1 struktura elektroničkih ljuski atoma. Kemija (građa atoma) (prezentacija)

Atom- najmanja čestica tvari koja je kemijski nedjeljiva. U 20. stoljeću otkrivena je složena struktura atoma. Atomi se sastoje od pozitivno nabijenih jezgre i ljuske koju tvore negativno nabijeni elektroni. Ukupni naboj slobodnog atoma je nula, budući da su naboji jezgre i elektronska ljuska uravnotežiti jedno drugo. U ovom slučaju, nuklearni naboj jednak je broju elementa u periodnom sustavu ( atomski broj) i jednak je ukupnom broju elektrona (naboj elektrona je −1).

Atomska jezgra sastoji se od pozitivno nabijenih protoni i neutralne čestice - neutroni, bez naknade. Općenite karakteristike elementarnih čestica u atomu mogu se prikazati u obliku tablice:

Broj protona jednak je naboju jezgre, dakle jednak atomskom broju. Da biste pronašli broj neutrona u atomu, morate od atomske mase (koja se sastoji od masa protona i neutrona) oduzeti naboj jezgre (broj protona).

Na primjer, u atomu natrija 23 Na broj protona je p = 11, a broj neutrona je n = 23 − 11 = 12.

Broj neutrona u atomima istog elementa može biti različit. Takvi se atomi nazivaju izotopi .

Elektronska ljuska atoma također ima složenu strukturu. Elektroni se nalaze u energetskim razinama (elektroničkim slojevima).

Broj razine karakterizira energiju elektrona. To je zbog činjenice da elementarne čestice mogu prenositi i primati energiju ne u proizvoljno malim količinama, već u određenim dijelovima - kvantima. Što je viša razina, elektron ima više energije. Budući da je niža energija sustava, to je on stabilniji (usporedite nisku stabilnost kamena na vrhu planine, koji ima visoku potencijalnu energiju, i stabilan položaj istog kamena ispod na ravnici, kada njegova energija je mnogo niža), prvo se popunjavaju razine s niskom energijom elektrona, a tek onda s visokom.

Maksimalni broj elektrona koje razina može primiti može se izračunati pomoću formule:
N = 2n 2, gdje je N najveći broj elektrona na razini,
n - broj razine.

Tada je za prvu razinu N = 2 1 2 = 2,

za drugi N = 2 2 2 = 8 itd.

Broj elektrona u vanjskoj razini za elemente glavne (A) podskupine jednak je broju skupine.

U većini modernih periodnih tablica raspored elektrona po razini naznačen je u ćeliji s elementom. Jako važno razumjeti da su razine čitljive dolje gore, što odgovara njihovoj energiji. Stoga, stupac brojeva u ćeliji s natrijem:
1
8
2

na 1. razini - 2 elektrona,

na 2. razini - 8 elektrona,

na 3. razini - 1 elektron
Budite oprezni, ovo je vrlo česta pogreška!

Distribucija razine elektrona može se prikazati dijagramom:
11 Ne)))
2 8 1

Ako periodni sustav ne pokazuje distribuciju elektrona po razinama, možete koristiti:

• najveći broj elektrona: na 1. razini ne više od 2 e − ,
  na 2. - 8 e − ,
  na vanjskoj razini - 8 e − ;
• broj elektrona u vanjskoj razini (za prvih 20 elemenata poklapa se s brojem skupine)

Tada će za natrij linija razmišljanja biti sljedeća:

1. Ukupan broj elektrona je 11, dakle, prva razina je popunjena i sadrži 2 e − ;
2. Treća, vanjska razina sadrži 1 e − (I grupa)
3. Druga razina sadrži preostale elektrone: 11 − (2 + 1) = 8 (potpuno popunjeno)

* Brojni autori, kako bi se jasnije razlikovali između slobodnog atoma i atoma u spoju, predlažu korištenje izraza "atom" samo za označavanje slobodnog (neutralnog) atoma, te za označavanje svih atoma, uključujući one u spojevi, predlažu pojam “atomske čestice”. Vrijeme će pokazati kakva će biti sudbina ovih termina. S naše točke gledišta, atom je po definiciji čestica, stoga se izraz "atomske čestice" može smatrati tautologijom ("ulje").

2. Zadatak. Izračunavanje količine tvari jednog od produkata reakcije ako je poznata masa polazne tvari.
Primjer:

Kolika će se količina tvari vodika osloboditi pri reakciji cinka s klorovodičnom kiselinom mase 146 g?

Riješenje:

1. Zapisujemo jednadžbu reakcije: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
2. Odredite molarnu masu klorovodične kiseline: M (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 (g/mol)
   (molarna masa svakog elementa, brojčano jednaka relativnoj atomskoj masi, gleda se u periodnom sustavu pod znakom elementa i zaokružuje se na cijele brojeve, osim klora koji se uzima kao 35,5)
3. Odredite količinu klorovodične kiseline: n (HCl) = m / M = 146 g / 36,5 g/mol = 4 mol
4. Iznad jednadžbe reakcije upisujemo dostupne podatke, a ispod jednadžbe - broj molova prema jednadžbi (jednak koeficijentu ispred tvari):
   4 mol x mol
   Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
   2 mola 1 mol
5. Napravimo proporciju:
   4 mol - x madež
   2 mol - 1 mol
   (ili uz objašnjenje:
   od 4 mola klorovodične kiseline dobijete x mol vodika
   a od 2 mola - 1 mol)
6. Pronašli smo x:
   x= 4 mol 1 mol / 2 mol = 2 mol

Odgovor: 2 mol.

laboratorijski radovi

praktične nastave

samostalan rad u razredu

samostalna zadaća (standardni račun)

kontrolni (obrane, kolokviji, kolokviji, kolokviji, ispiti)

Udžbenici i lekcije

N.V.Korovin. opća kemija

Tečaj opće kemije. Teorija i problemi (priredili N.V. Korovin, B.I. Adamson)

N.V. Korovin i drugi. Laboratorijski rad u kemiji

Kalendarski plan

elektroliti,

Kemijski ekvivalent

hidroliza, PR

Električni oblik-

13(2 )

GE, elektroliza,

27(13,16)

14(2 )

korozija

Kvantni brojevi

17(2 )

18(2 )

Kemijska veza

Kompleksi

Termodinamika

Kinetika.

6(2,3 )

Ravnoteža

Uvod u kemiju

Kemija je na Energetskom institutu temeljna općeteorijska disciplina.

Kemija je prirodna znanost koja proučava sastav, strukturu, svojstva i pretvorbe tvari, kao i pojave koje te pretvorbe prate.

	M.V. Lomonosov						D.I.Mendeljejev
	“Kemijski
							“Osnove kemije” 1871
	razmatra		Svojstva
							g.) – “Kemija –
	promjene
							doktrina elemenata i
	objašnjava
							njihove veze."
				kemijski

događaju se transformacije.”

“Zlatno doba kemije” (kraj 19. i početak 20. stoljeća)

Periodički zakon D.I.Mendelejeva (1896.)

Pojam valencije koji je uveo E. Frankland (1853.)

Teorija strukture organskih spojeva A.M. Butlerova (1861.-1863.)

A. Wernerova teorija kompleksnih spojeva

Zakon djelovanja mase M. Gultberga i L. Waagea

Termokemija koju je uglavnom razvio G.I

Teorija elektrolitičke disocijacije S. Arrheniusa

Načelo pokretne ravnoteže A. Le Chateliera

J.W.Gibbsovo fazno pravilo

Bohr-Sommerfeldova teorija složene strukture atoma (1913.-1916.)

Značaj današnjeg stupnja razvoja kemije

Razumijevanje zakona kemije i njihova primjena omogućuje stvaranje novih procesa, strojeva, instalacija i uređaja.

Dobivanje električne energije, goriva, metala, raznih materijala, hrane i dr. izravno povezani s kemijskim reakcijama. Na primjer, električna i mehanička energija trenutno se uglavnom dobivaju pretvorbom kemijske energije prirodnih goriva (reakcije izgaranja, interakcija vode i njezinih nečistoća s metalima itd.). Bez razumijevanja ovih procesa nemoguće je osigurati učinkovit rad elektrana i motora s unutarnjim izgaranjem.

Poznavanje kemije potrebno je za:

- formiranje znanstvenog svjetonazora,

- za razvoj maštovitog mišljenja,

- kreativni razvoj budućih stručnjaka.

Sadašnju fazu razvoja kemije karakterizira široka uporaba kvantne (valne) mehanike za tumačenje i izračunavanje kemijskih parametara tvari i sustava tvari, a temelji se na kvantnomehaničkom modelu strukture atoma.

Atom je složeni elektromagnetski mikrosustav koji ima svojstva kemijskog elementa.

GRAĐA ATOMA

Izotopi su varijante atoma iste kemikalije

elementi koji imaju isti atomski broj, ali različite atomske brojeve

Mr (Cl) = 35*0,7543 + 37*0,2457 = 35,491

Osnovni principi kvantne mehanike

Kvantna mehanika- ponašanje pokretnih mikroobjekata (uključujući elektrone) – ovo je

istodobno očitovanje i svojstava čestica i svojstava valova – dvojna (korpuskularno-valna) priroda.

Kvantizacija energije: Max Planck (1900., Njemačka) –

tvari emitiraju i apsorbiraju energiju u diskretnim dijelovima (kvantima). Kvantna energija proporcionalna je frekvenciji zračenja (oscilacije) ν:

h – Planckova konstanta (6,626·10-34 J·s); ν=s/λ, s – brzina svjetlosti, λ – valna duljina

Albert Einstein (1905.): svako zračenje je tok energetskih kvanta (fotona) E = m v 2

Louis de Broglie (1924., Francuska): također je karakteriziran elektrončestica-valdualnost - zračenje se širi kao val i sastoji se od malih čestica (fotona)

		Čestica – m,		mv, E = mv 2
	Val - ,			E 2 = h = hv /
	Povezana valna duljina s masom i brzinom:
		E1 = E2;		H/mv
	nesigurnost			Werner Heisenberg (1927.,
Njemačka)		raditi	neizvjesnosti		odredbe
(koordinate)		čestice x i	impuls (mv) ne		Može biti

manje od h/2

x (mv) h/2 (- pogreška, nesigurnost) tj. Položaj i zamah čestice fundamentalno je nemoguće odrediti u bilo kojem trenutku s apsolutnom točnošću.

Elektronski oblak Atomska orbitala (AO)

Da. točna lokacija čestice (elektrona) zamijenjena je konceptom statističke vjerojatnosti da će se ona naći u određenom volumenu (blizu nuklearnog) prostora.

Kretanje e- ima valni karakter i opisano je

2 dv - gustoća vjerojatnosti pronalaska e- u određenom volumenu blizu nuklearnog prostora. Ovaj prostor se zove atomska orbitala (AO).

Godine 1926. Schrödinger je predložio jednadžbu koja matematički opisuje stanje e - u atomu. Rješavajući to

pronaći valnu funkciju. U jednostavnom slučaju, ovisi o 3 koordinate

Elektron nosi negativan naboj, njegova orbitala predstavlja određenu raspodjelu naboja i naziva se elektronski oblak

KVANTNI BROJEVI

Uveden za karakterizaciju položaja elektrona u atomu u skladu sa Schrödingerovom jednadžbom

1. Glavni kvantni broj(n)

Određuje energiju elektrona – energetska razina

pokazuje veličinu elektronskog oblaka (orbitala)

uzima vrijednosti od 1 do

n (broj razine energije): 1 2 3 4, itd.

2. Orbitalni kvantni broj(l) :

određuje – orbitalni kutni moment elektrona

prikazuje oblik orbitale

uzima vrijednosti od 0 do (n -1)

Grafički je AO predstavljen orbitalnim kvantnim brojem: 0 1 2 3 4

Energetski podrazina: s p d f g

E se povećava

l =0	s –podrazina s –AO
	p- podrazina p-AO

Svaki n odgovara određenom broju vrijednosti l, tj. Svaka energetska razina je podijeljena na podrazine. Broj podrazina jednak je broju razine.

1. energetska razina → 1 podrazina → 1s 2. energetska razina → 2 podrazine → 2s2p 3. energetska razina → 3 podrazine → 3s 3p 3d

4. energetska razina → 4 podrazine → 4s 4p 4d 4f itd.

3. Magnetski kvantni broj(ml)

određuje – vrijednost projekcije orbitalne kutne količine gibanja elektrona na proizvoljno odabranu os

prikazuje prostornu orijentaciju dd

uzima vrijednosti – od –l do +l

Bilo koja vrijednost l odgovara (2l +1) vrijednostima magnetskog kvantnog broja, tj. (2l +1) mogući položaji elektronskog oblaka određene vrste u prostoru.

s - stanje – jedna orbitala (2 0+1=1) - m l = 0, jer l = 0

p - stanje – tri orbitale (2 1+1=3)

m l : +1 0 -1, jer l =1

ml =+1

m l =0

m l = -1

Sve orbitale koje pripadaju istoj podrazini imaju istu energiju i nazivaju se degeneriranim.

Zaključak: AO karakterizira određeni skup n, l, m l, tj. određene veličine, oblik i orijentaciju u prostoru.

4. Spinski kvantni broj (ms)

"spin" - "vreteno"

određuje vlastiti mehanički moment elektrona povezan s njegovom rotacijom oko svoje osi

uzima vrijednosti – (-1/2· h/2) ili (+1/2· h/2)

n=3

l = 1

m l = -1, 0, +1

m s = + 1/2

Načela i pravila

Elektroničke konfiguracije atoma

(u obliku elektroničkih konfiguracijskih formula)

Označite brojku energetske razine u brojevima

Energetska podrazina označena je slovima (s, p, d, f);

Eksponent podrazine označava broj

elektrona na ovoj podrazini

19 K 1s2 2s2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

minimum

Elektroni u atomu zauzimaju najniže energetsko stanje, što odgovara njegovom najstabilnijem stanju.

1s 2s 2 p 3 s 3 p 3 d 4 s 4 p 4 d 4 f

Povećaj E

Klečkovski

Elektroni su postavljeni sekvencijalno u orbitale koje karakterizira povećanje zbroja glavnog i orbitalnog kvantnog broja (n+l); pri istim vrijednostima ovog zbroja, ranije se popunjava orbitala s manjom vrijednošću glavnog kvantnog broja n

1 s<2 s < 2 p = 3 s < 3 p = 4 s < 3 d = 4 p и т. д

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 jezgru koja se sastoji od jednog protona.

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 neutrona N(n 0), označen jednostavno slovom N, i broj protona Z nazvao maseni broj a označava se slovom A.

A = Z + N

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

Broj elektrona N(e-) u elektronskoj ljusci 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 gotovo jednaka masi jezgre.

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

Kemijski element- vrsta atoma (skupina atoma) s istim jezgrinim nabojem (s istim brojem protona u jezgri).

Izotop- skup atoma istog 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 pojedinog atoma ili izotopa: (E - simbol elementa), na primjer: .

Građa elektronske ljuske atoma

Atomska orbitala- stanje elektrona u atomu. Simbol za orbitalu je . Svaka orbitala ima odgovarajući elektronski oblak.

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

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

Bilješka: ponekad se koncepti "atomske orbitale" i "elektronskog oblaka" 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 vrste grupiraju se 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 na jednoj razini jednak je broju razine n. Ukupan broj orbitala na jednoj razini jednak je n 2. Prema tome, ukupan broj oblaka u jednom sloju također je jednak 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 u pojednostavljenim terminima):

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 prazne orbitale (jedan po jedan), a tek nakon toga formiraju elektronske parove.

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

Distribucija podrazina po energiji izražava se na sljedeći način (prema rastućoj energiji):

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

Ovaj niz je jasno izražen energetskim dijagramom:

Raspodjela elektrona atoma po razinama, podrazinama i orbitalama (elektronička konfiguracija atoma) može se prikazati kao formula elektrona, energetski dijagram ili, jednostavnije, kao dijagram slojeva elektrona ("elektronski 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 4 vanjska elektrona 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 jednostavnih i složenih tvari koje oni tvore, periodički ovise o vrijednosti naboja atomskih jezgri.

Periodni sustav elemenata- grafički izraz periodičkog zakona.

Prirodni nizovi kemijskih elemenata- niz kemijskih elemenata raspoređenih prema rastućem broju protona u jezgri njihovih atoma, ili, što je isto, prema rastućim nabojima jezgri tih atoma. Atomski 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 načinu na koji kombinirate elemente u skupine, tablica može biti dugotrajni(elementi s istim brojem i vrstom valentnih elektrona skupljaju se u skupine) i kratak period(elementi s istim brojem valentnih elektrona skupljaju se u skupine).

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

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

Broj elemenata u periodima: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Većina elemenata osme periode dobivena je umjetnim putem, posljednji elementi ove periode još nisu sintetizirani. Sva razdoblja osim prvoga počinju elementom koji tvori alkalijski metal (Li, Na, K itd.) i završavaju elementom koji tvori plemeniti plin (He, Ne, Ar, Kr itd.).

U kratkoperiodnoj tablici postoji osam skupina, od kojih je svaka podijeljena u dvije podskupine (glavnu i sporednu), u dugoperiodičnoj tablici postoji šesnaest skupina, koje su numerirane rimskim brojevima slovima A ili B, tj. primjer: IA, IIIB, VIA, VIIB. Skupina IA dugoperiodičnog sustava odgovara glavnoj podskupini prve skupine kratkoperiodičnog sustava; 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 između elektrona i jezgre (energija ionizacije),
• elektronegativnost se povećava,
• pojačana su oksidacijska svojstva jednostavnih tvari ("nemetalnost"),
• redukcijska svojstva jednostavnih tvari slabe ("metalnost"),
• 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),
• slabe 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),
• slabi kiseli karakter hidroksida i odgovarajućih oksida (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 (PSHE) "."

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

  Morate znati: odrediti sastav atoma prema položaju elementa u periodnom sustavu i, obrnuto, pronaći element u periodnom sustavu, poznavajući njegov sastav; prikazati strukturni dijagram, elektroničku konfiguraciju atoma, iona i, obrnuto, odrediti položaj kemijskog elementa u PSCE iz dijagrama i elektroničke 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 elektronskoj 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. Odredite koji atom elementa ima elektronsku formulu 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 1 .
  Da biste odredili o kojem se elementu radi, morate saznati njegov atomski broj, koji je jednak ukupnom broju elektrona atoma. U ovom slučaju: 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13. Ovo je aluminij.

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

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

Predavanje: Struktura elektroničkih ljuski atoma elemenata prve četiri periode: s-, p- i d-elementi

Struktura atoma

20. stoljeće vrijeme je izuma “modela strukture atoma”. Na temelju navedene strukture bilo je moguće razviti sljedeću hipotezu: oko jezgre koja je dovoljno male volumenom i veličinom, elektroni čine kretanja slična kretanju planeta oko Sunca. Naknadno proučavanje atoma pokazalo je da su sam atom i njegova struktura mnogo složeniji nego što je ranije utvrđeno. A danas, unatoč golemim mogućnostima u znanstvenom polju, atom nije u potpunosti istražen. Komponente poput atoma i molekula smatraju se mikroskopskim objektima. Stoga osoba nije u stanju sama pregledati te dijelove. U ovom svijetu uspostavljeni su sasvim drugi zakoni i pravila, drugačiji od makrokozmosa. Na temelju toga proučavanje atoma provodi se pomoću njegovog modela.

Svakom atomu dodijeljen je serijski broj, fiksiran u periodnom sustavu Mendeljejeva D.I. Na primjer, redni broj atoma fosfora (P) je 15.

Dakle, atom se sastoji od protoni (str + ) , neutroni (n 0 ) I elektroni (e - ). Protoni i neutroni tvore jezgru atoma, ona ima pozitivan naboj. A elektroni koji se kreću oko jezgre "konstruiraju" elektronsku ljusku atoma, koja ima negativan naboj.

Koliko elektrona ima atom? Lako je saznati. Samo pogledajte serijski broj elementa u tablici.

Dakle, broj elektrona fosfora je jednak 15 . Broj elektrona sadržanih u ovojnici atoma strogo je jednak broju protona sadržanih u jezgri. To znači da postoje i protoni u jezgri atoma fosfora 15 .

Masa protona i neutrona koji čine masu jezgre atoma je ista. A elektroni su 2000 puta manji. To znači da je sva masa atoma koncentrirana u jezgri, masa elektrona je zanemarena. Iz tablice možemo saznati i masu atomske jezgre. Pogledajte sliku fosfora u tablici. Ispod vidimo oznaku 30.974 - to je masa jezgre fosfora, njegova atomska masa. Prilikom snimanja zaokružujemo ovu brojku. Na temelju gore navedenog, strukturu atoma fosfora zapisujemo na sljedeći način:

(naboj jezgre je napisan dolje lijevo - 15, gore lijevo zaokružena vrijednost atomske mase je 31).

Jezgra atoma fosfora:

(dolje lijevo pišemo naboj: protoni imaju naboj +1, a neutroni nisu nabijeni, odnosno naboj 0; lijevo gore masa protona i neutrona je jednaka 1 - a konvencionalna jedinica atomske mase; naboj jezgre atoma jednak je broju protona u jezgri, što znači p = 15, a broj neutrona treba izračunati: od atomske mase oduzmite naboj, tj. 31 – 15 = 16).

Elektronski omotač atoma fosfora uključuje 15 negativno nabijeni elektroni koji uravnotežuju pozitivno nabijene protone. Prema tome, atom je električki neutralna čestica.

Razine energije

Sl. 1

Zatim, moramo detaljno pogledati kako su elektroni raspoređeni u atomu. Njihovo kretanje nije kaotično, već je podređeno određenom redu. Neki od dostupnih elektrona privučeni su jezgri prilično jakom silom, dok su drugi, naprotiv, privučeni slabo. Temeljni uzrok ovakvog ponašanja elektrona leži u različitim stupnjevima udaljenosti elektrona od jezgre. To jest, elektron koji se nalazi bliže jezgri postat će jače međusobno povezan s njom. Ti se elektroni jednostavno ne mogu odvojiti od elektronske ljuske. Što je elektron dalje od jezgre, to ga je lakše "izvući" iz ljuske. Također, rezerva energije elektrona raste kako se udaljava od jezgre atoma. Energija elektrona određena je glavnim kvantnim brojem n, jednakim bilo kojem prirodnom broju (1,2,3,4...). Elektroni koji imaju istu vrijednost n tvore jedan elektronski sloj, kao da se ograđuju od drugih elektrona koji se kreću na udaljenoj udaljenosti. Slika 1 prikazuje elektronske slojeve sadržane u elektronskoj ljusci, u središtu jezgre atoma.

Možete vidjeti kako se volumen sloja povećava kako se udaljavate od jezgre. Posljedično, što je sloj dalje od jezgre, to sadrži više elektrona.

Elektronički sloj sadrži elektrone sa sličnim energetskim razinama. Zbog toga se takvi slojevi često nazivaju energetskim razinama. Koliko razina može sadržavati atom? Broj energetskih razina jednak je broju perioda u periodnom sustavu D.I. u kojem se element nalazi. Na primjer, fosfor (P) je u trećoj periodi, što znači da atom fosfora ima tri energetske razine.

Riža. 2

Kako saznati maksimalan broj elektrona koji se nalazi na jednom elektronskom sloju? Za to koristimo formulu N max = 2n 2 , gdje je n broj razine.

Nalazimo da prva razina sadrži samo 2 elektrona, druga – 8, treća – 18, četvrta – 32.

Svaka energetska razina sadrži podrazine. Njihove slovne oznake: s-, p-, d- I f-. Pogledajte sl. 2:

Razine energije označene su različitim bojama, a podrazine prugama različite debljine.

Najtanji podnivo označen je slovom s. 1s je s-podsloj prve razine, 2s je s-podsloj druge razine, i tako dalje.

Na drugoj energetskoj razini pojavila se p-podrazina, na trećoj d-podrazina, a na četvrtoj f-podrazina.

Zapamtite uzorak koji ste vidjeli: prva energetska razina uključuje jednu s-podrazinu, druga dvije s- i p-podrazine, treća tri s-, p- i d-podrazine, a četvrta razina četiri s-, p-, d- i f-podrazine .

Na S-podrazina može sadržavati samo 2 elektrona, p-podrazina može imati najviše 6 elektrona, d-podrazina može imati 10 elektrona, a f-podrazina može imati do 14 elektrona.

Elektronske orbitale

Regija (mjesto) gdje se elektron može nalaziti naziva se elektronski oblak ili orbitala. Imajte na umu da govorimo o vjerojatnoj lokaciji elektrona, jer je brzina njegovog kretanja stotinama tisuća puta veća od brzine igle šivaćeg stroja. Grafički je ovo područje prikazano kao ćelija:

Jedna ćelija može sadržavati dva elektrona. Sudeći prema slici 2, možemo zaključiti da s-podrazina, koja uključuje najviše dva elektrona, može sadržavati samo jednu s-orbitalu, a označena je jednom ćelijom; Podrazina p ima tri p orbitale (3 ćelije), podrazina d ima pet d orbitala (5 ćelija), a podrazina f ima sedam f orbitala (7 ćelija).

Oblik orbitale ovisi o orbitalni kvantni broj (l - el) atom. Razina atomske energije, koja potječe iz s– orbitalno imanje l= 0. Prikazana orbitala je sferna. Na razinama koje slijede s- nastaju orbitale str– orbitale sa l = 1. P- orbitale nalikuju obliku bučice. Postoje samo tri orbitale ovog oblika. Svaka moguća orbitala ne sadrži više od 2 elektrona. Sljedeće su složenije strukture d-orbitale ( l= 2), a iza njih f-orbitale ( l = 3).

Riža. 3 Oblik orbite

Elektroni u orbitalama prikazani su strelicama. Ako orbitale sadrže po jedan elektron, tada su jednosmjerne - sa strelicom prema gore:

Ako se u orbitali nalaze dva elektrona, onda oni imaju dva smjera: strelicu gore i strelicu dolje, tj. elektroni su višesmjerni:

Ova struktura elektrona naziva se valencija.

Postoje tri uvjeta za popunjavanje atomskih orbitala elektronima:

1 uvjet: Načelo minimalne energije. Punjenje orbitala počinje s podrazinom koja ima najmanju energiju. Prema ovom principu, podrazine se popunjavaju sljedećim redoslijedom: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 5d 1 4f 14 ... Kao što vidimo, u u nekim slučajevima elektron je energetski povoljniji zauzima mjesto u podrazini razine iznad, iako podrazina razine ispod nije popunjena. Na primjer, valentna konfiguracija atoma fosfora izgleda ovako:

Riža. 4

Uvjet 2: Paulijevo načelo. Jedna orbitala uključuje 2 elektrona (elektronski par) i ne više. Ali također je moguće sadržavati samo jedan elektron. Zove se neuparen.

3 uvjet: Hundovo pravilo. Svaka orbitala jednog podrazina prvo se ispuni jednim elektronom, a zatim im se doda drugi elektron. U životu smo vidjeli sličnu situaciju kada nepoznati putnici autobusa prvo zauzimaju sva slobodna mjesta jedan po jedan, a zatim sjedaju po dvoje.

Elektronička konfiguracija atoma u osnovnom i pobuđenom stanju

Energija atoma u osnovnom stanju je najmanja. Ako atomi počnu primati energiju izvana, na primjer, kada se tvar zagrijava, tada prelaze iz osnovnog stanja u pobuđeno stanje. Ovaj je prijelaz moguć u prisutnosti slobodnih orbitala u koje se elektroni mogu kretati. Ali to je privremeno, odustajući od energije, pobuđeni atom se vraća u svoje osnovno stanje.

Učvrstimo stečeno znanje primjerom. Razmotrimo elektroničku konfiguraciju, tj. koncentracija elektrona u orbitalama atoma fosfora u osnovnom (nepobuđeno stanje). Pogledajmo ponovno sl. 4. Dakle, prisjetimo se da atom fosfora ima tri energetske razine, koje su predstavljene polulukovima: +15)))

Raspodijelimo dostupnih 15 elektrona u ove tri energetske razine:

Takve se formule nazivaju elektroničke konfiguracije. Tu su i elektronske grafike, one ilustriraju položaj elektrona unutar energetskih razina. Elektronska grafička konfiguracija fosfora izgleda ovako: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3s 3 (ovdje veliki brojevi su brojevi energetskih razina, slova su podrazine, a male brojke su broj elektrona podrazine; zbrojite li ih, dobit ćete broj 15).

U pobuđenom stanju atoma fosfora 1 elektron prelazi iz 3s orbitale u 3d orbitalu, a konfiguracija izgleda ovako: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d 1 .