Elektroničke konfiguracije atoma kemijskih elemenata. Elektronička konfiguracija atoma

Saznajte kako skladati elektronska formula kemijski element. Ovo je pitanje važno i relevantno jer daje ideju ne samo o strukturi, već io navodnim fizikalnim i kemijskim svojstvima dotičnog atoma.

Pravila kompilacije

Da bi se sastavila grafička i elektronička formula kemijskog elementa, potrebno je imati predodžbu o teoriji strukture atoma. Za početak, postoje dvije glavne komponente atoma: jezgra i negativni elektroni. Jezgra uključuje neutrone, koji nemaju naboj, kao i protone, koji imaju pozitivan naboj.

Raspravljajući o tome kako sastaviti i odrediti elektroničku formulu kemijskog elementa, napominjemo da je za pronalaženje broja protona u jezgri potreban periodični sustav Mendelejeva.

Broj elementa po redu odgovara broju protona u njegovoj jezgri. Broj perioda u kojem se nalazi atom karakterizira broj energetskih slojeva na kojima se nalaze elektroni.

Da bi se odredio broj neutrona bez električnog naboja, potrebno je od relativne mase atoma nekog elementa oduzeti njegov redni broj (broj protona).

Uputa

Da biste razumjeli kako sastaviti elektroničku formulu kemijskog elementa, razmotrite pravilo za punjenje podrazina negativnim česticama koje je formulirao Klechkovsky.

Ovisno o količini slobodne energije koju imaju slobodne orbitale, sastavlja se serija koja karakterizira slijed popunjavanja razina elektronima.

Svaka orbitala sadrži samo dva elektrona, koji su raspoređeni u antiparalelnim spinovima.

Da bi se izrazila struktura elektronskih ljuski koriste se grafičke formule. Kako izgledaju elektroničke formule atoma kemijskih elemenata? Kako napraviti grafičke opcije? Ova su pitanja uključena u školski tečaj kemije, pa ćemo se detaljnije zadržati na njima.

Postoji određena matrica (osnova) koja se koristi pri sastavljanju grafičkih formula. S-orbitalu karakterizira samo jedna kvantna ćelija, u kojoj se dva elektrona nalaze jedan nasuprot drugome. Oni su grafički označeni strelicama. Za p orbitalu prikazane su tri ćelije, svaka također sadrži dva elektrona, deset elektrona nalazi se na d orbitali, a f je ispunjena s četrnaest elektrona.

Primjeri sastavljanja elektroničkih formula

Nastavimo razgovor o tome kako sastaviti elektroničku formulu kemijskog elementa. Na primjer, trebate napraviti grafičku i elektroničku formulu za element mangan. Prvo odredimo položaj ovog elementa u periodnom sustavu. Ima atomski broj 25, tako da u atomu ima 25 elektrona. Mangan je element četvrto razdoblje dakle, ima četiri energetske razine.

Kako napisati elektroničku formulu kemijskog elementa? Zapisujemo znak elementa, kao i njegov redni broj. Koristeći pravilo Klečkovskog, elektrone raspoređujemo po energetskim razinama i podrazinama. Redom ih raspoređujemo na prvu, drugu i treću razinu, upisujući dva elektrona u svaku ćeliju.

Zatim ih zbrojimo, dobivamo 20 komada. Tri razine potpuno su ispunjene elektronima, a na četvrtoj ostaje samo pet elektrona. S obzirom da svaka vrsta orbitale ima svoju rezervu energije, preostale elektrone raspoređujemo na 4s i 3d podrazine. Kao rezultat toga, gotova elektronska grafička formula za atom mangana ima sljedeći oblik:

1s2/2s2, 2p6/3s2, 3p6/4s2, 3d3

Praktična vrijednost

Uz pomoć elektronskih grafičkih formula jasno se vidi broj slobodnih (nesparenih) elektrona koji određuju valenciju određenog kemijskog elementa.

Nudimo generalizirani algoritam radnji, uz pomoć kojeg možete sastaviti elektroničke grafičke formule bilo kojeg atoma koji se nalazi u periodnom sustavu.

Prvi korak je određivanje broja elektrona pomoću periodnog sustava. Broj razdoblja označava broj energetskih razina.

Pripadnost određenoj skupini povezana je s brojem elektrona koji se nalaze na vanjskoj energetskoj razini. Razine su podijeljene na podrazine, popunjene u skladu s pravilom Klechkovsky.

Zaključak

Da bi se odredile valentne sposobnosti bilo kojeg kemijskog elementa koji se nalazi u periodnom sustavu, potrebno je sastaviti elektrografsku formulu njegovog atoma. Gornji algoritam omogućit će vam da se nosite sa zadatkom, odredite moguću kemijsku i fizička svojstva atom.

Elektroni

Pojam atoma nastao je u starom svijetu za označavanje čestica materije. Na grčkom atom znači "nedjeljiv".

Irski fizičar Stoney je na temelju pokusa došao do zaključka da elektricitet prenose najsitnije čestice koje postoje u atomima svih kemijskih elemenata. Godine 1891. Stoney je predložio da se te čestice nazovu elektronima, što na grčkom znači "jantar". Nekoliko godina nakon što je elektron dobio ime, engleski fizičar Joseph Thomson i francuski fizičar Jean Perrin dokazali su da elektroni nose negativan naboj. To je najmanji negativni naboj, koji se u kemiji uzima kao jedinica (-1). Thomson je čak uspio odrediti brzinu elektrona (brzina elektrona u orbiti obrnuto je proporcionalna broju orbite n. Polumjeri orbita rastu proporcionalno kvadratu broja orbite. U prvoj orbiti vodika atom (n=1; Z=1), brzina je ≈ 2,2 106 m/c, odnosno oko sto puta manja od brzine svjetlosti c=3 108 m/s.) i masa elektrona ( gotovo je 2000 puta manja od mase atoma vodika).

Stanje elektrona u atomu

Stanje elektrona u atomu je skup informacija o energiji pojedinog elektrona i prostoru u kojem se nalazi. Elektron u atomu nema putanju gibanja, tj. može se samo govoriti o vjerojatnost pronalaska u prostoru oko jezgre.

Može se nalaziti u bilo kojem dijelu tog prostora koji okružuje jezgru, a ukupnost njegovih različitih položaja smatra se elektronskim oblakom s određenom gustoćom negativnog naboja. Slikovito se to može zamisliti na sljedeći način: kada bi bilo moguće fotografirati položaj elektrona u atomu u stotinkama ili milijuntim dijelovima sekunde, kao u fotofinišu, tada bi elektron na takvim fotografijama bio predstavljen kao točke. Prekrivanje bezbrojnih takvih fotografija rezultiralo bi slikom elektronskog oblaka najveće gustoće gdje će biti najviše tih točaka.

Prostor oko atomske jezgre, u kojem se najvjerojatnije nalazi elektron, naziva se orbitala. Sadrži približno 90% e-oblak, a to znači da je oko 90% vremena elektron u ovom dijelu prostora. Razlikuje se po obliku 4 trenutno poznate vrste orbitala, koji se označavaju latinskim slova s, p, d i f. Grafička slika na slici su prikazani neki oblici elektronskih orbitala.

Najvažnija karakteristika gibanja elektrona po određenoj orbiti je energija njegove veze s jezgrom. Elektroni sa sličnim energetskim vrijednostima tvore jedan elektronski sloj, odnosno energetsku razinu. Energetske razine su numerirane počevši od jezgre - 1, 2, 3, 4, 5, 6 i 7.

Cijeli broj n, koji označava broj energetske razine, naziva se glavni kvantni broj. Karakterizira energiju elektrona koji zauzimaju određenu energetsku razinu. Najnižu energiju imaju elektroni prve energetske razine, najbliže jezgri. U usporedbi s elektronima prve razine, elektroni sljedećih razina karakterizirat će veliku količinu energije. Posljedično, elektroni vanjske razine su najslabije vezani za jezgru atoma.

Najveći broj elektrona u energetskoj razini određuje se formulom:

N = 2n2,

gdje je N najveći broj elektrona; n je broj razine, odnosno glavni kvantni broj. Posljedično, prva energetska razina najbliža jezgri ne može sadržavati više od dva elektrona; na drugom - ne više od 8; na trećem - ne više od 18; na četvrtom - ne više od 32.

Počevši od druge energetske razine (n = 2), svaka od razina podijeljena je na podrazine (podslojeve), koje se međusobno nešto razlikuju po energiji vezanja s jezgrom. Broj podrazina jednak je vrijednosti glavnog kvantnog broja: prva energetska razina ima jednu podrazinu; drugi - dva; treći - tri; četvrti - četiri podrazine. Podrazine, pak, tvore orbitale. Svaka vrijednostn odgovara broju orbitala jednakom n.

Obično se označavaju podrazine latiničnim slovima, kao i oblik orbitala od kojih se sastoje: s, p, d, f.

Protoni i neutroni

Atom bilo kojeg kemijskog elementa usporediv je sa sićušnim Sunčev sustav. Stoga se takav model atoma, koji je predložio E. Rutherford, naziva planetarni.

Atomska jezgra, u kojoj je koncentrirana cjelokupna masa atoma, sastoji se od čestica dvije vrste - protona i neutrona.

Protoni imaju naboj jednak naboju elektrona, ali suprotnog predznaka (+1), i masu jednaku masi atoma vodika (u kemiji je prihvaćen kao jedinica). Neutroni nemaju naboj, neutralni su i imaju masu jednaku masi protona.

Protoni i neutroni zajednički se nazivaju nukleoni (od lat. nucleus - jezgra). Zbroj broja protona i neutrona u atomu naziva se maseni broj. Na primjer, maseni broj atoma aluminija:

13 + 14 = 27

broj protona 13, broj neutrona 14, maseni broj 27

Budući da se masa elektrona, koja je zanemariva, može zanemariti, očito je da je cjelokupna masa atoma koncentrirana u jezgri. Elektroni predstavljaju e - .

Jer atom električki neutralan, također je očito da je broj protona i elektrona u atomu isti. Jednak je rednom broju kemijskog elementa koji mu je dodijeljen u periodnom sustavu. Masu atoma čini masa protona i neutrona. Znajući redni broj elementa (Z), tj. broj protona, i maseni broj (A), jednak zbroju brojeva protona i neutrona, možete pronaći broj neutrona (N) pomoću formula:

N=A-Z

Na primjer, broj neutrona u atomu željeza je:

56 — 26 = 30

izotopi

Nazivaju se varijante atoma istog elementa koji imaju isti nuklearni naboj, ali različite masene brojeve izotopi. Kemijski elementi koji se nalaze u prirodi mješavina su izotopa. Dakle, ugljik ima tri izotopa s masom 12, 13, 14; kisik - tri izotopa s masom 16, 17, 18 itd. Relativna atomska masa kemijskog elementa koja se obično daje u periodnom sustavu prosječna je vrijednost atomskih masa prirodne mješavine izotopa danog elementa, uzimajući uzeti u obzir njihov relativni sadržaj u prirodi. Kemijska svojstva Izotopi većine kemijskih elemenata potpuno su isti. Međutim, izotopi vodika uvelike se razlikuju po svojstvima zbog dramatičnog višestrukog povećanja njihove relativne atomske mase; čak su dobili i pojedinačna imena i kemijske simbole.

Elementi prvog razdoblja

Shema elektronske strukture atoma vodika:

Sheme elektroničke strukture atoma prikazuju raspored elektrona po elektronskim slojevima (energijskim razinama).

Grafička elektronska formula atoma vodika (prikazuje raspodjelu elektrona po energetskim razinama i podrazinama):

Grafičke elektroničke formule atoma prikazuju raspodjelu elektrona ne samo po razinama i podrazinama, već i po orbitama.

U atomu helija prvi elektronski sloj je završen – ima 2 elektrona. Vodik i helij su s-elementi; kod ovih atoma, s-orbitala je ispunjena elektronima.

Svi elementi drugog razdoblja popunjen je prvi sloj elektrona, a elektroni ispunjavaju s- i p-orbitale drugog elektronskog sloja u skladu s načelom najmanje energije (prvo s, a zatim p) i pravilima Paulija i Hunda.

U atomu neona dovršen je drugi elektronski sloj – ima 8 elektrona.

Za atome elemenata treće periode prvi i drugi elektronski sloj su dovršeni, pa je popunjen treći elektronski sloj u kojem elektroni mogu zauzimati 3s-, 3p- i 3d-podrazine.

3s elektronska orbitala je završena na atomu magnezija. Na i Mg su s-elementi.

Za aluminij i sljedeće elemente, podrazina 3p je ispunjena elektronima.

Elementi treće periode imaju nepopunjene 3d orbitale.

Svi elementi od Al do Ar su p-elementi. s- i p-elementi čine glavne podskupine u periodnom sustavu.

Elementi četvrtog - sedmog razdoblja

Četvrti sloj elektrona pojavljuje se na atomima kalija i kalcija, podrazina 4s je ispunjena, jer ima manju energiju od podrazine 3d.

K, Ca - s-elementi uključeni u glavne podskupine. Za atome od Sc do Zn, 3d podrazina je ispunjena elektronima. Ovo su 3d elementi. Ubrajaju se u sekundarne podskupine, imaju ispunjen predvanjski sloj elektrona, nazivaju se prijelaznim elementima.

Obratite pozornost na strukturu elektronskih ljuski atoma kroma i bakra. U njima dolazi do “ispada” jednog elektrona s 4s- na 3d-podrazinu, što se objašnjava većom energetskom stabilnošću nastalih elektroničkih konfiguracija 3d 5 i 3d 10:

U atomu cinka treći elektronski sloj je završen - u njemu su popunjene sve podrazine 3s, 3p i 3d, ukupno na njima ima 18 elektrona. U elementima koji slijede nakon cinka, četvrti sloj elektrona nastavlja se puniti, podrazina 4p.

Elementi od Ga do Kr su p-elementi.

Vanjski sloj (četvrti) atoma kriptona je potpun i ima 8 elektrona. Ali u četvrtom elektronskom sloju mogu biti samo 32 elektrona; 4d- i 4f-podrazine atoma kriptona ostaju još nepopunjene.Elementi pete periode popunjavaju podrazine sljedećim redom: 5s - 4d - 5p. A postoje i iznimke koje se odnose na " neuspjeh» elektroni, y 41 Nb, 42 Mo, 44 ​​​​Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.

U šestoj i sedmoj periodi pojavljuju se f-elementi, tj. elementi u kojima su popunjene 4f- odnosno 5f-podrazine trećeg vanjskog elektronskog sloja.

4f elementi nazivaju se lantanidi.

5f elementi nazivaju se aktinidi.

Redoslijed popunjavanja elektronskih podrazina u atomima elemenata šeste periode: 55 Cs i 56 Ba - 6s-elementi; 57 La … 6s 2 5d x - 5d element; 58 Ce - 71 Lu - 4f elementi; 72 Hf - 80 Hg - 5d elemenata; 81 T1 - 86 Rn - 6d elementi. Ali i tu postoje elementi u kojima je redoslijed popunjavanja elektronskih orbitala “narušen”, što je, primjerice, povezano s većom energetskom stabilnošću polu i potpuno popunjenih f-podrazina, tj. nf 7 i nf 14. Ovisno o tome koja je podrazina atoma posljednja ispunjena elektronima, svi elementi se dijele u četiri elektronske obitelji ili bloka:

• s-elementi. S-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; s-elementi uključuju vodik, helij i elemente glavnih podskupina I. i II.

• p-elementi. P-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; p-elementi uključuju elemente glavnih podskupina III-VIII skupina.

• d-elementi. D-podrazina predvanjske razine atoma ispunjena je elektronima; d-elementi uključuju elemente sekundarnih podskupina skupina I-VIII, tj. elemente interkalarnih dekada velikih perioda koji se nalaze između s- i p-elemenata. Nazivaju se i prijelazni elementi.

• f-elementi. F-podrazina treće vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; to uključuje lantanide i antinoide.

Švicarski fizičar W. Pauli 1925. godine utvrdio je da u atomu u jednoj orbiti ne mogu biti više od dva elektrona koji imaju suprotne (antiparalelne) spinove (u prijevodu s engleskog - "vreteno"), tj. imaju takva svojstva koja se mogu uvjetno zamisliti kao rotacija elektrona oko svoje zamišljene osi: u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od njega.

Ovaj princip se zove Paulijevo načelo. Ako postoji jedan elektron u orbitali, onda se on naziva nespareni, ako su dva, onda su to spareni elektroni, odnosno elektroni sa suprotnim spinovima. Na slici je prikazan dijagram podjele energetskih razina na podrazine i redoslijed njihovog popunjavanja.

Vrlo često se struktura elektronskih ljuski atoma prikazuje pomoću energetskih ili kvantnih ćelija - one zapisuju takozvane grafičke elektronske formule. Za ovaj zapis koristi se sljedeća oznaka: svaka kvantna stanica označena je ćelijom koja odgovara jednoj orbitali; svaki elektron je označen strelicom koja odgovara smjeru spina. Prilikom pisanja grafičke elektroničke formule treba zapamtiti dva pravila: Paulijev princip i F. Hundovo pravilo, prema kojem elektroni zauzimaju slobodne ćelije, prvo jedan po jedan i istovremeno imaju istu vrijednost spina, pa tek onda sparu, ali će spinovi, prema Paulijevom principu, već biti suprotno usmjereni.

Hundovo pravilo i Paulijev princip

Hundovo pravilo- pravilo kvantne kemije, koje određuje redoslijed popunjavanja orbitala određenog podsloja i formulira se na sljedeći način: ukupna vrijednost spinskog kvantnog broja elektrona ovog podsloja treba biti najveća. Formulirao Friedrich Hund 1925.

To znači da se u svakoj od orbitala podsloja prvo popunjava po jedan elektron, a tek nakon što se potroše nepopunjene orbitale, ovoj orbitali se dodaje drugi elektron. U tom slučaju u jednoj orbitali postoje dva elektrona s polucijelim spinovima suprotnog predznaka, koji se sparuju (formiraju dvoelektronski oblak) i kao rezultat toga ukupni spin orbitale postaje jednak nuli.

Druga formulacija: Ispod energije nalazi se atomski član za koji su zadovoljena dva uvjeta.

1. Mnoštvo je maksimalno
2. Kada se višestrukosti podudaraju, ukupni orbitalni moment L je maksimalan.

Analizirajmo ovo pravilo na primjeru popunjavanja orbitala p-podrazine str- elementi druge periode (to jest, od bora do neona (u donjem dijagramu vodoravne linije označavaju orbitale, okomite strelice označavaju elektrone, a smjer strelice označava orijentaciju spina).

pravilo Klečkovskog

Pravilo Klečkovskog - povećanjem ukupnog broja elektrona u atomima (s povećanjem naboja njihovih jezgri, odnosno rednih brojeva kemijskih elemenata), atomske orbitale se naseljavaju na način da pojava elektrona u orbitalama viših energija ovisi samo o glavni kvantni broj n i ne ovisi o svim ostalim kvantnim brojevima, uključujući i one iz l. Fizički to znači da je u atomu sličnom vodiku (u nedostatku međuelektronskog odbijanja) orbitalna energija elektrona određena samo prostornom udaljenošću gustoće naboja elektrona od jezgre i ne ovisi o značajkama njegova gibanja u polju jezgre.

Klečkovskovo empirijsko pravilo i slijed sekvenci donekle kontradiktornog realnog energetskog slijeda atomskih orbitala koji proizlaze iz njega samo u dva slučaja istog tipa: za atome Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au, dolazi do “ispada” elektrona sa s - podrazine vanjskog sloja na d-podrazinu prethodnog sloja, što dovodi do energetski stabilnijeg stanja atoma, naime: nakon popunjavanja orbitale 6 s dva elektroni s

Algoritam za sastavljanje elektronske formule elementa:

1. Odredite broj elektrona u atomu pomoću periodnog sustava kemijskih elemenata D.I. Mendeljejev.

2. Brojem razdoblja u kojem se element nalazi odredite broj energetskih razina; broj elektrona u posljednjoj elektronskoj razini odgovara broju grupe.

3. Podijelite razine na podrazine i orbitale i ispunite ih elektronima prema pravilima popunjavanja orbitala:

Mora se zapamtiti da prva razina ima najviše 2 elektrona. 1s2, na drugom - najviše 8 (dva s i šest R: 2s 2 2p 6), na trećem - najviše 18 (dva s, šest str, i deset d: 3s 2 3p 6 3d 10).

• Glavni kvantni broj n treba biti minimalan.
• Prvo popunjeno s- podrazina, dakle p-, d-b f- podrazine.
• Elektroni ispunjavaju orbitale uzlaznim redoslijedom orbitalne energije (Klečkovskovo pravilo).
• Unutar podrazine elektroni prvo jedan po jedan zauzimaju slobodne orbitale, a tek nakon toga formiraju parove (Hundovo pravilo).
• U jednoj orbitali ne može biti više od dva elektrona (Paulijev princip).

Primjeri.

1. Sastavite elektroničku formulu dušika. Dušik je broj 7 u periodnom sustavu.

2. Sastavite elektroničku formulu argona. U periodnom sustavu argon je na broju 18.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6.

3. Sastavite elektroničku formulu kroma. U periodnom sustavu krom je broj 24.

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

Energetski dijagram cinka.

4. Sastavite elektroničku formulu cinka. U periodnom sustavu cink je broj 30.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10

Imajte na umu da je dio elektroničke formule, naime 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 elektronička formula argona.

Elektronska formula cinka može se prikazati kao.

Sastav atoma.

Atom se sastoji od atomska jezgra I elektronska ljuska.

Jezgra atoma sastoji se od protona ( p+) i neutroni ( n 0). Većina atoma vodika ima jednu protonsku jezgru.

Broj protona N(p+) jednak je nuklearnom naboju ( Z) i redni broj elementa u prirodnom nizu elemenata (i u periodnom sustavu elemenata).

N(str +) = Z

Zbroj broja neutrona N(n 0), označen jednostavno slovom N, i broj protona Z nazvao maseni broj a označen je slovom A.

A = Z + N

Elektronski omotač atoma sastoji se od elektrona koji se kreću oko jezgre ( e -).

Broj elektrona N(e-) u elektronskom omotaču neutralnog atoma jednak je broju protona Z u svojoj srži.

Masa protona približno je jednaka masi neutrona i 1840 puta veća od mase elektrona, pa je masa atoma praktički jednaka masi jezgre.

Oblik atoma je sferičan. Polumjer jezgre je oko 100 000 puta manji od polumjera atoma.

Kemijski element- vrsta atoma (skup atoma) s istim nabojem jezgre (s istim brojem protona u jezgri).

Izotop- skup atoma jednog elementa s istim brojem neutrona u jezgri (ili vrsta atoma s istim brojem protona i istim brojem neutrona u jezgri).

Različiti izotopi međusobno se razlikuju po broju neutrona u jezgri svojih atoma.

Oznaka jednog atoma ili izotopa: (E - simbol elementa), na primjer: .

Građa elektronske ljuske atoma

atomska orbitala je stanje elektrona u atomu. Simbol orbite - . Svaka orbitala odgovara elektronskom oblaku.

Orbitale stvarnih atoma u osnovnom (nepobuđenom) stanju su četiri vrste: s, str, d I f.

elektronski oblak- dio prostora u kojem se može naći elektron s vjerojatnošću od 90 (ili više) posto.

Bilješka: ponekad se pojmovi "atomska orbitala" i "elektronski oblak" ne razlikuju, nazivajući ih "atomskom orbitalom".

Elektronski omotač atoma je slojevit. Elektronički sloj formirani od elektronskih oblaka iste veličine. Orbitale jednog sloja tvore elektronska ("energetska") razina, njihove su energije iste za atom vodika, ali različite za ostale atome.

Orbitale iste razine grupirane su u elektronički (energetski) podrazine:
s- podrazina (sastoji se od jedne s-orbitale), simbol - .
str podrazina (sastoji se od tri str
d podrazina (sastoji se od pet d-orbitale), simbol - .
f podrazina (sastoji se od sedam f-orbitale), simbol - .

Energije orbitala istog podrazina su iste.

Kod označavanja podrazina simbolu podrazine dodaje se broj sloja (elektronička razina), na primjer: 2 s, 3str, 5d sredstva s- podrazina druge razine, str- podrazina treće razine, d- podrazina pete razine.

Ukupan broj podrazina u jednoj razini jednak je broju razine n. Ukupan broj orbitala u jednoj razini je n 2. Prema tome, ukupni broj oblaci u jednom sloju je također n 2 .

Oznake: - slobodna orbitala (bez elektrona), - orbitala s nesparenim elektronom, - orbitala s elektronskim parom (s dva elektrona).

Redoslijed kojim elektroni ispunjavaju orbitale atoma određen je s tri zakona prirode (formulacije su dane na pojednostavljen način):

1. Načelo najmanje energije - elektroni ispunjavaju orbitale redoslijedom povećanja energije orbitala.

2. Paulijev princip – u jednoj orbitali ne može biti više od dva elektrona.

3. Hundovo pravilo - unutar podrazine elektroni prvo ispunjavaju slobodne orbitale (jedan po jedan), a tek nakon toga formiraju elektronske parove.

Ukupan broj elektrona u elektronskoj razini (ili u elektroničkom sloju) je 2 n 2 .

Distribucija podrazina po energiji je izražena sljedeće (prema rastućoj energiji):

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

Vizualno, ovaj niz je izražen energetskim dijagramom:

Raspodjela elektrona atoma po razinama, podrazinama i orbitalama (elektronička konfiguracija atoma) može se prikazati kao elektronička formula, energetski dijagram ili, jednostavnije, kao dijagram elektroničkih slojeva ("elektronički dijagram") .

Primjeri elektroničke strukture atoma:

valentni elektroni- elektroni atoma koji mogu sudjelovati u stvaranju kemijskih veza. Za svaki atom, to su svi vanjski elektroni plus oni predvanjski elektroni čija je energija veća od energije vanjskih. Na primjer: atom Ca ima 4 vanjska elektrona s 2, oni su također valentni; atom Fe ima vanjske elektrone - 4 s 2 ali on ima 3 d 6, dakle atom željeza ima 8 valentnih elektrona. Valentna elektronska formula atoma kalcija je 4 s 2, a atomi željeza - 4 s 2 3d 6 .

Periodni sustav kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva
(prirodni sustav kemijskih elemenata)

Periodički zakon kemijskih elemenata(moderna formulacija): svojstva kemijskih elemenata, kao i jednostavna i složene tvari, koje oni tvore, u periodičnoj su ovisnosti o vrijednosti naboja iz atomskih jezgri.

Periodni sustav- grafički izraz periodičkog zakona.

Prirodni niz kemijskih elemenata- niz kemijskih elemenata, poredanih prema porastu broja protona u jezgrama njihovih atoma, ili, što je isto, prema porastu naboja jezgri tih atoma. Serijski broj elementa u ovom nizu jednak je broju protona u jezgri bilo kojeg atoma tog elementa.

Tablica kemijskih elemenata konstruirana je "rezanjem" prirodnog niza kemijskih elemenata razdoblja(vodoravni redovi tablice) i grupiranja (okomiti stupci tablice) elemenata sa sličnom elektronskom strukturom atoma.

Ovisno o tome kako su elementi kombinirani u skupine, tablica može biti dugo razdoblje(elementi s istim brojem i vrstom valentnih elektrona skupljaju se u skupine) i kratkoročni(elementi s istim brojem valentnih elektrona skupljaju se u skupine).

Skupine kratkoperiodične tablice podijeljene su u podskupine ( glavni I nuspojave), podudarajući se sa skupinama dugoperiodične tablice.

Svi atomi elemenata iste periode imaju isti broj elektronskih slojeva, jednak broju periode.

Broj elemenata u razdobljima: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Većina elemenata osmog razdoblja dobivena je umjetno, posljednji elementi ovog razdoblja još nisu sintetizirani. Sva razdoblja osim prvog počinju elementom koji tvori alkalni metal (Li, Na, K itd.) i završavaju elementom koji tvori plemeniti plin (He, Ne, Ar, Kr itd.).

U kratkoj periodičnoj tablici - osam skupina, od kojih je svaka podijeljena u dvije podskupine (glavnu i sporednu), u dugoj periodičnoj tablici - šesnaest skupina, koje su numerirane rimskim brojevima slovima A ili B, na primjer: IA, IIIB, VIA, VIIB. Skupina IA duge periodne tablice odgovara glavnoj podskupini prve skupine kratke periodne tablice; skupina VIIB - sekundarna podskupina sedme skupine: ostatak - slično.

Svojstva kemijskih elemenata prirodno se mijenjaju u skupinama i periodima.

U razdobljima (s rastućim rednim brojem)

• povećava se nuklearni naboj
• povećava se broj vanjskih elektrona,
• radijus atoma se smanjuje,
• povećava se snaga veze elektrona s jezgrom (energija ionizacije),
• povećava se elektronegativnost.
• poboljšana oksidativna svojstva jednostavne tvari("nemetalnost"),
• redukcijska svojstva jednostavnih tvari ("metalnost") slabe,
• slabi osnovni karakter hidroksida i odgovarajućih oksida,
• povećava se kiseli karakter hidroksida i odgovarajućih oksida.

U grupama (s rastućim rednim brojem)

• povećava se nuklearni naboj
• radijus atoma se povećava (samo u A-skupinama),
• smanjuje se jakost veze između elektrona i jezgre (energija ionizacije; samo u A-skupinama),
• smanjuje se elektronegativnost (samo u A-skupinama),
• oslabiti oksidacijska svojstva jednostavnih tvari ("nemetalnost"; samo u A-skupinama),
• pojačana su redukcijska svojstva jednostavnih tvari ("metalnost"; samo u A-skupinama),
• povećava se bazičnost hidroksida i odgovarajućih oksida (samo u A-skupinama),
• kiselost hidroksida i odgovarajućih oksida slabi (samo u A-skupinama),
• smanjuje se stabilnost vodikovih spojeva (povećava se njihova redukcijska aktivnost; samo u A-skupinama).

Zadaci i testovi na temu "Tema 9. "Građa atoma. Periodni zakon i periodni sustav kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva (PSCE)"."

• Periodični zakon - Periodički zakon i građa atoma 8.–9
  Treba znati: zakonitosti popunjavanja orbitala elektronima (princip najmanje energije, Paulijev princip, Hundovo pravilo), građu periodnog sustava elemenata.

  Trebali biste moći: odrediti sastav atoma prema položaju elementa u periodnom sustavu i, obrnuto, pronaći element u periodnom sustavu, poznavajući njegov sastav; prikazati strukturni dijagram, elektronsku konfiguraciju atoma, iona i, obrnuto, odrediti položaj kemijskog elementa u PSCE iz dijagrama i elektronske konfiguracije; karakterizirati element i tvari koje tvori prema položaju u PSCE-u; odrediti promjene polumjera atoma, svojstava kemijskih elemenata i tvari koje oni tvore unutar jedne periode i jedne glavne podskupine periodnog sustava.

  Primjer 1 Odredite broj orbitala u trećoj elektroničkoj razini. Koje su to orbitale?
  Za određivanje broja orbitala koristimo formulu N orbitale = n 2, gdje n- broj razine. N orbitale = 3 2 = 9. Jedan 3 s-, tri 3 str- i pet 3 d-orbitale.

  Primjer 2 Odredi atom kojeg elementa ima elektronsku formulu 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 1 .
  Da biste odredili o kojem se elementu radi potrebno je saznati njegov redni broj koji je jednak ukupnom broju elektrona u atomu. U ovaj slučaj: 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13. Ovo je aluminij.

  Nakon što ste se uvjerili da ste naučili sve što trebate, prijeđite na zadatke. Želimo vam uspjeh.

  
  Preporučena literatura:
  • O. S. Gabrielyan i dr. Kemija, 11. razred. M., Droplja, 2002.;
  • G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. Kemija 11 stanica. M., Obrazovanje, 2001.

Elektronička konfiguracija atom je numerički prikaz njegovih elektronskih orbitala. Elektronske orbitale su područja raznih oblika, koji se nalazi oko atomske jezgre, u kojem je elektron matematički vjerojatan. Elektronička konfiguracija pomaže da se čitatelju brzo i jednostavno kaže koliko elektronskih orbitala atom ima, kao i da se odredi broj elektrona u svakoj orbitali. Nakon čitanja ovog članka svladat ćete metodu sastavljanja elektroničkih konfiguracija.

Koraci

Raspodjela elektrona pomoću periodnog sustava D. I. Mendeljejeva

Pronađite atomski broj svog atoma. Svaki atom ima određeni broj elektrona povezanih s njim. Pronađite simbol za svoj atom u periodnom sustavu. Atomski broj je cijeli broj pozitivan broj, počevši od 1 (za vodik) i povećavajući se za jedan za svaki sljedeći atom. Atomski broj je broj protona u atomu, pa je stoga i broj elektrona u atomu bez naboja.

Odredite naboj atoma. Neutralni atomi imat će isti broj elektrona kao što je prikazano u periodnom sustavu. Međutim, nabijeni atomi će imati više ili manje elektrona, ovisno o veličini njihovog naboja. Ako radite s nabijenim atomom, dodajte ili oduzmite elektrone na sljedeći način: dodajte jedan elektron za svaki negativni naboj i oduzmite jedan za svaki pozitivni naboj.

• Na primjer, atom natrija s nabojem od -1 imat će dodatni elektron u Dodatku na svoj osnovni atomski broj 11. Drugim riječima, atom će imati ukupno 12 elektrona.
• Ako pričamo o atomu natrija s nabojem +1, jedan elektron se mora oduzeti od baznog atomskog broja 11. Dakle, atom će imati 10 elektrona.

1. Zapamtite osnovni popis orbitala. Kako se broj elektrona u atomu povećava, oni ispunjavaju različite podrazine elektronske ljuske atoma prema određenom slijedu. Svaka podrazina elektronske ljuske, kada je ispunjena, sadrži paran broj elektrona. Postoje sljedeći podrazine:

   Razumjeti elektronički konfiguracijski zapis. Elektroničke konfiguracije su zapisane kako bi se jasno prikazao broj elektrona u svakoj orbitali. Orbitale se pišu sekvencijalno, s brojem atoma u svakoj orbitali napisanim kao superskript desno od naziva orbitale. Dovršena elektronička konfiguracija ima oblik niza oznaka podrazine i nadskripta.

   • Evo, na primjer, najjednostavnije elektroničke konfiguracije: 1s 2 2s 2 2p 6 . Ova konfiguracija pokazuje da postoje dva elektrona u podrazini 1s, dva elektrona u podrazini 2s i šest elektrona u podrazini 2p. 2 + 2 + 6 = 10 elektrona ukupno. Ovo je elektronička konfiguracija neutralnog atoma neona (atomski broj neona je 10).

2. Zapamti redoslijed orbitala. Imajte na umu da su elektronske orbitale numerirane uzlaznim redoslijedom prema broju elektronske ljuske, ali raspoređene uzlaznim energetskim redoslijedom. Na primjer, ispunjena 4s 2 orbitala ima manju energiju (ili manju pokretljivost) od djelomično ispunjene ili ispunjene 3d 10, pa se 4s orbitala piše prva. Nakon što saznate redoslijed orbitala, možete ih jednostavno ispuniti prema broju elektrona u atomu. Redoslijed kojim se orbitale popunjavaju je sljedeći: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

   • Elektronska konfiguracija atoma u kojem su sve orbitale popunjene imat će sljedeći oblik: 10 7p 6
   • Imajte na umu da je gornja oznaka, kada su sve orbite popunjene, elektronska konfiguracija elementa Uuo (ununoktij) 118, atoma s najvećim brojem u periodnom sustavu elemenata. Stoga ova elektronička konfiguracija sadrži sve trenutno poznate elektroničke podrazine neutralno nabijenog atoma.

3. Upiši orbitale prema broju elektrona u svom atomu. Na primjer, ako želimo zapisati elektroničku konfiguraciju neutralnog atoma kalcija, moramo početi traženjem njegovog atomskog broja u periodnom sustavu. Njegov atomski broj je 20, pa ćemo konfiguraciju atoma s 20 elektrona napisati prema gornjem redoslijedu.

   • Popunite orbitale gornjim redoslijedom dok ne dođete do dvadesetog elektrona. Prva 1s orbitala će imati dva elektrona, 2s orbitala će također imati dva, 2p orbitala će imati šest, 3s orbitala će imati dva, 3p orbitala će imati 6, a 4s orbitala će imati 2 (2 + 2 + 6 +2 +6 + 2 = 20 .) Drugim riječima, elektronska konfiguracija kalcija ima oblik: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .
   • Imajte na umu da su orbitale u uzlaznom redoslijedu energije. Na primjer, kada ste spremni prijeći na 4. energetsku razinu, tada prvo zapišite 4s orbitalu i zatim 3d. Nakon četvrte energetske razine prelazi se na petu, gdje se ponavlja isti redoslijed. To se događa tek nakon treće energetske razine.

4. Koristite periodni sustav kao vizualni znak. Vjerojatno ste već primijetili da oblik periodnog sustava odgovara redoslijedu elektroničkih podrazina u elektroničkim konfiguracijama. Na primjer, atomi u drugom stupcu slijeva uvijek završavaju na "s 2", dok atomi na desnom rubu tankog srednjeg dijela uvijek završavaju na "d 10", i tako dalje. Koristite periodni sustav kao vizualni vodič za pisanje konfiguracija - jer redoslijed kojim dodajete orbitalama odgovara vašem položaju u tablici. Pogledaj ispod:

   • Konkretno, dva krajnja lijeva stupca sadrže atome čije elektroničke konfiguracije završavaju na s-orbitale, desni blok tablice sadrži atome čije konfiguracije završavaju na p-orbitale, a na dnu atomi završavaju na f-orbitale.
   • Na primjer, kada zapisujete elektroničku konfiguraciju klora, razmislite ovako: "Ovaj se atom nalazi u trećem redu (ili "periodi") periodnog sustava. Također se nalazi u petoj skupini orbitalnog bloka p periodnog sustava. Stoga će njegova elektronička konfiguracija završavati s. ..3p 5
   • Imajte na umu da elementi u d i f orbitalnim područjima tablice imaju energetske razine koje ne odgovaraju razdoblju u kojem se nalaze. Na primjer, prvi red bloka elemenata s d-orbitalama odgovara 3d orbitalama, iako se nalazi u 4. periodi, a prvi red elemenata s f-orbitalama odgovara 4f orbitali, unatoč činjenici da nalazi se u 6. razdoblju.

5. Naučite kratice za pisanje dugih elektroničkih konfiguracija. Atomi s desne strane periodnog sustava nazivaju se plemeniti plinovi. Ovi elementi su kemijski vrlo stabilni. Kako biste skratili proces pisanja dugih elektroničkih konfiguracija, jednostavno u uglate zagrade napišite kemijski simbol za najbliži plemeniti plin s manje elektrona od vašeg atoma, a zatim nastavite pisati elektroničku konfiguraciju sljedećih orbitalnih razina. Pogledaj ispod:

   • Da biste razumjeli ovaj koncept, bilo bi korisno napisati primjer konfiguracije. Napišimo konfiguraciju cinka (atomski broj 30) koristeći kraticu plemeniti plin. Kompletna konfiguracija cinka izgleda ovako: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 . Međutim, vidimo da je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 elektronska konfiguracija argona, plemenitog plina. Jednostavno zamijenite dio elektroničke konfiguracije cinka kemijskim simbolom za argon u uglatim zagradama (.)
   • Dakle, elektronička konfiguracija cinka, napisana u skraćenom obliku, je: 4s 2 3d 10 .
   • Imajte na umu da ako pišete elektroničku konfiguraciju plemenitog plina, recimo argona, ne možete pisati! Ispred ovog elementa treba koristiti kraticu plemeniti plin; za argon to će biti neon ().

   Korištenje ADOMAH periodnog sustava

   1. Ovladajte periodnim sustavom ADOMAH. Ova metoda zapisi elektroničke konfiguracije ne zahtijevaju memoriranje, međutim, zahtijevaju prisutnost pretvorenog periodnog sustava, jer u tradicionalni stol Mendeljejev, počevši od četvrtog razdoblja, broj razdoblja ne odgovara elektronskoj ljusci. Pronađite ADOMAH periodni sustav, posebnu vrstu periodnog sustava koji je dizajnirao znanstvenik Valery Zimmerman. Lako ga je pronaći kratkom internetskom pretragom.

      • U ADOMAH periodnom sustavu vodoravni redovi predstavljaju skupine elemenata kao što su halogeni, plemeniti plinovi, alkalijski metali, zemnoalkalijski metali itd. Vertikalni stupci odgovaraju elektroničkim razinama, a takozvane "kaskade" (dijagonalne linije koje povezuju blokovi s,p,d i f) odgovaraju razdobljima.
      • Helij se premješta u vodik, budući da oba ova elementa karakterizira 1s orbitala. Blokovi razdoblja (s, p, d i f) prikazani su na desnoj strani, a brojevi razina dani su na dnu. Elementi su predstavljeni u okvirima označenim brojevima od 1 do 120. Ovi brojevi su uobičajeni atomski brojevi koji predstavljaju ukupno elektrona u neutralnom atomu.

   2. Pronađite svoj atom u tablici ADOMAH. Da biste zapisali elektroničku konfiguraciju elementa, pronađite njegov simbol u periodnom sustavu ADOMAH i prekrižite sve elemente s višim atomskim brojem. Na primjer, ako trebate zapisati elektroničku konfiguraciju erbija (68), prekrižite sve elemente od 69 do 120.

      • Obratite pozornost na brojeve od 1 do 8 u podnožju tablice. Ovo su brojevi elektroničkih razina ili brojevi stupaca. Zanemarite stupce koji sadrže samo prekrižene stavke. Za erbij ostaju stupci s brojevima 1,2,3,4,5 i 6.

   3. Prebrojite orbitalne podrazine do svog elementa. Gledajući simbole blokova prikazane desno od tablice (s, p, d i f) i brojeve stupaca prikazane na dnu, zanemarite dijagonalne linije između blokova i razdvojite stupce u blok-stupce, navodeći ih u poredak odozdo prema gore. I opet, zanemarite blokove u kojima su svi elementi prekriženi. Napišite blokove stupaca počevši od broja stupca iza kojeg slijedi simbol bloka, ovako: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (za erbij).

      • Imajte na umu: gornja elektronička konfiguracija Er napisana je uzlaznim redoslijedom broja elektroničke podrazine. Može se napisati i redoslijedom kojim su popunjene orbitale. Da biste to učinili, slijedite kaskade odozdo prema gore, a ne stupce, kada pišete blokove stupaca: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 12 .

   4. Prebrojite elektrone za svaku elektronsku podrazinu. Prebrojite elemente u svakom bloku stupca koji nisu prekriženi pripajanjem jednog elektrona iz svakog elementa i napišite njihov broj pored simbola bloka za svaki blok stupca na sljedeći način: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 12 5s 2 5p 6 6s 2 . U našem primjeru, ovo je elektronička konfiguracija erbija.

   5. Vodite računa o neispravnim elektroničkim konfiguracijama. Postoji osamnaest tipičnih iznimaka povezanih s elektroničkim konfiguracijama atoma u najnižem energetskom stanju, koje se naziva i osnovno energetsko stanje. Oni se ne pokoravaju opće pravilo samo na posljednja dva ili tri mjesta koja zauzimaju elektroni. U ovom slučaju, stvarna elektronička konfiguracija pretpostavlja da su elektroni u stanju niže energije u usporedbi sa standardnom konfiguracijom atoma. Atomi izuzetaka uključuju:

      • Kr(..., 3d5, 4s1); Cu(..., 3d10, 4s1); Nb(..., 4d4, 5s1); Mo(..., 4d5, 5s1); Ru(..., 4d7, 5s1); Rh(..., 4d8, 5s1); Pd(..., 4d10, 5s0); Ag(..., 4d10, 5s1); La(..., 5d1, 6s2); Ce(..., 4f1, 5d1, 6s2); Gd(..., 4f7, 5d1, 6s2); Au(..., 5d10, 6s1); AC(..., 6d1, 7s2); Th(..., 6d2, 7s2); Godišnje(..., 5f2, 6d1, 7s2); U(..., 5f3, 6d1, 7s2); Np(..., 5f4, 6d1, 7s2) i cm(..., 5f7, 6d1, 7s2).
   • Da biste pronašli atomski broj atoma kada je napisan u elektroničkom obliku, jednostavno zbrojite sve brojeve koji slijede iza slova (s, p, d i f). Ovo funkcionira samo za neutralne atome, ako imate posla s ionom neće raditi - morat ćete dodati ili oduzeti broj dodatnih ili izgubljenih elektrona.
   • Broj iza slova je superskript, nemojte pogriješiti u kontroli.
   • "Stabilnost napola popunjene" podrazine ne postoji. Ovo je pojednostavljenje. Svaka stabilnost koja se odnosi na "polu-pune" podrazine je zbog činjenice da je svaka orbitala zauzeta jednim elektronom, tako da je odbijanje između elektrona minimalizirano.
   • Svaki atom teži stabilnom stanju, a najstabilnije konfiguracije imaju ispunjene podrazine s i p (s2 i p6). Plemeniti plinovi imaju ovu konfiguraciju, pa rijetko reagiraju i nalaze se desno u periodnom sustavu. Prema tome, ako konfiguracija završava na 3p 4, tada su joj potrebna dva elektrona da bi dosegla stabilno stanje (potrebno je više energije da se izgubi šest, uključujući elektrone s-razine, pa je četiri lakše izgubiti). A ako konfiguracija završava na 4d 3 , tada treba izgubiti tri elektrona da bi dosegla stabilno stanje. Osim toga, polupopunjene podrazine (s1, p3, d5..) su stabilnije od npr. p4 ili p2; međutim, s2 i p6 će biti još stabilniji.
   • Kada imate posla s ionom, to znači da broj protona nije isti kao broj elektrona. Naboj atoma u ovom će slučaju biti prikazan u gornjem desnom kutu (obično) kemijskog simbola. Stoga atom antimona s nabojem +2 ima elektronsku konfiguraciju 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 1 . Imajte na umu da se 5p 3 promijenilo u 5p 1 . Budite oprezni kada konfiguracija neutralnog atoma završava na podrazinama koje nisu s i p. Kada uzimate elektrone, možete ih uzeti samo iz valentnih orbitala (s i p orbitala). Stoga, ako konfiguracija završi s 4s 2 3d 7 i atom dobije +2 naboj, tada će konfiguracija završiti s 4s 0 3d 7 . Imajte na umu da 3d 7 Ne promjene, umjesto toga gube se elektroni s-orbitale.
   • Postoje uvjeti kada je elektron prisiljen "prijeći na višu energetsku razinu". Kada podrazini nedostaje jedan elektron da bude polovična ili puna, uzmite jedan elektron s najbliže s ili p podrazine i premjestite ga na podrazinu kojoj je potreban elektron.
   • Postoje dvije opcije za pisanje elektroničke konfiguracije. Mogu se napisati uzlaznim redoslijedom brojeva energetskih razina ili redoslijedom popunjenosti elektronskih orbitala, kao što je prikazano gore za erbij.
   • Također možete napisati elektroničku konfiguraciju elementa tako da zapišete samo konfiguraciju valencije, koja je zadnja s i p podrazina. Dakle, valentna konfiguracija antimona će biti 5s 2 5p 3 .
   • Ioni nisu isti. S njima je puno teže. Preskočite dvije razine i slijedite isti obrazac ovisno o tome gdje ste počeli i koliki je broj elektrona.