Atom- cea mai mică particulă a unei substanțe care este indivizibilă prin mijloace chimice. În secolul al XX-lea a fost descoperită structura complexă a atomului. Atomii sunt formați din încărcați pozitiv miezuriși un înveliș format din electroni încărcați negativ. Sarcina totală a unui atom liber este zero, deoarece sarcinile nucleului și învelișul de electroni echilibrează reciproc. În acest caz, sarcina nucleară este egală cu numărul elementului din tabelul periodic ( numar atomic) și este egal cu numărul total de electroni (sarcina electronilor este -1).

Nucleul atomic este format din încărcat pozitiv protoniși particule neutre - neutroni, fără taxă. Caracteristicile generalizate ale particulelor elementare dintr-un atom pot fi prezentate sub forma unui tabel:

Numărul de protoni este egal cu sarcina nucleului, deci egal cu numărul atomic. Pentru a afla numărul de neutroni dintr-un atom, trebuie să scădeți sarcina nucleului (numărul de protoni) din masa atomică (formată din masele de protoni și neutroni).

De exemplu, în atomul de sodiu 23 Na numărul de protoni este p = 11, iar numărul de neutroni este n = 23 − 11 = 12

Numărul de neutroni din atomii aceluiași element poate fi diferit. Astfel de atomi se numesc izotopi .

Învelișul de electroni a unui atom are, de asemenea, o structură complexă. Electronii sunt localizați în niveluri de energie (straturi electronice).

Numărul nivelului caracterizează energia electronului. Acest lucru se datorează faptului că particulele elementare pot transmite și primi energie nu în cantități arbitrar mici, ci în anumite porțiuni - cuante. Cu cât nivelul este mai mare, cu atât electronul are mai multă energie. Deoarece cu cât energia sistemului este mai mică, cu atât este mai stabil (comparați stabilitatea scăzută a unei pietre în vârful unui munte, care are energie potențială mare, și poziția stabilă a aceleiași pietre de mai jos pe câmpie, când energia sa este mult mai scăzută), nivelurile cu energie electronică scăzută sunt umplute mai întâi și abia apoi - ridicate.

Numărul maxim de electroni pe care îi poate găzdui un nivel poate fi calculat folosind formula:
N = 2n 2, unde N este numărul maxim de electroni la nivel,
n - număr de nivel.

Atunci pentru primul nivel N = 2 1 2 = 2,

pentru al doilea N = 2 2 2 = 8 etc.

Numărul de electroni din nivelul exterior pentru elementele subgrupurilor principale (A) este egal cu numărul grupului.

În majoritatea tabelelor periodice moderne, aranjarea electronilor după nivel este indicată în celula cu elementul. Foarte importantînțelegeți că nivelurile sunt ușor de citit jos sus, care corespunde energiei lor. Prin urmare, coloana numerelor din celulă cu sodiu:
1
8
2

la nivelul 1 - 2 electroni,

la nivelul 2 - 8 electroni,

la nivelul 3 - 1 electron
Atenție, aceasta este o greșeală foarte frecventă!

Distribuția nivelului de electroni poate fi reprezentată sub formă de diagramă:
11 Na)))
2 8 1

Dacă tabelul periodic nu indică distribuția electronilor după nivel, puteți utiliza:

• numărul maxim de electroni: la nivelul 1 nu mai mult de 2 e − ,
  pe 2 - 8 e − ,
  la nivel extern - 8 e − ;
• numărul de electroni la nivelul exterior (pentru primele 20 de elemente coincide cu numărul grupului)

Atunci, pentru sodiu, raționamentul va fi după cum urmează:

1. Numărul total de electroni este 11, prin urmare, primul nivel este umplut și conține 2 e − ;
2. Al treilea nivel exterior conține 1 e − (grupul I)
3. Al doilea nivel conține electronii rămași: 11 − (2 + 1) = 8 (complet umplut)

* O serie de autori, pentru a distinge mai clar între un atom liber și un atom ca parte a unui compus, propun utilizarea termenului „atom” doar pentru a desemna un atom liber (neutru) și pentru a desemna toți atomii, inclusiv cei în compuși, propuneți termenul „particule atomice”. Timpul va spune care va fi soarta acestor termeni. Din punctul nostru de vedere, un atom prin definiție este o particulă, prin urmare, expresia „particule atomice” poate fi considerată ca o tautologie („ulei”).

2. Sarcină. Calculul cantității de substanță a unuia dintre produșii de reacție dacă se cunoaște masa substanței de pornire.
Exemplu:

Ce cantitate de substanță hidrogen va fi eliberată când zincul reacţionează cu acidul clorhidric cântărind 146 g?

Soluţie:

1. Scriem ecuația reacției: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
2. Aflați masa molară a acidului clorhidric: M (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 (g/mol)
   (masa molară a fiecărui element, numeric egală cu masa atomică relativă, este privită în tabelul periodic sub semnul elementului și rotunjită la numere întregi, cu excepția clorului, care este luat ca 35,5)
3. Aflați cantitatea de acid clorhidric: n (HCl) = m / M = 146 g / 36,5 g/mol = 4 mol
4. Notăm datele disponibile deasupra ecuației de reacție, iar sub ecuație - numărul de moli conform ecuației (egal cu coeficientul din fața substanței):
   4 mol x mol
   Zn + 2HCI = ZnCI2 + H2
   2 mol 1 mol
5. Să facem o proporție:
   4 mol - X cârtiță
   2 mol - 1 mol
   (sau cu o explicație:
   din 4 moli de acid clorhidric se obtine X mol de hidrogen,
   și de la 2 moli - 1 mol)
6. Găsim X:
   X= 4 mol 1 mol / 2 mol = 2 mol

Răspuns: 2 mol.

Tema – 1: Structura atomului. Sarcina nucleară, numărul atomic și masa atomului.

Studentul trebuie:

Știi:

· Formularea modernă a legii periodice și structura tabelului

A fi capabil să:

· Identificarea elementelor după proprietățile descrise, determinarea unui element folosind o formulă electronică.

· Determinați după numărul de serie al elementului numărul perioadei și numărul grupului în care se află, precum și formulele și natura oxidului superior și hidroxidului corespunzător.

· Scrieți formula electronică a unui element dat și comparați-o cu elementele înconjurătoare din perioadă și grup.

1.1. Numărul atomic al unui element chimic și valoarea de încărcare a nucleului atomului său. Izotopi

La clasificarea elementelor chimice am folosit două dintre caracteristicile acestora: a) masa atomică relativă b) proprietățile substanțelor simple și ale compușilor elementelor.

Primul semn este cel conducător, al doilea se manifestă în legătură cu primul: proprietățile elementelor se modifică periodic odată cu creșterea masei atomice relative.

Dar la construirea sistemului periodic, aranjarea elementelor chimice în ordinea crescătoare a masei atomice relative, în unele locuri a încălcat această regulă: a schimbat cobaltul și nichelul, telurul și iodul. Mai târziu, același lucru a trebuit să fie făcut cu încă două perechi de elemente chimice: argon - potasiu și toriu - protactiniu. La urma urmei, potasiul activ al metalului alcalin nu poate fi inclus în familia gazelor inerte stabile din punct de vedere chimic, care fie nu formează deloc compuși chimici (heliu, neon), fie reacționează cu dificultate.

nu a putut explica aceste excepții de la regula generală, precum și motivul periodicității modificărilor proprietăților elementelor chimice dispuse în creșterea masei atomice relative.

În secolul al XX-lea Oamenii de știință au stabilit că un atom este format dintr-un nucleu și electroni care se mișcă în jurul lui. Electronii care se deplasează în jurul nucleului formează învelișul de electroni a atomului. Atom – electro – particulă neutră, adică fără sarcină. Nucleul este încărcat pozitiv, iar sarcina sa este neutralizată de sarcina negativă totală a tuturor electronilor din atom. De exemplu, dacă nucleul unui atom are o sarcină de +4, atunci patru electroni se mișcă în jurul lui, fiecare având o sarcină de -1.

Sa stabilit experimental că numerele de serie ale elementelor din tabelul periodic coincid cu valorile sarcinilor nucleelor ​​atomilor lor. Sarcina nucleului unui atom de hidrogen este +1, heliu +2, litiu +3 etc. d. Sarcina pozitivă a atomului fiecărui element ulterior este cu una mai mare decât cea a celui precedent și mai există un electron în învelișul său de electroni.

Numărul de serie (atomic) al unui element chimic este numeric egal cu sarcina atomului său.

De când oamenii de știință au descoperit semnificația fizică a numărului atomic al unui element, legea periodică a fost formulată după cum urmează: proprietățile substanțelor simple, precum și compoziția și proprietățile compușilor elementelor chimice, depind periodic de sarcina nucleului atomilor.

Cum puteți explica de ce încărcăturile nucleare ale elementelor chimice din sistemul periodic cresc, iar succesiunea corectă de creștere a masei atomice relative este încălcată în unele cazuri? Pentru a răspunde la această întrebare ai nevoie trageți din informații despre compoziția nucleelor ​​atomice pe care le cunoașteți la un curs de fizică.

Nucleele atomilor sunt încărcate pozitiv deoarece conțin protoni. Un proton este o particulă cu o sarcină de +1 și o masă relativă egală cu 1. Nucleul unui atom de hidrogen având o masă atomică relativă egală cu 1 este un proton. Există doi protoni în nucleul de heliu, dar masa atomică relativă a heliului este de 4. Acest lucru se datorează faptului că nucleul unui atom de heliu include nu numai protoni, ci și neutroni - particule neîncărcate cu o masă atomică relativă egală cu 1. Prin urmare, pentru a afla numărul de neutroni din atom, numărul de protoni (sarcina nucleului atomic, numărul atomic) trebuie scăzut din masa atomică relativă. Masa electronilor este neglijabilă, mică și nu este luată în considerare cont.

Atomii diferitelor elemente diferă prin numărul de protoni din nucleu. Un element chimic este un tip de atom cu aceeași sarcină nucleară. Numărul de neutroni din nucleele atomilor aceluiași element poate fi diferit.

Varietățile de atomi ai unui element chimic care au un număr diferit de neutroni în nuclee se numesc izotopi. Prezența izotopilor explică acele rearanjamente care la un moment dat. Știința modernă a confirmat că avea dreptate. Astfel, potasiul natural este format în principal din atomii izotopilor săi ușori, iar argonul - din cei grei. Prin urmare, masa atomică relativă a potasiului este mai mică decât cea a argonului, deși numărul atomic (sarcina) potasiului este mai mare.

Majoritatea elementelor chimice sunt amestecuri de izotopi. De exemplu, clorul natural contine izotopi cu masele atomice 35 si 37. Masa atomica relativa de 35,5 a fost obtinuta prin calcul, tinand cont nu numai de masa izotopilor, ci si de continutul fiecaruia dintre ei in natura. Datorită faptului că elementele chimice au izotopi, iar masele atomice relative ale elementelor sunt valori medii asupra conținutului de izotopi, acestea sunt fracții, nu numere întregi.

Când vor să sublinieze despre ce izotop vorbesc, lângă semnul chimic din stânga sus, scriu valoarea masei atomice relative a unui atom al acestui izotop, iar în stânga jos - sarcina nucleului, De exemplu 37Cl17.

1.2. Starea electronilor într-un atom

Starea unui electron într-un atom este înțeleasă ca totalitatea informațiilor despre energie un anumit electron şi desprerătăcire,în care se află. Știm deja că un electron dintr-un atom nu are o traiectorie de mișcare, adică putem vorbi doar despre probabilități amplasarea acestuia în spațiul din jurul nucleului. Poate fi situat în orice parte a acestui spațiu care înconjoară nucleul, iar totalitatea diferitelor sale poziții este considerată ca nor de electroni cu o anumită densitate de sarcină negativă.

W. Heisenberg a introdus conceptul de principiul incertitudinii adică a arătat că este imposibil să se determine simultan și cu precizie energia și locația electronului. Cu cât se determină mai precis energia unui electron, cu atât poziția sa va fi mai incertă și invers, după ce s-a determinat poziția, este imposibil să se determine energia electronului. Intervalul de probabilitate pentru detectarea unui electron nu are limite clare. Cu toate acestea, este posibil să selectați un spațiu în care probabilitatea de a găsi un electron va fi maximă.

Spațiul din jurul nucleului atomic în care este cel mai probabil să se găsească un electron se numește orbital.

Numărul de niveluri de energie (straturi electronice) înatomul este egal cu numărul perioadei din sistem,căruia îi aparţine elementul chimic: y atomov de elemente din prima perioadă- o singură energienivel, a doua perioadă- doi, a șaptea perioadă - șapte.

Cel mai mare număr de electroni la un nivel de energie este determinat de formula

N = 2 n 2 ,

Unde N - numărul maxim de electroni; P - număr de nivel sau număr cuantic principal. Prin urmare, pe primul, la naibanivelul energetic cel mai apropiat de nucleu poate finu mai mult de doi electroni;

pe a doua- nu mai mult de 8;

pe a treia- nu mai mult de 18;

pe a patra- nu mai mult de 32.

Și cum sunt, la rândul lor, aranjate nivelurile de energie (straturile electronice)?

Începând de la al doilea nivel de energie (P= 2), fiecare dintre niveluri este împărțit în subniveluri (substraturi), ușor diferite unele de altele în energia de legare cu miezul.

Numărul de subniveluri este egal cu valoarea numărului cuantic principal: primul nivel de energie are un subnivel; al doilea - doi; a treia - trei; al patrulea - patru subniveluri. Subnivelurile, la rândul lor, sunt formate din orbitali.

Fiecare valoare P corespunde numărului de orbitali egal cu p2. Conform datelor prezentate în Tabelul 1, este posibilă urmărirea conexiunii dintre numărul cuantic principal P cu numărul de subniveluri, tipul și numărul de orbitali și numărul maxim de electroni pe subnivel și nivel.

s-Subnivel- primul subnivel al fiecărui nivel energetic cel mai apropiat de nucleul atomic este format dintr-un s-orbital;

p-subnivel- al doilea subnivel al fiecăruia, cu excepția primului, nivelul energetic, este format din orbitali trei-p;

d-subnivel- al treilea subnivel al fiecăruia, începând de la al treilea nivel energetic, este format din cinci d-orbitali;

f-subnivel fiecare, începând de la al patrulea nivel energetic, este format din șapte orbiti.

Figura prezintă o diagramă care arată numărul, forma și poziția în spațiu a orbitalilor de electroni ai primelor patru straturi de electroni ale unui atom individual.

1.3. Configurații electronice în atomii chimici elemente

Fizicianul elveţian W. Pauli în 1925 a stabilit că într-un atom nu poate exista mai mult de un orbitaldoi electroni, având opus (antiparalel) spatele(tradus din engleză ca „spindle”), adică având proprietăți care pot fi imaginate în mod convențional ca rotația unui electron în jurul axei sale imaginare: în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic. Acest principiu se numește principiul Pauli.

Dacă există un electron într-un orbital, acesta se numește nepereche, dacă doi, atunci asta electroni perechi, adică electroni cu spini opuși.

S-orbital, după cum știți deja, are o formă sferică. Electronul atomului de hidrogen ( P= 1) este situat în acest orbital și este nepereche. Prin urmare ea formula electronica, sau elekconfigurația tronului, se va scrie astfel: 1s1. În formulele electronice, numărul nivelului de energie este indicat de numărul care precede litera (1...), litera latină indică subnivelul (tipul de orbital), iar numărul scris în dreapta sus a literei (ca un exponent) arată numărul de electroni din subnivel.

La al doilea nivel de energie (n = 2) există patru orbiti: unul s și trei p. Electronii orbitalului s de al doilea nivel (orbitalii 2p) au o energie mai mare, deoarece se află la o distanță mai mare de nucleu decât electronii orbitalului ls (n = 2)

În general, pentru fiecare valoare P există un orbital, dar cu o sursă corespunzătoare de energie electronică și, prin urmare, cu un diametru corespunzător, care crește pe măsură ce valoarea crește P.

P-Orbitalul are forma unei gantere sau a unei figuri tridimensionale opt. Toți cei trei orbitali p sunt localizați în atom reciproc perpendicular de-a lungul coordonatelor spațiale trasate prin nucleul atomului. Trebuie subliniat încă o dată că fiecare nivel de energie (strat electronic), pornind de la n = 2, are trei orbitali p. Cu valoare crescândă P electronii sunt ocupati. orbitali p situati la distante mari de nucleu si indreptati de-a lungul axelor x, y, g.

Pentru elementele perioadei a doua (P= 2) mai întâi se umple un orbital s, apoi trei orbitali p.

Pentru elementele perioadei a treia, orbitalii 3s și, respectiv, 3p sunt umpluți. Cinci d-orbitali de al treilea nivel rămân liberi:

Pentru elementele de perioade mari (a patra și a cincea), primii doi electroni ocupă orbitalii 4s și, respectiv, 5s.

Pornind de la al treilea element al fiecărei perioade majore, următorii zece electroni vor intra în orbitalii anteriori 3d, respectiv 4d.

Pentru elementele de perioade mari - a șasea și a șaptea incompletă - nivelurile și subnivelurile electronice sunt umplute cu electroni, de regulă, astfel: primii doi electroni vor merge la subnivelul s exterior, următorul electron (pentru La și Ac ) la subnivelul d anterior. Apoi următorii 14 electroni vor merge la al treilea nivel de energie exterior la 4 f - și, respectiv, orbitalii 5f pentru lantanide și actinide:

Apoi, al doilea nivel de energie externă (subnivelul d) va începe să se acumuleze din nou: pentru elementele subgrupurilor secundare: 73Ta 2, 8, 18, 32, 11, 2; 104Rf 2, 8, 18, 32, 32, 10, 2, - și în cele din urmă, numai după ce subnivelul d este complet umplut cu zece electroni va fi umplut din nou subnivelul exterior:

86Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8.

Foarte des, structura învelișurilor electronice ale atomilor este descrisă folosind energie sau celule cuantice - așa-numitele formule electronice grafice. Pentru această notație se folosește următoarea notație: fiecare celulă cuantică este desemnată de o celulă care corespunde unui orbital; Fiecare electron este indicat de o săgeată corespunzătoare direcției de spin. Când scrieți o formulă electronică grafică, ar trebui să vă amintiți două reguli: principiul Pauli , conform căreia nu pot exista mai mult de doi electroni într-o celulă (orbital), dar cu spin antiparalel și F. regula lui Hund , conform căreia electronii ocupă celule libere (orbitali), sunt localizați în ele mai întâi pe rând și au aceeași valoare de spin și abia apoi se perechează, dar spinii vor fi direcționați opus conform principiului Pauli.

1.4. Structura învelișului electronic al atomilor

În timpul reacțiilor chimice, nucleele atomilor nu se modifică. Această concluzie poate fi trasă din faptul că știți că produsele de reacție constau din atomi din aceleași elemente chimice ca și substanțele inițiale. Dar ce se întâmplă cu atomii în timpul reacțiilor chimice? Există o legătură între structura unui atom și manifestarea anumitor proprietăți fizice și chimice? Pentru a răspunde la întrebări, trebuie mai întâi să luăm în considerare structura învelișului de electroni a atomilor diferitelor elemente chimice.

Numărul de electroni dintr-un atom este egal cu sarcina nucleului său. Electronii sunt localizați la distanțe diferite de nucleul unui atom, grupându-se în straturi electronice. Cu cât electronii sunt mai aproape de nucleu, cu atât mai strâns sunt legați de nucleu.

Nucleul unui atom de hidrogen are o sarcină de +1. Un atom are un singur electron și, în mod natural, un strat de electroni.

Lângă hidrogen este heliu. Nu formează compuși cu alte elemente, ceea ce înseamnă că nu prezintă valență. Nucleul unui atom de heliu are o sarcină de +2, doi electroni se mișcă în jurul lui, formând un strat de electroni. Atomii de heliu nu formează compuși cu atomii altor elemente chimice, iar acest lucru indică marea stabilitate a carcasei sale electronice. Învelișurile de electroni ale heliului și ale altor atomi de gaz nobili sunt numite efectuat.

Următorul element este litiul. Un atom de litiu are trei electroni. Două dintre ele sunt situate pe primul strat de electroni cel mai apropiat de nucleu, iar al treilea formează al doilea stratul electronic exterior. Un al doilea strat de electroni a apărut în atomul de litiu. Electronul situat pe el este mai îndepărtat de nucleu și mai slab legat de nucleu decât ceilalți doi.

Găsiți semnul chimic pentru litiu în tabelul periodic. De la litiu la neon, sarcina nucleelor ​​atomice crește în mod natural. Al doilea strat electronic este umplut treptat cu electroni, iar odată cu creșterea numărului de electroni pe el, proprietățile metalice ale elementelor slăbesc treptat și sunt înlocuite cu altele nemetalice în creștere.

Fluorul este cel mai activ non-metal, sarcina nucleului său este de +9, atomul său are două straturi de electroni care conțin 2 și 7 electroni. Fluorul este urmat de neon.

Proprietățile elementelor fluor și neon diferă puternic. Neonul este inert și, ca și heliul, nu formează compuși. Aceasta înseamnă al doilea strat de electroni, care conține opt electroni este completă: electronii au format un sistem stabil, dând atomului inerție.

Dacă este așa, atunci următorul element, ai cărui atomi ar trebui să difere de atomii de neon printr-un proton suplimentar în nucleu și un electron, va avea trei straturi de electroni. Un atom al acestui element va avea astfel un al treilea strat de electroni, exterior, populat de un electron. Acest element va avea proprietăți puternic diferite de neon, trebuie să fie un metal activ, cum ar fi litiul, și să prezinte o valență de 1 în compuși.

Elementul sodiu se potrivește acestei descrieri. Se deschide a treia perioadă. Sodiul este un metal alcalin, chiar mai activ decât litiul. Aceasta înseamnă că presupunerile noastre s-au dovedit a fi corecte. Singurul electron din stratul de electroni exterior al atomului de sodiu este situat mai departe de nucleu decât electronul exterior al litiului și, prin urmare, este și mai slab legat de nucleu.

În seria elementelor de la sodiu la argon, apare din nou modelul menționat mai sus: crește numărul de electroni care formează stratul electronic exterior al atomilor, proprietățile metalice ale substanțelor simple de la sodiu la aluminiu slăbesc, proprietățile nemetalice cresc în trecerea de la siliciu la fosfor și sulf și sunt cele mai pronunțate la halogeni. La sfârșitul celei de-a treia perioade există un element - argon, în atomul căruia se află un strat exterior complet de opt electroni. La trecerea de la clor la argon, proprietățile atomilor elementelor se schimbă brusc și, odată cu acestea, proprietățile substanțelor simple și ale compușilor acestui element. Se știe că argonul este un gaz inert. Nu se combină cu alte substanțe.

Proprietățile se schimbă brusc și la trecerea de la argon, ultimul element al perioadei a treia, la primul element al perioadei a patra, potasiul. Potasiul este un metal alcalin și este foarte activ din punct de vedere chimic.

Prin urmare, modificări cantitative în compoziția unui atom (numărul de protoni din nucleu și de electroni din stratul electronic exterior) asociat cu calitatea (proprietăți ale substanțelor simple și ale compușilor formați dintr-un element chimic).

Sistematizarea cunoștințelor.

1. În învelișul de electroni a unui atom, electronii sunt aranjați în straturi. Primul strat din nucleu este complet când conține doi electroni, al doilea strat complet conține opt electroni.

2. Numărul de straturi de electroni dintr-un atom coincide cu numărul perioadei în care se află elementul chimic

3. Învelișul de electroni a atomului fiecărui element ulterior din tabelul periodic repetă structura învelișului de electroni a elementului anterior, dar diferă de acesta cu un electron.

Ceea ce ați studiat este suficient pentru a trage concluzii despre relația dintre structura atomilor și proprietățile elementelor chimice, pentru a înțelege motivele modificărilor periodice ale proprietăților, asemănărilor și diferențelor acestora. Formulați aceste concluzii.

1. Proprietățile elementelor chimice, dispuse în ordinea sarcinilor crescătoare ale nucleelor ​​atomice, se modifică periodic deoarece se repetă periodic o structură similară a stratului electronic exterior de atomi.

2. O schimbare lină a proprietăților elementelor într-o perioadă se datorează creșterii treptate a numărului de electroni din stratul exterior al atomilor.

3. Completarea stratului de electroni exterior al atomului duce la un salt brusc al proprietăților atunci când trece de la halogen la un gaz inert; apariția unui nou strat de electroni exterior într-un atom este motivul unui salt brusc al proprietăților în timpul tranziției de la un gaz inert la un metal alcalin.

4. Proprietățile elementelor chimice aparținând aceleiași familii sunt similare deoarece stratul de electroni exterior al atomilor lor conține același număr de electroni.

1.5. Posibilitățile de valență ale atomilor elementelor chimice

Structura nivelurilor exterioare de energie ale atomilor elementelor chimice determină în principal proprietățile atomilor lor. Prin urmare, aceste niveluri sunt numite valenţă Electronii acestor niveluri, și uneori ai nivelurilor pre-externe, pot lua parte la formarea legăturilor chimice. Acești electroni se mai numesc valenţă

Valența unui atom al unui element chimic este determinată în primul rând de numărul de electroni nepereche care participă la formarea unei legături chimice .

Electronii de valență ai atomilor elementelor principalelor subgrupe sunt localizați pe s- și orbitalii p ai stratului exterior de electroni. Pentru elementele subgrupurilor laterale, cu excepția lantanidelor și actinidelor, electronii de valență sunt localizați în orbitalul s al orbitalilor exteriori și d-ai stratului pre-exterior.

Pentru a evalua corect capacitățile de valență ale atomilor elementelor chimice, este necesar să se ia în considerare distribuția electronilor în ei pe niveluri și subniveluri de energie și să se determine numărul de electroni nepereche în conformitate cu principiul Pauli și cu regula lui Hund pentru cei neexcitați ( starea solului sau staționară a atomului și pentru cea excitată (atunci care a primit energie suplimentară, în urma căreia electronii stratului exterior sunt perechi și transferați la orbitalii liberi). Un atom în stare excitată este desemnat prin simbolul elementului corespunzător cu un asterisc.

https://pandia.ru/text/80/139/images/image003_118.gif" height="757"> De exemplu, Să luăm în considerare posibilitățile de valență ale atomilor de fosfor în stări staționare și excitate:

https://pandia.ru/text/80/139/images/image006_87.jpg" width="384" height="92 src=">

Energia cheltuită pentru excitarea atomilor de carbon este mai mult decât compensată de energia eliberată în timpul formării a două legături covalente suplimentare. Astfel, pentru a transfera atomi de carbon din starea staționară 2s22p2 în starea excitată - 2s12p3, este necesar să se cheltuiască aproximativ 400 kJ/mol de energie. Dar când se formează o legătură C-H în ​​hidrocarburile saturate, se eliberează 360 kJ/mol. În consecință, atunci când se formează doi moli de legături C-H, se vor elibera 720 kJ, ceea ce depășește energia de transfer a atomilor de carbon în starea excitată cu 320 kJ/mol.

În concluzie, trebuie remarcat faptul că capacitățile de valență ale atomilor elementelor chimice sunt departe de a fi limitate la numărul de electroni nepereche în stările staționare și excitate ale atomilor. Dacă vă amintiți mecanismul donor-acceptor pentru formarea legăturilor covalente, atunci vă vor deveni clare alte două posibilități de valență ale atomilor elementelor chimice, care sunt determinate de prezența orbitalilor liberi și de prezența perechilor de electroni singuri care pot da o legătură chimică covalentă prin mecanismul donor-acceptor. Amintiți-vă de formarea ionului de amoniu NH4+ (Vom lua în considerare mai detaliat implementarea acestor posibilități de valență de către atomii elementelor chimice atunci când studiem legăturile chimice.)

Să tragem o concluzie generală.

Capacitățile de valență ale atomilor elementelor chimice sunt determinate de: 1) numărul de electroni nepereche (orbitali de un electron); 2) prezența orbitalilor liberi; 3) prezența perechilor de electroni singuratice.

După cum știți, tot materialul din Univers este format din atomi. Un atom este cea mai mică unitate de materie care își poartă proprietățile. La rândul său, structura atomului este alcătuită dintr-o trinitate magică de microparticule: protoni, neutroni și electroni.

Mai mult, fiecare dintre microparticule este universală. Adică nu poți găsi doi protoni, neutroni sau electroni diferiți în lume. Toate sunt absolut asemănătoare între ele. Și proprietățile atomului vor depinde doar de compoziția cantitativă a acestor microparticule din structura globală a atomului.

De exemplu, structura unui atom de hidrogen constă dintr-un proton și un electron. Următorul cel mai complex atom, heliul, este format din doi protoni, doi neutroni și doi electroni. Atom de litiu - format din trei protoni, patru neutroni și trei electroni etc.

Structura atomică (de la stânga la dreapta): hidrogen, heliu, litiu

Atomii se combină pentru a forma molecule, iar moleculele se combină pentru a forma substanțe, minerale și organisme. Molecula de ADN, care stă la baza tuturor ființelor vii, este o structură asamblată din aceleași trei cărămizi magice ale universului ca piatra aflată pe drum. Deși această structură este mult mai complexă.

Și mai multe fapte uimitoare sunt dezvăluite atunci când încercăm să aruncăm o privire mai atentă asupra proporțiilor și structurii sistemului atomic. Se știe că un atom este format dintr-un nucleu și electroni care se mișcă în jurul lui de-a lungul unei traiectorii care descrie o sferă. Adică nici nu poate fi numită mișcare în sensul obișnuit al cuvântului. Mai degrabă, electronul este situat peste tot și imediat în această sferă, creând un nor de electroni în jurul nucleului și formând un câmp electromagnetic.

Reprezentări schematice ale structurii unui atom

Nucleul unui atom este format din protoni și neutroni și aproape toată masa sistemului este concentrată în el. Dar, în același timp, nucleul în sine este atât de mic încât, dacă raza lui este mărită la o scară de 1 cm, atunci raza întregii structuri atomice va ajunge la sute de metri. Astfel, tot ceea ce percepem ca materie densă constă în mai mult de 99% din legăturile energetice dintre particulele fizice și mai puțin de 1% din formele fizice în sine.

Dar care sunt aceste forme fizice? Din ce sunt făcute și din ce material sunt? Pentru a răspunde la aceste întrebări, să aruncăm o privire mai atentă asupra structurilor protonilor, neutronilor și electronilor. Deci, coborâm încă o treaptă în adâncurile microlumii - la nivelul particulelor subatomice.

În ce constă un electron?

Cea mai mică particulă a unui atom este un electron. Un electron are masă, dar nu are volum. În conceptul științific, un electron nu constă din nimic, ci este un punct fără structură.

Un electron nu poate fi văzut la microscop. Este vizibil doar sub forma unui nor de electroni, care arată ca o sferă neclară în jurul nucleului atomic. În același timp, este imposibil să spunem cu exactitate unde se află electronul la un moment dat. Instrumentele sunt capabile să capteze nu particula în sine, ci doar urma sa de energie. Esența electronului nu este încorporată în conceptul de materie. Este mai degrabă ca o formă goală care există numai în mișcare și datorită mișcării.

Nicio structură în electron nu a fost încă descoperită. Este aceeași particulă punctuală ca o cuantă de energie. De fapt, un electron este energie, cu toate acestea, este o formă mai stabilă a acestuia decât cea reprezentată de fotonii luminii.

În prezent, electronul este considerat indivizibil. Acest lucru este de înțeles, deoarece este imposibil să împărțiți ceva care nu are volum. Cu toate acestea, teoria are deja evoluții conform cărora electronul conține o trinitate de cvasiparticule precum:

• Orbiton – conține informații despre poziția orbitală a electronului;
• Spinon – responsabil pentru rotire sau cuplu;
• Holon – transportă informații despre sarcina electronului.

Cu toate acestea, după cum vedem, cvasiparticulele nu au absolut nimic în comun cu materia și poartă doar informații.

Fotografii ale atomilor diferitelor substanțe într-un microscop electronic

Interesant este că un electron poate absorbi cuante de energie, cum ar fi lumina sau căldura. În acest caz, atomul se mută la un nou nivel de energie, iar granițele norului de electroni se extind. De asemenea, se întâmplă că energia absorbită de un electron este atât de mare încât poate sări din sistemul atomic și să își continue mișcarea ca o particulă independentă. În același timp, se comportă ca un foton al luminii, adică pare să înceteze să mai fie o particulă și începe să prezinte proprietățile unei unde. Acest lucru a fost dovedit într-un experiment.

Experimentul lui Jung

În timpul experimentului, un flux de electroni a fost direcționat către un ecran cu două fante tăiate în el. Trecând prin aceste fante, electronii s-au ciocnit cu suprafața altui ecran de proiecție, lăsându-și amprenta pe acesta. Ca urmare a acestui „bombardament” de electroni, pe ecranul de proiecție a apărut un model de interferență, similar cu cel care ar apărea dacă undele, dar nu particulele, ar trece prin două fante.

Acest model apare deoarece o undă care trece între două fante este împărțită în două valuri. Ca urmare a mișcării ulterioare, undele se suprapun unele pe altele, iar în unele zone sunt anulate reciproc. Rezultatul sunt multe franjuri pe ecranul de proiecție, în loc de doar una, așa cum ar fi cazul dacă electronul s-ar comporta ca o particulă.

Structura nucleului unui atom: protoni și neutroni

Protonii și neutronii formează nucleul unui atom. Și în ciuda faptului că miezul ocupă mai puțin de 1% din volumul total, în această structură este concentrată aproape întreaga masă a sistemului. Dar fizicienii sunt împărțiți în ceea ce privește structura protonilor și neutronilor, iar în acest moment există două teorii.

• Teoria nr. 1 - Standard

Modelul standard spune că protonii și neutronii sunt formați din trei quarci conectați printr-un nor de gluoni. Quarcii sunt particule punctiforme, la fel ca cuantele și electronii. Și gluonii sunt particule virtuale care asigură interacțiunea cuarcilor. Cu toate acestea, în natură nu s-au găsit niciodată nici quarci, nici gluoni, așa că acest model este supus unor critici severe.

• Teoria #2 - Alternativă

Dar, conform teoriei alternative a câmpului unificat, dezvoltată de Einstein, protonul, ca și neutronul, ca orice altă particulă a lumii fizice, este un câmp electromagnetic care se rotește cu viteza luminii.

Câmpurile electromagnetice ale omului și planetei

Care sunt principiile structurii atomice?

Totul în lume - subțire și dens, lichid, solid și gazos - este doar stările energetice ale nenumăratelor câmpuri care pătrund în spațiul Universului. Cu cât nivelul de energie în câmp este mai mare, cu atât este mai subțire și mai puțin perceptibil. Cu cât nivelul de energie este mai scăzut, cu atât este mai stabil și mai tangibil. Structura atomului, precum și structura oricărei alte unități a Universului, constă în interacțiunea unor astfel de câmpuri - diferite ca densitate de energie. Se pare că materia este doar o iluzie a minții.

Produsele chimice sunt din ce este făcută lumea din jurul nostru.

Proprietățile fiecărei substanțe chimice sunt împărțite în două tipuri: chimice, care îi caracterizează capacitatea de a forma alte substanțe, și fizice, care sunt observate în mod obiectiv și pot fi considerate izolat de transformările chimice. De exemplu, proprietățile fizice ale unei substanțe sunt starea ei de agregare (solidă, lichidă sau gazoasă), conductivitatea termică, capacitatea termică, solubilitatea în diverse medii (apă, alcool etc.), densitatea, culoarea, gustul etc.

Transformarea unor substanțe chimice în alte substanțe se numește fenomene chimice sau reacții chimice. Trebuie remarcat faptul că există și fenomene fizice care sunt însoțite în mod evident de o modificare a oricăror proprietăți fizice ale unei substanțe fără transformarea acesteia în alte substanțe. Fenomenele fizice, de exemplu, includ topirea gheții, înghețarea sau evaporarea apei etc.

Faptul că un fenomen chimic are loc în timpul unui proces poate fi concluzionat prin observarea semnelor caracteristice ale reacțiilor chimice, cum ar fi schimbările de culoare, formarea de precipitate, eliberarea de gaz, eliberarea de căldură și (sau) lumină.

De exemplu, o concluzie despre apariția reacțiilor chimice poate fi făcută observând:

Formarea sedimentului la fierberea apei, numită scară în viața de zi cu zi;

Eliberarea de căldură și lumină atunci când arde un foc;

Schimbarea culorii unei bucăți de măr proaspăt în aer;

Formarea de bule de gaz în timpul fermentației aluatului etc.

Cele mai mici particule ale unei substanțe care nu suferă practic nicio modificare în timpul reacțiilor chimice, ci doar se conectează între ele într-un mod nou, se numesc atomi.

Însăși ideea existenței unor astfel de unități de materie a apărut în Grecia antică în mintea filozofilor antici, ceea ce explică de fapt originea termenului „atom”, deoarece „atomos” tradus literal din greacă înseamnă „indivizibil”.

Cu toate acestea, spre deosebire de ideea filozofilor greci antici, atomii nu sunt minimul absolut al materiei, adică. ele însele au o structură complexă.

Fiecare atom este format din așa-numitele particule subatomice - protoni, neutroni și electroni, desemnate respectiv prin simbolurile p +, n o și e -. Superscriptul din notația utilizată indică faptul că protonul are o sarcină unitară pozitivă, electronul are o sarcină unitară negativă, iar neutronul nu are sarcină.

În ceea ce privește structura calitativă a unui atom, în fiecare atom toți protonii și neutronii sunt concentrați în așa-numitul nucleu, în jurul căruia electronii formează un înveliș de electroni.

Protonul și neutronul au aproape aceleași mase, adică m p ≈ m n, iar masa unui electron este de aproape 2000 de ori mai mică decât masa fiecăruia dintre ei, adică. m p /m e ≈ m n /m e ≈ 2000.

Deoarece proprietatea fundamentală a unui atom este neutralitatea sa electrică, iar sarcina unui electron este egală cu sarcina unui proton, din aceasta putem concluziona că numărul de electroni din orice atom este egal cu numărul de protoni.

De exemplu, tabelul de mai jos arată compoziția posibilă a atomilor:

Tip de atomi cu aceeași sarcină nucleară, adică cu același număr de protoni în nucleele lor se numește element chimic. Astfel, din tabelul de mai sus putem concluziona că atom1 și atom2 aparțin unui element chimic, iar atom3 și atom4 aparțin altui element chimic.

Fiecare element chimic are propriul nume și simbol individual, care este citit într-un anumit mod. Deci, de exemplu, cel mai simplu element chimic, ai cărui atomi conțin un singur proton în nucleu, se numește „hidrogen” și este notat cu simbolul „H”, care se citește „cenusa”, și un element chimic cu o sarcină nucleară de +7 (adică care conține 7 protoni) - „azot”, are simbolul „N”, care se citește ca „en”.

După cum puteți vedea din tabelul de mai sus, atomii unui element chimic pot diferi în ceea ce privește numărul de neutroni din nucleele lor.

Atomii care aparțin aceluiași element chimic, dar au un număr diferit de neutroni și, ca urmare, masă, se numesc izotopi.

De exemplu, elementul chimic hidrogen are trei izotopi - 1 H, 2 H și 3 H. Indicii 1, 2 și 3 de deasupra simbolului H înseamnă numărul total de neutroni și protoni. Acestea. Știind că hidrogenul este un element chimic, care se caracterizează prin faptul că există un proton în nucleele atomilor săi, putem concluziona că în izotopul 1 H nu există neutroni deloc (1-1 = 0), în izotopul 2 H – 1 neutron (2-1=1) iar în izotopul 3 H – doi neutroni (3-1=2). Deoarece, așa cum sa menționat deja, neutronul și protonul au aceleași mase, iar masa electronului este neglijabil de mică în comparație cu acestea, aceasta înseamnă că izotopul 2H este aproape de două ori mai greu decât izotopul 1H, iar izotopul 3H este chiar de trei ori mai greu . Datorită împrăștierii atât de mari în masele izotopilor de hidrogen, izotopilor 2 H și 3 H li sa atribuit chiar nume și simboluri individuale separate, ceea ce nu este tipic pentru niciun alt element chimic. Izotopul 2H a fost numit deuteriu și a primit simbolul D, iar izotopului 3H a primit numele de tritiu și simbolul T.

Dacă luăm masa protonului și neutronului ca una și neglijăm masa electronului, de fapt indicele din stânga sus, în plus față de numărul total de protoni și neutroni din atom, poate fi considerat masa lui și, prin urmare, acest indice se numește număr de masă și este desemnat prin simbolul A. Deoarece sarcina nucleului oricărui proton corespunde atomului, iar sarcina fiecărui proton este considerată convențional egală cu numărul de protoni din nucleu; se numește numărul de taxare (Z). Notând numărul de neutroni dintr-un atom ca N, relația dintre numărul de masă, numărul de sarcină și numărul de neutroni poate fi exprimată matematic ca:

Conform conceptelor moderne, electronul are o natură duală (particulă-undă). Are proprietățile atât ale unei particule, cât și ale unei unde. La fel ca o particulă, un electron are masă și sarcină, dar, în același timp, fluxul de electroni, ca o undă, este caracterizat de capacitatea de difracție.

Pentru a descrie starea unui electron dintr-un atom se folosesc conceptele de mecanică cuantică, conform cărora electronul nu are o traiectorie specifică de mișcare și poate fi localizat în orice punct al spațiului, dar cu probabilități diferite.

Regiunea spațiului din jurul nucleului unde este cel mai probabil să se găsească un electron se numește orbital atomic.

Un orbital atomic poate avea diferite forme, dimensiuni și orientări. Un orbital atomic se mai numește și nor de electroni.

Grafic, un orbital atomic este de obicei notat ca o celulă pătrată:

Mecanica cuantică are un aparat matematic extrem de complex, prin urmare, în cadrul unui curs de chimie școlară, sunt luate în considerare doar consecințele teoriei mecanicii cuantice.

Conform acestor consecințe, orice orbital atomic și electronul aflat în el sunt complet caracterizate de 4 numere cuantice.

• Numărul cuantic principal, n, determină energia totală a unui electron într-un orbital dat. Gama de valori ale numărului cuantic principal este toate numerele naturale, adică. n = 1,2,3,4, 5 etc.
• Numărul cuantic orbital - l - caracterizează forma orbitalului atomic și poate lua orice valoare întreagă de la 0 la n-1, unde n, recall, este numărul cuantic principal.

Se numesc orbitalii cu l = 0 s-orbitali. Orbitalii s au formă sferică și nu au direcționalitate în spațiu:

Se numesc orbitalii cu l = 1 p-orbitali. Acești orbitali au forma unei figuri tridimensionale opt, adică. o formă obținută prin rotirea unei cifre opt în jurul unei axe de simetrie și seamănă în exterior cu o gantere:

Se numesc orbitalii cu l = 2 d-orbitali, iar cu l = 3 – f-orbitali. Structura lor este mult mai complexă.

3) Numărul cuantic magnetic – m l – determină orientarea spațială a unui orbital atomic specific și exprimă proiecția momentului unghiular orbital pe direcția câmpului magnetic. Numărul cuantic magnetic m l corespunde orientării orbitalului în raport cu direcția vectorului intensității câmpului magnetic extern și poate lua orice valori întregi de la –l la +l, inclusiv 0, adică. numărul total de valori posibile este (2l+1). Deci, de exemplu, pentru l = 0 m l = 0 (o valoare), pentru l = 1 m l = -1, 0, +1 (trei valori), pentru l = 2 m l = -2, -1, 0, + 1, +2 (cinci valori ale numărului cuantic magnetic), etc.

Deci, de exemplu, orbitalii p, i.e. orbitalii cu un număr cuantic orbital l = 1, în formă de „figura tridimensională de opt”, corespund la trei valori ale numărului cuantic magnetic (-1, 0, +1), care la rândul lor corespund trei direcții perpendiculare între ele în spațiu.

4) Numărul cuantic de spin (sau pur și simplu spin) - m s - poate fi considerat responsabil pentru direcția de rotație a electronului în atom pe care acesta poate lua valori; Electronii cu spinuri diferite sunt indicați prin săgeți verticale direcționate în direcții diferite: ↓ și .

Setul tuturor orbitalilor dintr-un atom care au același număr cuantic principal se numește nivel de energie sau înveliș de electroni. Orice nivel de energie arbitrar cu un număr n este format din n 2 orbitali.

Un set de orbitali cu aceleași valori ale numărului cuantic principal și ale numărului cuantic orbital reprezintă un subnivel energetic.

Fiecare nivel de energie, care corespunde numărului cuantic principal n, conține n subniveluri. La rândul său, fiecare subnivel de energie cu număr cuantic orbital l este format din (2l+1) orbitali. Astfel, subnivelul s este format dintr-un orbital s, subnivelul p este format din trei orbitali p, subnivelul d este format din cinci orbitali d, iar subnivelul f este format din șapte orbitali f. Deoarece, așa cum sa menționat deja, un orbital atomic este adesea notat cu o celulă pătrată, subnivelurile s-, p-, d- și f- pot fi reprezentate grafic după cum urmează:

Fiecare orbital corespunde unui set individual strict definit de trei numere cuantice n, l și m l.

Distribuția electronilor între orbitali se numește configurație electronică.

Umplerea orbitalilor atomici cu electroni are loc în conformitate cu trei condiții:

• Principiul energiei minime: Electronii umplu orbitalii pornind de la cel mai scăzut subnivel de energie. Secvența subnivelurilor în ordinea creșterii energiilor lor este următoarea: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;

Pentru a vă ușura amintirea acestei secvențe de completare a subnivelurilor electronice, următoarea ilustrație grafică este foarte convenabilă:

• principiul Pauli: Fiecare orbital nu poate conține mai mult de doi electroni.

Dacă există un electron într-un orbital, atunci se numește nepereche, iar dacă sunt doi, atunci se numesc pereche de electroni.

• regula lui Hund: starea cea mai stabilă a unui atom este cea în care, în cadrul unui subnivel, atomul are numărul maxim posibil de electroni nepereche. Această stare cea mai stabilă a atomului se numește stare fundamentală.

De fapt, cele de mai sus înseamnă că, de exemplu, plasarea electronilor 1, 2, 3 și 4 în trei orbitali ai subnivelului p va fi efectuată după cum urmează:

Umplerea orbitalilor atomici de la hidrogen, care are un număr de sarcină de 1, la kripton (Kr), cu un număr de încărcare de 36, se va realiza după cum urmează:

O astfel de reprezentare a ordinii de umplere a orbitalilor atomici se numește diagramă energetică. Pe baza diagramelor electronice ale elementelor individuale, este posibil să le scrieți așa-numitele formule electronice (configurații). Deci, de exemplu, un element cu 15 protoni și, drept consecință, 15 electroni, i.e. fosforul (P) va avea următoarea diagramă energetică:

Când este convertit într-o formulă electronică, atomul de fosfor va lua forma:

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

Numerele de dimensiune normală din stânga simbolului subnivelului arată numărul nivelului de energie, iar superscriptele din dreapta simbolului subnivelului arată numărul de electroni din subnivelul corespunzător.

Mai jos sunt formulele electronice ale primelor 36 de elemente ale tabelului periodic al lui D.I. Mendeleev.

perioadă	Articol nr.	simbol	Nume	formula electronica
eu	1	H	hidrogen	1s 1
	2	El	heliu	1s 2
II	3	Li	litiu	1s 2 2s 1
	4	Fi	beriliu	1s 2 2s 2
	5	B	bor	1s 2 2s 2 2p 1
	6	C	carbon	1s 2 2s 2 2p 2
	7	N	azot	1s 2 2s 2 2p 3
	8	O	oxigen	1s 2 2s 2 2p 4
	9	F	fluor	1s 2 2s 2 2p 5
	10	Ne	neon	1s 2 2s 2 2p 6
III	11	N / A	sodiu	1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
	12	Mg	magneziu	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
	13	Al	aluminiu	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
	14	Si	siliciu	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2
	15	P	fosfor	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
	16	S	sulf	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
	17	Cl	clor	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
	18	Ar	argon	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
IV	19	K	potasiu	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1
	20	Ca	calciu	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2
	21	Sc	scandiu	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1
	22	Ti	titan	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2
	23	V	vanadiu	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3
	24	Cr	crom	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 aici observăm saltul unui electron cu s pe d subnivel
	25	Mn	mangan	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5
	26	Fe	fier	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6
	27	Co	cobalt	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7
	28	Ni	nichel	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8
	29	Cu	cupru	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 aici observăm saltul unui electron cu s pe d subnivel
	30	Zn	zinc	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
	31	Ga	galiu	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1
	32	GE	germaniu	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2
	33	La fel de	arsenic	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3
	34	Se	seleniu	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4
	35	Br	brom	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5
	36	Kr	cripton	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

După cum sa menționat deja, în starea lor fundamentală, electronii din orbitalii atomici sunt localizați conform principiului energiei minime. Cu toate acestea, în prezența orbitalilor p goali în starea fundamentală a atomului, adesea, prin conferirea de energie în exces, atomul poate fi transferat în așa-numita stare excitată. De exemplu, un atom de bor în starea sa fundamentală are o configurație electronică și o diagramă energetică de următoarea formă:

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

Și într-o stare excitată (*), i.e. Atunci când o parte de energie este transmisă unui atom de bor, configurația sa electronică și diagrama energetică vor arăta astfel:

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

În funcție de ce subnivel al atomului este umplut ultimul, elementele chimice sunt împărțite în s, p, d sau f.

Aflarea elementelor s, p, d și f în tabelul D.I. Mendeleev:

• Elementele s au ultimul subnivel s care trebuie umplut. Aceste elemente includ elemente ale subgrupurilor principale (în stânga în celula tabelului) ale grupelor I și II.
• Pentru elementele p, subnivelul p este umplut. Elementele p includ ultimele șase elemente ale fiecărei perioade, cu excepția primei și a șaptelea, precum și elemente ale principalelor subgrupuri ale grupelor III-VIII.
• Elementele d sunt situate între elementele s și p în perioade mari.
• Elementele f se numesc lantanide și actinide. Sunt enumerate în partea de jos a tabelului D.I. Mendeleev.

DEFINIȚIE

Atom– cea mai mică particulă chimică.

Varietatea compușilor chimici se datorează diferitelor combinații de atomi de elemente chimice în molecule și substanțe nemoleculare. Capacitatea unui atom de a intra în compuși chimici, proprietățile sale chimice și fizice sunt determinate de structura atomului. În acest sens, pentru chimie, structura internă a atomului și, în primul rând, structura învelișului său electronic sunt de o importanță capitală.

Modele de structură atomică

La începutul secolului al XIX-lea, D. Dalton a reînviat teoria atomică, bazându-se pe legile fundamentale ale chimiei cunoscute până atunci (constanța compoziției, rapoarte multiple și echivalente). Primele experimente au fost efectuate pentru a studia structura materiei. Totuși, în ciuda descoperirilor făcute (atomii aceluiași element au aceleași proprietăți, iar atomii altor elemente au proprietăți diferite, a fost introdus conceptul de masă atomică), atomul a fost considerat indivizibil.

După obținerea dovezilor experimentale (sfârșitul secolului XIX - începutul secolului XX) ale complexității structurii atomului (efect fotoelectric, catod și raze X, radioactivitate), s-a constatat că atomul este format din particule încărcate negativ și pozitiv care interacționează cu reciproc.

Aceste descoperiri au dat impuls creării primelor modele de structură atomică. Unul dintre primele modele a fost propus J. Thomson(1904) (Fig. 1): atomul a fost imaginat ca o „mare de electricitate pozitivă” cu electroni care oscilează în el.

După experimente cu particule α, în 1911. Rutherford a propus așa-numitul model planetar structură atomică (Fig. 1), similară cu structura sistemului solar. Conform modelului planetar, în centrul atomului se află un nucleu foarte mic cu o sarcină Z e, ale cărui dimensiuni sunt de aproximativ 1.000.000 de ori mai mici decât dimensiunile atomului însuși. Nucleul conține aproape întreaga masă a atomului și are o sarcină pozitivă. Electronii se deplasează pe orbite în jurul nucleului, al căror număr este determinat de sarcina nucleului. Traiectoria externă a electronilor determină dimensiunile exterioare ale atomului. Diametrul unui atom este de 10 -8 cm, în timp ce diametrul nucleului este mult mai mic -10 -12 cm.

Orez. 1 Modele de structură atomică după Thomson și Rutherford

Experimentele privind studierea spectrelor atomice au arătat imperfecțiunea modelului planetar al structurii atomului, deoarece acest model contrazice structura de linii a spectrelor atomice. Bazat pe modelul lui Rutherford, doctrina lui Einstein asupra cuantelor de lumină și teoria cuantică a radiației a lui Planck Niels Bohr (1913) formulat postulate, care constă teoria structurii atomice(Fig. 2): un electron se poate roti în jurul nucleului nu în niciuna, ci doar în unele orbite specifice (staționare), deplasându-se de-a lungul unei astfel de orbite nu emite energie electromagnetică, radiații (absorbția sau emisia unui cuantum de energie electromagnetică ) are loc în timpul unui electron de tranziție (ca un salt) de la o orbită la alta.

Orez. 2. Modelul structurii atomului după N. Bohr

Materialul experimental acumulat care caracterizează structura atomului a arătat că proprietățile electronilor, precum și ale altor micro-obiecte, nu pot fi descrise pe baza conceptelor mecanicii clasice. Microparticulele respectă legile mecanicii cuantice, care au devenit baza creației modelul modern al structurii atomice.

Principalele teze ale mecanicii cuantice:

- energia este emisă și absorbită de corpuri în porțiuni separate - cuante, prin urmare, energia particulelor se modifică brusc;

- electronii și alte microparticule au o natură duală - prezintă proprietățile atât ale particulelor, cât și ale undelor (dualitate undă-particulă);

— mecanica cuantică neagă prezența anumitor orbite pentru microparticule (pentru electronii în mișcare este imposibil să se determine poziția exactă, deoarece se mișcă în spațiu în apropierea nucleului, puteți determina doar probabilitatea de a găsi un electron în diferite părți ale spațiului).

Spațiul din apropierea nucleului în care probabilitatea de a găsi un electron este destul de mare (90%) se numește orbital.

Numerele cuantice. principiul lui Pauli. regulile lui Klechkovsky

Starea unui electron într-un atom poate fi descrisă folosind patru numere cuantice.

n– numărul cuantic principal. Caracterizează rezerva totală de energie a unui electron dintr-un atom și numărul nivelului de energie. n ia valori întregi de la 1 la ∞. Electronul are cea mai mică energie când n=1; cu creşterea n – energie. Starea unui atom atunci când electronii săi se află la astfel de niveluri de energie încât energia lor totală este minimă se numește stare fundamentală. Statele cu valori mai mari se numesc excitate. Nivelurile de energie sunt indicate cu cifre arabe în funcție de valoarea lui n. Electronii pot fi aranjați în șapte niveluri, prin urmare, n există de fapt de la 1 la 7. Numărul cuantic principal determină dimensiunea norului de electroni și determină raza medie a unui electron dintr-un atom.

l– numărul cuantic orbital. Caracterizează rezerva de energie a electronilor din subnivel și forma orbitalului (Tabelul 1). Acceptă valori întregi de la 0 la n-1. depind de n. Dacă n=1, atunci l=0, ceea ce înseamnă că există un 1 subnivel la primul nivel.

pe mine– număr cuantic magnetic. Caracterizează orientarea orbitalului în spațiu. Acceptă valori întregi de la –l la 0 la +l. Astfel, când l=1 (p-orbital), m e ia valorile -1, 0, 1 și orientarea orbitalului poate fi diferită (Fig. 3).

Orez. 3. Una dintre orientările posibile în spațiu a orbitalului p

s– număr cuantic de spin. Caracterizează rotația proprie a electronului în jurul axei sale. Acceptă valorile -1/2(↓) și +1/2(). Doi electroni din același orbital au spin antiparalel.

Se determină starea electronilor în atomi principiul Pauli: un atom nu poate avea doi electroni cu același set de numere cuantice. Se determină succesiunea de umplere a orbitalilor cu electroni Klechkovsky guvernează: orbitalii sunt umpluți cu electroni în ordinea sumei crescătoare (n+l) pentru acești orbitali, dacă suma (n+l) este aceeași, atunci se umple mai întâi orbitalul cu valoarea n mai mică.

Cu toate acestea, un atom conține de obicei nu unul, ci mai mulți electroni și, pentru a ține cont de interacțiunea lor între ele, se utilizează conceptul de sarcină nucleară efectivă - un electron la nivelul exterior este supus unei sarcini care este mai mică decât sarcina. ai nucleului, în urma căreia electronii interni îi ecranează pe cei externi.

Caracteristicile de bază ale unui atom: raza atomică (covalentă, metalică, van der Waals, ionică), afinitatea electronică, potențialul de ionizare, momentul magnetic.

Formule electronice ale atomilor

Toți electronii unui atom formează învelișul său de electroni. Este descrisă structura învelișului de electroni formula electronica, care arată distribuția electronilor între nivelurile și subnivelurile de energie. Numărul de electroni dintr-un subnivel este indicat printr-un număr, care este scris în dreapta sus a literei care indică subnivelul. De exemplu, un atom de hidrogen are un electron, care este situat în subnivelul s al primului nivel de energie: 1s 1. Formula electronică a heliului care conține doi electroni se scrie după cum urmează: 1s 2.

Pentru elementele din a doua perioadă, electronii umplu al 2-lea nivel de energie, care nu poate conține mai mult de 8 electroni. În primul rând, electronii umplu subnivelul s, apoi subnivelul p. De exemplu:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Relația dintre structura electronică a unui atom și poziția elementului în Tabelul Periodic

Formula electronică a unui element este determinată de poziția acestuia în Tabelul Periodic D.I. Mendeleev. Astfel, numărul perioadei corespunde În elementele celei de-a doua perioade, electronii umplu al 2-lea nivel de energie, care nu poate conține mai mult de 8 electroni. În primul rând, electronii umplu în elementele celei de-a doua perioade, electronii umplu al doilea nivel de energie, care nu poate conține mai mult de 8 electroni. În primul rând, electronii umplu subnivelul s, apoi subnivelul p. De exemplu:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

În atomii unor elemente, se observă fenomenul de „salt” a electronilor de la nivelul energetic exterior la penultimul. Scurgerea de electroni are loc în atomi de cupru, crom, paladiu și alte elemente. De exemplu:

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

un nivel de energie care nu poate conține mai mult de 8 electroni. În primul rând, electronii umplu subnivelul s, apoi subnivelul p. De exemplu:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

Numărul grupului pentru elementele subgrupurilor principale este egal cu numărul de electroni din nivelul energetic exterior, astfel de electroni se numesc electroni de valență (ei participă la formarea unei legături chimice). Electronii de valență pentru elementele subgrupurilor laterale pot fi electroni ai nivelului de energie exterior și subnivelul d al penultimului nivel. Numărul grupului de elemente din subgrupurile secundare III-VII, precum și pentru Fe, Ru, Os, corespunde numărului total de electroni din subnivelul s al nivelului energetic exterior și subnivelul d al penultimului nivel.

Sarcini:

Desenați formulele electronice ale atomilor de fosfor, rubidiu și zirconiu. Indicați electronii de valență.

Răspuns:

15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 Electroni de valență 3s 2 3p 3

37 Rb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 Electroni de valență 5s 1

40 Zr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2 Electroni de valență 4d 2 5s 2