Kimyoviy elementlar atomlarining elektron tuzilishi. Atomning elektron konfiguratsiyasi
Elementning elektron formulasini tuzish algoritmi:
1. Kimyoviy elementlarning davriy sistemasi yordamida atomdagi elektronlar sonini aniqlang D.I. Mendeleev.
2. Element joylashgan davrning soni bo'yicha energiya darajalari sonini aniqlang; oxirgi elektron darajadagi elektronlar soni guruh raqamiga mos keladi.
3. Darajalar pastki sathlarga va orbitallarga bo'linib, orbitallarni to'ldirish qoidalariga muvofiq ularni elektronlar bilan to'ldiring:
Shuni esda tutish kerakki, birinchi daraja maksimal 2 ta elektronga ega. 1s2, ikkinchisida - maksimal 8 (ikki s va olti R: 2s 2 2p 6), uchinchisida - maksimal 18 (ikki s, olti p, va o'n d: 3s 2 3p 6 3d 10).
- Bosh kvant soni n minimal bo'lishi kerak.
- Birinchi bo'lib to'ldiriladi s- pastki daraja, keyin p-, d-b f- pastki darajalar.
- Elektronlar orbitallarni orbital energiyaning o'sish tartibida to'ldiradi (Klechkovskiy qoidasi).
- Pastki sathda elektronlar avval erkin orbitallarni birma-bir egallaydi va shundan keyingina juftlik hosil qiladi (Xund qoidasi).
- Bir orbitalda ikkitadan ortiq elektron bo'lishi mumkin emas (Pauli printsipi).
Misollar.
1. Azotning elektron formulasini tuzing. Azot davriy jadvalda 7-o'rinda turadi.
2. Argonning elektron formulasini tuzing. Davriy jadvalda argon 18-raqamda.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6.
3. Xromning elektron formulasini tuzing. Davriy jadvalda xrom 24-raqamdir.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5
Ruxning energiya diagrammasi.
4. Ruxning elektron formulasini tuzing. Davriy jadvalda sink 30-raqamni egallaydi.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
E'tibor bering, elektron formulaning bir qismi, ya'ni 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 argonning elektron formulasidir.
Ruxning elektron formulasi sifatida ifodalanishi mumkin.
Ushbu ilovani ishga tushirish uchun JavaScript-ni yoqishingiz kerak.Atomning elektron konfiguratsiyasi atomdagi elektronlarning sathlar va pastki darajalar bo'yicha joylashishini ko'rsatadigan formuladir. Maqolani o'rganib chiqqandan so'ng, siz elektronlar qaerda va qanday joylashganligini bilib olasiz, kvant raqamlari bilan tanishasiz va atomning elektron konfiguratsiyasini uning raqami bo'yicha qura olasiz, maqola oxirida elementlar jadvali mavjud.
Nima uchun elementlarning elektron konfiguratsiyasini o'rganish kerak?
Atomlar konstruktorga o'xshaydi: ma'lum miqdordagi qismlar mavjud, ular bir-biridan farq qiladi, lekin bir xil turdagi ikkita qism aynan bir xil. Ammo bu konstruktor plastikdan ko'ra ancha qiziqroq va buning sababi. Konfiguratsiya yaqin atrofdagilarga qarab o'zgaradi. Masalan, vodorodning yonida kislorod balki suvga, natriy yonida gazga, temir yonida esa butunlay zangga aylanadi. Nima uchun bu sodir bo'ladi degan savolga javob berish va boshqa atomning yonidagi harakatini bashorat qilish uchun quyida muhokama qilinadigan elektron konfiguratsiyani o'rganish kerak.
Atomda nechta elektron bor?
Atom yadro va uning atrofida aylanadigan elektronlardan, yadro proton va neytronlardan iborat. Neytral holatda har bir atom yadrosidagi protonlar soniga teng elektronlar soniga ega. Protonlar soni elementning seriya raqami bilan ko'rsatilgan, masalan, oltingugurtda 16 proton bor - davriy tizimning 16-elementi. Oltin 79 protonga ega - davriy jadvalning 79-elementi. Shunga ko'ra, neytral holatda oltingugurtda 16 elektron, oltinda esa 79 elektron mavjud.
Elektronni qayerdan qidirish kerak?
Elektronning xatti-harakatlarini kuzatib, ma'lum naqshlar olingan, ular kvant raqamlari bilan tavsiflangan, jami to'rttasi bor:
- Bosh kvant soni
- Orbital kvant soni
- Magnit kvant soni
- Spin kvant soni
Orbital
Bundan tashqari, orbita so'zi o'rniga biz "orbital" atamasini ishlatamiz, orbital elektronning to'lqin funktsiyasidir, taxminan - bu elektron vaqtning 90% vaqtini o'tkazadigan maydon.
N - daraja
L - qobiq
M l - orbital raqam
M s - orbitaldagi birinchi yoki ikkinchi elektron
Orbital kvant soni l
Elektron bulutni o'rganish natijasida, energiya darajasiga qarab, bulut to'rtta asosiy shaklga ega ekanligi aniqlandi: to'p, gantel va qolgan ikkita, murakkabroq. Energiyaning o'sish tartibida bu shakllar s-, p-, d- va f-qobiqlar deb ataladi. Bu qobiqlarning har birida 1 (on s), 3 (p), 5 (d) va 7 (f) orbital bo'lishi mumkin. Orbital kvant soni orbitallar joylashgan qobiqdir. s, p, d va f orbitallari uchun orbital kvant soni mos ravishda 0,1,2 yoki 3 qiymatlarini oladi.
s-qobig'ida bitta orbital (L=0) - ikkita elektron
p-qobig'ida uchta orbital (L=1) - oltita elektron mavjud
d-qobig'ida beshta orbital (L=2) - o'n elektron mavjud
f-qobig'ida yettita orbital (L=3) bor - o'n to'rtta elektron
Magnit kvant soni m l
p-qobig'ida uchta orbital bor, ular -L dan +L gacha raqamlar bilan belgilanadi, ya'ni p-qobiq uchun (L=1) "-1", "0" va "1" orbitallari mavjud. . Magnit kvant soni m l harfi bilan belgilanadi.
Qobiq ichida elektronlarning turli orbitallarda joylashishi osonroq bo'ladi, shuning uchun birinchi elektronlar har bir orbital uchun bittadan to'ldiradi, so'ngra uning juftligi har biriga qo'shiladi.
d-qobig'ini ko'rib chiqing:
d-qobig'i L=2 qiymatiga to'g'ri keladi, ya'ni beshta orbital (-2,-1,0,1 va 2), dastlabki beshta elektron M l =-2 qiymatlarini olib, qobiqni to'ldiradi. M l =-1,M l =0 , M l =1,M l =2.
Spin kvant soni m s
Spin - elektronning o'z o'qi atrofida aylanish yo'nalishi, ikkita yo'nalish mavjud, shuning uchun spin kvant soni ikkita qiymatga ega: +1/2 va -1/2. Qarama-qarshi spinli ikkita elektron bir xil energiya pastki darajasida bo'lishi mumkin. Spin kvant soni m s bilan belgilanadi
Bosh kvant soni n
Asosiy kvant soni energiya darajasi bo'lib, hozirda ettita energiya darajasi ma'lum, ularning har biri arab raqami bilan belgilanadi: 1,2,3,...7. Har bir darajadagi qobiqlar soni daraja raqamiga teng: birinchi darajada bitta qobiq, ikkinchisida ikkita va hokazo.
Elektron raqami
Demak, har qanday elektronni to‘rtta kvant soni bilan tavsiflash mumkin, bu sonlar birikmasi elektronning har bir pozitsiyasi uchun yagona, birinchi elektronni olaylik, eng past energiya darajasi N=1, bitta qobiq birinchi sathda joylashgan, har qanday darajadagi birinchi qobiq to'pning shakliga ega (s - qobiq), ya'ni. L=0, magnit kvant soni faqat bitta qiymatni qabul qilishi mumkin, M l =0 va spin +1/2 ga teng bo'ladi. Agar biz beshinchi elektronni (qaysi atomda bo'lishidan qat'iy nazar) olsak, u uchun asosiy kvant raqamlari bo'ladi: N=2, L=1, M=-1, spin 1/2.
Birinchi to'rt davr elementlari atomlarining elektron qobiqlarining tuzilishi: $s-$, $p-$ va $d-$elementlar. Atomning elektron konfiguratsiyasi. Atomlarning asosiy va qo'zg'aluvchan holatlari
Atom tushunchasi materiya zarralarini belgilash uchun qadimgi dunyoda paydo bo'lgan. Yunoncha atom "bo'linmas" degan ma'noni anglatadi.
Elektronlar
Irland fizigi Stoni tajribalar asosida elektr tokini barcha kimyoviy elementlarning atomlarida mavjud bo'lgan eng kichik zarrachalar olib yuradi degan xulosaga keldi. 1891 dollarda Stoni bu zarralarni chaqirishni taklif qildi elektronlar, bu yunoncha "qahrabo" degan ma'noni anglatadi.
Elektron o'z nomini olganidan bir necha yil o'tgach, ingliz fizigi Jozef Tomson va frantsuz fizigi Jan Perren elektronlar manfiy zaryadga ega ekanligini isbotladilar. Bu kimyoda $(–1)$ birligi sifatida qabul qilingan eng kichik manfiy zaryaddir. Tomson hatto elektronning tezligini (u yorug'lik tezligiga teng - 300 000$ km/s) va elektronning massasini (u vodorod atomining massasidan $1836$ marta kam) aniqlashga muvaffaq bo'ldi.
Tomson va Perrin oqim manbai qutblarini ikkita metall plastinka - katod va anod bilan bog'lab, shisha naychaga lehimlangan, undan havo evakuatsiya qilingan. Elektrod plitalariga taxminan 10 ming volt kuchlanish qo'llanilganda, trubada yorug'lik razryad paydo bo'ldi va zarralar katoddan (salbiy qutb) anodga (musbat qutb) uchib ketdi, uni olimlar birinchi marta chaqirdilar. katod nurlari, va keyin bu elektronlar oqimi ekanligini aniqladi. Elektronlar, masalan, televizor ekraniga qo'llaniladigan maxsus moddalarga tegib, porlashni keltirib chiqaradi.
Xulosa qilindi: elektronlar katod qilingan materialning atomlaridan qochib ketadi.
Erkin elektronlar yoki ularning oqimini boshqa usullar bilan ham olish mumkin, masalan, metall simni qizdirish yoki davriy sistemaning I guruhining asosiy kichik guruhi elementlari (masalan, seziy) tomonidan hosil bo'lgan metallarga yorug'lik tushishi.
Atomdagi elektronlarning holati
Atomdagi elektronning holati haqida ma'lumotlar to'plami tushuniladi energiya ichida maxsus elektron bo'sh joy u joylashgan. Biz allaqachon bilamizki, atomdagi elektron harakat traektoriyasiga ega emas, ya'ni. haqida faqat gapirish mumkin ehtimolliklar uni yadro atrofidagi bo'shliqda topish. U yadroni o'rab turgan ushbu bo'shliqning istalgan qismida joylashgan bo'lishi mumkin va uning turli pozitsiyalarining umumiyligi ma'lum bir manfiy zaryad zichligiga ega bo'lgan elektron bulut sifatida qaraladi. Majoziy ma'noda buni quyidagicha tasavvur qilish mumkin: agar elektronning atomdagi o'rnini sekundning yuzdan yoki milliondan bir qismida suratga olish imkoni bo'lganida, xuddi fotosuratda bo'lgani kabi, bunday fotosuratlardagi elektron nuqta sifatida tasvirlangan bo'lar edi. Bunday son-sanoqsiz fotosuratlarni qo'shish natijasida eng yuqori zichlikka ega bo'lgan elektron bulut tasviri paydo bo'ladi.
Rasmda yadrodan o'tuvchi vodorod atomidagi shunday elektron zichligining "kesimi" ko'rsatilgan va sfera kesilgan chiziq bilan chegaralangan bo'lib, uning ichida elektronni topish ehtimoli $90%$ ni tashkil qiladi. Yadroga eng yaqin kontur elektronni topish ehtimoli $10%$, yadrodan ikkinchi kontur ichida elektronni topish ehtimoli $20%$, uchinchisida $≈30 boʻlgan fazo hududini qamrab oladi. %$ va boshqalar. Elektron holatida ba'zi noaniqlik mavjud. Bu maxsus holatni tavsiflash uchun nemis fizigi V.Geyzenberg tushunchasini kiritdi noaniqlik printsipi, ya'ni. elektronning energiyasi va joylashuvini bir vaqtning o'zida va aniq aniqlash mumkin emasligini ko'rsatdi. Elektronning energiyasi qanchalik aniq aniqlansa, uning pozitsiyasi shunchalik noaniq bo'ladi va aksincha, pozitsiyani aniqlagandan so'ng, elektronning energiyasini aniqlab bo'lmaydi. Elektronni aniqlash ehtimoli mintaqasi aniq chegaralarga ega emas. Biroq, elektronni topish ehtimoli maksimal bo'lgan fazoni ajratib ko'rsatish mumkin.
Atom yadrosi atrofida elektronning eng ko'p topilishi mumkin bo'lgan bo'shliq orbital deb ataladi.
U taxminan 90% elektron bulutini o'z ichiga oladi, ya'ni elektron kosmosning ushbu qismida bo'lgan vaqtning taxminan 90% $. Shaklga ko'ra, $s, p, d$ va $f$ lotin harflari bilan belgilanadigan hozirda ma'lum bo'lgan orbitallarning $4$ turlari ajratiladi. Elektron orbitallarning ba'zi shakllarining grafik tasviri rasmda ko'rsatilgan.
Elektronning ma'lum bir orbitadagi harakatining eng muhim xarakteristikasi uning yadro bilan bog'lanish energiyasidir. O'xshash energiya qiymatlariga ega bo'lgan elektronlar bitta elektron hosil qiladi elektron qatlam, yoki energiya darajasi. Energiya darajalari yadrodan boshlab raqamlangan: $1, 2, 3, 4, 5, 6$ va $7$.
Energiya darajasining sonini bildiruvchi $n$ butun soni bosh kvant soni deb ataladi.
Bu ma'lum energiya darajasini egallagan elektronlarning energiyasini tavsiflaydi. Yadroga eng yaqin bo'lgan birinchi energiya darajasidagi elektronlar eng past energiyaga ega. Birinchi darajadagi elektronlar bilan solishtirganda, keyingi darajadagi elektronlar katta miqdorda energiya bilan tavsiflanadi. Binobarin, tashqi darajadagi elektronlar atom yadrosi bilan eng kam kuchli bog'langan.
Atomdagi energiya sathlari (elektron qatlamlar) soni D. I. Mendeleyev sistemasidagi kimyoviy element mansub bo‘lgan davr soniga teng: birinchi davr elementlarining atomlari bitta energiya darajasiga ega; ikkinchi davr - ikkita; ettinchi davr - etti.
Energiya darajasidagi elektronlarning eng ko'p soni quyidagi formula bilan aniqlanadi:
bu yerda $N$ elektronlarning maksimal soni; $n$ - daraja raqami yoki asosiy kvant soni. Binobarin: yadroga eng yaqin bo'lgan birinchi energiya darajasi ikkitadan ko'p bo'lmagan elektronni o'z ichiga olishi mumkin; ikkinchisida - $8 $ dan ko'p emas; uchinchidan - $18$ dan oshmasligi kerak; to'rtinchidan - $32$ dan oshmaydi. Va, o'z navbatida, energiya darajalari (elektron qatlamlar) qanday tartibga solingan?
Ikkinchi energetik sathidan boshlab $(n = 2)$ darajalarning har biri yadro bilan bogʻlanish energiyasi boʻyicha bir-biridan biroz farq qiluvchi kichik darajalarga (quyi qatlamlarga) boʻlinadi.
Pastki darajalar soni asosiy kvant sonining qiymatiga teng: birinchi energiya darajasi bitta kichik darajaga ega; ikkinchisi - ikkita; uchinchi - uchta; to'rtinchisi to'rtta. Pastki darajalar, o'z navbatida, orbitallar tomonidan hosil bo'ladi.
$n$ ning har bir qiymati $n^2$ ga teng orbitallar soniga mos keladi. Jadvalda keltirilgan ma'lumotlarga ko'ra, asosiy kvant soni $n$ va pastki sathlar soni, orbitallarning turi va soni, har bir kichik daraja va darajadagi elektronlarning maksimal soni o'rtasidagi munosabatni kuzatish mumkin.
Asosiy kvant soni, orbitallarning turlari va soni, pastki va sathlardagi elektronlarning maksimal soni.
| Energiya darajasi $(n)$ | $n$ ga teng pastki darajalar soni | Orbital turi | Orbitallar soni | Elektronlarning maksimal soni | ||
| pastki darajada | $n^2$ ga teng darajada | pastki darajada | $n^2$ ga teng darajada | |||
| $K(n=1)$ | $1$ | $1s$ | $1$ | $1$ | $2$ | $2$ |
| $L(n=2)$ | $2$ | $2s$ | $1$ | $4$ | $2$ | $8$ |
| $2p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $M(n=3)$ | $3$ | $3s$ | $1$ | $9$ | $2$ | $18$ |
| $3p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $3d$ | $5$ | $10$ | ||||
| $N(n=4)$ | $4$ | $4s$ | $1$ | $16$ | $2$ | $32$ |
| $4p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $4d$ | $5$ | $10$ | ||||
| $4f$ | $7$ | $14$ | ||||
Lotin harflarida pastki darajalarni, shuningdek ular tashkil topgan orbitallarning shaklini belgilash odatiy holdir: $s, p, d, f$. Shunday qilib:
- $s$-pastki daraja - atom yadrosiga eng yaqin boʻlgan har bir energiya sathining birinchi pastki sathi, bitta $s$-orbitaldan iborat;
- $p$-pastki daraja - har birining ikkinchi pastki darajasi, birinchi energiya darajasidan tashqari, uchta $p$-orbitaldan iborat;
- $d$-pastki daraja - uchinchi energetik sathidan boshlab har birining uchinchi pastki darajasi beshta $d$-orbitaldan iborat;
- Har birining $f$-pastki darajasi toʻrtinchi energiya sathidan boshlab yettita $f$-orbitaldan iborat.
atom yadrosi
Ammo atomlarning bir qismi nafaqat elektronlardir. Fizik Anri Bekkerel uran tuzi bo'lgan tabiiy mineral ham yorug'likdan yopilgan fotografik plyonkalarni yoritib, noma'lum nurlanish chiqarishini aniqladi. Bu hodisa deyiladi radioaktivlik.
Radioaktiv nurlarning uch turi mavjud:
- $a$-nurlar, ular zaryadi elektronning zaryadidan $2$ marta katta, lekin musbat ishorali va massasi vodorod atomining massasidan $4$ marta katta boʻlgan $a$-zarralardan iborat;
- $b$-nurlar elektronlar oqimi;
- $g$-nurlar elektr zaryadini olib oʻtmaydigan massasi arzimas elektromagnit toʻlqinlardir.
Binobarin, atom murakkab tuzilishga ega - u musbat zaryadlangan yadro va elektronlardan iborat.
Atom qanday joylashtirilgan?
1910-yilda London yaqinidagi Kembrijda Ernest Rezerford oʻz shogirdlari va hamkasblari bilan yupqa tilla plyonkadan oʻtib, ekranga tushishi bilan $a$ zarrachalarining sochilishini oʻrgandilar. Alfa zarralari odatda dastlabki yo'nalishdan faqat bir darajaga og'ishdi, bu oltin atomlari xususiyatlarining bir xilligi va bir xilligini tasdiqlaydi. Va to'satdan tadqiqotchilar ba'zi $a$-zarralar qandaydir to'siqqa tushib qolgandek, o'z yo'lini keskin o'zgartirganini payqashdi.
Ekranni folga oldiga qo‘yib, Ruterford oltin atomlaridan aks ettirilgan $a$-zarrachalar teskari yo‘nalishda uchib ketgan kamdan-kam holatlarni ham aniqlay oldi.
Hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, agar atomning butun massasi va uning barcha musbat zaryadi kichik markaziy yadroda to'plangan bo'lsa, kuzatilgan hodisalar sodir bo'lishi mumkin. Yadro radiusi, ma'lum bo'lishicha, butun atomning radiusidan 100 000 marta kichikroq, ya'ni manfiy zaryadga ega bo'lgan elektronlar joylashgan maydon. Agar majoziy taqqoslashni qo'llasak, atomning butun hajmini "Lujniki" stadioniga, yadrosini esa maydon markazida joylashgan futbol to'piga o'xshatish mumkin.
Har qanday kimyoviy elementning atomi kichik quyosh tizimi bilan taqqoslanadi. Shuning uchun, Rezerford tomonidan taklif qilingan atomning bunday modeli sayyora deb ataladi.
Protonlar va neytronlar
Ma'lum bo'lishicha, atomning butun massasi to'plangan mayda atom yadrosi ikki xil - proton va neytron zarralaridan iborat.
Protonlar zaryadi elektronlar zaryadiga teng, lekin $(+1)$ belgisida qarama-qarshi, massasi esa vodorod atomining massasiga teng (kimyoda birlik sifatida qabul qilinadi). Protonlar $↙(1)↖(1)p$ (yoki $r+$) bilan belgilanadi. Neytronlar zaryadni olib yurmaydilar, ular neytral va protonning massasiga teng massaga ega, ya'ni. $1$. Neytronlar $↙(0)↖(1)n$ (yoki $n^0$) bilan belgilanadi.
Protonlar va neytronlar birgalikda deyiladi nuklonlar(latdan. yadro- yadro).
Atomdagi proton va neytronlar sonining yig'indisi deyiladi massa raqami. Masalan, alyuminiy atomining massa soni:
Elektronning ahamiyatsiz bo'lgan massasini e'tiborsiz qoldirish mumkin bo'lganligi sababli, atomning butun massasi yadroda to'planganligi aniq. Elektronlar quyidagicha belgilanadi: $e↖(-)$.
Atom elektr neytral bo'lganligi sababli, bu ham aniq atomdagi proton va elektronlar soni bir xil ekanligi. Bu kimyoviy elementning atom raqamiga teng unga davriy jadvalda tayinlangan. Masalan, temir atomining yadrosida 26$ proton, 26$ elektron esa yadro atrofida aylanadi. Va neytronlar sonini qanday aniqlash mumkin?
Ma'lumki, atomning massasi proton va neytronlar massasining yig'indisidir. $(Z)$ elementining tartib raqamini bilish, ya'ni. protonlar soni va massa soni $(A)$, protonlar va neytronlar sonining yig'indisiga teng bo'lsa, siz formuladan foydalanib neytronlar sonini $(N)$ topishingiz mumkin:
Masalan, temir atomidagi neytronlar soni:
$56 – 26 = 30$.
Jadvalda elementar zarrachalarning asosiy xarakteristikalari ko'rsatilgan.
Elementar zarrachalarning asosiy xarakteristikalari.
izotoplar
Yadro zaryadlari bir xil, ammo massa raqamlari har xil bo'lgan bir xil element atomlarining navlari izotoplar deyiladi.
So'z izotop ikki yunoncha so'zdan iborat: isos- bir xil va topos- joy, elementlarning davriy tizimidagi "bir joyni egallagan" (hujayra) ma'nosini bildiradi.
Tabiatda topilgan kimyoviy elementlar izotoplar aralashmasidir. Shunday qilib, uglerod massasi $12, 13, 14$ bo'lgan uchta izotopga ega; kislorod - massasi $16, 17, 18$ va boshqalar bo'lgan uchta izotop.
Odatda davriy tizimda berilgan kimyoviy elementning nisbiy atom massasi ma'lum bir element izotoplarining tabiiy aralashmasining atom massalarining tabiatdagi nisbiy ko'pligini hisobga olgan holda o'rtacha qiymatidir, shuning uchun atom massalari ko'pincha kasrdir. Masalan, tabiiy xlor atomlari ikki izotop aralashmasidir - $35$ (tabiatda $75%$ bor) va $37$ ($25%$ bor); shuning uchun xlorning nisbiy atom massasi $35,5$ ni tashkil qiladi. Xlorning izotoplari quyidagicha yoziladi:
$↖(35)↙(17)(Cl)$ va $↖(37)↙(17)(Cl)$
Xlor izotoplarining kimyoviy xossalari kaliy, argon kabi ko'pgina kimyoviy elementlarning izotoplari bilan bir xil:
$↖(39)↙(19)(K)$ va $↖(40)↙(19)(K)$, $↖(39)↙(18)(Ar)$ va $↖(40)↙(18) )(Ar)$
Shu bilan birga, vodorod izotoplari nisbiy atom massasining keskin ko'payishi tufayli xossalari bo'yicha juda katta farq qiladi; ularga hatto alohida nomlar va kimyoviy belgilar ham berilgan: protium - $↖(1)↙(1)(H)$; deyteriy - $↖(2)↙(1)(H)$ yoki $↖(2)↙(1)(D)$; tritiy - $↖(3)↙(1)(H)$ yoki $↖(3)↙(1)(T)$.
Endi kimyoviy elementga zamonaviy, yanada qat'iy va ilmiy ta'rif berish mumkin.
Kimyoviy element - bir xil yadro zaryadiga ega bo'lgan atomlar to'plami.
Birinchi to'rt davr elementlari atomlarining elektron qobiqlarining tuzilishi
D. I. Mendeleyev sistemasi davrlari bo‘yicha elementlar atomlarining elektron konfiguratsiyasi xaritasini ko‘rib chiqaylik.
Birinchi davr elementlari.
Atomlarning elektron tuzilishi sxemalari elektron qatlamlar (energiya darajalari) bo'yicha elektronlarning taqsimlanishini ko'rsatadi.
Atomlarning elektron formulalari energiya darajalari va pastki darajalar bo'yicha elektronlarning taqsimlanishini ko'rsatadi.
Atomlarning grafik elektron formulalari elektronlarning nafaqat sathlar va pastki sathlarda, balki orbitallarda ham taqsimlanishini ko'rsatadi.
Geliy atomida birinchi elektron qatlam tugallangan - unda $2$ elektron mavjud.
Vodorod va geliy $s$-elementlar bo'lib, bu atomlar elektronlar bilan to'ldirilgan $s$-orbitallarga ega.
Ikkinchi davr elementlari.
Ikkinchi davrning barcha elementlari uchun birinchi elektron qatlam to'ldiriladi va elektronlar ikkinchi elektron qatlamning $s-$ va $p$ orbitallarini eng kam energiya printsipiga muvofiq (birinchi $s$, keyin $) to'ldiradi. p $) va Pauli va Hund qoidalari.
Neon atomida ikkinchi elektron qatlam tugallangan - unda $8$ elektronlar mavjud.
Uchinchi davr elementlari.
Uchinchi davr elementlarining atomlari uchun birinchi va ikkinchi elektron qatlamlar tugallanadi, shuning uchun uchinchi elektron qatlam to'ldiriladi, bunda elektronlar 3s-, 3p- va 3d-kichik darajalarni egallashi mumkin.
Uchinchi davr elementlari atomlarining elektron qobiqlarining tuzilishi.
Magniy atomida $3,5$-elektron orbital quriladi. $Na$ va $Mg$ $s$-elementlardir.
Alyuminiy va undan keyingi elementlar uchun $3d$ pastki darajasi elektronlar bilan to'ldirilgan.
| $↙(18)(Ar)$ Argon |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)s^2(3)p^6$ |  |
Argon atomida tashqi qatlam (uchinchi elektron qatlam) $8 $ elektronga ega. Tashqi qatlam tugallanganda, lekin jami uchinchi elektron qatlamda, siz allaqachon bilganingizdek, 18 ta elektron bo'lishi mumkin, ya'ni uchinchi davr elementlarida $3d$-orbitallar to'ldirilmagan bo'lib qoladi.
$Al$ dan $Ar$ - $p$ gacha bo'lgan barcha elementlar -elementlar.
$s-$ va $r$ -elementlar shakl asosiy kichik guruhlar Davriy tizimda.
To'rtinchi davr elementlari.
Kaliy va kaltsiy atomlari to'rtinchi elektron qatlamga ega bo'lib, $4s$-pastki daraja to'ldirilgan, chunki u $3d$-pastki darajaga qaraganda kamroq energiyaga ega. To'rtinchi davr elementlari atomlarining grafik elektron formulalarini soddalashtirish uchun:
- argonning grafik elektron formulasini shartli ravishda quyidagicha belgilaymiz: $Ar$;
- biz bu atomlar uchun to'ldirilmagan pastki darajalarni tasvirlamaymiz.
$K, Ca$ - $s$ - elementlar, asosiy kichik guruhlarga kiritilgan. $Sc$ dan $Zn$ gacha boʻlgan atomlar uchun 3d pastki sath elektronlar bilan toʻldiriladi. Bular $3d$-elementlar. Ular kiritilgan yon kichik guruhlar, ularning oldingi tashqi elektron qatlami to'ldirilgan, ular nazarda tutilgan o'tish elementlari.
Xrom va mis atomlarining elektron qobiqlarining tuzilishiga e'tibor bering. Ularda bitta elektron $4s-$ dan $3d$ pastki darajasiga "tushadi", bu esa $3d^5$ va $3d^(10)$ elektron konfiguratsiyalarining katta energiya barqarorligi bilan izohlanadi:
$↙(24)(Cr)$ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(4) 4s^(2)…$ 
$↙(29)(Cu)$ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(9)4s^(2)…$ 
| Element belgisi, seriya raqami, nomi | Elektron tuzilmaning diagrammasi | Elektron formula | Grafik elektron formula |
| $↙(19)(K)$ Kaliy |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1$ | |
| $↙(20)(C)$ Kaltsiy |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2$ | |
| $↙(21)(Sc)$ Skandiy |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^1$ yoki $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^1(4)s^1$ |  |
| $↙(22)(Ti)$ Titan |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^2$ yoki $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^2(4)s^2$ |  |
| $↙(23)(V)$ Vanadiy |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^3$ yoki $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^3(4)s^2$ |  |
| $↙(24)(Cr)$ Chrome |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^5$ yoki $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^5(4)s^1$ |  |
| $↙(29)(Su)$ Chromium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^(10)$ yoki $1s^2(2)s^2(2) )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^1$ |  |
| $↙(30)(Zn)$ Rux |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)$ yoki $1s^2(2)s^2(2) )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^2$ |  |
| $↙(31)(Ga)$ Galiy |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^(1)$ yoki $1s^2(2) s^2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^(1)$ |  |
| $↙(36)(Kr)$ Kripton |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^6$ yoki $1s^2(2)s^ 2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^6$ |  |
Rux atomida uchinchi elektron qavat tugallangan - unda barcha $3s, 3p$ va $3d$ pastki darajalari toʻldirilgan, ularda jami $18$ elektronlar mavjud.
Sinkdan keyingi elementlarda to'rtinchi elektron qatlam, $4p$-pastki sathi to'ldirilishda davom etadi. $Ga$ dan $Kr$ - $r$ gacha bo'lgan elementlar -elementlar.
Kripton atomining tashqi (to'rtinchi) qatlami tugallandi, unda 8$ elektron mavjud. Ammo to'rtinchi elektron qatlamda, siz bilganingizdek, elektronlar 32 dollar bo'lishi mumkin; kripton atomida hali ham $4d-$ va $4f$-pastki darajalari toʻldirilmagan.
Beshinchi davr elementlari quyi darajalarni quyidagi tartibda to'ldiradi: $5s → 4d → 5r$. Shuningdek, elektronlarning "qobiliyatsizligi" bilan bog'liq istisnolar mavjud, $↙(41)Nb$, $↙(42)Mo$, $↙(44)Ru$, $↙(45)Rh$, $↙( 46) Pd$, $↙(47)Ag$. $f $ oltinchi va ettinchi davrlarda paydo bo'ladi -elementlar, ya'ni. uchinchi tashqi elektron qatlamning $4f-$ va $5f$-kichik darajalari mos ravishda toʻldirilayotgan elementlar.
$4f$ -elementlar chaqirdi lantanidlar.
$5 f$ -elementlar chaqirdi aktinidlar.
Oltinchi davr elementlari atomlarida elektron pastki sathlarni to'ldirish tartibi: $↙(55)Cs$ va $↙(56)Ba$ - $6s$-elementlar; $↙(57)La ... 6s^(2)5d^(1)$ - $5d$-element; $↙(58)Ce$ – $↙(71)Lu - 4f$-elementlar; $↙(72)Hf$ – $↙(80)Hg - 5d$-elementlar; $↙(81)T1$ – $↙(86)Rn - 6d$-elementlar. Ammo bu erda ham elektron orbitallarni to'ldirish tartibi buzilgan elementlar mavjud bo'lib, ular, masalan, yarmining katta energiya barqarorligi va to'liq to'ldirilgan $f$-kichik darajalar bilan bog'liq, ya'ni. $nf^7$ va $nf^(14)$.
Atomning qaysi pastki darajasi elektronlar bilan to'ldirilganligiga qarab, barcha elementlar, siz allaqachon tushunganingizdek, to'rtta elektron oilaga yoki bloklarga bo'linadi:
- $s$ -elementlar; atomning tashqi sathining $s$-pastki sathi elektronlar bilan to'ldirilgan; $s$-elementlarga vodorod, geliy va I va II guruhlarning asosiy kichik guruhlari elementlari kiradi;
- $r$ -elementlar; atomning tashqi sathining $p$-pastki sathi elektronlar bilan to'ldirilgan; $p$-elementlarga III-VIII guruhlarning asosiy kichik guruhlari elementlari kiradi;
- $d$ -elementlar; atomning tashqi oldingi sathining $d$-pastki sathi elektronlar bilan to'ldirilgan; $d$-elementlar I-VIII guruhlarning ikkilamchi kichik guruhlari elementlarini o'z ichiga oladi, ya'ni. $s-$ va $p-$ elementlar orasida joylashgan katta davrlarning interkalatsiyalangan o'n yilliklari elementlari. Ular ham deyiladi o'tish elementlari;
- $f$ -elementlar;$f-$tashqi atomning uchinchi darajasining pastki sathi elektronlar bilan to'ldirilgan; bularga lantanidlar va aktinidlar kiradi.
Atomning elektron konfiguratsiyasi. Atomlarning asosiy va qo'zg'aluvchan holatlari
Shveytsariya fizigi V. Pauli 1925 dollarda buni aniqlagan Atom bitta orbitalda ko'pi bilan ikkita elektronga ega bo'lishi mumkin. qarama-qarshi (antiparallel) spinlarga ega bo'lgan (ingliz tilidan shpindel sifatida tarjima qilingan), ya'ni. elektronning o'z o'qi atrofida soat yo'nalishi bo'yicha yoki teskari yo'nalishda aylanishini shartli ravishda tasavvur qilish mumkin bo'lgan shunday xususiyatlarga ega. Bu tamoyil deyiladi Pauli printsipi.
Agar orbitalda bitta elektron bo'lsa, u deyiladi juftlashtirilmagan, agar ikkita bo'lsa, bu juftlashgan elektronlar, ya'ni. qarama-qarshi spinli elektronlar.
Rasmda energiya darajalarining pastki darajalarga bo'linish diagrammasi ko'rsatilgan.
$s-$ Orbital, siz allaqachon bilganingizdek, sharsimon shaklga ega. Vodorod atomining elektroni $(n = 1)$ shu orbitalda joylashgan va juftlashtirilmagan. Shunga ko'ra, uning elektron formula, yoki elektron konfiguratsiya, shunday yoziladi: $1s^1$. Elektron formulalarda energiya darajasining raqami $ (1 ...) $ harfi oldidagi raqam bilan, pastki daraja (orbital turi) lotin harfi bilan belgilanadi va raqamga yoziladi. harfning o'ng tomoni (ko'rsatkich sifatida) pastki darajadagi elektronlar sonini ko'rsatadi.
Bir xil $s-$orbitalda ikkita juft elektronga ega bo'lgan geliy atomi He uchun bu formula: $1s^2$. Geliy atomining elektron qobig'i to'liq va juda barqaror. Geliy olijanob gazdir. Ikkinchi energiya darajasi $(n = 2)$ to'rtta orbitalga ega, bitta $s$ va uchta $p$. Ikkinchi darajali $s$-orbital elektronlar ($2s$-orbitallar) yuqori energiyaga ega, chunki $1s$-orbital $(n = 2)$ elektronlariga qaraganda yadrodan kattaroq masofada joylashgan. Umuman olganda, $n$ ning har bir qiymati uchun bitta $s-$orbital bo'ladi, lekin unda tegishli miqdordagi elektron energiyasi mavjud va shuning uchun tegishli diametrga ega bo'lib, $n$.$s- qiymati sifatida o'sadi. $Orbital o'sish, siz allaqachon bilganingizdek, sharsimon shaklga ega. Vodorod atomining elektroni $(n = 1)$ shu orbitalda joylashgan va juftlashtirilmagan. Shuning uchun uning elektron formulasi yoki elektron konfiguratsiyasi quyidagicha yoziladi: $1s^1$. Elektron formulalarda energiya darajasining raqami $ (1 ...) $ harfi oldidagi raqam bilan, pastki daraja (orbital turi) lotin harfi bilan belgilanadi va raqamga yoziladi. harfning o'ng tomoni (ko'rsatkich sifatida) pastki darajadagi elektronlar sonini ko'rsatadi.
Bir xil $s-$orbitalda ikkita juft elektronga ega bo'lgan $He$ geliy atomi uchun bu formula: $1s^2$. Geliy atomining elektron qobig'i to'liq va juda barqaror. Geliy olijanob gazdir. Ikkinchi energiya darajasi $(n = 2)$ to'rtta orbitalga ega, bitta $s$ va uchta $p$. Ikkinchi darajadagi $s-$orbitallarning elektronlari ($2s$-orbitallar) yuqori energiyaga ega, chunki $1s$-orbital $(n = 2)$ elektronlariga qaraganda yadrodan kattaroq masofada joylashgan. Umuman olganda, $n$ ning har bir qiymati uchun bitta $s-$orbital bo'ladi, lekin uning ustida elektron energiyaning tegishli miqdori va shuning uchun tegishli diametrga ega bo'lib, $n$ qiymati oshgani sayin o'sib boradi. 
$r-$ Orbital U dumbbell yoki sakkizinchi hajmga ega. Har uchala $p$-orbitallar atomda atom yadrosi orqali oʻtkazilgan fazoviy koordinatalar boʻyicha oʻzaro perpendikulyar joylashgan. Yana bir bor ta'kidlash kerakki, har bir energiya darajasi (elektron qatlam) $n= 2$ dan boshlanadigan uchta $p$-orbitalga ega. $n$ qiymati ortishi bilan elektronlar yadrodan katta masofada joylashgan va $x, y, z$ o'qlari bo'ylab yo'naltirilgan $p$-orbitallarni egallaydi.
Ikkinchi davr elementlari uchun $(n = 2)$ birinchi navbatda bitta $s$-orbital, so'ngra uchta $p$-orbital to'ldiriladi; elektron formula $Li: 1s^(2)2s^(1)$. $2s^1$ elektron atom yadrosi bilan kamroq bogʻlangan, shuning uchun litiy atomi uni osonlikcha berib qoʻyishi mumkin (ehtimol, esingizda boʻlsa, bu jarayon oksidlanish deb ataladi) litiy ioni $Li^+$ ga aylanadi.
Beriliy atomi Be, toʻrtinchi elektron ham $2s$ orbitaliga joylashtirilgan: $1s^(2)2s^(2)$. Beriliy atomining ikkita tashqi elektroni osongina ajraladi - $B^0$ oksidlanib, $Be^(2+)$ kationiga aylanadi.
Bor atomining beshinchi elektroni $2p$-orbitalni egallaydi: $1s^(2)2s^(2)2p^(1)$. Keyinchalik, $C, N, O, F$ atomlarining $2p$-orbitallari toʻldiriladi, ular neon asil gaz bilan tugaydi: $1s^(2)2s^(2)2p^(6)$.
Uchinchi davr elementlari uchun mos ravishda $3s-$ va $3p$-orbitallar to'ldiriladi. Uchinchi darajadagi beshta $d$-orbitallar bo'sh qoladi:
$↙(11)Na 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(1)$,
$↙(17)Cl 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(5)$,
$↙(18)Ar 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)$.
Ba'zan, atomlarda elektronlarning taqsimlanishini tasvirlaydigan diagrammalarda faqat har bir energiya darajasidagi elektronlar soni ko'rsatiladi, ya'ni. Yuqoridagi to'liq elektron formulalardan farqli o'laroq, kimyoviy elementlar atomlarining qisqartirilgan elektron formulalarini yozing, masalan:
$↙(11)Na 2, 8, 1;$ $↙(17)Cl 2, 8, 7;$ $↙(18)Ar 2, 8, 8$.
Katta davrli elementlar uchun (to'rtinchi va beshinchi) dastlabki ikkita elektron mos ravishda $4s-$ va $5s$-orbitallarni egallaydi: $↙(19)K 2, 8, 8, 1;$$↙(38)Sr 2 , 8, 18, 8, 2$. Har bir katta davrning uchinchi elementidan boshlab, keyingi o'n elektron mos ravishda oldingi $3d-$ va $4d-$orbitallarga o'tadi (ikkilamchi kichik guruhlar elementlari uchun): $↙(23)V 2, 8, 11 , 2;$ $↙( 26)Fr 2, 8, 14, 2;$ $↙(40)Zr 2, 8, 18, 10, 2;$ $↙(43)Tc 2, 8, 18, 13, 2$. Qoidaga ko'ra, oldingi $d$-kichik daraja to'ldirilganda, tashqi (mos ravishda $4p-$ va $5p-$) $p-$pastki daraja to'ldirila boshlaydi: $↙(33)2, 8 kabi, 18, 5;$ $ ↙(52)Te 2, 8, 18, 18, 6$.
Katta davrlarning elementlari uchun - oltinchi va to'liq bo'lmagan ettinchi - elektron darajalar va pastki darajalar elektronlar bilan, qoida tariqasida, quyidagicha to'ldiriladi: birinchi ikkita elektron tashqi $s-$kichik darajaga kiradi: $↙(56)Ba 2, 8 , 18, 18, 8, 2;$ $↙(87)Fr 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1$; keyingi elektron ($La$ va $Ca$ uchun) oldingi $d$-kichik darajaga: $↙(57)La 2, 8, 18, 18, 9, 2$ va $↙(89)Ac 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2$.
Keyin keyingi $14$ elektronlar tashqi tomondan uchinchi energiya darajasiga, mos ravishda lantonidlar va aktinidlarning $4f$ va $5f$ orbitallariga kiradi: $↙(64)Gd 2, 8, 18, 25, 9, 2 ;$ $↙(92 )U 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2$.
Keyin tashqaridan ikkinchi energiya darajasi ($d$-pastki daraja) yon kichik guruhlarning elementlari uchun yana to'plana boshlaydi: $↙(73)Ta 2, 8, 18, 32, 11, 2;$ $↙( 104)Rf 2, 8, 18 , 32, 32, 10, 2$. Va nihoyat, $d$-pastki sathi oʻn elektron bilan toʻliq toʻldirilgandan keyingina, $p$-pastki sathi yana toʻldiriladi: $↙(86)Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8$.
Ko'pincha atomlarning elektron qobiqlarining tuzilishi energiya yoki kvant hujayralari yordamida tasvirlangan - ular shunday deb ataladigan narsalarni yozadilar. grafik elektron formulalar. Ushbu yozuv uchun quyidagi belgi qo'llaniladi: har bir kvant hujayra bitta orbitalga mos keladigan hujayra bilan belgilanadi; har bir elektron spinning yo'nalishiga mos keladigan o'q bilan ko'rsatilgan. Grafik elektron formulani yozishda ikkita qoidani yodda tutish kerak: Pauli printsipi, unga ko'ra hujayra (orbital) ikkitadan ko'p bo'lmagan elektronga ega bo'lishi mumkin, ammo antiparallel spinlar bilan va F. Xund qoidasi, unga ko'ra elektronlar birinchi bo'lib bo'sh hujayralarni bir vaqtning o'zida egallaydi va bir vaqtning o'zida bir xil spin qiymatiga ega va shundan keyingina juftlashadi, lekin Pauli printsipiga ko'ra spinlar allaqachon qarama-qarshi yo'naltirilgan bo'ladi.
"Atom" tushunchasi insoniyatga qadimgi Yunonistondan beri tanish. Qadimgi faylasuflarning fikriga ko'ra, atom moddaning bir qismi bo'lgan eng kichik zarradir.
Atomning elektron tuzilishi
Atom proton va neytronlarni o'z ichiga olgan musbat zaryadlangan yadrodan iborat. Elektronlar yadro atrofida orbitalar bo'ylab harakatlanadi, ularning har biri to'rtta kvant sonlari to'plami bilan tavsiflanishi mumkin: asosiy (n), orbital (l), magnit (m l) va spin (ms yoki s).
Asosiy kvant soni elektronning energiyasini va elektron bulutlarning hajmini aniqlaydi. Elektronning energiyasi asosan elektronning yadrodan uzoqligiga bog'liq: elektron yadroga qanchalik yaqin bo'lsa, uning energiyasi shunchalik past bo'ladi. Boshqacha qilib aytganda, asosiy kvant soni elektronning ma'lum bir energiya darajasida (kvant qatlami) joylashishini aniqlaydi. Bosh kvant soni 1 dan cheksizgacha bo'lgan butun sonlar qatorining qiymatlariga ega.
Orbital kvant soni elektron bulutning shaklini tavsiflaydi. Elektron bulutlarning turli shakli bir xil energiya darajasida elektronlar energiyasining o'zgarishiga olib keladi, ya'ni. uni energiya pastki darajalariga bo'lish. Orbital kvant soni jami n qiymatda noldan (n-1) gacha bo'lgan qiymatlarga ega bo'lishi mumkin. Energiya pastki darajalari harflar bilan belgilanadi:
Magnit kvant soni orbitalning kosmosdagi yo'nalishini ko'rsatadi. U (+l) dan (-l) gacha bo'lgan har qanday butun qiymatni, shu jumladan nolni ham qabul qiladi. Magnit kvant sonining mumkin bo'lgan qiymatlari soni (2l+1).
Atom yadrosi sohasida harakatlanayotgan elektron orbital burchak impulsidan tashqari, uning o'z o'qi atrofida shpindel shaklidagi aylanishini tavsiflovchi o'ziga xos burchak momentiga ham ega. Elektronning bu xossasi spin deb ataladi. Spinning qiymati va yo'nalishi (+1/2) va (-1/2) qiymatlarni qabul qilishi mumkin bo'lgan spin kvant soni bilan tavsiflanadi. Spinning ijobiy va salbiy qiymatlari uning yo'nalishi bilan bog'liq.
Yuqorida aytilganlarning barchasi ma'lum bo'lishidan va tajribada tasdiqlanishidan oldin, atom tuzilishining bir nechta modellari mavjud edi. Atom tuzilishining birinchi modellaridan biri E.Rezerford tomonidan taklif qilingan boʻlib, u a-zarrachalarning tarqalishi boʻyicha oʻtkazilgan tajribalarda atomning deyarli butun massasi juda kichik hajmda – musbat zaryadda toʻplanganligini koʻrsatdi. yadro. Uning modeliga ko'ra, elektronlar yadro atrofida etarlicha katta masofada harakat qiladi va ularning soni, umuman olganda, atom elektr neytral bo'ladi.
Rezerfordning atom tuzilishi modeli N. Bor tomonidan ishlab chiqilgan boʻlib, u ham oʻz tadqiqotlarida Eynshteynning yorugʻlik kvantlari haqidagi taʼlimotini va Plankning nurlanishning kvant nazariyasini birlashtirgan. Lui de Broyl va Shredinger boshlagan ishlarini yakunlab, dunyoga kimyoviy element atomi tuzilishining zamonaviy modelini taqdim etishdi.
Muammoni hal qilishga misollar
MISOL 1
| Vazifa | Azot (atom raqami 14), kremniy (atom raqami 28) va bariy (atom raqami 137) yadrolarida joylashgan proton va neytronlar sonini ko'rsating. |
| Qaror | Kimyoviy element atomining yadrosidagi protonlar soni uning davriy sistemasidagi seriya raqami bilan, neytronlar soni esa massa soni (M) va yadro zaryadi (Z) o'rtasidagi farqga ko'ra aniqlanadi. Azot: n(N)=M-Z=14-7=7. Silikon: n(Si) \u003d M -Z \u003d 28-14 \u003d 14. Bariy: n (Ba) \u003d M -Z \u003d 137-56 \u003d 81. |
| Javob | Azot yadrosidagi protonlar soni 7 ta, neytronlar soni 7 ta; chaqmoqtosh atomining yadrosida 14 proton, 14 neytron mavjud; bariy atomining yadrosida 56 proton va 81 neytron mavjud. |
2-MISA
| Vazifa | Energiya pastki darajalarini elektronlar bilan to'ldirish ketma-ketligi bo'yicha joylashtiring: a) 3p, 3d, 4s, 4p; b) 4d , 5s, 5p, 6s; c) 4f , 5s , 6p; 4d , 6s; d) 5d, 6s, 6p, 7s, 4f . |
|
| Qaror | Energiya pastki darajalari Klechkovskiy qoidalariga muvofiq elektronlar bilan to'ldiriladi. Asosiy va orbital kvant sonlari yig'indisining minimal qiymati shart. s-kichik daraja 0, p - 1, d - 2 va f-3 soni bilan tavsiflanadi. Ikkinchi shart - asosiy kvant sonining eng past qiymatiga ega bo'lgan pastki daraja birinchi navbatda to'ldiriladi. | |
| Javob | a) 3p, 3d, 4s, 4p orbitallari 4, 5, 4 va 5 raqamlariga mos keladi. Shuning uchun elektronlar bilan to'ldirish quyidagi ketma-ketlikda sodir bo'ladi: 3p, 4s, 3d, 4p. b) orbitallar 4d , 5s, 5p, 6s 7, 5, 6 va 6 raqamlariga mos keladi. Shuning uchun elektronlar bilan to'ldirish quyidagi ketma-ketlikda sodir bo'ladi: 5s, 5p, 6s, 4d. c) 4f orbitallari , 5s , 6p; 4d , 6s 7, 5, 76 va 6 raqamlariga to'g'ri keladi. Shuning uchun elektronlar bilan to'ldirish quyidagi ketma-ketlikda sodir bo'ladi: 5s, 4d , 6s, 4f, 6p. d) 5d, 6s, 6p, 7s, 4f orbitallari 7, 6, 7, 7 va 7 raqamlariga mos keladi. Shuning uchun elektronlar bilan toʻldirish quyidagi ketma-ketlikda sodir boʻladi: 6s, 4f, 5d, 6p, 7s. |
Elektronlar
Atom tushunchasi materiya zarralarini bildirish uchun qadimgi dunyoda paydo bo'lgan. Yunoncha atom "bo'linmas" degan ma'noni anglatadi.
Irland fizigi Stoni tajribalar asosida elektr tokini barcha kimyoviy elementlarning atomlarida mavjud bo'lgan eng kichik zarrachalar olib yuradi degan xulosaga keldi. 1891 yilda Stoni bu zarralarni elektronlar deb atashni taklif qildi, bu yunoncha "qahrabo" degan ma'noni anglatadi. Elektron o'z nomini olganidan bir necha yil o'tgach, ingliz fizigi Jozef Tomson va frantsuz fizigi Jan Perren elektronlar manfiy zaryadga ega ekanligini isbotladilar. Bu kimyoda (-1) birlik sifatida qabul qilingan eng kichik manfiy zaryaddir. Tomson hatto elektronning tezligini aniqlashga muvaffaq bo'ldi (orbitadagi elektronning tezligi orbita soni n ga teskari proportsionaldir. Orbitalarning radiuslari orbita sonining kvadratiga mutanosib ravishda o'sadi. Vodorodning birinchi orbitasida atom (n=1; Z=1), tezligi ≈ 2.2 106 m/s, yaʼni yorugʻlik tezligidan taxminan yuz marta kam c=3 108 m/s.) va elektronning massasi ( u vodorod atomining massasidan deyarli 2000 marta kam).
Atomdagi elektronlarning holati
Atomdagi elektronning holati muayyan elektronning energiyasi va u joylashgan fazo haqidagi ma'lumotlar to'plami. Atomdagi elektron harakat traektoriyasiga ega emas, ya'ni faqat bu haqda gapirish mumkin. uni yadro atrofidagi fazoda topish ehtimoli.
U yadroni o'rab turgan ushbu bo'shliqning istalgan qismida joylashgan bo'lishi mumkin va uning turli pozitsiyalarining umumiyligi ma'lum bir manfiy zaryad zichligiga ega bo'lgan elektron bulut sifatida qaraladi. Majoziy ma'noda buni quyidagicha tasavvur qilish mumkin: agar elektronning atomdagi o'rnini sekundning yuzdan yoki milliondan bir qismida suratga olish imkoni bo'lganida, xuddi fotosuratda bo'lgani kabi, bunday fotosuratlardagi elektron nuqta sifatida ifodalangan bo'lar edi. Bunday son-sanoqsiz fotosuratlarni qo'shish natijasida eng yuqori zichlikka ega bo'lgan elektron bulut tasviri paydo bo'ladi, bu erda ushbu nuqtalarning aksariyati bo'ladi.
Atom yadrosi atrofida elektronning eng ko'p topilishi mumkin bo'lgan bo'shliq orbital deb ataladi. U taxminan o'z ichiga oladi 90% elektron bulut, va bu elektron kosmosning ushbu qismida bo'lgan vaqtning taxminan 90% ni bildiradi. Shakli bilan ajralib turadi Hozirgi vaqtda ma'lum bo'lgan 4 turdagi orbitallar, ular lotincha bilan belgilanadi s, p, d va f harflari. Elektron orbitallarning ba'zi shakllarining grafik tasviri rasmda ko'rsatilgan.
Elektronning ma'lum bir orbitadagi harakatining eng muhim xarakteristikasi uning yadro bilan bog'lanish energiyasi. O'xshash energiya qiymatlariga ega bo'lgan elektronlar bitta elektron qatlamini yoki energiya darajasini hosil qiladi. Energiya darajalari yadrodan boshlab raqamlangan - 1, 2, 3, 4, 5, 6 va 7.
Energiya darajasining sonini bildiruvchi n butun soni asosiy kvant soni deb ataladi. Bu ma'lum energiya darajasini egallagan elektronlarning energiyasini tavsiflaydi. Yadroga eng yaqin bo'lgan birinchi energiya darajasidagi elektronlar eng past energiyaga ega. Birinchi darajadagi elektronlar bilan solishtirganda, keyingi darajadagi elektronlar katta miqdordagi energiya bilan tavsiflanadi. Binobarin, tashqi darajadagi elektronlar atom yadrosi bilan eng kam kuchli bog'langan.
Energiya darajasidagi elektronlarning eng ko'p soni quyidagi formula bilan aniqlanadi:
N = 2n2,
bu erda N - elektronlarning maksimal soni; n - daraja raqami yoki asosiy kvant soni. Binobarin, yadroga eng yaqin bo'lgan birinchi energiya darajasi ikkitadan ko'p bo'lmagan elektronni o'z ichiga olishi mumkin; ikkinchisida - 8 dan ortiq emas; uchinchidan - 18 dan ortiq emas; to'rtinchidan - 32 dan oshmasligi kerak.
Ikkinchi energiya darajasidan (n = 2) boshlab, darajalarning har biri yadro bilan bog'lanish energiyasi bo'yicha bir-biridan biroz farq qiladigan kichik darajalarga (pastki qatlamlarga) bo'linadi. Pastki darajalar soni asosiy kvant sonining qiymatiga teng: birinchi energiya darajasi bitta pastki darajaga ega; ikkinchisi - ikkita; uchinchi - uchta; to'rtinchi - to'rtta pastki daraja. Pastki darajalar, o'z navbatida, orbitallar tomonidan hosil bo'ladi. Har bir qiymatn ga teng orbitallar soniga mos keladi.
Lotin harflarida pastki darajalarni, shuningdek ular tashkil topgan orbitallarning shaklini belgilash odatiy holdir: s, p, d, f.
Protonlar va neytronlar
Har qanday kimyoviy elementning atomi kichik quyosh tizimi bilan taqqoslanadi. Shuning uchun E.Rezerford tomonidan taklif qilingan atomning bunday modeli deyiladi sayyoraviy.
Atomning butun massasi to'plangan atom yadrosi ikki turdagi zarralardan iborat - protonlar va neytronlar.
Protonlarning zaryadi elektronlarning zaryadiga teng, lekin ishorasi (+1) boʻyicha qarama-qarshi, massasi esa vodorod atomining massasiga teng (kimyoda birlik sifatida qabul qilinadi). Neytronlar hech qanday zaryadga ega emas, ular neytral va proton massasiga teng.
Proton va neytronlar birgalikda nuklonlar (lotincha yadro - yadro) deb ataladi. Atomdagi proton va neytronlar sonining yig'indisi massa soni deb ataladi. Masalan, alyuminiy atomining massa soni:
13 + 14 = 27
protonlar soni 13, neytronlar soni 14, massa soni 27
Elektronning ahamiyatsiz bo'lgan massasini e'tiborsiz qoldirish mumkin bo'lganligi sababli, atomning butun massasi yadroda to'planganligi aniq. Elektronlar e - ni ifodalaydi.
Chunki atom elektr neytral, Bundan tashqari, atomdagi proton va elektronlar soni bir xil ekanligi aniq. Bu davriy tizimda unga tayinlangan kimyoviy elementning seriya raqamiga teng. Atomning massasi proton va neytronlarning massasidan iborat. Elementning seriya raqamini (Z), ya'ni protonlar sonini va protonlar va neytronlar sonining yig'indisiga teng bo'lgan massa raqamini (A) bilib, siz neytronlar sonini (N) yordamida topishingiz mumkin. formula:
N=A-Z
Masalan, temir atomidagi neytronlar soni:
56 — 26 = 30
izotoplar
Yadro zaryadlari bir xil, ammo massa raqamlari har xil bo'lgan bir xil element atomlarining navlari deyiladi izotoplar. Tabiatda topilgan kimyoviy elementlar izotoplar aralashmasidir. Demak, uglerodning massasi 12, 13, 14 boʻlgan uchta izotopi bor; kislorod - massasi 16, 17, 18, va hokazo bo'lgan uchta izotop.. Odatda Davriy tizimda berilgan kimyoviy elementning nisbiy atom massasi ma'lum bir elementning izotoplarining tabiiy aralashmasining atom massalarining o'rtacha qiymati hisoblanadi. ularning tabiatdagi nisbiy mazmunini hisobga olish. Ko'pgina kimyoviy elementlarning izotoplarining kimyoviy xossalari aynan bir xil. Shu bilan birga, vodorod izotoplari nisbiy atom massasining keskin ko'payishi tufayli xossalari bo'yicha juda katta farq qiladi; ularga hatto individual nomlar va kimyoviy belgilar ham berilgan.
Birinchi davr elementlari
Vodorod atomining elektron tuzilishi sxemasi:
Atomlarning elektron tuzilishi sxemalari elektron qatlamlar (energiya darajalari) bo'yicha elektronlarning taqsimlanishini ko'rsatadi.
Vodorod atomining grafik elektron formulasi (elektronlarning energiya darajalari va pastki darajalari bo'yicha taqsimlanishini ko'rsatadi):
Atomlarning grafik elektron formulalari elektronlarning nafaqat sathlar va pastki sathlarda, balki orbitalarda ham taqsimlanishini ko'rsatadi.
Geliy atomida birinchi elektron qatlam tugallanadi - unda 2 ta elektron mavjud. Vodorod va geliy s-elementlardir; bu atomlar uchun s-orbital elektronlar bilan to'ldirilgan.
Ikkinchi davrning barcha elementlari birinchi elektron qavat to'ldiriladi, va elektronlar ikkinchi elektron qatlamning s- va p-orbitallarini eng kam energiya printsipiga (birinchi s, keyin esa p) va Pauli va Hund qoidalariga muvofiq to'ldiradi.
Neon atomida ikkinchi elektron qatlam tugallangan - unda 8 ta elektron mavjud.
Uchinchi davr elementlarining atomlari uchun birinchi va ikkinchi elektron qatlamlar tugallanadi, shuning uchun uchinchi elektron qatlam to'ldiriladi, bunda elektronlar 3s-, 3p- va 3d-kichik darajalarni egallashi mumkin.
Magniy atomida 3s elektron orbital tugallanadi. Na va Mg s-elementlardir.
Alyuminiy va undan keyingi elementlar uchun 3p pastki darajasi elektronlar bilan to'ldiriladi.
Uchinchi davr elementlari to'ldirilmagan 3d orbitallarga ega.
Al dan Argacha bo'lgan barcha elementlar p-elementlardir. s- va p-elementlar Davriy tizimda asosiy kichik guruhlarni tashkil qiladi.
To'rtinchi - ettinchi davrlar elementlari
Kaliy va kaltsiy atomlarida to'rtinchi elektron qatlam paydo bo'ladi, 4s pastki darajasi to'ldiriladi, chunki u 3d pastki darajasiga qaraganda kamroq energiyaga ega.
K, Ca - asosiy kichik guruhlarga kiritilgan s-elementlar. Sc dan Zn gacha bo'lgan atomlar uchun 3d pastki darajasi elektronlar bilan to'ldiriladi. Bu 3D elementlar. Ular ikkilamchi kichik guruhlarga kiritilgan, ular oldindan tashqi elektron qatlam bilan to'ldirilgan, ular o'tish elementlari deb ataladi.
Xrom va mis atomlarining elektron qobiqlarining tuzilishiga e'tibor bering. Ularda bitta elektronning 4s-dan 3d-kichik darajaga qadar "muvaffaqiyatsizligi" sodir bo'ladi, bu 3d 5 va 3d 10 elektron konfiguratsiyalarining katta energiya barqarorligi bilan izohlanadi:
Rux atomida uchinchi elektron qatlam tugallangan - unda barcha 3s, 3p va 3d pastki darajalar to'ldirilgan, ularda jami 18 ta elektron mavjud. Sinkdan keyingi elementlarda to'rtinchi elektron qatlam to'ldirishda davom etadi, 4p pastki darajasi.
Ga dan Kr gacha bo'lgan elementlar p-elementlardir.
Kripton atomining tashqi qatlami (to'rtinchi) to'liq va 8 ta elektronga ega. Ammo to'rtinchi elektron qatlamda faqat 32 ta elektron bo'lishi mumkin; kripton atomining 4d- va 4f-pastki sathlari hali ham toʻldirilmaganligicha qolmoqda.Beshinchi davr elementlari quyi darajalarni quyidagi tartibda toʻldiradi: 5s - 4d - 5p. Shuningdek, "ga bog'liq istisnolar ham mavjud. muvaffaqiyatsizlik» elektronlar, y 41 Nb, 42 Mo, 44 Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.
Oltinchi va ettinchi davrlarda f-elementlar paydo bo'ladi, ya'ni uchinchi tashqi elektron qatlamning 4f- va 5f-kichik darajalari mos ravishda to'ldirilgan elementlar.
4f elementlari lantanidlar deb ataladi.
5f elementlar aktinidlar deyiladi.
Oltinchi davr elementlarining atomlarida elektron pastki darajalarni to'ldirish tartibi: 55 Cs va 56 Ba - 6s-elementlar; 57 La … 6s 2 5d x - 5d element; 58 Ce - 71 Lu - 4f elementlari; 72 Hf - 80 Hg - 5d elementlar; 81 T1 - 86 Rn - 6d elementlar. Ammo bu erda ham elektron orbitallarni to'ldirish tartibi "buzilgan" elementlar mavjud, bu, masalan, yarim va to'liq to'ldirilgan f-kichik darajalarning ko'proq energiya barqarorligi bilan bog'liq, ya'ni nf 7 va nf 14. Atomning qaysi pastki sathi oxirgi elektronlar bilan to'ldirilganligiga qarab, barcha elementlar to'rt elektron oilaga yoki bloklarga bo'linadi:
- s-elementlar. Atomning tashqi sathining s-kichik darajasi elektronlar bilan to'ldirilgan; s-elementlarga vodorod, geliy va I va II guruhlarning asosiy kichik guruhlari elementlari kiradi.
- p-elementlar. Atomning tashqi sathining p-pastki darajasi elektronlar bilan to'ldirilgan; p-elementlarga III-VIII guruhlarning asosiy kichik guruhlari elementlari kiradi.
- d-elementlar. Atomning tashqi oldingi sathining d-kichik darajasi elektronlar bilan to'ldirilgan; d-elementlarga I-VIII guruhlarning ikkilamchi kichik guruhlari elementlari, ya'ni s- va p-elementlar orasida joylashgan katta davrlarning interkalar o'n yilliklari elementlari kiradi. Ular, shuningdek, o'tish elementlari deb ataladi.
- f-elementlar. Atomning uchinchi tashqi sathining f-kichik darajasi elektronlar bilan to'ldirilgan; Bularga lantanidlar va antinoidlar kiradi.
Shveytsariya fizigi V. Pauli 1925 yilda bir atomda bir orbitalda qarama-qarshi (antiparallel) spinga ega bo'lgan ikkitadan ortiq elektron bo'lishi mumkin emasligini aniqladi (ingliz tilidan tarjima qilingan - "shpindel"), ya'ni shartli ravishda tasavvur qilish mumkin bo'lgan shunday xususiyatlarga ega. elektronning xayoliy o'qi atrofida aylanishi: soat yo'nalishi bo'yicha yoki soat sohasi farqli o'laroq.
Bu tamoyil deyiladi Pauli printsipi. Agar orbitalda bitta elektron bo'lsa, u juftlashtirilmagan deb ataladi, agar ikkita bo'lsa, ular juftlashgan elektronlar, ya'ni qarama-qarshi spinli elektronlardir. Rasmda energiya darajalarining pastki darajalarga bo'linish diagrammasi va ularni to'ldirish tartibi ko'rsatilgan.
Ko'pincha atomlarning elektron qobiqlarining tuzilishi energiya yoki kvant hujayralari yordamida tasvirlangan - ular grafik elektron formulalar deb ataladigan narsalarni yozadilar. Ushbu yozuv uchun quyidagi belgi qo'llaniladi: har bir kvant hujayra bitta orbitalga mos keladigan hujayra bilan belgilanadi; har bir elektron spinning yo'nalishiga mos keladigan o'q bilan ko'rsatilgan. Grafik elektron formulani yozishda ikkita qoidani yodda tutish kerak: Pauli printsipi va F. Xund qoidasi, unga ko'ra elektronlar bo'sh hujayralarni egallaydi, birinchi navbatda bir vaqtning o'zida va bir vaqtning o'zida bir xil spin qiymatiga ega va faqat keyin juftlashadi, lekin Pauli printsipiga ko'ra spinlar allaqachon qarama-qarshi yo'naltirilgan bo'ladi.
Xund qoidasi va Pauli printsipi
Hund qoidasi- ma'lum bir pastki qavatning orbitallarini to'ldirish tartibini belgilovchi kvant kimyosi qoidasi va quyidagicha ifodalanadi: bu pastki qatlam elektronlarining spin kvant sonining umumiy qiymati maksimal bo'lishi kerak. 1925 yilda Fridrix Xund tomonidan tuzilgan.
Bu shuni anglatadiki, pastki qavat orbitallarining har birida birinchi navbatda bitta elektron to'ldiriladi va to'ldirilmagan orbitallar tugagandan keyingina bu orbitalga ikkinchi elektron qo'shiladi. Bunda bitta orbitalda qarama-qarshi belgili yarim butun spinli ikkita elektron mavjud bo'lib, ular juftlashadi (ikki elektronli bulut hosil qiladi) va natijada orbitalning umumiy spini nolga teng bo'ladi.
Boshqa so'zlar: Energiya ostida ikkita shart bajariladigan atom atamasi yotadi.
- Ko'plik maksimaldir
- Ko'paytmalar mos kelganda, umumiy orbital momentum L maksimal bo'ladi.
Keling, bu qoidani p-kichik darajadagi orbitallarni to'ldirish misolida tahlil qilaylik p- ikkinchi davr elementlari (ya'ni bordan neongacha (quyidagi diagrammada gorizontal chiziqlar orbitallarni, vertikal o'qlar elektronlarni va o'qning yo'nalishi spinning yo'nalishini ko'rsatadi).
Klechkovskiy hukmronligi
Klechkovskiy qoidasi - atomlardagi elektronlarning umumiy soni ortib borishi bilan (ularning yadrolarining zaryadlari yoki kimyoviy elementlarning tartib raqamlari ortib borishi bilan) atom orbitallari shunday joylashadiki, yuqori energiyali orbitallarda elektronlarning paydo boʻlishi faqat quyidagilarga bogʻliq boʻladi. bosh kvant soni n va boshqa barcha kvant sonlariga bog'liq emas.sonlar, shu jumladan l dan bo'lganlar. Jismoniy jihatdan bu shuni anglatadiki, vodorodga o'xshash atomda (elektronlararo itarilish bo'lmaganda) elektronning orbital energiyasi faqat yadrodan elektron zaryad zichligining fazoviy uzoqligi bilan belgilanadi va uning harakat xususiyatlariga bog'liq emas. yadro sohasida.
Klechkovskiyning empirik qoidasi va undan kelib chiqadigan atom orbitallarining bir oz ziddiyatli real energiya ketma-ketligi ketma-ketligi faqat bir xil turdagi ikkita holatda: Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt atomlari uchun, Au, tashqi qatlamning s - pastki darajasiga ega bo'lgan elektronning oldingi qatlamning d-pastki darajasiga "muvaffaqiyatsizligi" mavjud, bu atomning energetik jihatdan barqarorroq holatiga olib keladi, ya'ni: orbital 6 ni ikkita bilan to'ldirgandan so'ng. elektronlar s
