Cơ cấu điện tử f. Cấu trúc của lớp vỏ electron của nguyên tử

Hóa chất là những thứ tạo nên thế giới xung quanh chúng ta.

Tính chất của mỗi chất hóa học được chia thành hai loại: đây là tính chất hóa học đặc trưng cho khả năng tạo thành chất khác của nó, và tính chất vật lý, được quan sát một cách khách quan và có thể được xem xét một cách riêng biệt. biến đổi hóa học. Ví dụ, các tính chất vật lý của một chất là trạng thái tổng hợp(rắn, lỏng hoặc khí), dẫn nhiệt, nhiệt dung, hòa tan trong môi trường khác nhau(nước, rượu, v.v.), mật độ, màu sắc, mùi vị, v.v.

Sự biến đổi của một số chất hóa học thành các chất khác gọi là hiện tượng hoá học hay phản ứng hoá học. Cần lưu ý rằng cũng có những hiện tượng vật lý, rõ ràng là đi kèm với sự thay đổi một số tính chất vật lý chất mà không bị chuyển hóa thành chất khác. Đến hiện tượng vật lý, ví dụ, bao gồm sự tan chảy của băng, sự đóng băng hoặc bay hơi của nước, v.v.

Về thực tế là trong quá trình của bất kỳ quá trình nào có hiện tượng hóa học, chúng ta có thể kết luận bằng cách quan sát đặc trưng phản ứng hoá học chẳng hạn như sự thay đổi màu sắc, lượng mưa, sự phát triển khí, sự phát triển nhiệt và / hoặc ánh sáng.

Vì vậy, ví dụ, có thể đưa ra kết luận về quá trình phản ứng hóa học bằng cách quan sát:

Sự hình thành cặn khi đun sôi nước, được gọi là cặn trong cuộc sống hàng ngày;

Sự tỏa nhiệt và ánh sáng trong quá trình đốt cháy;

Thay đổi màu sắc của một lát táo tươi trong không khí;

Sự hình thành các bọt khí trong quá trình lên men của bột nhào, v.v.

Những phần tử nhỏ nhất của vật chất mà trong quá trình phản ứng hóa học thực tế không trải qua những biến đổi mà chỉ liên kết với nhau theo một cách mới được gọi là nguyên tử.

Chính ý tưởng về sự tồn tại của những đơn vị vật chất như vậy đã nảy sinh trong Hy Lạp cổ đại trong tâm trí của các triết gia cổ đại, điều này thực sự giải thích nguồn gốc của thuật ngữ "nguyên tử", vì "nguyên tử" được dịch theo nghĩa đen từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là "không thể phân chia".

Tuy nhiên, trái với ý tưởng của các nhà triết học Hy Lạp cổ đại, nguyên tử không phải là tối thiểu tuyệt đối của vật chất, tức là chúng có cấu trúc phức tạp.

Mỗi nguyên tử bao gồm cái gọi là các hạt hạ nguyên tử - proton, neutron và electron, được ký hiệu tương ứng bằng các ký hiệu p +, n o và e -. Ký hiệu trên trong ký hiệu được sử dụng chỉ ra rằng proton có đơn vị nguồn điện dương, electron là độc thân điện tích âm, và nơtron không có điện tích.

Về cấu tạo định tính của nguyên tử, mỗi nguyên tử có tất cả các proton và neutron tập trung trong cái gọi là hạt nhân, xung quanh các electron tạo thành một lớp vỏ electron.

Thực tế, proton và neutron có cùng khối lượng, tức là m p ≈ m n, và khối lượng electron nhỏ hơn gần 2000 lần so với khối lượng của mỗi chúng, tức là m p / m e ≈ m n / m e ≈ 2000.

Vì tính chất cơ bản của nguyên tử là tính trung hòa về điện và điện tích của một electron bằng điện tích của một proton, từ đó có thể kết luận rằng số electron trong bất kỳ nguyên tử nào cũng bằng số proton.

Vì vậy, ví dụ, bảng dưới đây cho thấy thành phần có thể có của các nguyên tử:

Loại nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân, tức là với Cùng một số proton trong hạt nhân của chúng được gọi là một nguyên tố hóa học. Như vậy, từ bảng trên, chúng ta có thể kết luận rằng nguyên tử1 và nguyên tử2 thuộc về một nguyên tố hóa học, còn nguyên tử3 và nguyên tử4 thuộc về nguyên tố hóa học khác.

Mỗi nguyên tố hóa học có tên riêng và ký hiệu riêng, được đọc theo một cách nhất định. Vì vậy, ví dụ, nguyên tố hóa học đơn giản nhất, các nguyên tử chỉ chứa một proton trong hạt nhân, có tên là "hydro" và được ký hiệu bằng ký hiệu "H", được đọc là "tro", và nguyên tố hóa học với điện tích hạt nhân +7 (tức là chứa 7 proton) - "nitơ", có ký hiệu "N", được đọc là "en".

Như bạn có thể thấy từ bảng trên, các nguyên tử của một nguyên tố hóa học có thể khác nhau về số nơtron trong các hạt nhân.

Các nguyên tử thuộc cùng một nguyên tố hóa học, nhưng có số tiền khác nhau neutron và hệ quả là khối lượng được gọi là đồng vị.

Vì vậy, ví dụ, nguyên tố hóa học hydro có ba đồng vị - 1 H, 2 H và 3 H. Các chỉ số 1, 2 và 3 phía trên ký hiệu H có nghĩa là tổng số nơtron và proton. Những thứ kia. khi biết rằng hiđrô là một nguyên tố hóa học, có đặc điểm là có một proton trong hạt nhân của các nguyên tử của nó, chúng ta có thể kết luận rằng không có nơtron nào trong đồng vị 1 H (1-1 = 0), trong đồng vị 2 H - 1 nơtron (2-1 = 1) và đồng vị 3 H - hai nơtron (3-1 = 2). Như đã đề cập, một nơtron và một proton có cùng khối lượng và khối lượng của một êlectron không đáng kể so với chúng, điều này có nghĩa là đồng vị 2 H nặng gần gấp đôi đồng vị 1 H và 3 H. đồng vị thậm chí còn nặng gấp ba lần. Liên quan đến sự lan truyền lớn như vậy trong khối lượng của các đồng vị hydro, các đồng vị 2 H và 3 H thậm chí còn được đặt tên và ký hiệu riêng biệt, không đặc trưng cho bất kỳ nguyên tố hóa học nào khác. Đồng vị 2 H được đặt tên là đơteri và ký hiệu D, đồng vị 3 H được đặt tên là triti và ký hiệu T.

Nếu chúng ta coi khối lượng của proton và neutron là thống nhất, và bỏ qua khối lượng của electron, trên thực tế, chỉ số phía trên bên trái, ngoài tổng số proton và neutron trong một nguyên tử, có thể được coi là khối lượng của nó, và do đó chỉ số này được gọi là số khối và được ký hiệu là A. Vì các proton chịu trách nhiệm về điện tích của hạt nhân nguyên tử bất kỳ và điện tích của mỗi proton có điều kiện là +1, nên số proton trong hạt nhân được gọi là số điện tích (Z ). Ký hiệu số nơtron trong nguyên tử bằng chữ N, về mặt toán học, mối quan hệ giữa số khối, số điện tích và số nơtron có thể được biểu thị như sau:

Dựa theo ý tưởng hiện đại, electron có bản chất kép (sóng hạt). Nó có các đặc tính của cả hạt và sóng. Giống như một hạt, một điện tử có khối lượng và điện tích, nhưng đồng thời, dòng chuyển động của các điện tử, giống như một làn sóng, được đặc trưng bởi khả năng nhiễu xạ.

Để mô tả trạng thái của một electron trong nguyên tử, các biểu diễn được sử dụng cơ lượng tử, theo đó electron không có quỹ đạo chuyển động cụ thể và có thể nằm ở bất kỳ điểm nào trong không gian, nhưng với các xác suất khác nhau.

Vùng không gian xung quanh hạt nhân nơi có nhiều khả năng tìm thấy electron nhất được gọi là quỹ đạo nguyên tử.

Một quỹ đạo nguyên tử có thể có hình thức khác nhau, kích thước và hướng. Một quỹ đạo nguyên tử còn được gọi là đám mây electron.

Về mặt hình ảnh, một quỹ đạo nguyên tử thường được biểu thị là một ô vuông:

Cơ học lượng tử có một bộ máy toán học, vì vậy trong khóa học ở trường hóa học, chỉ xem xét các hệ quả của lý thuyết cơ lượng tử.

Theo những hệ quả này, bất kỳ quỹ đạo nguyên tử nào và một điện tử nằm trên nó hoàn toàn được đặc trưng bởi 4 số lượng tử.

Số lượng tử chính - n - xác định tổng năng lượng của một electron trong một quỹ đạo nhất định. Phạm vi giá trị của số lượng tử chính là tất cả số nguyên, I E. n = 1,2,3,4, 5, v.v.
Số lượng tử quỹ đạo - l - đặc trưng cho hình dạng của quỹ đạo nguyên tử và có thể nhận bất kỳ giá trị nguyên nào từ 0 đến n-1, trong đó n, gọi lại, là số lượng tử chính.

Các quỹ đạo có l = 0 được gọi là S-ghi nợ. obitan s là hình cầu và không có hướng trong không gian:

Các quỹ đạo có l = 1 được gọi là P-ghi nợ. Các quỹ đạo này có hình dạng ba chiều hình số tám, tức là hình dạng thu được bằng cách quay hình số tám quanh trục đối xứng và bề ngoài giống một quả tạ:

Các quỹ đạo có l = 2 được gọi là d-ghi nợ, và với l = 3 - f-ghi nợ. Cấu trúc của chúng phức tạp hơn nhiều.

3) Số lượng tử từ - m l - xác định hướng không gian của một quỹ đạo nguyên tử cụ thể và biểu thị phép chiếu động lượng quỹ đạođộng lượng mỗi hướng từ trường. Số lượng tử từ m l tương ứng với hướng của quỹ đạo so với hướng của vectơ cường độ từ trường ngoài và có thể nhận bất kỳ giá trị nguyên nào từ –l đến + l, bao gồm 0, tức là. toàn bộ giá trị có thể là (2l + 1). Vì vậy, ví dụ, với l = 0 m l = 0 (một giá trị), với l = 1 m l = -1, 0, +1 (ba giá trị), với l = 2 m l = -2, -1, 0, + 1, +2 (năm giá trị của số lượng tử từ tính), v.v.

Vì vậy, ví dụ, các obitan p, tức là các obitan có số lượng tử quỹ đạo l = 1, có hình dạng “hình tám ba chiều”, tương ứng với ba giá trị của số lượng tử từ (-1, 0, +1), tương ứng với đến ba phương trong không gian vuông góc với nhau.

4) Số lượng tử spin (hay đơn giản là spin) - m s - có thể được coi là nguyên nhân dẫn đến hướng quay của một electron trong nguyên tử, nó có thể nhận các giá trị. Các electron có spin khác nhau được biểu thị bằng các mũi tên thẳng đứng trỏ vào các mặt khác nhau: ↓ và.

Tập hợp tất cả các obitan trong nguyên tử có cùng giá trị của số lượng tử chính được gọi là mức năng lượng hoặc vỏ điện tử. Bất kỳ tùy ý mức năng lượng với số n nào đó gồm n 2 obitan.

Tập hợp các obitan có cùng giá trị của số lượng tử chính và số lượng tử quỹ đạo là một mức phân chia lại năng lượng.

Mỗi mức năng lượng, tương ứng với số lượng tử chính n, chứa n cấp độ nhỏ lại. Đổi lại, mỗi mức phân chia lại năng lượng với số lượng tử quỹ đạo l bao gồm (2l + 1) obitan. Do đó, lớp con s bao gồm một quỹ đạo s, lớp con p - ba quỹ đạo p, lớp con d - năm quỹ đạo d và lớp con f - bảy quỹ đạo f. Vì, như đã đề cập, một quỹ đạo nguyên tử thường được ký hiệu bằng một ô vuông, thì các cấp độ s-, p-, d- và f có thể được biểu diễn bằng đồ thị như sau:

Mỗi quỹ đạo tương ứng với một bộ ba được xác định chặt chẽ riêng lẻ Số lượng tử n, l và m l.

Sự phân bố của các electron trong các obitan được gọi là cấu hình electron.

Sự lấp đầy các obitan nguyên tử bằng các electron xảy ra phù hợp với ba điều kiện:

Nguyên lý năng lượng tối thiểu: Các electron lấp đầy các obitan bắt đầu từ mức năng lượng thấp nhất. Trình tự các cấp độ lại theo thứ tự tăng dần năng lượng như sau: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;

Để giúp dễ dàng ghi nhớ trình tự điền các cấp độ điện tử này, minh họa đồ họa sau đây rất thuận tiện:

Nguyên tắc Pauli: Mỗi obitan có thể chứa nhiều nhất hai electron.

Nếu có một electron trong quỹ đạo, thì nó được gọi là chưa ghép đôi, và nếu có hai, thì chúng được gọi là một cặp electron.

Quy tắc của Hund: trạng thái ổn định nhất của nguyên tử là trạng thái mà trong một cấp độ phân chia lại, nguyên tử có số electron chưa ghép đôi tối đa có thể. Trạng thái bền nhất này của nguyên tử được gọi là trạng thái cơ bản.

Trên thực tế, điều trên có nghĩa là, ví dụ, vị trí của các electron thứ 1, thứ 2, thứ 3 và thứ 4 trên ba obitan của phân tầng p sẽ được thực hiện như sau:

Việc điền các obitan nguyên tử từ hydro, có số điện tích là 1, thành krypton (Kr) với số điện tích là 36, sẽ được thực hiện như sau:

Một biểu diễn tương tự về thứ tự lấp đầy các obitan nguyên tử được gọi là giản đồ năng lượng. Dựa trên sơ đồ điện tử của các phần tử riêng lẻ, bạn có thể viết ra cái gọi là công thức điện tử (cấu hình) của chúng. Vì vậy, ví dụ, một nguyên tố có 15 proton và kết quả là 15 electron, tức là photpho (P) sẽ có giản đồ năng lượng như sau:

Khi được dịch sang công thức điện tử, nguyên tử photpho sẽ có dạng:

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

Các chữ số có kích thước bình thường ở bên trái của biểu tượng cấp độ bán lại hiển thị số của mức năng lượng và các ký tự trên ở bên phải của biểu tượng cấp độ phân chia lại hiển thị số lượng điện tử trong cấp độ phân chia lại tương ứng.

Dưới đây là công thức điện tử của 36 nguyên tố đầu tiên của D.I. Mendeleev.

giai đoạn = Stage	Mặt hàng số	Biểu tượng	Tiêu đề	công thức điện tử
Tôi	1	H	hydro	1s 1
Tôi	2	Anh ta	helium	1s2
II	3	Li	liti	1s2 2s1
	4	Là	berili	1s2 2s2
	5	B	boron	1s 2 2s 2 2p 1
	6	C	carbon	1s 2 2s 2 2p 2
	7	N	nitơ	1s 2 2s 2 2p 3
	8	O	ôxy	1s 2 2s 2 2p 4
	9	F	flo	1s 2 2s 2 2p 5
	10	Ne	đèn neon	1s 2 2s 2 2p 6
III	11	Na	natri	1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
	12	mg	magiê	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
	13	Al	nhôm	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
	14	Si	silicon	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2
	15	P	phốt pho	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
	16	S	lưu huỳnh	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
	17	Cl	clo	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
	18	Ar	argon	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
IV	19	K	kali	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1
	20	Ca	canxi	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2
	21	sc	scandium	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1
	22	Ti	titan	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2
	23	V	vanadium	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3
	24	Cr	crom	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 S trên d cấp lại
	25	Mn	mangan	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5
	26	Fe	sắt	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6
	27	co	coban	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7
	28	Ni	niken	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8
	29	Cu	đồng	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 S trên d cấp lại
	30	Zn	kẽm	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
	31	Ga	gali	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1
	32	Ge	gecmani	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2
	33	Như	thạch tín	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3
	34	Se	selen	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4
	35	Br	nước brôm	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5
	36	kr	krypton	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

Như đã đề cập, ở trạng thái cơ bản của chúng, các electron trong các obitan nguyên tử được sắp xếp theo nguyên tắc ít năng lượng nhất. Tuy nhiên, khi có mặt của obitan p trống ở trạng thái cơ bản của nguyên tử, thường khi năng lượng dư thừa được truyền vào nó, nguyên tử có thể được chuyển sang trạng thái được gọi là trạng thái kích thích. Vì vậy, ví dụ, một nguyên tử bo ở trạng thái cơ bản của nó có cấu hình điện tử và giản đồ năng lượng ở dạng sau:

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

Và ở trạng thái kích thích (*), tức là khi truyền một số năng lượng cho nguyên tử bo, cấu hình điện tử và giản đồ năng lượng của nó sẽ như sau:

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

Tùy thuộc vào mức độ phân chia lại trong nguyên tử được điền sau cùng, các nguyên tố hóa học được chia thành s, p, d hoặc f.

Tìm các nguyên tố s, p, d và f trong bảng D.I. Mendeleev:

s-element có s-sublevel cuối cùng được lấp đầy. Các phần tử này bao gồm các phần tử của phân nhóm chính (ở bên trái trong ô bảng) thuộc nhóm I và II.
Đối với các phần tử p, cấp độ bán lại p được lấp đầy. Các nguyên tố p bao gồm sáu nguyên tố cuối cùng của mỗi thời kỳ, ngoại trừ nguyên tố thứ nhất và thứ bảy, cũng như các nguyên tố thuộc các phân nhóm chính của nhóm III-VIII.
nguyên tố d nằm giữa nguyên tố s và p trong chu kỳ lớn.
Các nguyên tố f được gọi là lanthanides và actinides. Chúng được D.I. Mendeleev.

Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố của Mendeleev. Cấu trúc của nguyên tử.

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÁC NGUYÊN TỐ MENDELEEV - phân loại hóa chất. các phần tử do Rus tạo ra. nhà khoa học D. I. Mendeleev trên cơ sở các tạp chí do ông phát hiện (năm 1869). pháp luật.

Hiện đại từ ngữ của thời kỳ. Định luật: Các nguyên tố st-va (biểu hiện ở dạng đơn giản và hợp chất) ở trong chu kỳ. sự phụ thuộc vào điện tích của các hạt nhân trong nguyên tử của chúng.

Điện tích của hạt nhân nguyên tử Z bằng số hiệu nguyên tử (thứ tự) của hoá chất. phần tử trong P. s. e. M. Nếu bạn sắp xếp tất cả các nguyên tố theo thứ tự tăng dần Z. (hydro H, Z \ u003d 1; helium He, Z \ u003d 2; lithium Li, Z \ u003d 3; berili Be, Z \ u003d 4, v.v.), sau đó chúng tạo thành 7 tiết. Trong mỗi giai đoạn này, sự thay đổi đều đặn của các nguyên tố St-in được quan sát thấy, từ nguyên tố đầu tiên của chu kỳ (kim loại kiềm) đến nguyên tố cuối cùng (khí quý). Tiết thứ nhất chứa 2 nguyên tố, mỗi nguyên tố thứ 2 và 3 - 8, mỗi nguyên tố thứ 4 và 5 - 18, tiết thứ 6 - 32. Ở tiết thứ 7, có 19 nguyên tố. Thời kỳ thứ 2 và thứ 3 thường được gọi là thời kỳ nhỏ, tất cả các kỳ tiếp theo - lớn. Nếu bạn sắp xếp các thời kỳ ở dạng hàng ngang, thì trong nhận được. 8 ngành dọc sẽ được tìm thấy trong bảng. cột; đây là những nhóm nguyên tố tương tự trong St. của họ đối với bạn.

Tính chất của các nguyên tố trong các nhóm cũng thường xuyên thay đổi tùy theo sự tăng dần của Z. Ví dụ trong nhóm Li - Na - K - Rb - Cs - Fr, tính hóa học tăng dần. hoạt động của kim loại, tăng cường DOS. tính chất của oxit và hiđroxit.

Từ lý thuyết về cấu tạo của nguyên tử, người ta cho rằng tính tuần hoàn của các nguyên tố thánh là do quy luật hình thành các lớp vỏ electron xung quanh hạt nhân. Khi nguyên tố Z tăng lên, nguyên tử trở nên phức tạp hơn - số lượng các electron xung quanh hạt nhân tăng lên, và đến một thời điểm khi sự lấp đầy của một lớp vỏ electron kết thúc và sự hình thành lớp vỏ ngoài cùng tiếp theo bắt đầu. Trong hệ thống Mendeleev, điều này trùng hợp với sự khởi đầu của một thời kỳ mới. Các nguyên tố có 1, 2, 3, v.v. các electron trong lớp vỏ mới tương tự như bạn ở St. với các nguyên tố cũng có 1, 2, 3, v.v. electron bên ngoài, mặc dù số của chúng là bên trong. có một (hoặc một số) lớp electron ít hơn: Na tương tự như Li (một electron bên ngoài), Mg - thành Be (2 electron bên ngoài); A1 - trên B (3 electron ngoài cùng), v.v ... Với vị trí của nguyên tố trong P. s. e. M. liên kết với chem của mình. và nhiều người khác. vật lý sv.

Đồ họa bộ tùy chọn được đề xuất (khoảng 1000). hình ảnh P. s. e. M. 2 biến thể phổ biến nhất của P. s. e. M. - bảng ngắn và dài; c.-l. không có sự khác biệt cơ bản giữa chúng. Đính kèm là một trong những tùy chọn cho một bảng ngắn. Trong bảng, số kỳ được cho trong cột đầu tiên (được biểu thị bằng chữ số Ả Rập 1 - 7). Số nhóm được ghi trên đầu bằng chữ số La Mã I - VIII. Mỗi nhóm được chia thành hai nhóm con - a và b. Tập hợp các phần tử đứng đầu bởi các phần tử của các giai đoạn nhỏ, đôi khi được gọi là. phân nhóm chính a-m và (Li đứng đầu phân nhóm của kim loại kiềm. F - halogen, He - khí trơ, v.v.). Trong trường hợp này, các nhóm con còn lại của các nguyên tố có chu kỳ lớn được gọi. bên.

Các nguyên tố có Z = 58 - 71 do cấu tạo nguyên tử của chúng có độ gần nhau đặc biệt và tính chất hóa học giống nhau. Các vị thánh tạo nên họ đèn lồng, được xếp vào nhóm III, nhưng để thuận tiện thì được xếp ở cuối bảng. Các nguyên tố có Z = 90 - 103 thường được tách thành họ actinide vì những lý do tương tự. Theo sau chúng là một nguyên tố có Z = 104 - kurchatov và một nguyên tố có Z = 105 (xem Nilsborium). Vào tháng 7 năm 1974, những con cú. các nhà vật lý đã báo cáo việc phát hiện ra một nguyên tố có Z = 106, và vào tháng Giêng. 1976 - các nguyên tố có Z = 107. Sau đó các nguyên tố có Z = 108 và 109 được tổng hợp. Biên giới của P. với. e. M. đã được biết đến - nó được tạo ra bởi hydro, vì không thể có nguyên tố nào có điện tích hạt nhân nhỏ hơn một. Câu hỏi đặt ra là giới hạn trên của P. s là bao nhiêu. e. M., tức là, nghệ thuật có thể đạt đến giá trị giới hạn nào. tổng hợp các yếu tố vẫn chưa được giải quyết. (Các hạt nhân nặng không ổn định, do đó, americium với Z = 95 và các nguyên tố tiếp theo không được tìm thấy trong tự nhiên, nhưng thu được trong các phản ứng hạt nhân; tuy nhiên, trong vùng của các nguyên tố transuranium ở xa hơn, sự xuất hiện của cái gọi là các đảo ổn định là được mong đợi, đặc biệt đối với Z = 114.) thuật. tổng hợp các nguyên tố mới tuần hoàn. luật và P. s. e. M. đóng vai trò tối quan trọng. Định luật và hệ thống của Mendeleev là một trong những khái quát quan trọng nhất của khoa học tự nhiên, chúng làm nền tảng cho hiện đại. giáo lý về cấu trúc của Quần đảo.

Cấu trúc điện tử của nguyên tử.

Phần này và các đoạn sau đây mô tả các mô hình về lớp vỏ electron của nguyên tử. Điều quan trọng là phải hiểu rằng chúng ta đang nói về người mẫu. Tất nhiên, các nguyên tử thực sự phức tạp hơn và chúng ta vẫn chưa biết mọi thứ về chúng. Tuy nhiên, mô hình lý thuyết hiện đại về cấu trúc điện tử của nguyên tử giúp nó có thể giải thích thành công và thậm chí dự đoán nhiều tính chất của các nguyên tố hóa học, đó là lý do tại sao nó được sử dụng rộng rãi trong khoa học tự nhiên.

Để bắt đầu, chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn mô hình "hành tinh" do N. Bohr đề xuất (Hình 2-3 c).

Cơm. 2-3 in. Mô hình "hành tinh" của Bohr.

Nhà vật lý Đan Mạch N. Bohr vào năm 1913 đã đề xuất một mô hình nguyên tử, trong đó các hạt electron quay quanh hạt nhân nguyên tử giống như cách các hành tinh quay quanh Mặt trời. Bohr cho rằng các electron trong nguyên tử chỉ có thể tồn tại ổn định trong các quỹ đạo ở những khoảng cách xác định chặt chẽ từ hạt nhân. Những quỹ đạo này được ông gọi là tĩnh. Một electron không thể tồn tại bên ngoài quỹ đạo đứng yên. Tại sao lại như vậy, Bohr không thể giải thích vào thời điểm đó. Nhưng ông đã chỉ ra rằng một mô hình như vậy có thể giải thích nhiều sự kiện thực nghiệm (thêm về điều này trong Phần 2.7).

Các quỹ đạo điện tử trong mô hình Bohr được biểu thị bằng các số nguyên 1, 2, 3, ... N, bắt đầu từ hạt nhân gần hạt nhân nhất. Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ gọi những quỹ đạo như vậy cấp độ. Chỉ các mức thôi cũng đủ để mô tả cấu trúc điện tử của nguyên tử hydro. Nhưng trong các nguyên tử phức tạp hơn, hóa ra, các mức bao gồm gần nhau về năng lượng cấp lại. Ví dụ: cấp độ thứ 2 bao gồm hai cấp độ phân chia lại (2s và 2p). Mức thứ ba bao gồm 3 cấp độ lại (3s, 3p và 3d) như trong hình. 2-6. Mức thứ tư (nó không phù hợp trong hình) bao gồm các mức độ lại 4s, 4p, 4d, 4f. Trong Phần 2.7, chúng tôi sẽ cho bạn biết chính xác những cái tên này xuất phát từ đâu và về các thí nghiệm vật lý giúp bạn có thể "nhìn thấy" các mức điện tử và mức phân chia lại trong nguyên tử.

Cơm. 2-6. Mô hình Bohr cho nguyên tử phức tạp hơn nguyên tử hydro. Bản vẽ không được vẽ theo tỷ lệ - trên thực tế, các cấp lại của cùng một cấp gần nhau hơn nhiều.

Có chính xác bao nhiêu electron trong lớp vỏ electron của bất kỳ nguyên tử nào cũng như có bao nhiêu proton trong hạt nhân của nó, vì vậy nguyên tử nói chung là trung hòa về điện. Các electron trong nguyên tử cư trú ở các mức và phân mức gần nhất với hạt nhân, bởi vì trong trường hợp này năng lượng của chúng nhỏ hơn nếu chúng cư trú ở các mức xa hơn. Mỗi cấp độ và cấp độ phân chia lại chỉ có thể chứa một số lượng điện tử nhất định.

Các cấp độ lại, lần lượt, bao gồm quỹ đạo(chúng không được hiển thị trong Hình 2-6). Nói một cách hình tượng, nếu đám mây electron của một nguyên tử được so sánh với một thành phố hoặc một con phố nơi tất cả các electron của một nguyên tử nhất định "sinh sống", thì mức độ có thể được so sánh với một ngôi nhà, tầng bán lại với một căn hộ và quỹ đạo với một phòng cho các electron. Tất cả các obitan của bất kỳ tầng bán lại nào đều có cùng năng lượng. Tại s-sublevel, chỉ có một "căn phòng" - quỹ đạo. Có 3 obitan trên cấp độ phân phối lại p, 5 quỹ đạo trên cấp độ phân phối lại d và có tới 7 obitan trên cấp độ phân phối lại f. Trong mỗi "phòng" -orbitals có thể "sống" một hoặc hai electron. Sự cấm nhiều hơn hai electron trong cùng một quỹ đạo được gọi là lệnh cấm pauli- được đặt theo tên của nhà khoa học đã khám phá ra đặc điểm quan trọng này trong cấu trúc của nguyên tử. Mỗi electron trong nguyên tử có một "địa chỉ" riêng, địa chỉ này được viết dưới dạng một bộ bốn số gọi là "lượng tử". Số lượng tử sẽ được thảo luận chi tiết trong Phần 2.7. Ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến số lượng tử chính N(xem Hình 2-6), trong "địa chỉ" của điện tử cho biết số mức mà điện tử này tồn tại.

© 2015-2019 trang web
Tất cả các quyền thuộc về tác giả của họ. Trang web này không yêu cầu quyền tác giả, nhưng cung cấp quyền sử dụng miễn phí.
Ngày tạo trang: 2016-08-20

Khái niệm "nguyên tử" đã quen thuộc với nhân loại từ thời Hy Lạp cổ đại. Theo cách nói của các nhà triết học cổ đại, nguyên tử là hạt nhỏ nhất, là một phần của chất.

Cấu trúc điện tử của nguyên tử

Một nguyên tử bao gồm một hạt nhân mang điện tích dương chứa proton và nơtron. Các electron chuyển động theo các quỹ đạo xung quanh hạt nhân, mỗi quỹ đạo có thể được đặc trưng bởi một bộ bốn số lượng tử: chính (n), quỹ đạo (l), từ trường (m l) và spin (ms hoặc s).

Số lượng tử chính xác định năng lượng của electron và kích thước của các đám mây electron. Năng lượng của êlectron chủ yếu phụ thuộc vào khoảng cách của êlectron với hạt nhân: êlectron càng gần hạt nhân thì năng lượng của nó càng giảm. Nói cách khác, số lượng tử chính xác định vị trí của một electron trên một mức năng lượng cụ thể (lớp lượng tử). Số lượng tử chính có các giá trị của một chuỗi các số nguyên từ 1 đến vô cùng.

Số lượng tử quỹ đạo đặc trưng cho hình dạng của đám mây electron. Hình dạng khác nhau của các đám mây electron gây ra sự thay đổi năng lượng của các electron trong cùng một mức năng lượng, tức là tách nó thành các cấp độ năng lượng. Số lượng tử quỹ đạo có thể có các giá trị từ 0 đến (n-1), trong tổng số n giá trị. Mức năng lượng được ký hiệu bằng các chữ cái:

Số lượng tử từ thể hiện định hướng của quỹ đạo trong không gian. Nó chấp nhận bất kỳ giá trị nguyên nào từ (+ l) đến (-l), kể cả số không. Số giá trị có thể có của số lượng tử từ là (2l + 1).

Một electron, chuyển động trong trường của hạt nhân nguyên tử, ngoài momen động lượng quỹ đạo, còn có momen động lượng riêng, đặc trưng cho chuyển động quay của nó quanh trục của chính nó. Tính chất này của electron được gọi là spin. Giá trị và hướng của spin được đặc trưng bởi số lượng tử spin, có thể nhận các giá trị (+1/2) và (-1/2). Các giá trị âm và dương của spin liên quan đến hướng của nó.

Trước khi tất cả những điều trên được biết đến và xác nhận bằng thực nghiệm, đã có một số mô hình về cấu trúc của nguyên tử. Một trong những mô hình đầu tiên về cấu trúc của nguyên tử được đề xuất bởi E. Rutherford, người, trong các thí nghiệm về sự tán xạ của các hạt α, đã chỉ ra rằng hầu như toàn bộ khối lượng của nguyên tử tập trung ở một thể tích rất nhỏ - một hạt tích điện dương. nhân tế bào. Theo mô hình của ông, các electron chuyển động xung quanh hạt nhân với một khoảng cách đủ lớn, và số lượng của chúng sao cho về tổng thể, nguyên tử là trung hòa về điện.

Mô hình cấu trúc nguyên tử của Rutherford được phát triển bởi N. Bohr, người trong nghiên cứu của mình cũng đã kết hợp những lời dạy của Einstein về lượng tử ánh sáng và lý thuyết lượng tử về bức xạ của Planck. Louis de Broglie và Schrödinger đã hoàn thành những gì họ bắt đầu và giới thiệu cho thế giới một mô hình hiện đại về cấu trúc nguyên tử của một nguyên tố hóa học.

Ví dụ về giải quyết vấn đề

VÍ DỤ 1

Bài tập

Cho biết số proton và nơtron có trong các hạt nhân nitơ (số hiệu nguyên tử 14), silic (số hiệu nguyên tử 28) và bari (số hiệu nguyên tử 137).

Quyết định

Số proton trong hạt nhân nguyên tử của một nguyên tố hóa học được xác định bằng số thứ tự của nó trong Bảng tuần hoàn và số nơtron là hiệu số giữa số khối (M) và điện tích hạt nhân (Z).

Nitơ:

n (N) = M-Z = 14-7 = 7.

Silicon:

n (Si) \ u003d M -Z \ u003d 28-14 \ u003d 14.

Bari:

n (Ba) \ u003d M -Z \ u003d 137-56 \ u003d 81.

Trả lời

Số proton trong hạt nhân nitơ là 7, nơtron - 7; trong hạt nhân của nguyên tử đá lửa có 14 proton, 14 nơtron; trong hạt nhân của nguyên tử bari có 56 proton và 81 nơtron.

VÍ DỤ 2

Bài tập

Sắp xếp các mức phân chia lại năng lượng theo trình tự lấp đầy các electron của chúng:

a) 3p, 3d, 4s, 4p;

b) 4ngày , 5s, 5p, 6s;

c) 4f , 5 giây , 6p; 4ngày , 6 giây;

d) 5ngày, 6 giây, 6p, 7 giây, 4f .

Quyết định

Các mức phân chia lại năng lượng được lấp đầy bởi các điện tử phù hợp với các quy tắc Klechkovsky. Điều kiện tiên quyết là giá trị nhỏ nhất của tổng số lượng tử quỹ đạo và chính. S-sublevel được đặc trưng bởi số 0, p - 1, d - 2 và f-3. Điều kiện thứ hai là mức độ phân chia lại có giá trị thấp nhất của số lượng tử chính được điền trước.

Trả lời

a) Các quỹ đạo 3p, 3d, 4s, 4p sẽ tương ứng với các số 4, 5, 4 và 5. Do đó, sự lấp đầy electron sẽ xảy ra theo dãy sau: 3p, 4s, 3d, 4p.

b) Quỹ đạo 4d , 5s, 5p, 6s sẽ tương ứng với các số 7, 5, 6 và 6. Do đó, việc điền đầy electron sẽ xảy ra theo trình tự sau: 5s, 5p, 6s, 4d.

c) Quỹ đạo 4f , 5 giây , 6p; 4ngày , 6s sẽ tương ứng với các số 7, 5, 76 và 6. Do đó, việc điền đầy electron sẽ xảy ra theo trình tự sau: 5s, 4d , 6 giây, 4f, 6p.

d) Các quỹ đạo 5d, 6s, 6p, 7s, 4f sẽ tương ứng với các số 7, 6, 7, 7 và 7. Do đó, sự lấp đầy electron sẽ xảy ra theo dãy sau: 6s, 4f, 5d, 6p, 7s.

Vì hạt nhân của các nguyên tử tham gia phản ứng không thay đổi trong quá trình phản ứng hóa học (trừ biến đổi phóng xạ), nên tính chất hóa học của nguyên tử phụ thuộc vào cấu trúc của lớp vỏ electron của chúng. Học thuyết cấu trúc điện tử của nguyên tử dựa trên bộ máy của cơ học lượng tử. Do đó, cấu trúc các mức năng lượng của nguyên tử có thể thu được trên cơ sở tính toán cơ học lượng tử về xác suất tìm thấy electron trong không gian xung quanh hạt nhân nguyên tử ( cơm. 4,5).

Cơm. 4,5. Sơ đồ phân chia các mức năng lượng thành các mức bán lại

Các nguyên tắc cơ bản của lý thuyết về cấu trúc điện tử của nguyên tử được rút gọn thành các quy định sau: trạng thái của mỗi electron trong nguyên tử được đặc trưng bởi bốn số lượng tử: số lượng tử chính n = 1, 2, 3,; quỹ đạo (phương vị) l = 0,1,2, n – 1; từ tính m l = –L, –1,0,1,  l; quay m S = -1/2, 1/2 .

Dựa theo Nguyên tắc Pauli, trong cùng một nguyên tử không thể có hai electron có cùng bộ bốn số lượng tử. n, l, m l , m S; tập hợp các electron có cùng số lượng tử chính n tạo thành các lớp electron, hoặc mức năng lượng của nguyên tử, được đánh số từ hạt nhân và được ký hiệu là K, L, M, N, O, P, Q, Hơn nữa, trong lớp năng lượng với giá trị đã cho N không thể nhiều hơn 2n 2 các electron. Tập hợp các electron có cùng số lượng tử N và l, Tạo thành các cấp độ lại, được biểu thị khi chúng di chuyển ra khỏi cốt lõi là s, p, d, f.

Việc tìm ra xác suất về vị trí của một electron trong không gian xung quanh hạt nhân nguyên tử tương ứng với nguyên lý bất định Heisenberg. Theo khái niệm cơ học lượng tử, một electron trong nguyên tử không có quỹ đạo chuyển động cụ thể và có thể nằm ở bất kỳ phần nào của không gian xung quanh hạt nhân, và các vị trí khác nhau của nó được coi như một đám mây electron với mật độ điện tích âm nhất định. Không gian xung quanh hạt nhân, trong đó điện tử có nhiều khả năng được tìm thấy nhất, được gọi là quỹ đạo. Nó chứa khoảng 90% đám mây electron. Mỗi cấp độ lại 1 giây, 2 giây, 2p vân vân. tương ứng với một số obitan có hình dạng nhất định. Ví dụ, 1 giây- và 2 giây- Các quỹ đạo là hình cầu và 2p-ghi nợ ( 2p x , 2p y , 2p z-orbitals) được định hướng theo các phương vuông góc với nhau và có hình dạng của một quả tạ ( cơm. 4,6).

Cơm. 4,6. Hình dạng và hướng của các obitan electron.

Trong các phản ứng hóa học, hạt nhân nguyên tử không thay đổi, chỉ có lớp vỏ electron của nguyên tử thay đổi, cấu trúc của nó giải thích nhiều tính chất của nguyên tố hóa học. Trên cơ sở lý thuyết về cấu tạo điện tử của nguyên tử đã hình thành ý nghĩa vật lý sâu sắc của định luật tuần hoàn các nguyên tố hóa học Mendeleev và ra đời học thuyết liên kết hóa học.

Cơ sở lý thuyết của hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học bao gồm dữ liệu về cấu trúc của nguyên tử, xác nhận sự tồn tại của mối quan hệ giữa tính tuần hoàn của sự thay đổi tính chất của các nguyên tố hóa học và sự lặp lại tuần hoàn của các dạng cấu hình điện tử tương tự của nguyên tử chúng.

Dưới ánh sáng của học thuyết về cấu trúc của nguyên tử, việc Mendeleev phân chia tất cả các nguyên tố thành bảy thời kỳ trở nên hợp lý: số chu kỳ tương ứng với số mức năng lượng của nguyên tử chứa đầy electron. Trong những khoảng thời gian ngắn, khi điện tích dương của hạt nhân nguyên tử tăng lên, số electron ở lớp ngoài cùng tăng (từ 1 lên 2 ở kì đầu và từ 1 lên 8 ở kì thứ hai và thứ ba), mà giải thích sự thay đổi tính chất của các nguyên tố: đầu kì (trừ thứ nhất) là kim loại kiềm, sau đó tính kim loại yếu dần và tính phi kim tăng dần. Sự đều đặn này có thể được theo dõi cho các yếu tố của thời kỳ thứ hai trong bảng 4.2.

Bảng 4.2.

Trong các chu kỳ lớn, với sự gia tăng điện tích của hạt nhân, việc lấp đầy các mức bằng các electron khó khăn hơn, điều này giải thích sự thay đổi tính chất của các nguyên tố phức tạp hơn so với các nguyên tố ở các chu kì nhỏ.

Bản chất giống nhau về tính chất của các nguyên tố hóa học trong các phân nhóm được giải thích bằng cấu trúc tương tự của mức năng lượng bên ngoài, như thể hiện trong chuyển hướng. 4.3 minh họa trình tự điền electron các mức năng lượng cho các phân nhóm của kim loại kiềm.

Bảng 4.3.

Số nhóm, theo quy luật, cho biết số electron trong nguyên tử có thể tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học. Đây là ý nghĩa vật lý của số nhóm. Ở bốn vị trí trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố không theo thứ tự tăng dần về khối lượng nguyên tử: Ar và K,co và Ni,Te và Tôi,Thứ tự và Bố. Những sai lệch này được coi là thiếu sót của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Học thuyết về cấu trúc của nguyên tử đã giải thích những sai lệch này. Thực nghiệm xác định điện tích hạt nhân cho thấy sự sắp xếp của các nguyên tố này tương ứng với sự gia tăng điện tích hạt nhân của chúng. Ngoài ra, thực nghiệm xác định điện tích của hạt nhân nguyên tử giúp xác định số lượng nguyên tố giữa hydro và uranium, cũng như số lượng lanthanide. Bây giờ tất cả các vị trí trong hệ thống tuần hoàn được điền vào khoảng từ Z = 1 trước Z = 114, tuy nhiên, bảng tuần hoàn vẫn chưa hoàn chỉnh, việc phát hiện ra các nguyên tố transuranium mới là hoàn toàn có thể.

Hãy xem cách một nguyên tử được xây dựng. Hãy nhớ rằng chúng tôi sẽ chỉ nói về các mô hình. Trong thực tế, nguyên tử là một cấu trúc phức tạp hơn nhiều. Nhưng nhờ những phát triển hiện đại, chúng ta có thể giải thích và thậm chí dự đoán thành công các thuộc tính (ngay cả khi không phải tất cả). Vì vậy, cấu trúc của một nguyên tử là gì? Là nó làm bằng gì"?

Mô hình hành tinh của nguyên tử

Nó được đề xuất lần đầu tiên bởi nhà vật lý Đan Mạch N. Bohr vào năm 1913. Đây là lý thuyết đầu tiên về cấu trúc của nguyên tử dựa trên các sự kiện khoa học. Ngoài ra, cô đã đặt nền móng cho thuật ngữ chuyên đề hiện đại. Trong đó, các hạt electron tạo ra chuyển động quay xung quanh nguyên tử theo nguyên tắc giống như các hành tinh xung quanh Mặt trời. Bohr cho rằng chúng chỉ có thể tồn tại trong các quỹ đạo nằm ở một khoảng cách xác định nghiêm ngặt từ hạt nhân. Chính xác tại sao, nhà khoa học từ vị trí khoa học không thể giải thích, nhưng một mô hình như vậy đã được xác nhận bởi nhiều thí nghiệm. Số nguyên được dùng để chỉ các quỹ đạo, bắt đầu bằng đơn vị được đánh số gần hạt nhân nhất. Tất cả những quỹ đạo này cũng được gọi là mức. Nguyên tử hydro chỉ có một mức mà trên đó một điện tử quay. Nhưng nguyên tử phức tạp có nhiều mức hơn. Chúng được chia thành các thành phần liên kết các electron gần nhau về thế năng. Vì vậy, cái thứ hai đã có hai mức độ phân chia lại - 2s và 2p. Cái thứ ba đã có ba - 3s, 3p và 3d. Vân vân. Đầu tiên, các mức phân chia lại gần hạt nhân hơn được “dân cư”, và sau đó là các mức ở xa. Mỗi chúng chỉ có thể giữ một số electron nhất định. Nhưng đây không phải là kết thúc. Mỗi cấp độ phân chia lại được chia thành các obitan. Hãy làm một so sánh với cuộc sống bình thường. Đám mây electron của một nguyên tử có thể so sánh với một thành phố. Các cấp là đường phố. Sublevel - nhà riêng hoặc căn hộ. Quỹ đạo - phòng. Mỗi người trong số chúng "sống" một hoặc hai electron. Tất cả chúng đều có địa chỉ cụ thể. Đây là sơ đồ đầu tiên về cấu trúc của nguyên tử. Và cuối cùng, về địa chỉ của các electron: chúng được xác định bởi các bộ số, được gọi là "lượng tử".

mô hình sóng của một nguyên tử

Nhưng theo thời gian, mô hình hành tinh đã được sửa đổi. Một lý thuyết thứ hai về cấu trúc của nguyên tử đã được đề xuất. Nó hoàn hảo hơn và cho phép giải thích kết quả của các thí nghiệm thực tế. Mô hình sóng của nguyên tử, do E. Schrödinger đề xuất, đã thay thế mô hình đầu tiên. Sau đó, người ta đã xác định được rằng một điện tử có thể tự biểu hiện không chỉ dưới dạng hạt, mà còn dưới dạng sóng. Schrödinger đã làm gì? Ông đã áp dụng một phương trình mô tả chuyển động của một sóng trong Như vậy, người ta không thể tìm thấy quỹ đạo của một electron trong nguyên tử, mà là xác suất phát hiện ra nó tại một điểm nhất định. Cả hai lý thuyết đều thống nhất với nhau bởi thực tế là các hạt cơ bản ở các mức cụ thể, mức phân chia lại và quỹ đạo. Đây là nơi kết thúc sự giống nhau của các mô hình. Để tôi cho bạn một ví dụ - trong lý thuyết sóng, quỹ đạo là một vùng có thể tìm thấy một electron với xác suất là 95%. Phần còn lại của không gian chiếm 5% Nhưng cuối cùng hóa ra các đặc điểm của cấu trúc nguyên tử được mô tả bằng mô hình sóng, mặc dù thuật ngữ được sử dụng là chung chung.

Khái niệm xác suất trong trường hợp này

Tại sao thuật ngữ này được sử dụng? Heisenberg đã xây dựng công thức của nguyên lý bất định vào năm 1927, nguyên lý này ngày nay được sử dụng để mô tả chuyển động của các vi hạt. Nó dựa trên sự khác biệt cơ bản của chúng so với các cơ thể vật chất thông thường. Nó là gì? Cơ học cổ điển cho rằng một người có thể quan sát các hiện tượng mà không ảnh hưởng đến chúng (quan sát các thiên thể). Dựa trên dữ liệu nhận được, có thể tính toán đối tượng sẽ ở đâu tại một thời điểm nhất định. Nhưng trong mô hình thu nhỏ, mọi thứ nhất thiết phải khác. Vì vậy, ví dụ, để quan sát một electron mà không ảnh hưởng đến nó bây giờ là không thể do thực tế là năng lượng của thiết bị và hạt là không thể so sánh được. Điều này dẫn đến thực tế là vị trí của một hạt cơ bản, trạng thái, hướng, tốc độ chuyển động và các thông số khác của nó thay đổi. Và không có ý nghĩa gì khi nói về các đặc điểm chính xác. Bản thân nguyên lý bất định cho chúng ta biết rằng không thể tính được quỹ đạo chính xác của electron xung quanh hạt nhân. Bạn chỉ có thể xác định xác suất tìm thấy một hạt trong một vùng không gian nhất định. Đây là đặc thù về cấu tạo của nguyên tử các nguyên tố hóa học. Nhưng điều này cần được các nhà khoa học tính đến hoàn toàn trong các thí nghiệm thực tế.

Thành phần của nguyên tử

Nhưng hãy tập trung vào toàn bộ vấn đề. Vì vậy, ngoài lớp vỏ electron được coi là tốt, thành phần thứ hai của nguyên tử là hạt nhân. Nó bao gồm các proton tích điện dương và neutron trung tính. Tất cả chúng ta đều quen thuộc với bảng tuần hoàn. Số lượng của mỗi phần tử tương ứng với số lượng proton mà nó có. Số nơtron bằng hiệu giữa khối lượng nguyên tử và số proton của nó. Có thể có sai lệch so với quy tắc này. Sau đó, họ nói rằng một đồng vị của nguyên tố có mặt. Cấu trúc của một nguyên tử là do nó được "bao quanh" bởi một lớp vỏ electron. thường bằng số proton. Khối lượng của cái sau lớn hơn cái trước khoảng 1840 lần và xấp xỉ bằng trọng lượng của nơtron. Bán kính của hạt nhân bằng khoảng 1 / 200.000 đường kính của nguyên tử. Bản thân nó có dạng hình cầu. Nói chung, đây là cấu trúc của nguyên tử các nguyên tố hóa học. Mặc dù có sự khác biệt về khối lượng và tính chất, chúng trông giống nhau.

Quỹ đạo

Nói về sơ đồ cấu trúc của nguyên tử là gì, người ta không thể im lặng về chúng. Vì vậy, có những loại sau:

S. Chúng có dạng hình cầu.
P. Chúng trông giống như hình số tám hoặc một trục quay đồ sộ.
d và f. Chúng có hình dạng phức tạp khó diễn tả bằng ngôn ngữ trang trọng.

Một electron của mỗi loại có thể được tìm thấy với xác suất 95% trong lãnh thổ của quỹ đạo tương ứng. Thông tin được trình bày phải được tiếp nhận một cách bình tĩnh, vì nó là một mô hình toán học trừu tượng hơn là một trạng thái thực tế vật lý. Nhưng với tất cả những điều này, nó có khả năng dự đoán tốt về các tính chất hóa học của nguyên tử và thậm chí cả phân tử. Vị trí càng xa hạt nhân mức thì càng có thể đặt được nhiều êlectron lên đó. Vì vậy, số lượng các obitan có thể được tính bằng một công thức đặc biệt: x 2. Ở đây x bằng số cấp độ. Và vì tối đa hai electron có thể được đặt trên quỹ đạo, nên cuối cùng công thức tìm kiếm số của chúng sẽ giống như sau: 2x 2.

Quỹ đạo: dữ liệu kỹ thuật

Nếu chúng ta nói về cấu trúc của nguyên tử flo, thì nó sẽ có ba obitan. Tất cả chúng sẽ được lấp đầy. Năng lượng của các obitan trong cùng một cấp độ phân chia lại là như nhau. Để chỉ định chúng, hãy thêm số lớp: 2s, 4p, 6d. Chúng ta trở lại cuộc trò chuyện về cấu trúc của nguyên tử flo. Nó sẽ có hai s- và một p-sublevel. Nó có chín proton và cùng số electron. Một cấp s đầu tiên. Đây là hai electron. Sau đó là cấp s thứ hai. Thêm hai electron. Và 5 điền vào mức p. Đây là cấu trúc của anh ấy. Sau khi đọc tiêu đề phụ sau, bạn có thể tự thực hiện các thao tác cần thiết và tự xem. Nếu chúng ta nói về flo cũng thuộc nhóm nào, thì cần lưu ý rằng, mặc dù chúng ở cùng một nhóm nhưng chúng hoàn toàn khác nhau về đặc điểm của chúng. Vì vậy, nhiệt độ sôi của chúng dao động từ -188 đến 309 độ C. Vậy tại sao chúng lại được hợp nhất? Tất cả là nhờ vào các đặc tính hóa học. Tất cả các halogen, và ở mức độ lớn nhất là flo, có sức oxy hóa cao nhất. Chúng phản ứng với kim loại và có thể tự bốc cháy ở nhiệt độ phòng mà không gặp bất kỳ vấn đề gì.

Các quỹ đạo được lấp đầy như thế nào?

Các electron được sắp xếp theo quy luật và nguyên tắc nào? Chúng tôi khuyên bạn nên tự làm quen với ba từ chính, từ ngữ đã được đơn giản hóa để hiểu rõ hơn:

Nguyên tắc ít năng lượng nhất. Các electron có xu hướng lấp đầy các obitan theo thứ tự tăng dần năng lượng.
Nguyên tắc Pauli. Một quỹ đạo không thể chứa nhiều hơn hai điện tử.
Quy tắc của Hund. Trong một cấp độ phân chia lại, các electron đầu tiên lấp đầy các obitan tự do, và chỉ sau đó tạo thành các cặp.

Trong vấn đề điền đầy, cấu trúc của nguyên tử cũng sẽ giúp trong trường hợp này, nó sẽ trở nên dễ hiểu hơn về mặt hình ảnh. Vì vậy, trong công việc thực tế với việc xây dựng các mạch của các phần tử, nó là cần thiết để giữ nó trong tầm tay.

Ví dụ

Để tóm tắt tất cả những gì đã nói trong khuôn khổ bài viết, bạn có thể làm một mẫu về cách phân bố các electron của nguyên tử qua các mức, mức phân chia lại và obitan của chúng (nghĩa là cấu hình mức là gì). Nó có thể được hiển thị dưới dạng công thức, biểu đồ năng lượng hoặc biểu đồ lớp. Có những hình ảnh minh họa rất hay ở đây, khi xem xét kỹ, sẽ giúp hiểu được cấu trúc của nguyên tử. Vì vậy, cấp độ đầu tiên được điền trước. Nó chỉ có một tầng bán lại, trong đó chỉ có một quỹ đạo. Tất cả các cấp độ đều được điền tuần tự, bắt đầu từ cấp độ nhỏ nhất. Đầu tiên, trong một cấp độ phân chia lại, một điện tử được đặt trong mỗi quỹ đạo. Sau đó, các cặp được tạo ra. Và nếu có những cái miễn phí, nó sẽ chuyển sang môn điền khác. Và bây giờ bạn có thể độc lập tìm ra cấu trúc của nguyên tử nitơ hoặc flo (đã được xem xét trước đó). Thoạt đầu có thể hơi phức tạp, nhưng bạn có thể điều hướng bằng cách nhìn vào hình ảnh. Để rõ ràng hơn, chúng ta hãy nhìn vào cấu trúc của nguyên tử nitơ. Nó có 7 proton (cùng với neutron tạo nên hạt nhân) và cùng số electron (tạo nên lớp vỏ electron). Cấp s đầu tiên được điền trước. Nó có 2 electron. Sau đó đến cấp s thứ hai. Nó cũng có 2 electron. Và ba cái còn lại được đặt ở mức p, nơi mỗi cái chiếm một quỹ đạo.

Sự kết luận

Như bạn có thể thấy, cấu trúc của nguyên tử không phải là một chủ đề quá khó (tất nhiên nếu bạn tiếp cận nó từ góc độ của một khóa học hóa học ở trường). Và không khó để hiểu chủ đề này. Cuối cùng, tôi muốn thông báo cho bạn về một số tính năng. Ví dụ, nói về cấu trúc của nguyên tử oxy, chúng ta biết rằng nó có 8 proton và 8-10 neutron. Và vì mọi thứ trong tự nhiên đều có xu hướng cân bằng, hai nguyên tử oxy tạo thành một phân tử, nơi hai electron chưa ghép đôi tạo thành liên kết cộng hóa trị. Tương tự, một phân tử oxy ổn định khác, ozon (O 3), được hình thành. Biết được cấu tạo của nguyên tử oxi, có thể lập công thức chính xác các phản ứng oxi hóa liên quan đến chất phổ biến nhất trên Trái đất.