak jelölve latin betűkkel: s, p, d.

A lehetséges alszintek száma megegyezik a szintszámmal. Az első szint egyből áll
s-alszint. A második szint két alszintből áll - sÉs R. A harmadik szint - három alszintből - s, pÉs d.

Minden alszint szigorúan korlátozott számú elektront tartalmazhat:

az s-alszinten – legfeljebb 2e;

a p-alszinten - legfeljebb 6e;

d-alszinten – legfeljebb 10e.

Az azonos szintű alszinteket szigorúan meghatározott sorrendben töltjük ki: spd.

És így, R-egy alszint nem kezdheti el a kitöltést, ha nincs kitöltve s-adott energiaszint alszintje stb. E szabály alapján nem nehéz létrehozni a mangánatom elektronikus konfigurációját:

Általában egy atom elektronkonfigurációja A mangán a következőképpen van írva:

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

Feladat 3.9. Készítse el az atomok elektronikus konfigurációit a 16., 26., 33., 37. számú kémiai elemekhez.

Miért van szükség az atomok elektronikus konfigurációinak létrehozására? Ezen kémiai elemek tulajdonságainak meghatározása érdekében. Emlékeztetni kell arra, hogy csak vegyérték elektronok.

A vegyértékelektronok a külső energiaszinten vannak, és nem teljesek
a külső előtti szint d-alszintje.

Határozzuk meg a mangán vegyértékelektronjainak számát:

vagy rövidítve: Mn... 3 d 5 4s 2 .

Mit lehet meghatározni az atom elektronkonfigurációjának képlettel?

1. Milyen elem ez - fém vagy nem fém?

A mangán egy fém, mert a külső (negyedik) szint két elektront tartalmaz.

2. Milyen folyamat jellemző a fémre?

A mangánatomok reakciói során mindig csak elektronokat adnak fel.

3. Milyen elektronokat és hányat ad le a mangánatom?

A reakciók során a mangánatom két külső elektront ad fel (ezek vannak a legtávolabb az atommagtól, és a leggyengébb vonzza őket), valamint öt külső elektront. d-elektronok. A vegyértékelektronok teljes száma hét (2 + 5). Ebben az esetben nyolc elektron marad az atom harmadik szintjén, azaz. elkészült külső szint alakul ki.

Mindezek az érvek és következtetések egy diagram segítségével tükrözhetők (6. ábra):

Az atom eredő konvencionális töltéseit ún oxidációs állapotok.

Az atom szerkezetét tekintve hasonló módon kimutatható, hogy az oxigén tipikus oxidációs állapota –2, a hidrogéné pedig +1.

Kérdés. Melyik kémiai elemmel tud a mangán vegyületeket képezni, figyelembe véve a fent kapott oxidációs állapotokat?

VÁLASZ: Csak oxigénnel, mert atomja ellentétes töltésű oxidációs állapotú. A megfelelő mangán-oxidok képlete (itt az oxidációs állapotok ezen kémiai elemek vegyértékeinek felelnek meg):

A mangánatom szerkezete azt sugallja, hogy a mangán nem oxidálhat nagyobb mértékben, mert ebben az esetben a stabil, immár elkészült, pre-külső szinthez kellene hozzányúlni. Ezért a +7 oxidációs állapot a legmagasabb, és a megfelelő Mn 2 O 7 oxid a legmagasabb mangán-oxid.

Mindezen fogalmak megszilárdításához vegyük figyelembe a tellúratom szerkezetét és néhány tulajdonságát:

Nemfémként egy Te atom 2 elektront tud befogadni, mielőtt a külső szintet teljesítené, és leadhatja a „extra” 6 elektront:

3.10. feladat. Rajzolja fel a Na, Rb, Cl, I, Si, Sn atomok elektronkonfigurációit! Határozza meg ezen kémiai elemek tulajdonságait, legegyszerűbb vegyületeik képleteit (oxigénnel és hidrogénnel).

Gyakorlati következtetések

1. A kémiai reakciókban csak azok a vegyértékelektronok vesznek részt, amelyek csak az utolsó két szinten lehetnek.

2. A fématomok csak vegyértékelektronokat (mindegyik vagy több) adhatnak át, pozitív oxidációs állapotot fogadva el.

3. A nemfémek atomjai képesek elektronokat fogadni (maximum nyolc hiányzót), miközben negatív oxidációs állapotot érnek el, és vegyértékelektronokat (mindegyik vagy több) feladnak, miközben pozitív oxidációs állapotot vesznek fel.

Hasonlítsuk össze most egy alcsoport kémiai elemeinek, például a nátrium és a rubídium tulajdonságait:
Na...3 s 1 és Rb...5 s 1 .

Mi a közös ezeknek az elemeknek az atomszerkezetében? Az egyes atomok külső szintjén egy elektron aktív fém. Fémaktivitás az elektronfeladás képességével függ össze: minél könnyebben adja le az atom az elektronokat, annál hangsúlyosabbak a fémes tulajdonságai.

Mi tartja az elektronokat az atomban? A maghoz való vonzódásuk. Minél közelebb vannak az elektronok az atommaghoz, annál erősebben vonzza őket az atommag, annál nehezebb „leszakítani őket”.

Ez alapján megválaszoljuk a kérdést: melyik elem - Na vagy Rb - adja le könnyebben a külső elektronját? Melyik elem az aktívabb fém? Nyilvánvalóan rubídium, mert vegyértékelektronjai távolabb vannak az atommagtól (és kevésbé tartja őket szorosan az atommag).

Következtetés. A fő alcsoportokban felülről lefelé a fémes tulajdonságok nőnek, mert Az atom sugara nő, és a vegyértékelektronok kevésbé vonzódnak az atommaghoz.

Hasonlítsuk össze a VIIa csoport kémiai elemeinek tulajdonságait: Cl...3 s 2 3p 5 és én...5 s 2 5p 5 .

Mindkét kémiai elem nem fém, mert Egy elektron hiányzik a külső szint befejezéséhez. Ezek az atomok aktívan vonzzák a hiányzó elektronokat. Sőt, minél erősebben vonzza egy nemfémes atom a hiányzó elektront, annál hangsúlyosabban jelennek meg nemfémes tulajdonságai (elektronok befogadó képessége).

Mi okozza az elektron vonzását? Az atommag pozitív töltése miatt. Ráadásul minél közelebb van az elektron az atommaghoz, annál erősebb a kölcsönös vonzásuk, annál aktívabb a nemfém.

Kérdés. Melyik elemnek vannak kifejezettebb nemfémes tulajdonságai: a klórnak vagy a jódnak?

VÁLASZ: Nyilvánvalóan klórral, mert vegyértékelektronjai közelebb helyezkednek el az atommaghoz.

Következtetés. A nemfémek aktivitása az alcsoportokban felülről lefelé csökken, mert Az atom sugara növekszik, és az atommag egyre nehezebben tudja magához vonzani a hiányzó elektronokat.

Hasonlítsuk össze a szilícium és az ón tulajdonságait: Si...3 s 2 3p 2 és Sn...5 s 2 5p 2 .

Mindkét atom külső szintjén négy elektron található. Ezek az elemek azonban a periódusos rendszerben a bórt és az asztatint összekötő vonal ellentétes oldalán találhatók. Ezért a szilícium, amelynek szimbóluma a B–At vonal felett található, kifejezettebb nemfémes tulajdonságokkal rendelkezik. Éppen ellenkezőleg, az ón, amelynek szimbóluma a B–At vonal alatt van, erősebb fémes tulajdonságokat mutat. Ez azzal magyarázható, hogy az ónatomban négy vegyértékelektron távozik az atommagból. Ezért a hiányzó négy elektron hozzáadása nehézkes. Ugyanakkor az elektronok felszabadulása az ötödik energiaszintről meglehetősen könnyen megtörténik. A szilícium esetében mindkét folyamat lehetséges, az első (elektronok elfogadása) túlsúlyban.

Következtetések a 3. fejezethez. Minél kevesebb külső elektron van egy atomban, és minél távolabb vannak az atommagtól, annál erősebbek a fémes tulajdonságok.

Minél több külső elektron van egy atomban, és minél közelebb vannak az atommaghoz, annál több nemfémes tulajdonság jelenik meg.

A fejezetben megfogalmazott következtetések alapján a periódusos rendszer bármely kémiai elemére összeállítható egy „jellemző”.

Tulajdonságleírási algoritmus
kémiai elem helyzete alapján
a periódusos rendszerben

1. Készítsen diagramot egy atom szerkezetéről, azaz! határozza meg az atommag összetételét és az elektronok energiaszintek és alszintek közötti eloszlását:

Határozza meg az atomban lévő protonok, elektronok és neutronok teljes számát (atomszám és relatív atomtömeg);

Határozza meg az energiaszintek számát (periódusszám szerint);

Határozza meg a külső elektronok számát (alcsoport típusa és csoportszám szerint);

Adja meg az elektronok számát az utolsó előtti kivételével minden energiaszinten;

2. Határozza meg a vegyértékelektronok számát!

3. Határozza meg, hogy egy adott kémiai elemben mely tulajdonságok - fém vagy nem fém - érvényesülnek jobban!

4. Határozza meg az adott (fogadott) elektronok számát!

5. Határozza meg egy kémiai elem legmagasabb és legalacsonyabb oxidációs fokát!

6. Komponálás ezekre az oxidációs állapotokra kémiai képletek a legegyszerűbb vegyületek oxigénnel és hidrogénnel.

7. Határozza meg az oxid természetét, és alkosson egyenletet a vízzel való reakciójára!

8. A 6. bekezdésben meghatározott anyagokra állítson össze egyenleteket jellegzetes reakciók(lásd a 2. fejezetet).

3.11. feladat. A fenti séma alapján készítse el a kén-, szelén-, kalcium- és stronciumatomok leírását, valamint ezen kémiai elemek tulajdonságait. Melyik általános tulajdonságok megmutatni az oxidjaikat és hidroxidjaikat?

Ha elvégezte a 3.10 és 3.11 gyakorlatokat, akkor könnyen észreveheti, hogy nem csak az azonos alcsoport elemeinek atomjai, hanem azok vegyületei is közös tulajdonságokkal és hasonló összetétellel rendelkeznek.

D. I. Mengyelejev periodikus törvénye:a kémiai elemek tulajdonságai, valamint az általuk képzett egyszerű és összetett anyagok tulajdonságai periodikusan függnek atomjaik magjának töltésétől.

A periodikus törvény fizikai jelentése: a kémiai elemek tulajdonságai periodikusan ismétlődnek, mert a vegyértékelektronok konfigurációi (a külső és utolsó előtti szint elektronjainak eloszlása) periodikusan ismétlődnek.

Így az azonos alcsoportba tartozó kémiai elemek a vegyértékelektronok azonos eloszlással rendelkeznek, és ezért hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek.

Például az ötödik csoport kémiai elemeinek öt vegyértékelektronja van. Ugyanakkor a kémiai atomokban a fő alcsoportok elemei– minden vegyértékelektron a külső szinten van: ... ns 2 n.p. 3 hol n– időszakszám.

Az atomoknál oldalsó alcsoportok elemei A külső szinten csak 1-2 elektron van, a többi bent van d-külső előtti szint alszintje: ... ( n – 1)d 3 ns 2 hol n– időszakszám.

3.12. feladat. Készítsen rövid elektronikus képleteket a 35. és 42. számú kémiai elemek atomjaira, majd az algoritmus szerint állítsa össze az elektronok eloszlását ezekben az atomokban! Győződjön meg róla, hogy jóslata valóra válik.

Gyakorlatok a 3. fejezethez

1. Fogalmazza meg az „időszak”, „csoport”, „alcsoport” fogalmak definícióit. Mi a közös az alábbi kémiai elemekben: a) időszak? b) csoport; c) alcsoport?

2. Mik azok az izotópok? Milyen fizikai vagy kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek az izotópok? Miért?

3. Fogalmazd meg időszakos törvény D. I. Mengyelejev. Magyarázd meg fizikai jelentéseés példákkal illusztrálja.

4. Melyek a kémiai elemek fémes tulajdonságai? Hogyan változnak egy csoporton belül és egy időszak alatt? Miért?

5. Melyek a kémiai elemek nemfémes tulajdonságai? Hogyan változnak egy csoporton belül és egy időszak alatt? Miért?

6. Írjon rövid elektronikus képleteket a 43., 51., 38. számú kémiai elemekhez. Erősítse meg feltételezéseit ezen elemek atomjainak szerkezetének leírásával a fenti algoritmus segítségével! Adja meg ezen elemek tulajdonságait.

7. Rövid elektronikus képletek szerint

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

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

3-kor d 5 4s 1

határozza meg a megfelelő kémiai elemek helyzetét D. I. Mengyelejev periódusos rendszerében. Nevezd meg ezeket a kémiai elemeket! Erősítse meg feltevéseit azáltal, hogy az algoritmus szerint írja le ezen kémiai elemek atomjainak szerkezetét. Mutassa be ezen kémiai elemek tulajdonságait!

Folytatjuk

Rizs. 7. Formák és tájolások ábrázolása

s-,p-,d-, határfelületeket használó pályák.

Kvantumszámm l hívott mágneses . Meghatározza az atompálya térbeli elhelyezkedését, és egész számokat vesz a következőkből: l hogy + l nullán át, azaz 2 l+ 1 értékek (27. táblázat).

Azonos alszintű pályák ( l= const) ugyanolyan energiájúak. Ezt az állapotot ún degenerált energiában. Így p- orbitális - háromszor, d- ötször, és f– hétszeres degenerált. Határfelületek s-,p-,d-, a pályák az ábrán láthatók. 7.

s -pályák gömbszimmetrikus bármely nés csak a gömb méretében különböznek egymástól. Maximálisan szimmetrikus alakjuk annak köszönhető, hogy mikor l= 0 és μ l = 0.

27. táblázat

Az energia-alszinteken lévő pályák száma

Orbitális kvantumszám	Mágneses kvantumszám	Adott értékű pályák száma l
	m l
	–2, –1, 0, +1, +2
	–3, –2, –1, 0, +1, +2, +3

p -pályák mikor léteznek n≥ 2 és l= 1, ezért három lehetőség van a térben való tájékozódásra: m l= –1, 0, +1. Minden p-pályának van egy csomósíkja, amely a pályát két tartományra osztja, így a határfelületek súlyzó alakúak, és egymáshoz képest 90°-os szöget zárnak be a térben. Számukra a szimmetriatengelyek a koordinátatengelyek, amelyeket kijelölünk p x , p y , p z .

d -pályák kvantumszám határozza meg l = 2 (n≥ 3), amelynél m l= –2, –1, 0, +1, +2, azaz öt lehetőség jellemzi őket a térben való tájékozódásra. d-a koordinátatengelyek mentén lapátokkal orientált pályák vannak kijelölve d z² és d x ²– y² , és a koordinátaszögek felezőszögei mentén orientált lapátok – d xy , d yz , d xz .

Hét f -pályák, megfelelő l = 3 (n≥ 4), határfelületként vannak ábrázolva.

Kvantum számok n, lÉs m ne jellemezzék teljesen az elektron állapotát az atomban. Kísérletileg megállapították, hogy az elektronnak van még egy tulajdonsága - a spin. Leegyszerűsítve a spin úgy ábrázolható, mint egy elektron saját tengelye körüli forgása. Spin kvantumszám m s csak két jelentése van m s= ±1/2, amely az elektron impulzusimpulzusának két vetületét jelenti a kiválasztott tengelyre. Elektronok különböző m s felfelé és lefelé mutató nyilak jelzik.

Az atompályák kitöltésének sorrendje

Az atompályák (AO) elektronok általi populációját a legkisebb energia elve, a Paulia-elv, a Hund-szabály, a többelektronos atomok esetében pedig a Klechkovsky-szabály szerint hajtják végre.

A legkisebb energia elve elektronokra van szükség az AO-k feltöltéséhez annak érdekében, hogy az elektronenergiát növelje ezeken a pályákon. Ez tükrözi az általános szabályt - a rendszer maximális stabilitása megfelel az energiája minimumának.

Elv Pauli (1925) tiltja az azonos kvantumszámú elektronok jelenlétét egy többelektronos atomban. Ez azt jelenti, hogy egy atomban (vagy molekulában vagy ionban) bármely két elektronnak legalább egy kvantumszám értékével el kell térnie egymástól, vagyis egy pályán legfeljebb két elektron lehet különböző spinekkel (párosítva). elektronok). Minden alszint 2-t tartalmaz l+ 1 pálya, amely legfeljebb 2 (2 l+ 1) elektronok. Ebből következik, hogy a kapacitás s-pályák - 2, p-pályák - 6, d-pályák – 10 és f-pályák – 14 elektron. Ha az elektronok száma adott lösszeg 0-tól n– 1, akkor megkapjuk a képletet Bóra-Bury, amely meghatározza az elektronok teljes számát egy adott szinten n:

Ez a képlet nem veszi figyelembe az elektron-elektron kölcsönhatást, és érvényét veszti, amikor n ≥ 3.

Az azonos energiájú (degenerált) pályák kitöltése összhangban történik szabály Gunda : A maximális spinnel rendelkező elektronkonfiguráció a legalacsonyabb energiájú. Ez azt jelenti, hogy ha három elektron van a p-pályán, akkor ezek így helyezkednek el: , és a teljes spin S=3/2, és nem így: , S=1/2.

Klecskovszkij uralma (a legkisebb energia elve). A többelektronos atomokban, akárcsak a hidrogénatomban, az elektron állapotát ugyanazon négy kvantumszám értéke határozza meg, de ebben az esetben az elektron nem csak az atommag mezőjében van, hanem a mezőben is. más elektronok. Ezért a többelektronos atomok energiáját nemcsak a fő, hanem a pályakvantumszám, vagy inkább azok összege is meghatározza: az atompályák energiája az összeg növekedésével növekszikn + l; ha az összeg azonos, akkor először a kisebbik szint kerül kitöltésrenés nagyl. Az atompályák energiája a sorozat szerint növekszik:

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

Tehát négy kvantumszám írja le az elektron állapotát egy atomban, és jellemzi az elektron energiáját, spinjét, az elektronfelhő alakját és térbeli orientációját. Amikor egy atom átmenet egyik állapotból a másikba, az elektronfelhő átstrukturálása következik be, vagyis a kvantumszámok értéke megváltozik, ami az energiakvantumok atom általi elnyelésével vagy kibocsátásával jár.

Malyugina 14. Külső és belső energiaszintek. Az energiaszint teljessége.

Emlékezzünk vissza röviden, amit már tudunk az atomok elektronhéjának szerkezetéről:

ü egy atom energiaszintjének száma = annak az időszaknak a száma, amelyben az elem elhelyezkedik;

ü az egyes energiaszintek maximális kapacitását a 2n2 képlet segítségével számítjuk ki

ü a külső energiahéj nem tartalmazhat 2-nél több elektront az 1. periódus elemeinél, és 8-nál több elektront más periódusú elemeknél

Térjünk vissza még egyszer a kis periódusok elemeinek energiaszint-kitöltési rendszerének elemzéséhez:

1. táblázat Töltési energiaszintek

kis időszakok elemeire

Időszak száma	Energiaszintek száma = periódusszám	Elem szimbólum, sorozatszáma	Teljes elektronok	Az elektronok energiaszintek szerinti megoszlása	Csoportszám
				H +1 )1	+1 N, 1e-
		Ne + 2 ) 2	+2 Nem, 2e-
				Li + 3 ) 2 ) 1	+ 3 Li, 2e-, 1e-
		Ve +4 ) 2 )2	+ 4 Lenni, 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-

Elemezze az 1. táblázatot. Hasonlítsa össze az utolsó energiaszint elektronjainak számát és annak a csoportnak a számát, amelyben a kémiai elem található!

Észrevetted-e ezt az atomok külső energiaszintjén lévő elektronok száma egybeesik a csoportszámmal, amelyben az elem megtalálható (a hélium kivételével)?

!!! Ez a szabály igaz csak elemekhez fő- alcsoportok

A rendszer minden időszaka inert elemmel végződik(hélium He, neon Ne, argon Ar). Ezen elemek külső energiaszintje a lehető legnagyobb számú elektront tartalmazza: hélium -2, a többi elem - 8. Ezek a fő alcsoport VIII. csoportjának elemei. Az inert gáz energiaszintjének szerkezetéhez hasonló energiaszintet ún elkészült. Ez a periódusos rendszer egyes elemeinek energiaszintjének egyfajta erősségi határa. Az egyszerű anyagok molekulái - inert gázok - egy atomból állnak, és kémiai tehetetlenség jellemzi őket, vagyis gyakorlatilag nem lépnek kémiai reakciókba.

A többi PSHE elem energiaszintje eltér az inert elem energiaszintjétől, ezeket az ún. befejezetlen. Ezen elemek atomjai arra törekszenek, hogy elektronokat adva vagy fogadva a külső energiaszintet teljessé tegyék.

Kérdések az önkontrollhoz

1. Milyen energiaszintet nevezünk külsőnek?

2. Milyen energiaszintet nevezünk belsőnek?

3. Melyik energiaszintet nevezzük teljesnek?

4. Melyik csoport és alcsoport elemei rendelkeznek teljesített energiaszinttel?

5. Hány elektron van a fő alcsoportok elemeinek külső energiaszintjében?

6. Hogyan hasonlítanak egy-egy fő alcsoport elemei elektronikus szintszerkezetben?

7. Hány elektront tartalmaznak a külső szinten az a) IIA csoport elemei;

b) IVA csoport; c) VII A csoport

Válasz megtekintése

1. Utolsó

2. Bármelyik, kivéve az utolsót

3. Az, amelyik a maximális számú elektront tartalmazza. És a külső szint is, ha az első periódusban 8 elektront tartalmaz - 2 elektront.

4. VIIIA csoport elemei (inert elemek)

5. Annak a csoportnak a száma, amelyben az elem található

6. A fő alcsoportok minden eleme a külső energiaszinten annyi elektront tartalmaz, amennyi a csoportszám

7. a) az IIA csoport elemei 2 elektront tartalmaznak a külső szinten; b) az IVA csoport elemeinek 4 elektronja van; c) A VII. A csoport elemeinek 7 elektronja van.

Önálló megoldási feladatok

1. Azonosítsa az elemet a következő jellemzők alapján: a) 2 elektronszintje van, a külsőn - 3 elektron; b) 3 elektronikus szinttel rendelkezik, a külsőn 5 elektron. Írja fel az elektronok eloszlását ezen atomok energiaszintjei között!

2. Melyik két atomnak van ugyanannyi töltött energiaszintje?

Válasz megtekintése:

1. a) Állítsuk fel a kémiai elem „koordinátáit”: 2 elektronikus szint – II. periódus; 3 elektron a külső szinten – IIIA csoport. Ez a bór 5B. Az elektroneloszlás diagramja energiaszintek szerint: 2e-, 3e-

b) III periódus, VA csoport, elem foszfor 15P. Az elektroneloszlás diagramja energiaszintek szerint: 2e-, 8e-, 5e-

2. d) nátrium és klór.

Magyarázat: a) nátrium: +11 )2)8 )1 (töltött 2) ←→ hidrogén: +1)1

b) hélium: +2 )2 (töltött 1) ​​←→ hidrogén: hidrogén: +1)1

c) hélium: +2 )2 (töltött 1) ​​←→ neon: +10 )2)8 (töltött 2)

*G) nátrium: +11 )2)8 )1 (töltött 2) ←→ klór: +17 )2)8 )7 (töltött 2)

4. Tíz. Elektronok száma = atomszám

5 c) arzén és foszfor. Az ugyanabban az alcsoportban elhelyezkedő atomoknak ugyanannyi elektronja van.

Magyarázatok:

a) nátrium és magnézium (különböző csoportokban); b) kalcium és cink (ugyanabban a csoportban, de különböző alcsoportok); * c) arzén és foszfor (egy, fő, alcsoportban) d) oxigén és fluor (különböző csoportokban).

7. d) elektronok száma a külső szinten

8. b) energiaszintek száma

9. a) lítium (a II. időszak IA csoportjában található)

10. c) szilícium (IVA csoport, III. periódus)

11. b) bór (2 szint - IIidőszak, 3 elektron a külső szinten – IIIAcsoport)

2. Atommagok és elektronhéjak szerkezete

2.6. Energiaszintek és alszintek

Az atomban lévő elektron állapotának legfontosabb jellemzője az elektron energiája, amely a kvantummechanika törvényei szerint nem folyamatosan, hanem hirtelen, i. csak nagyon konkrét értékeket vehet fel. Így egy atomban energiaszintek halmazának jelenlétéről beszélhetünk.

Energia szint- hasonló energiaértékű AO-k halmaza.

Az energiaszintek számozása a segítségével történik n főkvantumszám, amely csak pozitív egész értékeket vehet fel (n = 1, 2, 3, ...). Minél nagyobb n értéke, annál nagyobb az elektron energiája és ez az energiaszint. Minden atom végtelen számú energiaszintet tartalmaz, amelyek egy részét elektronok töltik be az atom alapállapotában, mások pedig nem (ezek az energiaszintek az atom gerjesztett állapotában vannak benépesítve).

Elektronikus réteg- egy adott energiaszinten elhelyezkedő elektronhalmaz.

Más szavakkal, az elektronréteg egy elektronokat tartalmazó energiaszint.

Az elektronrétegek kombinációja alkotja az atom elektronhéját.

Ugyanazon elektronrétegen belül az elektronok energiája némileg eltérhet, ezért ezt mondják energiaszintek energia alszintekre oszlanak(alrétegek). Azon alszintek száma, amelyekre egy adott energiaszint fel van osztva, megegyezik az energiaszint fő kvantumszámának számával:

N (subur) = n (szint) . (2.4)

Az alszinteket számokkal és betűkkel ábrázoljuk: a szám az energiaszint (elektronikus réteg) számának felel meg, a betű az alszinteket alkotó AO jellegének felel meg (s -, p -, d -, f -), például: 2p -alszint (2p -AO, 2p -elektron).

Így az első energiaszint (2.5. ábra) egy alszintből (1s), a második kettőből (2s és 2p), a harmadik háromból (3s, 3p és 3d), a negyedik a négyből (4s, 4p, 4d és 4f) stb. Minden alszint bizonyos számú részvénytársaságot tartalmaz:

N(AO) = n2. (2.5)

Rizs. 2.5. Az energiaszintek és alszintek diagramja az első három elektronikus réteghez

1. Az s-típusú AO-k minden energiaszinten jelen vannak, a p-típusok a második energiaszinttől kezdve, a d-típusok - a harmadiktól, az f-típusok - a negyediktől kezdve stb.

2. Egy adott energiaszinten egy s-, három p-, öt d-, hét f-pálya lehet.

3. Minél nagyobb a főkvantumszám, annál nagyobb a JSC mérete.

Mivel egy AO nem tartalmazhat kettőnél több elektront, az elektronok teljes (maximális) száma egy adott energiaszinten kétszerese az AO-k számának, és egyenlő:

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

Így egy adott energiaszinten maximum 2 s-típusú elektron, 6 p-típusú elektron és 10 d-típusú elektron lehet. Összességében az első energiaszinten az elektronok maximális száma 2, a másodikon - 8 (2 s-típusú és 6 p-típusú), a harmadikon - 18 (2 s-típusú, 6 p-típusú és 10-es). d-típus). Ezeket a következtetéseket célszerű a táblázatban összefoglalni. 2.2.

2.2. táblázat

A főkvantumszám, az e szám közötti kapcsolat