1 โครงสร้างอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี โครงสร้างและหลักการของอะตอม

สารเคมีคือสิ่งที่โลกรอบตัวเราสร้างขึ้น

คุณสมบัติของสารเคมีแต่ละชนิดแบ่งออกเป็นสองประเภท: สารเคมีซึ่งแสดงลักษณะความสามารถในการสร้างสารอื่น ๆ และทางกายภาพซึ่งมีการสังเกตอย่างเป็นกลางและสามารถพิจารณาแยกจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีได้ ตัวอย่างเช่น คุณสมบัติทางกายภาพของสารคือสถานะการรวมตัว (ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ) การนำความร้อน ความจุความร้อน ความสามารถในการละลายในตัวกลางต่างๆ (น้ำ แอลกอฮอล์ ฯลฯ) ความหนาแน่น สี รสชาติ ฯลฯ

การเปลี่ยนแปลงของสารเคมีบางชนิดไปเป็นสารอื่นเรียกว่าปรากฏการณ์ทางเคมีหรือปฏิกิริยาเคมี ควรสังเกตว่ายังมีปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เห็นได้ชัดว่ามีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพของสารโดยไม่เปลี่ยนเป็นสารอื่น ปรากฏการณ์ทางกายภาพ เช่น การละลายของน้ำแข็ง การกลายเป็นน้ำแข็งหรือการระเหยของน้ำ เป็นต้น

ข้อเท็จจริงที่ว่าปรากฏการณ์ทางเคมีเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการสามารถสรุปได้โดยการสังเกตสัญญาณลักษณะเฉพาะของปฏิกิริยาเคมี เช่น การเปลี่ยนสี การก่อตัวของตะกอน การปล่อยก๊าซ การปล่อยความร้อนและ (หรือ) แสง

ตัวอย่างเช่น ข้อสรุปเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีสามารถทำได้โดยการสังเกต:

การก่อตัวของตะกอนเมื่อน้ำเดือดเรียกว่าตะกรันในชีวิตประจำวัน

การปล่อยความร้อนและแสงสว่างเมื่อเกิดเพลิงไหม้

เปลี่ยนสีของแอปเปิ้ลสดที่หั่นแล้วในอากาศ

การเกิดฟองแก๊สระหว่างการหมักแป้ง ฯลฯ

อนุภาคที่เล็กที่สุดของสารที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี แต่จะเชื่อมต่อกันในรูปแบบใหม่เท่านั้นที่เรียกว่าอะตอม

ความคิดเรื่องการมีอยู่ของหน่วยสสารดังกล่าวเกิดขึ้นในสมัยกรีกโบราณในความคิดของนักปรัชญาโบราณซึ่งอธิบายที่มาของคำว่า "อะตอม" จริง ๆ เนื่องจาก "อะตอม" แปลตามตัวอักษรจากภาษากรีกแปลว่า "แบ่งแยกไม่ได้"

อย่างไรก็ตามตรงกันข้ามกับแนวคิดของนักปรัชญาชาวกรีกโบราณอะตอมไม่ใช่สสารขั้นต่ำที่แน่นอนนั่นคือ พวกเขามีโครงสร้างที่ซับซ้อน

แต่ละอะตอมประกอบด้วยสิ่งที่เรียกว่าอนุภาคย่อยของอะตอม ได้แก่ โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน ซึ่งกำหนดตามลำดับด้วยสัญลักษณ์ p +, n o และ e - ตัวยกในสัญลักษณ์ที่ใช้ระบุว่าโปรตอนมีหน่วยประจุบวก อิเล็กตรอนมีหน่วยประจุลบ และนิวตรอนไม่มีประจุ

สำหรับโครงสร้างเชิงคุณภาพของอะตอมนั้น ในแต่ละอะตอม โปรตอนและนิวตรอนทั้งหมดจะกระจุกตัวอยู่ในสิ่งที่เรียกว่านิวเคลียส ซึ่งอิเล็กตรอนจะก่อตัวเป็นเปลือกอิเล็กตรอน

โปรตอนและนิวตรอนมีมวลเกือบเท่ากัน กล่าวคือ m p µ m n และมวลของอิเล็กตรอนนั้นน้อยกว่ามวลของแต่ละตัวเกือบ 2,000 เท่านั่นคือ ม. พี /เม หยาบคาย ม. n /ม. อี 2000

เนื่องจากคุณสมบัติพื้นฐานของอะตอมคือความเป็นกลางทางไฟฟ้า และประจุของอิเล็กตรอนหนึ่งตัวเท่ากับประจุของโปรตอนหนึ่งตัว จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่าจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมใดๆ เท่ากับจำนวนโปรตอน

ตัวอย่างเช่น ตารางด้านล่างแสดงองค์ประกอบที่เป็นไปได้ของอะตอม:

ประเภทของอะตอมที่มีประจุนิวเคลียร์เท่ากัน ได้แก่ ด้วยจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเท่ากันเรียกว่าองค์ประกอบทางเคมี ดังนั้น จากตารางด้านบน เราสามารถสรุปได้ว่าอะตอม1 และอะตอม2 เป็นขององค์ประกอบทางเคมีหนึ่ง และอะตอม3 และอะตอม4 เป็นขององค์ประกอบทางเคมีอื่น

องค์ประกอบทางเคมีแต่ละองค์ประกอบมีชื่อและสัญลักษณ์เฉพาะของตัวเองซึ่งอ่านได้ในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง ตัวอย่างเช่นองค์ประกอบทางเคมีที่ง่ายที่สุดซึ่งอะตอมที่มีโปรตอนเพียงตัวเดียวในนิวเคลียสเรียกว่า "ไฮโดรเจน" และแสดงด้วยสัญลักษณ์ "H" ซึ่งอ่านว่า "เถ้า" และองค์ประกอบทางเคมีที่มี ประจุนิวเคลียร์ +7 (เช่น มีโปรตอน 7 ตัว) - "ไนโตรเจน" มีสัญลักษณ์ "N" ซึ่งอ่านว่า "en"

ดังที่คุณเห็นจากตารางด้านบน อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีชนิดหนึ่งอาจมีจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสที่แตกต่างกัน

อะตอมที่เป็นองค์ประกอบทางเคมีเดียวกัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน ส่งผลให้มีมวล เรียกว่า ไอโซโทป

ตัวอย่างเช่น องค์ประกอบทางเคมี ไฮโดรเจนมีสามไอโซโทป - 1 H, 2 H และ 3 H ดัชนี 1, 2 และ 3 เหนือสัญลักษณ์ H หมายถึงจำนวนนิวตรอนและโปรตอนทั้งหมด เหล่านั้น. เมื่อรู้ว่าไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีซึ่งมีลักษณะของโปรตอนหนึ่งตัวในนิวเคลียสของอะตอมเราสามารถสรุปได้ว่าในไอโซโทป 1 H ไม่มีนิวตรอนเลย (1-1 = 0) ใน ไอโซโทป 2 H - 1 นิวตรอน (2-1=1) และในไอโซโทป 3 H - นิวตรอนสองตัว (3-1=2) เนื่องจากดังที่ได้กล่าวไปแล้ว นิวตรอนและโปรตอนมีมวลเท่ากัน และมวลของอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมากเมื่อเปรียบเทียบกับพวกมัน ซึ่งหมายความว่าไอโซโทป 2H นั้นหนักเป็นเกือบสองเท่าของไอโซโทป 1H และไอโซโทป 3H นั้น หนักกว่าถึงสามเท่าด้วยซ้ำ เนื่องจากมีการกระจายตัวมากในมวลของไอโซโทปไฮโดรเจน ไอโซโทป 2 H และ 3 H จึงได้รับการตั้งชื่อและสัญลักษณ์แยกกัน ซึ่งไม่ใช่เรื่องปกติสำหรับองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ ไอโซโทป 2H ได้รับการตั้งชื่อว่าดิวเทอเรียมและให้สัญลักษณ์ D และไอโซโทป 3H ได้รับการตั้งชื่อว่าไอโซโทปและได้รับสัญลักษณ์ T

หากเรานำมวลของโปรตอนและนิวตรอนเป็นหนึ่งเดียวและละเลยมวลของอิเล็กตรอน ในความเป็นจริงดัชนีด้านซ้ายบนนอกเหนือจากจำนวนโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมดในอะตอมก็ถือได้ว่าเป็นมวลของมันและ ดังนั้นดัชนีนี้จึงเรียกว่าเลขมวลและถูกกำหนดด้วยสัญลักษณ์ A เนื่องจากประจุของนิวเคลียสของโปรตอนใดๆ สอดคล้องกับอะตอม และประจุของโปรตอนแต่ละตัวถือว่าตามอัตภาพเท่ากับ +1 จำนวนโปรตอนใน นิวเคลียสเรียกว่าหมายเลขประจุ (Z) โดยการแทนจำนวนนิวตรอนในอะตอมเป็น N ความสัมพันธ์ระหว่างเลขมวล จำนวนประจุ และจำนวนนิวตรอนสามารถแสดงได้ทางคณิตศาสตร์เป็น:

ตามแนวคิดสมัยใหม่ อิเล็กตรอนมีลักษณะเป็นคู่ (คลื่นอนุภาค) มีคุณสมบัติเป็นทั้งอนุภาคและคลื่น เช่นเดียวกับอนุภาค อิเล็กตรอนมีมวลและประจุ แต่ในขณะเดียวกัน การไหลของอิเล็กตรอนก็เหมือนกับคลื่น มีลักษณะพิเศษคือความสามารถในการเลี้ยวเบน

เพื่ออธิบายสถานะของอิเล็กตรอนในอะตอม แนวคิดของกลศาสตร์ควอนตัมถูกนำมาใช้ โดยที่อิเล็กตรอนไม่มีวิถีการเคลื่อนที่เฉพาะและสามารถอยู่ที่จุดใดก็ได้ในอวกาศ แต่มีความน่าจะเป็นที่แตกต่างกัน

พื้นที่ว่างรอบนิวเคลียสซึ่งมีแนวโน้มที่จะพบอิเล็กตรอนมากที่สุดเรียกว่าออร์บิทัลของอะตอม

ออร์บิทัลของอะตอมสามารถมีรูปร่าง ขนาด และทิศทางที่แตกต่างกันได้ วงโคจรของอะตอมเรียกอีกอย่างว่าเมฆอิเล็กตรอน

ในเชิงกราฟิก ออร์บิทัลของอะตอมหนึ่งวงมักจะแสดงเป็นเซลล์สี่เหลี่ยม:

กลศาสตร์ควอนตัมมีเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนมาก ดังนั้นในกรอบของหลักสูตรเคมีของโรงเรียน จึงพิจารณาเฉพาะผลที่ตามมาจากทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมเท่านั้น

จากผลที่ตามมาเหล่านี้ ออร์บิทัลของอะตอมและอิเล็กตรอนที่อยู่ในนั้นจะมีคุณลักษณะเฉพาะด้วยเลขควอนตัม 4 ตัว

• เลขควอนตัมหลักคือ n เป็นตัวกำหนดพลังงานรวมของอิเล็กตรอนในวงโคจรที่กำหนด ช่วงของค่าของเลขควอนตัมหลักคือตัวเลขธรรมชาติทั้งหมด เช่น n = 1,2,3,4, 5 เป็นต้น
• หมายเลขควอนตัมของวงโคจร - l - กำหนดลักษณะรูปร่างของวงโคจรของอะตอมและสามารถรับค่าจำนวนเต็มตั้งแต่ 0 ถึง n-1 โดยที่ n หรือที่เรียกกลับได้คือเลขควอนตัมหลัก

วงโคจรที่มี l = 0 เรียกว่า ส-ออร์บิทัล- s-Orbitals มีรูปร่างเป็นทรงกลมและไม่มีทิศทางในอวกาศ:

วงโคจรที่มี l = 1 เรียกว่า พี-ออร์บิทัล- วงโคจรเหล่านี้มีรูปร่างเป็นรูปแปดมิติสามมิติ กล่าวคือ รูปร่างที่ได้จากการหมุนเลขแปดรอบแกนสมมาตร และภายนอกมีลักษณะคล้ายดัมเบล:

เรียกว่าออร์บิทัลที่มี l = 2 ง-ออร์บิทัลและด้วย l = 3 – ฉ-ออร์บิทัล- โครงสร้างของมันซับซ้อนกว่ามาก

3) เลขควอนตัมแม่เหล็ก – ml – กำหนดการวางแนวเชิงพื้นที่ของวงโคจรอะตอมเฉพาะ และแสดงการฉายภาพโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรไปยังทิศทางของสนามแม่เหล็ก หมายเลขควอนตัมแม่เหล็ก ml สอดคล้องกับการวางแนวของวงโคจรที่สัมพันธ์กับทิศทางของเวกเตอร์ความแรงของสนามแม่เหล็กภายนอกและสามารถรับค่าจำนวนเต็มจาก –l ถึง +l รวมถึง 0 เช่น จำนวนค่าที่เป็นไปได้ทั้งหมดคือ (2l+1) ตัวอย่างเช่น สำหรับ l = 0 m l = 0 (หนึ่งค่า) สำหรับ l = 1 m l = -1, 0, +1 (สามค่า) สำหรับ l = 2 m l = -2, -1, 0, + 1 , +2 (ห้าค่าของเลขควอนตัมแม่เหล็ก) เป็นต้น

ตัวอย่างเช่น p-ออร์บิทัล เช่น วงโคจรที่มีหมายเลขควอนตัมวงโคจร l = 1 ซึ่งมีรูปร่างเป็น "รูปสามมิติแปด" สอดคล้องกับค่าสามค่าของเลขควอนตัมแม่เหล็ก (-1, 0, +1) ซึ่งจะสอดคล้องกับ ทิศทางทั้งสามตั้งฉากกันในอวกาศ

4) หมายเลขควอนตัมการหมุน (หรือเพียงแค่หมุน) - m s - สามารถพิจารณาตามเงื่อนไขสำหรับทิศทางการหมุนของอิเล็กตรอนในอะตอม อิเล็กตรอนที่มีการหมุนต่างกันจะถูกระบุด้วยลูกศรแนวตั้งที่ชี้ไปในทิศทางที่ต่างกัน: ↓ และ .

เซตของออร์บิทัลทั้งหมดในอะตอมที่มีเลขควอนตัมหลักเท่ากันเรียกว่าระดับพลังงานหรือเปลือกอิเล็กตรอน ระดับพลังงานใดๆ ก็ตามที่มีจำนวน n ตัวหนึ่งจะประกอบด้วย n 2 ออร์บิทัล

ชุดของออร์บิทัลที่มีค่าเท่ากันของเลขควอนตัมหลักและเลขควอนตัมของวงโคจรแสดงถึงระดับย่อยของพลังงาน

แต่ละระดับพลังงานซึ่งสอดคล้องกับเลขควอนตัมหลัก n มีระดับย่อย n ระดับ ในทางกลับกัน แต่ละระดับย่อยของพลังงานที่มีเลขควอนตัมในวงโคจร l จะประกอบด้วย (2l+1) ออร์บิทัล ดังนั้น ระดับย่อย s ประกอบด้วยออร์บิทัล 1 อัน ระดับย่อย p ประกอบด้วยออร์บิทัล p 3 อัน ระดับย่อย d ประกอบด้วยออร์บิทัล d 5 อัน และระดับย่อย f ประกอบด้วยออร์บิทัล f 7 อัน เนื่องจากดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ออร์บิทัลอะตอมหนึ่งวงมักจะแสดงด้วยเซลล์สี่เหลี่ยมหนึ่งเซลล์ ระดับย่อย s-, p-, d- และ f จึงสามารถแสดงเป็นกราฟิกได้ดังนี้:

แต่ละวงโคจรสอดคล้องกับชุดตัวเลขควอนตัมสามชุดที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด n, l และ m l

การกระจายตัวของอิเล็กตรอนระหว่างออร์บิทัลเรียกว่าการจัดเรียงอิเล็กตรอน

การเติมออร์บิทัลของอะตอมด้วยอิเล็กตรอนเกิดขึ้นตามเงื่อนไขสามประการ:

• หลักการพลังงานขั้นต่ำ: อิเล็กตรอนเติมออร์บิทัลโดยเริ่มจากระดับย่อยพลังงานต่ำสุด ลำดับของระดับย่อยตามลำดับพลังงานที่เพิ่มขึ้นมีดังนี้: 1 วินาที<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;

เพื่อให้ง่ายต่อการจดจำลำดับการกรอกระดับย่อยอิเล็กทรอนิกส์นี้ ภาพประกอบกราฟิกต่อไปนี้สะดวกมาก:

• หลักการของเปาลี: แต่ละวงโคจรสามารถมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกินสองตัว

หากมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในวงโคจร จะเรียกว่าคู่อิเล็กตรอน และหากมีอิเล็กตรอนสองตัวก็จะเรียกว่าคู่อิเล็กตรอน

• กฎของฮุนด์: สถานะที่เสถียรที่สุดของอะตอมคือสภาวะหนึ่งซึ่งภายในระดับย่อยหนึ่ง อะตอมจะมีจำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่สูงสุดที่เป็นไปได้ สถานะที่เสถียรที่สุดของอะตอมนี้เรียกว่าสถานะพื้น

ในความเป็นจริง ข้างต้นหมายความว่า ตัวอย่างเช่น การวางตำแหน่งอิเล็กตรอนตัวที่ 1, 2, 3 และ 4 ในวงโคจรสามวงของระดับย่อย p จะดำเนินการดังนี้:

การเติมออร์บิทัลของอะตอมจากไฮโดรเจนซึ่งมีประจุเลข 1 ถึงคริปตัน (Kr) ที่มีประจุเท่ากับ 36 จะดำเนินการดังนี้:

การแสดงลำดับการเติมออร์บิทัลของอะตอมเช่นนี้เรียกว่าแผนภาพพลังงาน จากแผนภาพอิเล็กทรอนิกส์ของแต่ละองค์ประกอบ คุณสามารถเขียนสิ่งที่เรียกว่าสูตรอิเล็กทรอนิกส์ (การกำหนดค่า) ได้ ตัวอย่างเช่น องค์ประกอบที่มี 15 โปรตอน และผลที่ตามมาคือ 15 อิเล็กตรอน นั่นคือ ฟอสฟอรัส (P) จะมีแผนภาพพลังงานดังนี้

เมื่อแปลงเป็นสูตรอิเล็กทรอนิกส์ อะตอมของฟอสฟอรัสจะอยู่ในรูปแบบ:

15 ป = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

ตัวเลขขนาดปกติทางด้านซ้ายของสัญลักษณ์ระดับย่อยจะแสดงหมายเลขระดับพลังงาน และตัวยกทางด้านขวาของสัญลักษณ์ระดับย่อยจะแสดงจำนวนอิเล็กตรอนในระดับย่อยที่สอดคล้องกัน

ด้านล่างนี้เป็นสูตรอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบ 36 ตัวแรกของตารางธาตุของ D.I. เมนเดเลเยฟ.

ระยะเวลา	หมายเลขสินค้า	เครื่องหมาย	ชื่อ	สูตรอิเล็กทรอนิกส์
ฉัน	1	ชม	ไฮโดรเจน	1 วินาที 1
	2	เขา	ฮีเลียม	1 วินาที 2
ครั้งที่สอง	3	หลี่	ลิเธียม	1 วินาที 2 2 วินาที 1
	4	เป็น	เบริลเลียม	1 วินาที 2 2 วินาที 2
	5	บี	โบรอน	1 วินาที 2 2 วินาที 2 2p 1
	6	ค	คาร์บอน	1 วินาที 2 2 วินาที 2 2p 2
	7	เอ็น	ไนโตรเจน	1วินาที 2 2วินาที 2 2p 3
	8	โอ	ออกซิเจน	1 วินาที 2 2 วินาที 2 2p 4
	9	เอฟ	ฟลูออรีน	1 วินาที 2 2 วินาที 2 2p 5
	10	เน	นีออน	1 วินาที 2 2 วินาที 2 2p 6
ที่สาม	11	นา	โซเดียม	1 วินาที 2 2 วินาที 2 2p 6 3 วินาที 1
	12	มก	แมกนีเซียม	1 วินาที 2 2 วินาที 2 2p 6 3 วินาที 2
	13	อัล	อลูมิเนียม	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
	14	ศรี	ซิลิคอน	1วินาที 2 2วินาที 2 2จุด 6 3วินาที 2 3p 2
	15	ป	ฟอสฟอรัส	1วินาที 2 2วินาที 2 2จุด 6 3วินาที 2 3p 3
	16	ส	กำมะถัน	1วินาที 2 2วินาที 2 2จุด 6 3วินาที 2 3p 4
	17	Cl	คลอรีน	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
	18	อาร์	อาร์กอน	1วินาที 2 2วินาที 2 2จุด 6 3วินาที 2 3p 6
IV	19	เค	โพแทสเซียม	1 วินาที 2 2 วินาที 2 2 จุด 6 3 วินาที 2 3 จุด 6 4 วินาที 1
	20	แคลิฟอร์เนีย	แคลเซียม	1 วินาที 2 2 วินาที 2 2 จุด 6 3 วินาที 2 3 จุด 6 4 วินาที 2
	21	วท	สแกนเดียม	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1
	22	ติ	ไทเทเนียม	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2
	23	วี	วาเนเดียม	1วินาที 2 2วินาที 2 2จุด 6 3วินาที 2 3p 6 4วินาที 2 3d 3
	24	Cr	โครเมียม	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 ตรงนี้เราสังเกตการกระโดดของอิเล็กตรอนหนึ่งตัวด้วย สบน งระดับย่อย
	25	มน	แมงกานีส	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5
	26	เฟ	เหล็ก	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6
	27	บริษัท	โคบอลต์	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7
	28	นิ	นิกเกิล	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8
	29	ลูกบาศ์ก	ทองแดง	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 ตรงนี้เราสังเกตการกระโดดของอิเล็กตรอนหนึ่งตัวด้วย สบน งระดับย่อย
	30	สังกะสี	สังกะสี	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
	31	กา	แกลเลียม	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1
	32	จีอี	เจอร์เมเนียม	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2
	33	เช่น	สารหนู	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3
	34	ส	ซีลีเนียม	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4
	35	บ	โบรมีน	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5
	36	ค	คริปทอน	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ในสถานะพื้น อิเล็กตรอนในออร์บิทัลของอะตอมจะตั้งอยู่ตามหลักการของพลังงานน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม เมื่อมี p-orbitals ว่างอยู่ในสถานะพื้นของอะตอม บ่อยครั้งด้วยการให้พลังงานส่วนเกินแก่อะตอม อะตอมจึงสามารถถ่ายโอนไปยังสถานะที่เรียกว่าตื่นเต้นได้ ตัวอย่างเช่น อะตอมของโบรอนในสถานะพื้นมีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์และแผนภาพพลังงานในรูปแบบต่อไปนี้:

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

และอยู่ในสถานะตื่นเต้น (*) เช่น เมื่อพลังงานบางส่วนถูกจ่ายให้กับอะตอมโบรอน การจัดเรียงอิเล็กตรอนและแผนภาพพลังงานจะมีลักษณะดังนี้:

5 B* = 1 วินาที 2 2 วินาที 1 2p 2

องค์ประกอบทางเคมีจะถูกแบ่งออกเป็น s, p, d หรือ f ขึ้นอยู่กับระดับย่อยใดในอะตอมที่ถูกเติมเป็นอันดับสุดท้าย

ค้นหาองค์ประกอบ s, p, d และ f ในตาราง D.I. เมนเดเลเยฟ:

• องค์ประกอบ s มีระดับย่อย s สุดท้ายที่ต้องเติม องค์ประกอบเหล่านี้ประกอบด้วยองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลัก (ทางด้านซ้ายในเซลล์ตาราง) ของกลุ่ม I และ II
• สำหรับองค์ประกอบ p ระดับย่อย p จะถูกเติม องค์ประกอบ p ประกอบด้วยองค์ประกอบหกรายการสุดท้ายของแต่ละช่วงเวลา ยกเว้นองค์ประกอบที่หนึ่งและเจ็ด รวมถึงองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม III-VIII
• องค์ประกอบ d จะอยู่ระหว่างองค์ประกอบ s และ p ในช่วงเวลาขนาดใหญ่
• f-ธาตุเรียกว่าแลนทาไนด์และแอกติไนด์ มีแสดงอยู่ที่ด้านล่างของตาราง D.I. เมนเดเลเยฟ.

อะตอม- อนุภาคที่เล็กที่สุดของสารซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ด้วยวิธีทางเคมี ในศตวรรษที่ 20 มีการค้นพบโครงสร้างที่ซับซ้อนของอะตอม อะตอมประกอบด้วยประจุบวก เมล็ดพืชและเปลือกที่เกิดจากอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ ประจุรวมของอะตอมอิสระจะเป็นศูนย์ เนื่องจากประจุของนิวเคลียสและ เปลือกอิเล็กตรอนสมดุลซึ่งกันและกัน ในกรณีนี้ ประจุนิวเคลียร์จะเท่ากับจำนวนธาตุในตารางธาตุ ( เลขอะตอม) และเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด (ประจุอิเล็กตรอนคือ −1)

นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยประจุบวก โปรตอนและอนุภาคที่เป็นกลาง - นิวตรอนโดยไม่มีค่าใช้จ่าย ลักษณะทั่วไปของอนุภาคมูลฐานในอะตอมสามารถแสดงได้ในรูปแบบของตาราง:

จำนวนโปรตอนเท่ากับประจุของนิวเคลียส ดังนั้น จึงเท่ากับเลขอะตอม ในการหาจำนวนนิวตรอนในอะตอม คุณต้องลบประจุของนิวเคลียส (จำนวนโปรตอน) ออกจากมวลอะตอม (ประกอบด้วยมวลของโปรตอนและนิวตรอน)

ตัวอย่างเช่น ในอะตอมโซเดียม 23 Na จำนวนโปรตอนคือ p = 11 และจำนวนนิวตรอนคือ n = 23 − 11 = 12

จำนวนนิวตรอนในอะตอมของธาตุเดียวกันอาจแตกต่างกันได้ อะตอมดังกล่าวเรียกว่า ไอโซโทป .

เปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมก็มีโครงสร้างที่ซับซ้อนเช่นกัน อิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงาน (ชั้นอิเล็กทรอนิกส์)

หมายเลขระดับแสดงถึงลักษณะพลังงานของอิเล็กตรอน นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าอนุภาคมูลฐานสามารถส่งและรับพลังงานได้ไม่ใช่ในปริมาณเล็กน้อยโดยพลการ แต่ในบางส่วน - ควอนตัม ยิ่งระดับสูงเท่าใด อิเล็กตรอนก็จะยิ่งมีพลังงานมากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากยิ่งพลังงานของระบบต่ำลงก็ยิ่งมีเสถียรภาพมากขึ้น (เปรียบเทียบความเสถียรต่ำของหินบนยอดเขาซึ่งมีพลังงานศักย์สูงกับตำแหน่งที่มั่นคงของหินก้อนเดียวกันด้านล่างบนที่ราบเมื่อพลังงานของมัน ต่ำกว่ามาก) ระดับที่มีพลังงานอิเล็กตรอนต่ำจะถูกเติมก่อนและหลังเท่านั้น - สูง

จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดที่ระดับสามารถรองรับได้สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:
N = 2n 2 โดยที่ N คือจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในระดับนั้น
n - หมายเลขระดับ

จากนั้นสำหรับระดับแรก N = 2 1 2 = 2

สำหรับวินาที N = 2 2 2 = 8 เป็นต้น

จำนวนอิเล็กตรอนในระดับภายนอกสำหรับองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลัก (A) เท่ากับหมายเลขกลุ่ม

ในตารางธาตุสมัยใหม่ส่วนใหญ่ การจัดเรียงอิเล็กตรอนตามระดับจะแสดงอยู่ในเซลล์ที่มีธาตุนั้น สำคัญมากเข้าใจว่าระดับนั้นสามารถอ่านได้ จากล่างขึ้นบนซึ่งสอดคล้องกับพลังงานของพวกเขา ดังนั้นคอลัมน์ตัวเลขในเซลล์ที่มีโซเดียม:
1
8
2

ที่ระดับ 1 - 2 อิเล็กตรอน

ที่ระดับ 2 - 8 อิเล็กตรอน

ที่ระดับ 3 - 1 อิเล็กตรอน
ระวัง นี่เป็นข้อผิดพลาดที่พบบ่อยมาก!

การกระจายระดับอิเล็กตรอนสามารถแสดงเป็นแผนภาพ:
11 นา)))
2 8 1

หากตารางธาตุไม่ได้ระบุการกระจายตัวของอิเล็กตรอนตามระดับ คุณสามารถใช้:

• จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุด: ที่ระดับ 1 ไม่เกิน 2 e - ,
  ในวันที่ 2 - 8 e - ,
  ที่ระดับภายนอก - 8 e − ;
• จำนวนอิเล็กตรอนในระดับชั้นนอก (สำหรับ 20 องค์ประกอบแรกตรงกับหมายเลขกลุ่ม)

จากนั้นสำหรับโซเดียม บรรทัดการให้เหตุผลจะเป็นดังนี้:

1. จำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดคือ 11 ดังนั้นระดับแรกจึงเต็มและมี 2 e − ;
2. ระดับภายนอกที่สามประกอบด้วย 1 e − (กลุ่ม I)
3. ระดับที่สองประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่เหลืออยู่: 11 − (2 + 1) = 8 (เต็มไปหมด)

* ผู้เขียนจำนวนหนึ่ง เพื่อให้แยกแยะระหว่างอะตอมอิสระและอะตอมซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบได้ชัดเจนยิ่งขึ้น เสนอให้ใช้คำว่า "อะตอม" เพื่อระบุอะตอมอิสระ (เป็นกลาง) เท่านั้น และเพื่อกำหนดอะตอมทั้งหมด รวมทั้งอะตอมเหล่านั้นด้วย ในสารประกอบ ให้เสนอคำว่า “อนุภาคอะตอม” เวลาจะบอกได้ว่าชะตากรรมของเงื่อนไขเหล่านี้จะเป็นอย่างไร จากมุมมองของเรา อะตอมตามคำจำกัดความคืออนุภาค ดังนั้นนิพจน์ "อนุภาคอะตอม" จึงถือได้ว่าเป็นคำซ้ำซาก ("น้ำมัน")

2. งาน การคำนวณปริมาณของสารของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาตัวใดตัวหนึ่งหากทราบมวลของสารตั้งต้น
ตัวอย่าง:

เมื่อสังกะสีทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกหนัก 146 กรัม จะปล่อยสารไฮโดรเจนออกมาในปริมาณเท่าใด

สารละลาย:

1. เราเขียนสมการปฏิกิริยา: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
2. ค้นหามวลโมลาร์ของกรดไฮโดรคลอริก: M (HCl) = 1 + 35.5 = 36.5 (g/mol)
   (มวลโมลาร์ของแต่ละธาตุในเชิงตัวเลขเท่ากับมวลอะตอมสัมพัทธ์นั้น ดูในตารางธาตุใต้เครื่องหมายของธาตุนั้นแล้วปัดให้เป็นจำนวนเต็ม ยกเว้นคลอรีนซึ่งคิดเป็น 35.5)
3. ค้นหาปริมาณกรดไฮโดรคลอริก: n (HCl) = m / M = 146 g / 36.5 g/mol = 4 mol
4. เราเขียนข้อมูลที่มีอยู่ไว้เหนือสมการปฏิกิริยาและใต้สมการ - จำนวนโมลตามสมการ (เท่ากับสัมประสิทธิ์หน้าสาร):
   4 โมล x โมล
   สังกะสี + 2HCl = สังกะสี 2 + H 2
   2 โมล 1 โมล
5. มาสร้างสัดส่วนกัน:
   4 โมล - xตุ่น
   2 โมล - 1 โมล
   (หรือมีคำอธิบาย:
   จากกรดไฮโดรคลอริก 4 โมลที่คุณได้รับ xโมลของไฮโดรเจน
   และจาก 2 โมล - 1 โมล)
6. เราพบ เอ็กซ์:
   x= 4 โมล 1 โมล / 2 โมล = 2 โมล

คำตอบ: 2 โมล

หัวข้อ - 1: โครงสร้างของอะตอม ประจุนิวเคลียร์ เลขอะตอม และมวลของอะตอม

นักเรียนจะต้อง:

ทราบ:

· การกำหนดกฎเป็นระยะและโครงสร้างของตารางสมัยใหม่

สามารถ:

· ระบุองค์ประกอบตามคุณสมบัติที่อธิบายไว้ กำหนดองค์ประกอบโดยใช้สูตรอิเล็กทรอนิกส์

· กำหนดโดยหมายเลขซีเรียลขององค์ประกอบ จำนวนคาบและจำนวนกลุ่มที่องค์ประกอบนั้นตั้งอยู่ ตลอดจนสูตรและธรรมชาติของออกไซด์ที่สูงกว่าและไฮดรอกไซด์ที่เกี่ยวข้อง

· เขียนสูตรอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบที่กำหนดและเปรียบเทียบกับองค์ประกอบโดยรอบในช่วงเวลาและกลุ่ม

1.1. เลขอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีและค่าประจุของนิวเคลียสของอะตอม ไอโซโทป

เมื่อจำแนกองค์ประกอบทางเคมี ฉันใช้คุณลักษณะสองประการ: ก) มวลอะตอมสัมพัทธ์ ข) คุณสมบัติของสารเชิงเดี่ยวและสารประกอบของธาตุ

สัญญาณแรกคือสัญญาณนำหน้าสัญญาณที่สองแสดงออกมาโดยเกี่ยวข้องกับสัญญาณแรก: คุณสมบัติขององค์ประกอบเปลี่ยนแปลงเป็นระยะตามการเพิ่มขึ้นของมวลอะตอมสัมพัทธ์

แต่เมื่อสร้างระบบคาบโดยจัดเรียงองค์ประกอบทางเคมีเพื่อเพิ่มมวลอะตอมสัมพัทธ์ ในบางสถานที่เขาฝ่าฝืนกฎนี้: เขาเปลี่ยนโคบอลต์และนิกเกิล เทลลูเรียมและไอโอดีน ต่อมาต้องทำสิ่งเดียวกันกับองค์ประกอบทางเคมีอีกสองคู่: อาร์กอน - โพแทสเซียมและทอเรียม - โปรแทกติเนียม ท้ายที่สุดแล้วโพแทสเซียมโลหะอัลคาไลที่ใช้งานอยู่ไม่สามารถรวมอยู่ในกลุ่มก๊าซเฉื่อยที่มีความเสถียรทางเคมีซึ่งไม่ก่อให้เกิดสารประกอบทางเคมีเลย (ฮีเลียม, นีออน) หรือทำปฏิกิริยาได้ยาก

ไม่สามารถอธิบายข้อยกเว้นเหล่านี้ตามกฎทั่วไปได้ตลอดจนเหตุผลของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีที่จัดเรียงในการเพิ่มมวลอะตอมสัมพัทธ์

ในศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปรอบๆ อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่รอบนิวเคลียสก่อให้เกิดเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม อะตอม – อิเล็กโทร – อนุภาคเป็นกลาง กล่าวคือ ไม่มีประจุ นิวเคลียสมีประจุบวก และประจุของมันถูกทำให้เป็นกลางโดยประจุลบรวมของอิเล็กตรอนทั้งหมดในอะตอม ตัวอย่างเช่น ถ้านิวเคลียสของอะตอมมีประจุ +4 อิเล็กตรอน 4 ตัวก็จะเคลื่อนที่ไปรอบๆ โดยแต่ละนิวเคลียสจะมีประจุ -1

เป็นที่ยอมรับจากการทดลองว่าหมายเลขลำดับขององค์ประกอบในตารางธาตุตรงกับค่าของประจุของนิวเคลียสของอะตอม ประจุของนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนคือ +1, ฮีเลียม +2, ลิเธียม +3 เป็นต้น d. ประจุบวกของอะตอมของธาตุต่อมาแต่ละธาตุจะมากกว่าประจุก่อนหน้าหนึ่งตัว และมีอิเล็กตรอนอีกหนึ่งตัวอยู่ในเปลือกอิเล็กตรอน

หมายเลขซีเรียล (อะตอม) ขององค์ประกอบทางเคมีเป็นตัวเลขเท่ากับประจุของอะตอม

เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบความหมายทางกายภาพของเลขอะตอมของธาตุ จึงได้มีการกำหนดกฎธาตุขึ้นดังนี้ คุณสมบัติของสารอย่างง่ายตลอดจนองค์ประกอบและคุณสมบัติของสารประกอบขององค์ประกอบทางเคมีนั้นขึ้นอยู่กับประจุของนิวเคลียสของอะตอมเป็นระยะ

คุณจะอธิบายได้อย่างไรว่าเหตุใดประจุนิวเคลียร์ขององค์ประกอบทางเคมีในระบบคาบจึงเพิ่มขึ้นและในบางกรณีมีการละเมิดลำดับการเพิ่มขึ้นของมวลอะตอมสัมพัทธ์ที่ถูกต้อง เพื่อตอบคำถามนี้ที่คุณต้องการ ใช้ข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอมที่คุณทราบจากหลักสูตรฟิสิกส์

นิวเคลียสของอะตอมมีประจุบวกเนื่องจากมีโปรตอนอยู่ โปรตอนคืออนุภาคที่มีประจุ +1 และมีมวลสัมพัทธ์เท่ากับ 1 นิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนที่มีมวลอะตอมสัมพัทธ์เท่ากับ 1 คือโปรตอน นิวเคลียสฮีเลียมมีโปรตอนสองตัว แต่มวลอะตอมสัมพัทธ์ของฮีเลียมคือ 4 นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่านิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมไม่เพียงรวมถึงโปรตอนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงนิวตรอน - อนุภาคที่ไม่มีประจุซึ่งมีมวลอะตอมสัมพัทธ์เท่ากับ 1. ดังนั้น ในการหาจำนวนนิวตรอนในอะตอม จะต้องลบจำนวนโปรตอน (ประจุของนิวเคลียสของอะตอม เลขอะตอม) ออกจากมวลอะตอมสัมพัทธ์ มวลของอิเล็กตรอนมีค่าน้อยมาก มีขนาดเล็ก และไม่ได้นำมารวมเข้าไปด้วย บัญชี.

ตามจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสอะตอมขององค์ประกอบต่าง ๆ ต่างกัน องค์ประกอบทางเคมีคืออะตอมชนิดหนึ่งที่มีประจุนิวเคลียร์เท่ากัน จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอมขององค์ประกอบเดียวกันอาจแตกต่างกันได้

อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีหลายชนิดที่มีจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสต่างกันเรียกว่าไอโซโทป การมีอยู่ของไอโซโทปที่อธิบายการจัดเรียงใหม่เหล่านั้นในคราวเดียว วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ยืนยันว่าเขาพูดถูก ดังนั้นโพแทสเซียมธรรมชาติจึงถูกสร้างขึ้นโดยอะตอมของไอโซโทปเบาเป็นหลักและอาร์กอน - โดยอะตอมที่หนัก ดังนั้นมวลอะตอมสัมพัทธ์ของโพแทสเซียมจึงน้อยกว่าอาร์กอน แม้ว่าเลขอะตอม (ประจุ) ของโพแทสเซียมจะมากกว่าก็ตาม

องค์ประกอบทางเคมีส่วนใหญ่เป็นส่วนผสมของไอโซโทป ตัวอย่างเช่น, คลอรีนธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปที่มีมวลอะตอม 35 และ 37 มวลอะตอมสัมพัทธ์ 35.5 ได้มาจากการคำนวณโดยคำนึงถึงไม่เพียง แต่มวลของไอโซโทปเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเนื้อหาของแต่ละอะตอมในธรรมชาติด้วย เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีมีไอโซโทปและมวลอะตอมสัมพัทธ์ขององค์ประกอบจึงเป็นค่าเฉลี่ยเหนือเนื้อหาของไอโซโทป จึงเป็นเศษส่วนไม่ใช่จำนวนเต็ม

เมื่อพวกเขาต้องการเน้นย้ำว่าพวกเขากำลังพูดถึงไอโซโทปใด ใกล้เครื่องหมายเคมีที่ด้านบนซ้ายพวกเขาจะเขียนค่าของมวลอะตอมสัมพัทธ์ของอะตอมของไอโซโทปนี้ และที่ด้านล่างซ้าย - ประจุของนิวเคลียส ตัวอย่างเช่น 37Cl17.

1.2. สถานะของอิเล็กตรอนในอะตอม

สถานะของอิเล็กตรอนในอะตอมเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับ พลังงานอิเล็กตรอนบางตัวและ เกี่ยวกับหลงทาง,ที่เขาตั้งอยู่ เรารู้อยู่แล้วว่าอิเล็กตรอนในอะตอมไม่มีวิถีการเคลื่อนที่นั่นคือเราสามารถพูดถึงได้เท่านั้น ความน่าจะเป็นตำแหน่งของมันในอวกาศรอบนิวเคลียส มันสามารถอยู่ในส่วนใดก็ได้ของพื้นที่รอบนิวเคลียสและจำนวนรวมของตำแหน่งต่าง ๆ ของมันถือเป็น เมฆอิเล็กตรอนโดยมีความหนาแน่นประจุลบจำนวนหนึ่ง

W. Heisenberg ได้นำเสนอแนวคิดเรื่อง หลักความไม่แน่นอนนั่นคือเขาแสดงให้เห็นว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดพลังงานและตำแหน่งของอิเล็กตรอนพร้อมกันและแม่นยำ ยิ่งกำหนดพลังงานของอิเล็กตรอนได้แม่นยำมากขึ้นเท่าใด ตำแหน่งของอิเล็กตรอนก็จะยิ่งไม่แน่นอนมากขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน เมื่อกำหนดตำแหน่งแล้ว ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดพลังงานของอิเล็กตรอน ช่วงความน่าจะเป็นในการตรวจจับอิเล็กตรอนไม่มีขอบเขตที่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม คุณสามารถเลือกช่องว่างที่ความน่าจะเป็นในการค้นหาอิเล็กตรอนจะสูงสุดได้

พื้นที่รอบนิวเคลียสของอะตอมซึ่งมีแนวโน้มที่จะพบอิเล็กตรอนมากที่สุดเรียกว่าออร์บิทัล

จำนวนระดับพลังงาน (ชั้นอิเล็กทรอนิกส์) นิ้วอะตอมเท่ากับเลขคาบในระบบซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีอยู่: y อะตอมmov ขององค์ประกอบในช่วงแรก- พลังงานหนึ่งระดับช่วงที่สอง- สองช่วงที่เจ็ด - เจ็ด

สูตรจะกำหนดจำนวนอิเล็กตรอนที่มากที่สุดในระดับพลังงาน

เอ็น = 2 n 2 ,

ที่ไหน เอ็น - จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุด n - หมายเลขระดับหรือหมายเลขควอนตัมหลัก เพราะฉะนั้น, ในครั้งแรก ไอ้เหี้ยระดับพลังงานที่ใกล้กับนิวเคลียสมากที่สุดอาจเป็นได้ไม่เกินสองอิเล็กตรอน

ในวินาที- ไม่เกิน 8;

ในวันที่สาม- ไม่เกิน 18;

ในวันที่สี่- ไม่เกิน 32

แล้วระดับพลังงาน (ชั้นอิเล็กทรอนิกส์) จะถูกจัดเรียงอย่างไร?

เริ่มต้นจากระดับพลังงานที่สอง (หน้า= 2) แต่ละระดับจะแบ่งออกเป็นระดับย่อย (sublayers) ซึ่งแตกต่างกันเล็กน้อยในด้านพลังงานยึดเหนี่ยวกับแกนกลาง

จำนวนระดับย่อยเท่ากับค่าของจำนวนควอนตัมหลัก:ระดับพลังงานแรกมีหนึ่งระดับย่อย ที่สอง - สอง; สาม - สาม; ที่สี่ - สี่ระดับย่อย ในทางกลับกันระดับย่อยก็ถูกสร้างขึ้นโดยออร์บิทัล

แต่ละค่า nตรงกับจำนวนออร์บิทัลเท่ากับ หน้า 2ตามข้อมูลที่นำเสนอในตารางที่ 1 มีความเป็นไปได้ที่จะติดตามการเชื่อมต่อระหว่างเลขควอนตัมหลัก nด้วยจำนวนระดับย่อย ชนิดและจำนวนออร์บิทัล และจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดต่อระดับย่อยและระดับ

ส-ระดับย่อย- ระดับย่อยแรกของแต่ละระดับพลังงานที่อยู่ใกล้กับนิวเคลียสของอะตอมมากที่สุดประกอบด้วยหนึ่ง s-orbital

p-ระดับย่อย- ระดับย่อยที่สองของแต่ละระดับ ยกเว้นระดับพลังงานแรกประกอบด้วยวงโคจรสาม p

ง-ระดับย่อย- ระดับย่อยที่สามของแต่ละระดับเริ่มต้นจากระดับพลังงานที่สามประกอบด้วย d-orbitals ห้าอัน

ฉ-ระดับย่อยแต่ละระดับเริ่มต้นจากระดับพลังงานที่สี่ประกอบด้วยเจ็ดออร์บิทัล

รูปภาพนี้แสดงแผนภาพแสดงจำนวน รูปร่าง และตำแหน่งในปริภูมิของวงโคจรอิเล็กตรอนของชั้นอิเล็กตรอนสี่ชั้นแรกของแต่ละอะตอม

1.3. การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ในอะตอมเคมี องค์ประกอบ

นักฟิสิกส์ชาวสวิส ดับบลิว. เพาลีก่อตั้งในปี 1925 ว่า ในอะตอมหนึ่งจะมีวงโคจรได้ไม่เกินหนึ่งวงอิเล็กตรอนสองตัวมีตรงกันข้าม (ตรงกันข้าม) หลัง(แปลจากภาษาอังกฤษว่า “สปินเดิล”) กล่าวคือ มีคุณสมบัติที่สามารถจินตนาการตามอัตภาพว่าเป็นการหมุนของอิเล็กตรอนรอบแกนจินตภาพของมัน: ตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา หลักการนี้เรียกว่า หลักการของเปาลี

หากมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวอยู่ในวงโคจรจะเรียกว่า ไม่ได้จับคู่,ถ้าสองก็อันนี้ อิเล็กตรอนคู่นั่นคืออิเล็กตรอนที่มีการหมุนตรงข้ามกัน

ดังที่คุณทราบอยู่แล้วว่า s-orbital มีรูปร่างเป็นทรงกลม อะตอมไฮโดรเจน อิเล็กตรอน ( n= 1) อยู่ในวงโคจรนี้และไม่มีการจับคู่ ดังนั้นมัน สูตรอิเล็กทรอนิกส์หรือ เอลค์การกำหนดค่าบัลลังก์,จะเขียนดังนี้: 1s1 ในสูตรอิเล็กทรอนิกส์ จำนวนระดับพลังงานจะระบุด้วยตัวเลขที่อยู่หน้าตัวอักษร (1...) ตัวอักษรละตินจะระบุระดับย่อย (ประเภทของวงโคจร) และตัวเลขที่เขียนทางด้านขวาบนของตัวอักษร (เช่น เลขชี้กำลัง) แสดงจำนวนอิเล็กตรอนในระดับย่อย

ที่ระดับพลังงานที่สอง (n = 2) จะมีวงโคจรสี่วง: หนึ่ง s และสาม p อิเล็กตรอนของ s-orbital ระดับที่สอง (2p-orbitals) มีพลังงานสูงกว่า เนื่องจากพวกมันอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากกว่าอิเล็กตรอนของ ls-orbital (n = 2)

โดยทั่วไปสำหรับแต่ละค่า nมีวงโคจรหนึ่งวง แต่ด้วยการจ่ายพลังงานอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกัน ดังนั้นด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางที่สอดคล้องกัน โดยจะเพิ่มขึ้นเมื่อค่าเพิ่มขึ้น พี

p-Orbital มีรูปร่างเหมือนดัมเบลหรือรูปสามมิติแปด p-orbitals ทั้งสามอยู่ในอะตอมตั้งฉากกันตามพิกัดเชิงพื้นที่ที่วาดผ่านนิวเคลียสของอะตอม ควรเน้นย้ำอีกครั้งว่าแต่ละระดับพลังงาน (ชั้นอิเล็กทรอนิกส์) เริ่มต้นจาก n = 2,มี p ออร์บิทัล 3 อัน ด้วยมูลค่าที่เพิ่มขึ้น nอิเล็กตรอนถูกครอบครอง p-orbitals อยู่ในระยะห่างมากจากนิวเคลียสและพุ่งไปตามแกน x, y, ก.

สำหรับองค์ประกอบของช่วงที่สอง (หน้า= 2) เติม s-ออร์บิทัลอันแรก แล้วตามด้วย p-ออร์บิทัล 3 อัน

สำหรับองค์ประกอบของคาบที่สาม วงโคจรของ 3s และ 3p จะถูกเติมตามลำดับ d-orbitals ห้าจุดของระดับที่สามยังคงเป็นอิสระ:

สำหรับองค์ประกอบที่มีคาบขนาดใหญ่ (ที่สี่และห้า) อิเล็กตรอนสองตัวแรกจะครอบครองออร์บิทัล 4s และ 5s ตามลำดับ

เริ่มต้นจากองค์ประกอบที่สามของแต่ละช่วงหลัก อิเล็กตรอน 10 ตัวถัดไปจะเข้าสู่ออร์บิทัล 3 มิติและ 4 มิติก่อนหน้าตามลำดับ

สำหรับองค์ประกอบของคาบขนาดใหญ่ - ที่หกและเจ็ดที่ไม่สมบูรณ์ - ระดับอิเล็กทรอนิกส์และระดับย่อยจะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนตามกฎเช่นนี้: อิเล็กตรอนสองตัวแรกจะไปที่ระดับย่อย s ด้านนอก อิเล็กตรอนตัวถัดไป (สำหรับ La และ Ac ) ไปยังระดับย่อย d ก่อนหน้า จากนั้นอิเล็กตรอน 14 ตัวถัดไปจะไปที่ระดับพลังงานภายนอกชั้นที่ 3 ที่ 4 ฉ - และ 5f ออร์บิทัล ตามลำดับ สำหรับแลนทาไนด์และแอกติไนด์:

จากนั้นระดับพลังงานภายนอกที่สอง (d-sublevel) จะเริ่มสร้างขึ้นอีกครั้ง: สำหรับองค์ประกอบของกลุ่มย่อยรอง: 73Ta 2, 8, 18, 32, 11, 2; 104Rf 2, 8, 18, 32, 32, 10, 2, - และสุดท้าย หลังจากที่ d-sublevel เต็มไปด้วยอิเล็กตรอน 10 ตัวอย่างสมบูรณ์เท่านั้น ระดับ p-sublevel ภายนอกจะถูกเติมอีกครั้ง:

86ร.2, 8, 18, 32, 18, 8.

บ่อยครั้งที่โครงสร้างของเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมถูกแสดงโดยใช้พลังงานหรือเซลล์ควอนตัม - สิ่งที่เรียกว่า สูตรอิเล็กทรอนิกส์กราฟิกสำหรับสัญลักษณ์นี้ จะใช้สัญลักษณ์ต่อไปนี้: เซลล์ควอนตัมแต่ละเซลล์ถูกกำหนดโดยเซลล์ที่สอดคล้องกับหนึ่งออร์บิทัล อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะถูกระบุด้วยลูกศรที่สอดคล้องกับทิศทางการหมุน เมื่อเขียนสูตรอิเล็กทรอนิกส์แบบกราฟิก คุณควรจำกฎสองข้อ: หลักการของเปาลี , ตามที่เซลล์หนึ่งเซลล์ (ออร์บิทัล) สามารถมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกินสองตัว แต่มีการหมุนแบบตรงข้ามกันและ กฎของเอฟฮุนด์ , ตามที่อิเล็กตรอนครอบครองเซลล์อิสระ (ออร์บิทัล) จะอยู่ในเซลล์เหล่านั้นทีละเซลล์ก่อนและมีค่าการหมุนเท่ากัน จากนั้นจึงจับคู่กัน แต่การหมุนจะถูกกำกับในทิศทางตรงกันข้ามตามหลักการของเพาลี

1.4. โครงสร้างของเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม

ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี นิวเคลียสของอะตอมจะไม่เปลี่ยนแปลง ข้อสรุปนี้สามารถสรุปได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าคุณรู้ว่าผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาประกอบด้วยอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีเดียวกันกับสารตั้งต้น แต่จะเกิดอะไรขึ้นกับอะตอมระหว่างปฏิกิริยาเคมี? มีความสัมพันธ์กันระหว่างโครงสร้างของอะตอมกับการสำแดงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีบางอย่างหรือไม่?ในการตอบคำถาม เราต้องพิจารณาโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีต่างๆ ก่อน

จำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมเท่ากับประจุของนิวเคลียส อิเล็กตรอนอยู่ในระยะห่างที่แตกต่างจากนิวเคลียสของอะตอม โดยจัดกลุ่มเป็น ชั้นอิเล็กทรอนิกส์ยิ่งอิเล็กตรอนอยู่ใกล้นิวเคลียสมากเท่าไร พวกมันก็จะยิ่งจับกับนิวเคลียสมากขึ้นเท่านั้น

นิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนมีประจุ +1 อะตอมมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวและมีชั้นอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว

ถัดจากไฮโดรเจนคือฮีเลียม ไม่ก่อให้เกิดสารประกอบกับธาตุอื่น ซึ่งหมายความว่าไม่มีเวเลนซ์ นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมมีประจุ +2 โดยมีอิเล็กตรอนสองตัวเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ มัน ก่อตัวเป็นชั้นอิเล็กตรอนหนึ่งชั้น อะตอมของฮีเลียมไม่ได้ก่อตัวเป็นสารประกอบกับอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ และสิ่งนี้บ่งบอกถึงความเสถียรที่ยอดเยี่ยมของเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ เปลือกอิเล็กตรอนของฮีเลียมและอะตอมของก๊าซมีตระกูลอื่น ๆ เรียกว่า สมบูรณ์.

องค์ประกอบถัดไปคือลิเธียม อะตอมลิเธียมมีอิเล็กตรอนสามตัว สองอันอยู่บนชั้นอิเล็กตรอนชั้นแรกใกล้กับนิวเคลียสมากที่สุด และชั้นที่สามก่อตัวเป็นชั้นที่สอง ชั้นอิเล็กทรอนิกส์ด้านนอกชั้นอิเล็กตรอนชั้นที่สองปรากฏในอะตอมลิเธียม อิเล็กตรอนที่อยู่บนนั้นอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากกว่าและมีพันธะกับนิวเคลียสอ่อนกว่าอีกสองตัว

ค้นหาสัญลักษณ์ทางเคมีของลิเธียมในตารางธาตุ จากลิเธียมถึงนีออน ประจุของนิวเคลียสของอะตอมจะเพิ่มขึ้นตามธรรมชาติ ชั้นอิเล็กทรอนิกส์ที่สองจะค่อยๆเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนและเมื่อจำนวนอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นคุณสมบัติโลหะขององค์ประกอบจะค่อยๆอ่อนลงและถูกแทนที่ด้วยการเพิ่มที่ไม่ใช่โลหะ

ฟลูออรีนเป็นโลหะที่ไม่ใช่โลหะที่มีฤทธิ์มากที่สุด โดยประจุของนิวเคลียสคือ +9 อะตอมของฟลูออรีนมีชั้นอิเล็กตรอน 2 ชั้นที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอน 2 และ 7 ตัว ฟลูออรีนตามมาด้วยนีออน

คุณสมบัติของธาตุฟลูออรีนและนีออนแตกต่างกันอย่างมาก นีออนมีความเฉื่อยและไม่ก่อให้เกิดสารประกอบเช่นเดียวกับฮีเลียม นี่หมายถึงชั้นอิเล็กตรอนชั้นที่สอง ที่มีอิเล็กตรอน 8 ตัว ถือว่าสมบูรณ์:อิเล็กตรอนก่อตัวเป็นระบบที่เสถียร ทำให้เกิดความเฉื่อยของอะตอม

หากเป็นเช่นนั้น องค์ประกอบถัดไปซึ่งอะตอมควรจะแตกต่างจากอะตอมนีออนด้วยโปรตอนเพิ่มเติมในนิวเคลียสและอิเล็กตรอนจะมีชั้นอิเล็กตรอนสามชั้น อะตอมของธาตุนี้จะมีชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอกชั้นที่สามซึ่งมีอิเล็กตรอนอยู่หนึ่งตัว ธาตุนี้จะมีคุณสมบัติแตกต่างอย่างมากจากนีออน จะต้องเป็นโลหะที่มีฤทธิ์ เช่น ลิเธียม และมีค่าวาเลนซีเท่ากับ 1 ในสารประกอบ

ธาตุโซเดียมตรงกับคำอธิบายนี้ จะเปิดช่วงที่สาม โซเดียมเป็นโลหะอัลคาไลซึ่งมีฤทธิ์มากกว่าลิเธียมด้วยซ้ำ ซึ่งหมายความว่าสมมติฐานของเราถูกต้อง อิเล็กตรอนเดี่ยวในชั้นอิเล็กตรอนด้านนอกของอะตอมโซเดียมอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากกว่าอิเล็กตรอนด้านนอกของลิเธียม และด้วยเหตุนี้จึงมีการจับกับนิวเคลียสอย่างอ่อนยิ่งกว่า

ในชุดองค์ประกอบตั้งแต่โซเดียมถึงอาร์กอน รูปแบบที่กล่าวมาข้างต้นจะปรากฏขึ้นอีกครั้ง: จำนวนอิเล็กตรอนที่ก่อตัวเป็นชั้นอิเล็กทรอนิกส์ด้านนอกของอะตอมเพิ่มขึ้น คุณสมบัติทางโลหะของสารอย่างง่ายจากโซเดียมถึงอลูมิเนียมลดลง คุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะเพิ่มขึ้นใน เปลี่ยนจากซิลิคอนเป็นฟอสฟอรัสและซัลเฟอร์และเด่นชัดที่สุดในฮาโลเจน ในตอนท้ายของช่วงที่สามจะมีองค์ประกอบ - อาร์กอนในอะตอมซึ่งมีชั้นนอกแปดอิเล็กตรอนที่สมบูรณ์ เมื่อย้ายจากคลอรีนไปเป็นอาร์กอนคุณสมบัติของอะตอมขององค์ประกอบจะเปลี่ยนไปอย่างรวดเร็วและด้วยคุณสมบัติของสารและสารประกอบที่เรียบง่ายขององค์ประกอบนี้ เป็นที่ทราบกันว่าอาร์กอนเป็นก๊าซเฉื่อย ไม่รวมกับสารอื่นๆ

คุณสมบัติยังเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเมื่อย้ายจากอาร์กอนซึ่งเป็นองค์ประกอบสุดท้ายของคาบที่สามไปเป็นโพแทสเซียมองค์ประกอบแรกของคาบที่สี่ โพแทสเซียมเป็นโลหะอัลคาไลและมีฤทธิ์ทางเคมีสูง

ดังนั้น, การเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาณ ในองค์ประกอบของอะตอม (จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสและอิเล็กตรอนในชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอก) เกี่ยวข้องกับคุณภาพ (คุณสมบัติของสารและสารประกอบเชิงเดี่ยวที่เกิดจากองค์ประกอบทางเคมี)

การจัดระบบความรู้

1. ในเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม อิเล็กตรอนจะถูกจัดเรียงเป็นชั้นๆ ชั้นแรกจากนิวเคลียสจะเสร็จสมบูรณ์เมื่อมีอิเล็กตรอน 2 ตัว ชั้นที่สองที่สมบูรณ์ประกอบด้วยอิเล็กตรอน 8 ตัว

2. จำนวนชั้นอิเล็กตรอนในอะตอมเกิดขึ้นพร้อมกับจำนวนคาบที่องค์ประกอบทางเคมีตั้งอยู่

3. เปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมขององค์ประกอบต่อมาแต่ละองค์ประกอบในตารางธาตุจะทำซ้ำโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนขององค์ประกอบก่อนหน้า แต่จะแตกต่างจากอิเล็กตรอนหนึ่งตัว

สิ่งที่คุณได้ศึกษาก็เพียงพอที่จะสรุปเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างของอะตอมกับคุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีเพื่อทำความเข้าใจสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติความเหมือนและความแตกต่างเป็นระยะ กำหนดข้อสรุปเหล่านี้

1. คุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีซึ่งจัดเรียงตามการเพิ่มขึ้นของประจุนิวเคลียสของอะตอมจะเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ ๆ เนื่องจาก โครงสร้างที่คล้ายกันของชั้นอิเล็กทรอนิกส์ด้านนอกของอะตอมจะถูกทำซ้ำเป็นระยะ.

2. การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติขององค์ประกอบอย่างราบรื่นภายในระยะเวลาหนึ่งนั้นเกิดจากการเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปของจำนวนอิเล็กตรอนในชั้นนอกของอะตอม

3. ความสมบูรณ์ของชั้นอิเล็กตรอนด้านนอกของอะตอมทำให้คุณสมบัติเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเปลี่ยนจากฮาโลเจนไปเป็นก๊าซเฉื่อย การปรากฏตัวของชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอกใหม่ในอะตอมเป็นสาเหตุของคุณสมบัติที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในระหว่างการเปลี่ยนจากก๊าซเฉื่อยไปเป็นโลหะอัลคาไล

4. คุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีที่อยู่ในตระกูลเดียวกันจะคล้ายกันเนื่องจากชั้นอิเล็กตรอนด้านนอกของอะตอมมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน

1.5. ความเป็นไปได้ของเวเลนซ์ของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี

โครงสร้างของระดับพลังงานภายนอกของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีส่วนใหญ่จะกำหนดคุณสมบัติของอะตอมของมัน ดังนั้นระดับเหล่านี้จึงเรียกว่า ความจุ อิเล็กตรอนในระดับเหล่านี้และบางครั้งเป็นระดับก่อนภายนอกสามารถมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมีได้ อิเล็กตรอนเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่า ความจุ

ความจุของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีนั้นถูกกำหนดโดยจำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ซึ่งมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมีเป็นหลัก .

วาเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักตั้งอยู่บน ส- และ p-orbitals ของชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอก สำหรับองค์ประกอบของกลุ่มย่อยด้านข้าง ยกเว้นแลนทาไนด์และแอกติไนด์ เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะอยู่ที่ s-orbital ของด้านนอกและ d-orbitals ของชั้นก่อนด้านนอก

เพื่อที่จะประเมินความสามารถของความจุของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีได้อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องพิจารณาการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในพวกมันตามระดับพลังงานและระดับย่อย และกำหนดจำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ตามหลักการของ Pauli และกฎของ Hund สำหรับสิ่งที่ไม่ตื่นเต้น ( พื้นดินหรือนิ่ง) สถานะของอะตอมและสำหรับความตื่นเต้น (จากนั้นที่ได้รับพลังงานเพิ่มเติม ซึ่งเป็นผลมาจากการที่อิเล็กตรอนของชั้นนอกถูกจับคู่และถ่ายโอนไปยังออร์บิทัลอิสระ) อะตอมที่อยู่ในสถานะตื่นเต้นถูกกำหนดโดยสัญลักษณ์องค์ประกอบที่สอดคล้องกันพร้อมเครื่องหมายดอกจัน

https://pandia.ru/text/80/139/images/image003_118.gif" height="757"> ตัวอย่างเช่น,ลองพิจารณาความเป็นไปได้ของวาเลนซ์ของอะตอมฟอสฟอรัสในสภาวะนิ่งและสถานะตื่นเต้น:

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

พลังงานที่ใช้ไปกับการกระตุ้นอะตอมของคาร์บอนนั้นมากกว่าการชดเชยด้วยพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์เพิ่มเติมอีกสองตัว ดังนั้น ในการถ่ายโอนอะตอมของคาร์บอนจากสถานะนิ่ง 2s22p2 ไปยังสถานะตื่นเต้น - 2s12p3 จำเป็นต้องใช้พลังงานประมาณ 400 kJ/mol แต่เมื่อเกิดพันธะ C-H ในไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว 360 kJ/mol จะถูกปล่อยออกมา ดังนั้น เมื่อพันธะ C-H สองโมลเกิดขึ้น จะมีการปล่อยพลังงานออกมา 720 กิโลจูล ซึ่งเกินกว่าพลังงานในการถ่ายโอนอะตอมของคาร์บอนไปสู่สถานะตื่นเต้นได้ 320 กิโลจูล/โมล

โดยสรุป ควรสังเกตว่าความสามารถความจุของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีนั้นยังห่างไกลจากการถูกจำกัดอยู่เพียงจำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ในสถานะนิ่งและตื่นเต้นของอะตอม หากคุณจำกลไกของผู้บริจาคและผู้รับสำหรับการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ความเป็นไปได้อีกสองประการของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีจะชัดเจนสำหรับคุณซึ่งจะถูกกำหนดโดยการมีอยู่ของวงโคจรอิสระและการมีอยู่ของคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวที่สามารถให้ พันธะเคมีโควาเลนต์ผ่านกลไกผู้บริจาคและผู้รับ จำการก่อตัวของแอมโมเนียมไอออน NH4+ (เราจะพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการนำความเป็นไปได้ของความจุเหล่านี้ไปใช้โดยอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี เมื่อศึกษาพันธะเคมี)

เรามาสรุปโดยทั่วไปกัน

ความสามารถของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีถูกกำหนดโดย: 1) จำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ (ออร์บิทัลหนึ่งอิเล็กตรอน) 2) การปรากฏตัวของวงโคจรอิสระ; 3) การมีอยู่ของอิเล็กตรอนคู่เดียว

องค์ประกอบของอะตอม

อะตอมประกอบด้วย นิวเคลียสของอะตอมและ เปลือกอิเล็กตรอน.

นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอน ( พี+) และนิวตรอน ( n 0) อะตอมไฮโดรเจนส่วนใหญ่มีนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนหนึ่งตัว

จำนวนโปรตอน เอ็น(พี+) เท่ากับประจุนิวเคลียร์ ( ซี) และเลขลำดับของธาตุในชุดธาตุธรรมชาติ (และในตารางธาตุ)

เอ็น(พี +) = ซี

ผลรวมของนิวตรอน เอ็น(n 0) เขียนแทนด้วยตัวอักษร เอ็นและจำนวนโปรตอน ซีเรียกว่า เลขมวลและถูกกำหนดโดยจดหมาย ก.

ก = ซี + เอ็น

เปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่รอบนิวเคลียส ( จ -).

จำนวนอิเล็กตรอน เอ็น(จ-) ในเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมที่เป็นกลางจะเท่ากับจำนวนโปรตอน ซีที่แกนกลางของมัน

มวลของโปรตอนมีค่าประมาณเท่ากับมวลของนิวตรอนและ 1,840 เท่าของมวลอิเล็กตรอน ดังนั้นมวลของอะตอมจึงเกือบเท่ากับมวลของนิวเคลียส

รูปร่างของอะตอมเป็นทรงกลม รัศมีของนิวเคลียสมีขนาดเล็กกว่ารัศมีของอะตอมประมาณ 100,000 เท่า

องค์ประกอบทางเคมี- ประเภทของอะตอม (กลุ่มอะตอม) ที่มีประจุนิวเคลียร์เท่ากัน (โดยมีจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเท่ากัน)

ไอโซโทป- กลุ่มของอะตอมของธาตุเดียวกันโดยมีจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสเท่ากัน (หรืออะตอมชนิดหนึ่งที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากันและจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสเท่ากัน)

ไอโซโทปที่แตกต่างกันมีความแตกต่างกันในเรื่องจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอม

การกำหนดอะตอมหรือไอโซโทปแต่ละรายการ: (สัญลักษณ์องค์ประกอบ E) ตัวอย่างเช่น: .

โครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม

วงโคจรของอะตอม- สถานะของอิเล็กตรอนในอะตอม สัญลักษณ์ของวงโคจรคือ แต่ละวงโคจรมีเมฆอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกัน

วงโคจรของอะตอมจริงในสถานะพื้นดิน (ไม่ตื่นเต้น) มีสี่ประเภท: ส, พี, งและ ฉ.

คลาวด์อิเล็กทรอนิกส์- ส่วนของปริภูมิที่สามารถพบอิเล็กตรอนได้ด้วยความน่าจะเป็น 90 (หรือมากกว่า) เปอร์เซ็นต์

บันทึก: บางครั้งแนวคิดของ "การโคจรของอะตอม" และ "เมฆอิเล็กตรอน" ไม่สามารถแยกความแตกต่างได้ เรียกทั้งสอง "การโคจรของอะตอม"

เปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมมีชั้นต่างๆ ชั้นอิเล็กทรอนิกส์เกิดจากเมฆอิเล็กตรอนที่มีขนาดเท่ากัน วงโคจรของชั้นเดียวก่อตัวขึ้น ระดับอิเล็กทรอนิกส์ ("พลังงาน")พลังงานของพวกมันเท่ากันสำหรับอะตอมไฮโดรเจน แต่ต่างกันสำหรับอะตอมอื่น

ออร์บิทัลประเภทเดียวกันจะถูกจัดกลุ่มเป็น อิเล็กทรอนิกส์ (พลังงาน)ระดับย่อย:
ส-ระดับย่อย (ประกอบด้วยหนึ่ง ส-ออร์บิทัล) สัญลักษณ์ - .
พี-ระดับย่อย (ประกอบด้วยสาม พี
ง-ระดับย่อย (ประกอบด้วยห้า ง-ออร์บิทัล) สัญลักษณ์ - .
ฉ-ระดับย่อย (ประกอบด้วยเจ็ด ฉ-ออร์บิทัล) สัญลักษณ์ - .

พลังงานของออร์บิทัลในระดับย่อยเดียวกันจะเท่ากัน

เมื่อกำหนดระดับย่อย จำนวนเลเยอร์ (ระดับอิเล็กทรอนิกส์) จะถูกเพิ่มเข้าไปในสัญลักษณ์ระดับย่อย เช่น: 2 ส, 3พี, 5งวิธี ส-ระดับย่อยของระดับที่สอง พี-ระดับย่อยของระดับที่สาม ง-ระดับย่อยของระดับที่ห้า

จำนวนระดับย่อยทั้งหมดในระดับหนึ่งจะเท่ากับจำนวนระดับ n- จำนวนออร์บิทัลทั้งหมดในระดับหนึ่งมีค่าเท่ากับ n 2. ดังนั้นจำนวนเมฆทั้งหมดในหนึ่งชั้นจึงเท่ากับ n 2 .

การกำหนด: - วงโคจรอิสระ (ไม่มีอิเล็กตรอน) - วงโคจรที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ - วงโคจรที่มีคู่อิเล็กตรอน (มีอิเล็กตรอนสองตัว)

ลำดับที่อิเล็กตรอนเต็มวงโคจรของอะตอมถูกกำหนดโดยกฎธรรมชาติสามข้อ (สูตรมีให้ในรูปแบบง่าย ๆ ):

1. หลักการของพลังงานน้อยที่สุด - อิเล็กตรอนมาเติมเต็มออร์บิทัลเพื่อเพิ่มพลังงานของออร์บิทัล

2. หลักการของเพาลี - ในวงโคจรเดียวจะมีอิเล็กตรอนเกินสองตัวไม่ได้

3. กฎของฮุนด์ - ภายในระดับย่อย อิเล็กตรอนจะเติมออร์บิทัลว่างลงไปก่อน (ทีละอัน) และหลังจากนั้นจะเกิดคู่อิเล็กตรอนเท่านั้น

จำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดในระดับอิเล็กทรอนิกส์ (หรือชั้นอิเล็กตรอน) คือ 2 n 2 .

การกระจายระดับย่อยด้วยพลังงานแสดงดังต่อไปนี้ (ตามลำดับพลังงานที่เพิ่มขึ้น):

1ส, 2ส, 2พี, 3ส, 3พี, 4ส, 3ง, 4พี, 5ส, 4ง, 5พี, 6ส, 4ฉ, 5ง, 6พี, 7ส, 5ฉ, 6ง, 7พี ...

ลำดับนี้แสดงไว้อย่างชัดเจนด้วยแผนภาพพลังงาน:

การกระจายตัวของอิเล็กตรอนของอะตอมในระดับ ระดับย่อย และออร์บิทัล (การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม) สามารถแสดงเป็นสูตรอิเล็กตรอน แผนภาพพลังงาน หรือพูดง่ายๆ ก็คือ เป็นแผนภาพของชั้นอิเล็กตรอน ("แผนภาพอิเล็กตรอน")

ตัวอย่างโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม:

วาเลนซ์อิเล็กตรอน- อิเล็กตรอนของอะตอมที่สามารถมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมีได้ สำหรับอะตอมใดๆ สิ่งเหล่านี้คืออิเล็กตรอนชั้นนอกทั้งหมดบวกกับอิเล็กตรอนก่อนชั้นนอกซึ่งมีพลังงานมากกว่าอิเล็กตรอนชั้นนอก ตัวอย่างเช่น อะตอม Ca มีอิเล็กตรอนชั้นนอก 4 ตัว ส 2 พวกเขายังเป็นวาเลนซ์; อะตอม Fe มีอิเล็กตรอนชั้นนอก 4 ตัว ส 2 แต่เขามี 3 ง 6 ดังนั้นอะตอมเหล็กจึงมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 8 ตัว สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของวาเลนซ์ของอะตอมแคลเซียมคือ 4 ส 2 และอะตอมของเหล็ก - 4 ส 2 3ง 6 .

ตารางธาตุองค์ประกอบทางเคมีโดย D. I. Mendeleev
(ระบบธรรมชาติขององค์ประกอบทางเคมี)

กฎธาตุเคมีเป็นงวด(สูตรสมัยใหม่): คุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีตลอดจนสสารที่เรียบง่ายและซับซ้อนที่เกิดขึ้นจากองค์ประกอบเหล่านี้นั้นขึ้นอยู่กับค่าของประจุของนิวเคลียสของอะตอมเป็นระยะ

ตารางธาตุ- การแสดงออกทางกราฟิกของกฎหมายเป็นระยะ

องค์ประกอบทางเคมีตามธรรมชาติ- ชุดขององค์ประกอบทางเคมีที่จัดเรียงตามจำนวนโปรตอนที่เพิ่มขึ้นในนิวเคลียสของอะตอมหรือสิ่งที่เหมือนกันตามประจุที่เพิ่มขึ้นของนิวเคลียสของอะตอมเหล่านี้ เลขอะตอมของธาตุในชุดนี้เท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอมใดๆ ของธาตุนี้

ตารางองค์ประกอบทางเคมีสร้างขึ้นโดยการ "ตัด" ชุดองค์ประกอบทางเคมีตามธรรมชาติลงไป ช่วงเวลา(แถวแนวนอนของตาราง) และการจัดกลุ่ม (คอลัมน์แนวตั้งของตาราง) ขององค์ประกอบที่มีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ที่คล้ายกันของอะตอม

ตารางอาจเป็นได้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการรวมองค์ประกอบออกเป็นกลุ่ม ระยะยาว(องค์ประกอบที่มีจำนวนและประเภทของเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากันจะถูกรวบรวมเป็นกลุ่ม) และ ระยะเวลาอันสั้น(องค์ประกอบที่มีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากันจะถูกรวบรวมเป็นกลุ่ม)

กลุ่มตารางช่วงสั้นแบ่งออกเป็นกลุ่มย่อย ( หลักและ ด้านข้าง) ตรงกับกลุ่มของตารางคาบยาว

อะตอมของธาตุทุกอะตอมในช่วงเวลาเดียวกันมีจำนวนชั้นอิเล็กตรอนเท่ากัน เท่ากับจำนวนคาบ

จำนวนองค์ประกอบในช่วงเวลา: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32 องค์ประกอบส่วนใหญ่ในช่วงที่แปดได้มาจากการประดิษฐ์ องค์ประกอบสุดท้ายของช่วงเวลานี้ยังไม่ได้ถูกสังเคราะห์ ทุกช่วงเวลายกเว้นช่วงแรกจะเริ่มต้นด้วยองค์ประกอบที่ทำให้เกิดโลหะอัลคาไล (Li, Na, K ฯลฯ) และสิ้นสุดด้วยองค์ประกอบที่ก่อให้เกิดก๊าซมีตระกูล (He, Ne, Ar, Kr ฯลฯ)

ในตารางคาบสั้นมี 8 กลุ่ม แต่ละกลุ่มแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มย่อย (หลักและรอง) ในตารางคาบยาวมี 16 กลุ่ม ซึ่งมีตัวเลขเป็นเลขโรมันพร้อมตัวอักษร A หรือ B สำหรับ ตัวอย่าง: IA, IIIB, VIA, VIIB กลุ่ม IA ของตารางช่วงยาวสอดคล้องกับกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มแรกของตารางช่วงสั้น กลุ่ม VIIB - กลุ่มย่อยรองของกลุ่มที่เจ็ด: ส่วนที่เหลือ - ในทำนองเดียวกัน

ลักษณะขององค์ประกอบทางเคมีเปลี่ยนแปลงไปตามธรรมชาติในกลุ่มและคาบ

ในช่วงเวลา (โดยมีหมายเลขประจำเครื่องเพิ่มขึ้น)

• ประจุนิวเคลียร์เพิ่มขึ้น
• จำนวนอิเล็กตรอนชั้นนอกเพิ่มขึ้น
• รัศมีของอะตอมลดลง
• ความแข็งแรงของพันธะระหว่างอิเล็กตรอนและนิวเคลียสเพิ่มขึ้น (พลังงานไอออไนเซชัน)
• อิเลคโตรเนกาติวีตี้เพิ่มขึ้น
• คุณสมบัติการออกซิไดซ์ของสารอย่างง่ายได้รับการปรับปรุง ("อโลหะ")
• คุณสมบัติการลดของสารธรรมดาลดลง ("ความเป็นโลหะ")
• ทำให้ลักษณะพื้นฐานของไฮดรอกไซด์และออกไซด์ที่เกี่ยวข้องอ่อนลง
• ลักษณะที่เป็นกรดของไฮดรอกไซด์และออกไซด์ที่เกี่ยวข้องจะเพิ่มขึ้น

เป็นกลุ่ม (โดยมีหมายเลขซีเรียลเพิ่มขึ้น)

• ประจุนิวเคลียร์เพิ่มขึ้น
• รัศมีของอะตอมเพิ่มขึ้น (เฉพาะในกลุ่ม A)
• ความแข็งแรงของพันธะระหว่างอิเล็กตรอนและนิวเคลียสลดลง (พลังงานไอออไนเซชันเฉพาะในกลุ่ม A)
• อิเลคโตรเนกาติวีตี้ลดลง (เฉพาะในกลุ่ม A)
• คุณสมบัติการออกซิไดซ์ของสารธรรมดาอ่อนลง ("อโลหะ" เฉพาะในกลุ่ม A)
• คุณสมบัติการลดของสารธรรมดาได้รับการปรับปรุง ("ความเป็นโลหะ" เฉพาะในกลุ่ม A)
• ลักษณะพื้นฐานของไฮดรอกไซด์และออกไซด์ที่เกี่ยวข้องเพิ่มขึ้น (เฉพาะในกลุ่ม A)
• ทำให้ลักษณะที่เป็นกรดของไฮดรอกไซด์และออกไซด์ที่เกี่ยวข้องอ่อนลง (เฉพาะในกลุ่ม A)
• ความเสถียรของสารประกอบไฮโดรเจนลดลง (กิจกรรมการรีดิวซ์เพิ่มขึ้นเฉพาะในกลุ่ม A)

งานและการทดสอบในหัวข้อ "หัวข้อที่ 9" โครงสร้างของอะตอม กฎหมายเป็นระยะและระบบธาตุขององค์ประกอบทางเคมีโดย D. I. Mendeleev (PSHE) ""

• กฎหมายเป็นระยะ - กฎธาตุและโครงสร้างของอะตอมเกรด 8–9
  คุณต้องรู้: กฎของการเติมออร์บิทัลด้วยอิเล็กตรอน (หลักการของพลังงานน้อยที่สุด, หลักการของเพาลี, กฎของฮุนด์), โครงสร้างของตารางธาตุ

  คุณต้องสามารถ: กำหนดองค์ประกอบของอะตอมตามตำแหน่งของธาตุในตารางธาตุ และในทางกลับกัน ค้นหาธาตุในระบบธาตุ โดยรู้องค์ประกอบของธาตุนั้น แสดงถึงแผนภาพโครงสร้าง การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม ไอออน และในทางกลับกัน กำหนดตำแหน่งขององค์ประกอบทางเคมีใน PSCE จากแผนภาพและการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ ระบุลักษณะองค์ประกอบและสารที่เกิดขึ้นตามตำแหน่งใน PSCE กำหนดการเปลี่ยนแปลงในรัศมีของอะตอม คุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมี และสารที่เกิดขึ้นภายในคาบเดียวและกลุ่มย่อยหลักหนึ่งกลุ่มของระบบธาตุ

  ตัวอย่างที่ 1กำหนดจำนวนออร์บิทัลในระดับอิเล็กตรอนที่สาม วงโคจรเหล่านี้คืออะไร?
  เพื่อกำหนดจำนวนออร์บิทัล เราใช้สูตร เอ็นออร์บิทัล = n 2 ที่ไหน n- หมายเลขระดับ เอ็นออร์บิทัล = 3 2 = 9 หนึ่ง 3 ส- สาม 3 พี- และห้า 3 ง-ออร์บิทัล

  ตัวอย่างที่ 2พิจารณาว่าอะตอมของธาตุใดมีสูตรอิเล็กทรอนิกส์ 1 ส 2 2ส 2 2พี 6 3ส 2 3พี 1 .
  ในการพิจารณาว่าเป็นธาตุใด คุณจำเป็นต้องค้นหาเลขอะตอมของมัน ซึ่งเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดของอะตอม ในกรณีนี้: 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13 นี่คืออะลูมิเนียม

  หลังจากแน่ใจว่าทุกสิ่งที่คุณต้องการได้เรียนรู้แล้ว ให้ดำเนินการงานให้เสร็จสิ้น เราหวังว่าคุณจะประสบความสำเร็จ

  
  การอ่านที่แนะนำ:
  • O. S. Gabrielyan และคนอื่น ๆ เคมีชั้นประถมศึกษาปีที่ 11 ม., อีแร้ง, 2545;
  • G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. เคมีเกรด 11 ม., การศึกษา, 2544.

งานห้องปฏิบัติการ

แบบฝึกหัดภาคปฏิบัติ

งานในห้องเรียนอิสระ

การบ้านอิสระ (คำนวณมาตรฐาน)

การควบคุม (การป้องกัน การสัมมนา การทดสอบ การสอบ)

หนังสือเรียนและแบบฝึกหัด

เอ็น.วี.โคโรวิน เคมีทั่วไป

หลักสูตรเคมีทั่วไป ทฤษฎีและปัญหา (เรียบเรียงโดย N.V. Korovin, B.I. Adamson)

N.V. Korovin และคนอื่น ๆ งานห้องปฏิบัติการทางเคมี

กำหนดการ

อิเล็กโทรไลต์

เทียบเท่าเคมี

ไฮโดรไลซิส, พีอาร์

แบบฟอร์มไฟฟ้า-

13(2 )

GE, อิเล็กโทรลิซิส,

27(13,16)

14(2 )

การกัดกร่อน

ตัวเลขควอนตัม

17(2 )

18(2 )

พันธะเคมี

คอมเพล็กซ์

อุณหพลศาสตร์

จลนศาสตร์

6(2,3 )

สมดุล

เคมีเบื้องต้น

เคมีที่สถาบันพลังงานเป็นสาขาวิชาทฤษฎีพื้นฐานทั่วไป

เคมีเป็นวิทยาศาสตร์ธรรมชาติที่ศึกษาองค์ประกอบ โครงสร้าง คุณสมบัติ และการเปลี่ยนแปลงของสสาร ตลอดจนปรากฏการณ์ที่มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้

	เอ็ม.วี. โลโมโนซอฟ						ดี.ไอ. เมนเดเลเยฟ
	"เคมี
							“ความรู้พื้นฐานทางเคมี” 2414
	กำลังพิจารณา		คุณสมบัติ
							ช.) – “เคมี –
	การเปลี่ยนแปลง
							หลักคำสอนขององค์ประกอบและ
	อธิบาย
							การเชื่อมต่อของพวกเขา”
				เคมี

การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น”

“ยุคทองของเคมี” (ปลายศตวรรษที่ 19 ต้นศตวรรษที่ 20)

กฎหมายเป็นระยะของ D.I.Mendeleev (2439)

แนวคิดเรื่องความจุที่แนะนำโดย E. Frankland (1853)

ทฤษฎีโครงสร้างของสารประกอบอินทรีย์โดย A.M. Butlerov (2404-2406)

ก. ทฤษฎีสารประกอบเชิงซ้อนของเวอร์เนอร์

กฎแห่งการกระทำโดย M. Gultberg และ L. Waage

อุณหเคมีที่พัฒนาโดย G.I

ทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้าโดย S. Arrhenius

หลักการสมดุลการเคลื่อนที่ โดย A. Le Chatelier

กฎเฟสของเจ.ดับบลิว.กิ๊บส์

ทฤษฎีโครงสร้างที่ซับซ้อนของอะตอมของ Bohr-Sommerfeld (1913-1916)

ความสำคัญของขั้นตอนการพัฒนาเคมีในปัจจุบัน

การทำความเข้าใจกฎเคมีและการประยุกต์ช่วยให้คุณสร้างกระบวนการ เครื่องจักร การติดตั้ง และอุปกรณ์ใหม่ๆ ได้

การได้รับไฟฟ้า เชื้อเพลิง โลหะ วัสดุต่างๆ อาหาร ฯลฯ เกี่ยวข้องโดยตรงกับปฏิกิริยาเคมี ตัวอย่างเช่น พลังงานไฟฟ้าและพลังงานกลในปัจจุบันส่วนใหญ่ได้รับจากการแปลงพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงธรรมชาติ (ปฏิกิริยาการเผาไหม้ ปฏิกิริยาของน้ำและสิ่งสกปรกกับโลหะ ฯลฯ) หากไม่เข้าใจกระบวนการเหล่านี้ ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะรับประกันการทำงานที่มีประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าและเครื่องยนต์สันดาปภายใน

ความรู้ด้านเคมีจำเป็นสำหรับ:

- การก่อตัวของโลกทัศน์ทางวิทยาศาสตร์

- เพื่อพัฒนาการคิดเชิงจินตนาการ

- การเติบโตอย่างสร้างสรรค์ของผู้เชี่ยวชาญในอนาคต

ขั้นตอนการพัฒนาเคมีในปัจจุบันมีลักษณะเฉพาะคือมีการใช้กลศาสตร์ควอนตัม (คลื่น) อย่างแพร่หลายในการตีความและคำนวณพารามิเตอร์ทางเคมีของสารและระบบของสาร และขึ้นอยู่กับแบบจำลองเชิงกลควอนตัมของโครงสร้างของอะตอม

อะตอมเป็นระบบไมโครแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อนซึ่งมีคุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมี

โครงสร้างอะตอม

ไอโซโทปคืออะตอมหลายชนิดที่มีสารเคมีชนิดเดียวกัน

ธาตุที่มีเลขอะตอมเท่ากันแต่เลขอะตอมต่างกัน

นาย (Cl) = 35*0.7543 + 37*0.2457 = 35.491

หลักการพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม

กลศาสตร์ควอนตัม- พฤติกรรมการเคลื่อนที่ของวัตถุขนาดเล็ก (รวมถึงอิเล็กตรอนด้วย) – นี่คือ

การสำแดงคุณสมบัติของอนุภาคและคุณสมบัติของคลื่นพร้อมกัน - ธรรมชาติแบบคู่ (คลื่นคอร์ปัส)

การหาปริมาณพลังงาน:มักซ์ พลังค์ (1900, เยอรมนี) –

สารจะปล่อยและดูดซับพลังงานในส่วนที่ไม่ต่อเนื่อง (ควอนตัม) พลังงานควอนตัมเป็นสัดส่วนกับความถี่ของการแผ่รังสี (การสั่น) ν:

h – ค่าคงที่ของพลังค์ (6.626·10-34 J·s); ν=с/แล, с – ความเร็วแสง, แลมบ์ – ความยาวคลื่น

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (1905): การแผ่รังสีใดๆ ก็คือการไหลของพลังงานควอนตัม (โฟตอน) E = m v 2

หลุยส์ เดอ บรอกลี (1924, ฝรั่งเศส): อิเล็กตรอนก็มีลักษณะเฉพาะเช่นกันคลื่นอนุภาคความเป็นคู่ - รังสีแพร่กระจายเป็นคลื่นและประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็ก (โฟตอน)

		อนุภาค – ม.		mv , E = mv 2
	คลื่น - ,			จ 2 = ชั่วโมง = ชั่วโมง /
	ความยาวคลื่นที่เชื่อมโยงกับมวลและความเร็ว:
		อี1 = อี2;		เอช/เอ็มวี
	ความไม่แน่นอน			แวร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก (1927,
เยอรมนี)		งาน	ความไม่แน่นอน		บทบัญญัติ
(พิกัด)		อนุภาค x และ	แรงกระตุ้น (mv) ไม่ใช่		อาจจะ

น้อยกว่าชั่วโมง/2

x (mv) h/2 (- ข้อผิดพลาด ความไม่แน่นอน) เช่น ตำแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาคโดยพื้นฐานแล้วเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุเมื่อใดก็ได้ด้วยความแม่นยำสูงสุด

เมฆอิเล็กตรอน วงโคจรของอะตอม (AO)

ที่. ตำแหน่งที่แน่นอนของอนุภาค (อิเล็กตรอน) จะถูกแทนที่ด้วยแนวคิดของความน่าจะเป็นทางสถิติในการค้นหามันในพื้นที่ปริมาตรหนึ่ง (ใกล้นิวเคลียร์)

การเคลื่อนที่ของ e- มีลักษณะเป็นคลื่นและมีอธิบายไว้

2 dv - ความหนาแน่นของความน่าจะเป็นในการค้นหา e- ในปริมาตรหนึ่งใกล้พื้นที่นิวเคลียร์ พื้นที่นี้เรียกว่า วงโคจรของอะตอม (AO).

ในปี พ.ศ. 2469 ชโรดิงเงอร์เสนอสมการที่อธิบายสถานะของอีในอะตอมทางคณิตศาสตร์ แก้มัน

จงหาฟังก์ชันคลื่น ในกรณีง่ายๆ มันขึ้นอยู่กับ 3 พิกัด

อิเล็กตรอนมีประจุลบ วงโคจรของมันแสดงถึงการกระจายประจุที่แน่นอนและถูกเรียกว่า เมฆอิเล็กตรอน

ตัวเลขควอนตัม

นำมาใช้เพื่อระบุลักษณะตำแหน่งของอิเล็กตรอนในอะตอมตามสมการชโรดิงเงอร์

1. เลขควอนตัมหลัก(น)

กำหนดพลังงานของอิเล็กตรอน - ระดับพลังงาน

แสดงขนาดของเมฆอิเล็กตรอน (ออร์บิทัล)

รับค่าตั้งแต่ 1 ถึง

n (หมายเลขระดับพลังงาน): 1 2 3 4 เป็นต้น

2. เลขควอนตัมวงโคจร(ฏ) :

กำหนด – โมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรของอิเล็กตรอน

แสดงให้เห็นรูปร่างของวงโคจร

รับค่าตั้งแต่ 0 ถึง (n -1)

ในเชิงกราฟิก AO แสดงด้วยเลขควอนตัมในวงโคจร: 0 1 2 3 4

ระดับย่อยของพลังงาน: s p d f g

อีเพิ่มขึ้น

ล. = 0	s –ระดับย่อย s –AO
	p- ระดับย่อย p-AO

แต่ละ n สอดคล้องกับค่าจำนวนหนึ่ง l เช่น ระดับพลังงานแต่ละระดับจะแบ่งออกเป็นระดับย่อย จำนวนระดับย่อยเท่ากับจำนวนระดับ

ระดับพลังงานที่ 1 → 1 ระดับย่อย → 1 วินาที ระดับพลังงานที่ 2 → 2 ระดับย่อย → 2s2p ระดับพลังงานที่ 3 → 3 ระดับย่อย → 3s 3p 3d

ระดับพลังงานที่ 4 → 4 ระดับย่อย → 4s 4p 4d 4f เป็นต้น

3. เลขควอนตัมแม่เหล็ก(มล.)

กำหนด - ค่าของการฉายภาพโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรของอิเล็กตรอนไปยังแกนที่เลือกโดยพลการ

แสดงการวางแนวเชิงพื้นที่ของ JSC

รับค่า – จาก –l ถึง + l

ค่าใด ๆ ของ l สอดคล้องกับค่า (2l +1) ของเลขควอนตัมแม่เหล็กเช่น (2l +1) ตำแหน่งที่เป็นไปได้ของเมฆอิเล็กตรอนประเภทที่กำหนดในอวกาศ

s - สถานะ – หนึ่งวงโคจร (2 0+1=1) - m l = 0 เพราะ ลิตร = 0

p - สถานะ – สามวงโคจร (2 1+1=3)

มล. : +1 0 -1 เพราะ ล. = 1

มล. =+1

มล. =0

มล. = -1

ออร์บิทัลทั้งหมดที่อยู่ในระดับย่อยเดียวกันจะมีพลังงานเท่ากันและเรียกว่าเสื่อมลง

สรุป: AO มีลักษณะเฉพาะด้วยชุดของ n, l, ml เช่น ขนาด รูปร่าง และทิศทางที่แน่นอนในอวกาศ

4. หมุนหมายเลขควอนตัม (มิลลิวินาที)

"หมุน" - "หมุน"

กำหนดแรงบิดเชิงกลของอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับการหมุนรอบแกนของมัน

รับค่า – (-1/2· h/2) หรือ (+1/2· h/2)

n=3

ล. = 1

มล. = -1, 0, +1

ม.ส = + 1/2

หลักการและกฎเกณฑ์

การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม

(ในรูปของสูตรการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์)

ระบุหมายเลขระดับพลังงานเป็นตัวเลข

ระดับย่อยพลังงานระบุด้วยตัวอักษร (s, p, d, f)

เลขชี้กำลังระดับย่อยหมายถึงตัวเลข

อิเล็กตรอนในระดับย่อยนี้

19 เค 1s2 2s2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

ขั้นต่ำ

อิเล็กตรอนในอะตอมมีสถานะพลังงานต่ำสุดซึ่งสอดคล้องกับสถานะที่เสถียรที่สุด

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

เพิ่ม E

เคลชคอฟสกี้

อิเล็กตรอนถูกวางตามลำดับในออร์บิทัลโดยมีการเพิ่มผลรวมของจำนวนควอนตัมหลักและออร์บิทัล (n+l) ที่ค่าเดียวกันของผลรวมนี้ วงโคจรที่มีค่าน้อยกว่าของหมายเลขควอนตัมหลัก n จะถูกกรอกก่อนหน้านี้

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