Elektronska formula dušika. Elektroničke konfiguracije atoma kemijskih elemenata - Hipermarket znanja


    Zadatak sastavljanja elektroničke formule za kemijski element nije najlakši.

    Dakle, algoritam za sastavljanje elektroničkih formula elemenata je sljedeći:

    • Prvo zapisujemo kemijski znak. elementa, gdje dolje lijevo od znaka označavamo njegov redni broj.
    • Dalje, brojem perioda (iz kojega je element) određujemo broj energetskih razina i ucrtavamo takav broj lukova uz znak kemijskog elementa.
    • Zatim se prema broju grupe ispod luka upisuje broj elektrona u vanjskoj razini.
    • Na 1. razini, maksimalno moguće je 2, na drugom već ima 8, na trećem - čak 18. Počinjemo stavljati brojeve ispod odgovarajućih lukova.
    • Broj elektrona na pretposljednjoj razini mora se izračunati na sljedeći način: broj elektrona koji su već dodijeljeni oduzima se od serijskog broja elementa.
    • Ostaje pretvoriti naš dijagram u elektroničku formulu:

    Evo elektroničkih formula nekih kemijskih elemenata:

    1. Zapisujemo kemijski element i njegov redni broj.Broj pokazuje broj elektrona u atomu.
    2. Napravimo formulu. Da biste to učinili, morate saznati broj energetskih razina, a osnova za određivanje je periodni broj elementa.
    3. Razine dijelimo na podrazine.

    Ispod možete vidjeti primjer kako pravilno sastaviti elektronske formule kemijskih elemenata.

    • Elektroničke formule kemijskih elemenata morate izraditi na ovaj način: morate pogledati broj elementa u periodnom sustavu i tako saznati koliko ima elektrona. Zatim morate saznati broj razina, koji je jednak razdoblju. Zatim se ispisuju i popunjavaju podrazine:

    Prije svega, morate odrediti broj atoma prema periodnom sustavu.

    Za sastavljanje elektroničke formule trebat će vam periodni sustav Mendelejeva. Pronađite svoj kemijski element tamo i pogledajte period - bit će jednak broju energetskih razina. Broj grupe će numerički odgovarati broju elektrona u posljednjoj razini. Broj elementa bit će kvantitativno jednak broju njegovih elektrona.Također jasno morate znati da prva razina ima najviše 2 elektrona, druga - 8, a treća - 18.

    Ovo su glavne točke. Osim toga, na internetu (uključujući i našu web stranicu) možete pronaći informacije s gotovom elektroničkom formulom za svaki element, tako da možete sami testirati.

    Sastavljanje elektroničkih formula kemijskih elemenata vrlo je složen proces, ne možete to učiniti bez posebnih tablica, a morate koristiti čitavu hrpu formula. Ukratko, za kompajliranje morate proći kroz ove faze:

    Potrebno je sastaviti orbitalni dijagram u kojem će postojati koncept kako se elektroni razlikuju jedni od drugih. Dijagram ističe orbitale i elektrone.

    Elektroni su popunjeni u razinama, odozdo prema gore, i imaju nekoliko podrazina.

    Dakle, prvo saznajemo ukupan broj elektrona danog atoma.

    Ispunjavamo formulu prema određenoj shemi i zapisujemo je - to će biti elektronička formula.

    Na primjer, za dušik ova formula izgleda ovako, prvo se bavimo elektronima:

    I zapišite formulu:

    Razumjeti princip sastavljanja elektronske formule kemijskog elementa, prvo morate odrediti ukupan broj elektrona u atomu brojem u periodnom sustavu. Nakon toga morate odrediti broj energetskih razina, uzimajući kao osnovu broj razdoblja u kojem se element nalazi.

    Razine se zatim raščlanjuju na podrazine, koje su ispunjene elektronima na temelju načela najmanje energije.

    Ispravnost svog razmišljanja možete provjeriti tako da pogledate, na primjer, ovdje.

    Sastavljanjem elektroničke formule kemijskog elementa možete saznati koliko elektrona i elektronskih slojeva ima u određenom atomu, kao i redoslijed njihove raspodjele među slojevima.

    Prvo odredimo atomski broj elementa prema periodnom sustavu; on odgovara broju elektrona. Broj slojeva elektrona označava broj perioda, a broj elektrona u posljednjem sloju atoma odgovara broju grupe.

    • prvo popunjavamo s-podrazinu, a zatim p-, d- b f-podrazinu;
    • prema Klečkovskom pravilu, elektroni ispunjavaju orbitale redoslijedom povećanja energije tih orbitala;
    • prema Hundovom pravilu, elektroni unutar jedne podrazine zauzimaju jedan po jedan slobodne orbitale i zatim formiraju parove;
    • Prema Paulijevom principu, u jednoj orbitali nema više od 2 elektrona.

  • Elektronska formula kemijskog elementa pokazuje koliko elektronskih slojeva i koliko elektrona sadrži atom te kako su raspoređeni među slojevima.

    Da biste sastavili elektroničku formulu kemijskog elementa, morate pogledati periodni sustav i koristiti podatke dobivene za ovaj element. Atomski broj elementa u periodnom sustavu elemenata odgovara broju elektrona u atomu. Broj elektronskih slojeva odgovara broju perioda, broj elektrona u posljednjem elektronskom sloju odgovara broju grupe.

    Mora se imati na umu da prvi sloj sadrži najviše 2 elektrona 1s2, drugi - najviše 8 (dva s i šest p: 2s2 2p6), treći - najviše 18 (dva s, šest p i deset d: 3s2 3p6 3d10).

    Na primjer, elektronska formula ugljika: C 1s2 2s2 2p2 (redni broj 6, broj razdoblja 2, broj skupine 4).

    Elektronska formula za natrij: Na 1s2 2s2 2p6 3s1 (redni broj 11, broj razdoblja 3, broj skupine 1).

    Da biste provjerili je li elektronička formula ispravno napisana, možete pogledati na web stranici www.alhimikov.net.

    Na prvi pogled, sastavljanje elektroničke formule za kemijske elemente može se činiti prilično kompliciranim zadatkom, ali sve će postati jasno ako se pridržavate sljedeće sheme:

    • prvo napišemo orbitale
    • Ispred orbitala upisujemo brojeve koji označavaju broj energetske razine. Ne zaboravite formulu za određivanje maksimalnog broja elektrona na energetskoj razini: N=2n2

    Kako možete saznati broj energetskih razina? Dovoljno je pogledati periodni sustav: ovaj broj je jednak broju razdoblja u kojem se element nalazi.

    • Iznad ikone orbitale upisujemo broj koji označava broj elektrona koji se nalaze u ovoj orbitali.

    Na primjer, elektronička formula za skandij izgledat će ovako.

Kada pišete elektroničke formule za atome elemenata, navedite energetske razine (vrijednosti glavnog kvantnog broja n u obliku brojeva - 1, 2, 3 itd.), energetske podrazine (vrijednosti orbitalnog kvantnog broja l u obliku slova - s, str, d, f) i broj na vrhu označavaju broj elektrona u određenoj podrazini.

Prvi element u tablici je D.I. Mendeljejev je vodik, dakle naboj jezgre atoma N jednako 1, atom ima samo jedan elektron po s-podrazina prve razine. Stoga elektronska formula atoma vodika ima oblik:


Drugi element je helij; njegov atom ima dva elektrona, pa je elektronska formula atoma helija 2 Ne 1s 2. Prva perioda uključuje samo dva elementa, budući da je prva energetska razina ispunjena elektronima, a mogu biti zauzeta samo sa 2 elektrona.

Treći element po redu - litij - već je u drugom razdoblju, stoga se njegova druga energetska razina počinje puniti elektronima (o tome smo gore govorili). Punjenje druge razine elektronima počinje s s-podrazine, stoga je elektronska formula atoma litija 3 Li 1s 2 2s 1 . Atom berilija je završen punjenjem elektronima s- podrazina: 4 Ve 1s 2 2s 2 .

U sljedećim elementima 2. perioda, druga energetska razina nastavlja biti ispunjena elektronima, samo što je sada ispunjena elektronima R- podrazina: 5 U 1s 2 2s 2 2R 1 ; 6 S 1s 2 2s 2 2R 2 … 10 ne 1s 2 2s 2 2R 6 .

Atom neona završava punjenje elektronima R-podnivo, ovaj element završava drugu periodu, ima osam elektrona, od s- I R-podrazine mogu sadržavati samo osam elektrona.

Elementi 3. perioda imaju sličan redoslijed popunjavanja energetskih podrazina treće razine elektronima. Elektroničke formule atomi nekih elemenata ovog razdoblja imaju oblik:

11 Na 1s 2 2s 2 2R 6 3s 1 ; 12 Mg 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 ; 13 Al 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3str 1 ;

14 Si 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3str 2 ;…; 18 Ar 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3str 6 .

Treći period, kao i drugi, završava elementom (argonom), koji je potpuno ispunjen elektronima R-podrazina, iako treća razina uključuje tri podrazine ( s, R, d). Prema gornjem redoslijedu punjenja energetskih podrazina u skladu s pravilima Klečkovskog, energija podrazine 3 d više energije podrazine 4 s, stoga su atom kalija pored argona i atom kalcija iza njega ispunjeni elektronima 3 s– podrazina četvrte razine:

19 DO 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3str 6 4s 1 ; 20 Sa 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3str 6 4s 2 .

Počevši od 21. elementa - skandijuma, podrazina 3 u atomima elemenata počinje se puniti elektronima d. Elektronske formule atoma ovih elemenata su:


21 sc 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3str 6 4s 2 3d 1 ; 22 Ti 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3str 6 4s 2 3d 2 .

U atomima 24. elementa (kroma) i 29. elementa (bakar) uočava se pojava koja se naziva "istjecanje" ili "otkazivanje" elektrona: elektron iz vanjskog 4 s– podrazina „pada“ za 3 d– podrazina, ispunjavajući ga do pola (za krom) ili potpuno (za bakar), što doprinosi većoj stabilnosti atoma:

24 Kr 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3str 6 4s 1 3d 5 (umjesto...4 s 2 3d 4) i

29 Cu 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3str 6 4s 1 3d 10 (umjesto...4 s 2 3d 9).

Počevši od 31. elementa - galija, nastavlja se punjenje 4. razine elektronima, sada - R– podrazina:

31 ga 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3str 6 4s 2 3d 10 4str 1 …; 36 Kr 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3str 6 4s 2 3d 10 4str 6 .

Ovim elementom završava četvrto razdoblje koje već uključuje 18 elemenata.

Sličan redoslijed popunjavanja energetskih podrazina elektronima javlja se u atomima elemenata 5. periode. Za prva dva (rubidij i stroncij) je ispunjen s– popunjava se podrazina 5. razine za sljedećih deset elemenata (od itrija do kadmija). d– podrazina 4. razine; Period upotpunjuje šest elemenata (od indija do ksenona), čiji su atomi ispunjeni elektronima R– podrazina vanjskog, peta razina. Postoji također 18 elemenata u razdoblju.

Za elemente šeste periode ovaj redoslijed popunjavanja je narušen. Na početku perioda, kao i obično, nalaze se dva elementa čiji su atomi ispunjeni elektronima s– podrazina vanjske, šeste, razine. Sljedeći element iza njih, lantan, počinje se puniti elektronima d– podrazina prethodne razine, tj. 5 d. Ovo dovršava punjenje elektronima 5 d-podrazina prestaje i sljedećih 14 elemenata - od cerija do lutecija - počinju se puniti f-podrazina 4. razine. Svi su ti elementi uključeni u jednu ćeliju tablice, a ispod je prošireni red tih elemenata koji se nazivaju lantanidi.

Počevši od 72. elementa - hafnija - do 80. elementa - žive, punjenje elektronima se nastavlja 5 d-podrazina, a razdoblje završava, kao i obično, sa šest elemenata (od talija do radona), čiji su atomi ispunjeni elektronima R– podrazina vanjske, šeste, razine. Ovo je najveće razdoblje, uključujući 32 elementa.

U atomima elemenata sedme, nepotpune, periode vidljiv je isti redoslijed popunjavanja podrazina kao što je gore opisano. Prepuštamo učenicima da sami napišu elektroničke formule atoma elemenata 5. – 7. periode, vodeći računa o svemu navedenom.

Bilješka:U nekim udžbenicima dopušten je drugačiji redoslijed pisanja elektroničkih formula atoma elemenata: ne redoslijedom kojim su popunjene, već u skladu s brojem elektrona na svakoj energetskoj razini danim u tablici. Na primjer, elektronska formula atoma arsena može izgledati ovako: As 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3str 6 3d 10 4s 2 4str 3 .

Poznavanje mogućih stanja elektrona u atomu, pravilo Klečkovskog, Paulijevo načelo i Hundovo pravilo omogućuju razmatranje elektronske konfiguracije atoma. Za to se koriste elektroničke formule.

Formula elektrona označava stanje elektrona u atomu, označavajući brojem glavni kvantni broj koji karakterizira njegovo stanje, a slovom označava orbitalni kvantni broj. Broj koji pokazuje koliko je elektrona u određenom stanju napisan je desno iznad slova koje označava oblik elektronskog oblaka.

Za atom vodika (n = 1, l = 0, m = 0) elektronska formula će biti: 1s 1. Oba elektrona sljedećeg elementa helija He karakteriziraju iste vrijednosti n, l, m i razlikuju se samo u spinovima. Elektronska formula atoma helija je ls 2. Elektronski omotač atoma helija je potpun i vrlo stabilan. Helij je plemeniti plin.

Za elemente 2. periode (n = 2, l = 0 ili l = 1) najprije se popunjava 2s-stanje, a zatim p-podrazina druge energetske razine.

Elektronska formula atoma litija: ls 2 2s 1. Elektron 2s 1 je slabije vezan za atomsku jezgru (slika 6), pa ga se atom litija lako može odreći (kao što se očito sjećate, taj se proces naziva oksidacija), pretvarajući se u Li + ion.

Riža. 6.
Presjeci oblaka 1s- i 2s-elektrona ravninom koja prolazi kroz jezgru

U atomu berilija, četvrti elektron također zauzima stanje 2s: ls 2 2s 2. Dva vanjska elektrona atoma berilija lako se odvajaju - u ovom slučaju Be se oksidira u kation Be 2+.

Atom bora ima elektron u 2p stanju: ls 2 2s 2 2p 1. Zatim se za atome ugljika, dušika, kisika i fluora (u skladu s Hundovim pravilom) popunjava podrazina 2p koja završava na plemenitom plinu neonu: ls 2 2s 2 2p 6.

Žele li se naglasiti da elektroni na danoj podrazini pojedinačno zauzimaju kvantne ćelije, u elektroničkoj formuli uz indeks ide oznaka podrazine. Na primjer, elektronska formula ugljikovog atoma

Za elemente 3. perioda popunjava se Zs-stanje (n = 3, l = 0), odnosno Zp-podrazina (n = 3, l - 1). 3d podrazina (n = 3, l = 2) ostaje slobodna:

Ponekad se u dijagramima koji prikazuju raspodjelu elektrona u atomima navodi samo broj elektrona na svakoj energetskoj razini, odnosno pišu se skraćene elektroničke formule atoma kemijskih elemenata, za razliku od gore navedenih potpunih elektroničkih formula, na primjer:

Za elemente velikih perioda (4. i 5.), u skladu s pravilom Klečkovskog, prva dva elektrona vanjskog elektronskog sloja zauzimaju 4s-stanje (n = 4, l = 0) i 5s-stanja (n = 5, l = 0):

Počevši od trećeg elementa svake glavne periode, sljedećih deset elektrona ulazi u prethodne 3d odnosno 4d podrazine (za elemente bočnih podskupina):

U pravilu, kada se popuni prethodna d-podrazina, počinje se puniti vanjska (4p- i 5p-odnosno) p-podrazina:

Za elemente velikih razdoblja - 6. i nepotpune 7. - energetske razine i podrazine popunjene su elektronima, u pravilu, ovako: prva dva elektrona odlaze na vanjsku s-podrazinu, na primjer:

sljedeći jedan elektron (u La i Ac) ide na prethodnu d-podrazinu:

Zatim sljedećih 14 elektrona ulazi u treću vanjsku energetsku razinu u 4f i 5f podrazini lantanida i aktinoida, redom:

Tada će se druga vanjska energetska razina (d-podrazina) elemenata bočnih podskupina ponovno početi graditi:

Tek nakon što je d-podrazina potpuno ispunjena s deset elektrona, vanjska p-podrazina će se ponovno ispuniti:

Zaključno, pogledajmo ponovno različiti putevi prikazivanje elektroničkih konfiguracija atoma elemenata po periodima tablice D.I.Mendeljejeva.

Razmotrimo elemente 1. razdoblja - vodik i helij.

Elektroničke formule atoma pokazuju raspodjelu elektrona po energetskim razinama i podrazinama.

Grafičke elektroničke formule atoma prikazuju raspodjelu elektrona ne samo po razinama i podrazinama, već i po kvantnim ćelijama (atomskim orbitalama).

U atomu helija prvi elektronski sloj je potpun – ima 2 elektrona.

Vodik i helij su s-elementi; ls-podrazina ovih atoma je ispunjena elektronima.

Za sve elemente 2. periode popunjen je prvi sloj elektrona, a elektroni popunjavaju stanja 2s i 2p u skladu s načelom najmanje energije (prvo S- a zatim p) i pravilima Paulija i Hunda (Tablica 2) .

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

tablica 2
Struktura elektroničkih ljuski atoma elemenata 2. periode


Litij Li, berilij Be - s-elementi.

Bor B, ugljik C, dušik N, kisik O, fluor F, neon Ne su p-elementi; p-podrazina ovih atoma ispunjena je elektronima.

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

Tablica 3
Struktura elektroničkih ljuski atoma elemenata 3. periode

Podrazina 3s se dovršava na atomu magnezija. Natrij Na i magnezij Mg su s-elementi.

U aluminiju i elementima koji ga slijede, 3p podrazina je ispunjena elektronima.

Atom argona ima 8 elektrona u svom vanjskom sloju (treći sloj elektrona). Kao vanjski sloj on je potpun, ali ukupno u trećem elektronskom sloju, kao što već znate, može biti 18 elektrona, što znači da elementi 3. periode imaju nepopunjeno 3d stanje.

Svi elementi od aluminija Al do argona Ar su p-elementi.

S- i p-elementi čine glavne podskupine u periodnom sustavu.

Za atome elemenata 4. razdoblja - kalija i kalcija - pojavljuje se četvrta energetska razina, popunjava se 48. podrazina (tablica 4), budući da, prema pravilu Klečkovskog, ima nižu energiju od 3d podrazine.

Tablica 4
Struktura elektroničkih ljuski atoma elemenata 4. periode


Za pojednostavljenje grafičkih elektroničkih formula atoma elemenata 4. razdoblja:

Kalij K i kalcij Ca su s-elementi uključeni u glavne podskupine. U atomima od skandijuma Sc do cinka Zn, 3d podrazina je ispunjena elektronima. Ovo su 3d elementi. Oni su uključeni u sekundarne podskupine, njihov najudaljeniji elektronički sloj je ispunjen i klasificirani su kao prijelazni elementi.

Obratite pozornost na strukturu elektroničkih ljuski atoma kroma i bakra. U njima jedan elektron “otpada” s 4s na 3d podrazinu, što se objašnjava većom energetskom stabilnošću dobivenih elektroničkih konfiguracija 3d 5 i 3d 10:

U atomu cinka treća energetska razina je završena, u njoj su popunjene sve podrazine - 3s, 3p i 3d, s ukupno 18 elektrona.

Elementi nakon cinka nastavljaju ispunjavati četvrtu energetsku razinu, podrazinu 4p.

Elementi od galija Ga do kriptona Kr su p-elementi.

Atom Kr kriptona ima vanjski sloj (četvrti) koji je potpun i ima 8 elektrona. Ali ukupno u četvrtom elektronskom sloju, kao što znate, može biti 32 elektrona; atom kriptona još uvijek ima nepopunjena 4d i 4f stanja.

Za elemente 5. razdoblja, u skladu s pravilom Klečkovskog, podrazine se popunjavaju sljedećim redoslijedom: 5s ⇒ 4d ⇒ 5r. A postoje i iznimke povezane s "kvarom" elektrona u 41 Nb, 42 Mo, 44 ​​​​Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.

U 6. i 7. razdoblju pojavljuju se f-elementi, odnosno elementi kod kojih se popunjavaju 4f-, odnosno 5f-podrazine treće vanjske energetske razine.

4f elementi nazivaju se lantanidi.

5f-Elementi se nazivaju aktinidi.

Redoslijed popunjavanja elektroničkih podrazina u atomima elemenata 6. periode: 55 Cs i 56 Ba - bs elementi; 57 La ...6s 2 5d 1 - 5d-element; 58 Ce - 71 Lu - 4f elementi; 72 Hf - 80 Hg - 5d elemenata; 81 Tl - 86 Rn - br-elementi. Ali i ovdje postoje elementi kod kojih je redoslijed popunjavanja energetskih podrazina “poremećen”, što je, primjerice, povezano s većom energetskom stabilnošću polu i potpuno popunjenih f-podrazina, tj. nf 7 i nf 14.

Ovisno o tome koja je podrazina atoma posljednja ispunjena elektronima, svi elementi, kao što ste već razumjeli, podijeljeni su u četiri elektroničke obitelji ili bloka (slika 7):

Riža. 7.
Podjela periodnog sustava (tablice) na blokove elemenata

  1. s-elementi; s-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; s-elementi uključuju vodik, helij i elemente glavnih podskupina I. i II.
  2. p-elementi; p-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; p-elementi uključuju elemente glavnih podskupina skupina III-VIII;
  3. d-elementi; d-podrazina predvanjske razine atoma ispunjena je elektronima; d-elementi uključuju elemente sekundarnih podskupina skupina I-VIII, tj. elemente utičnih dekada velikih perioda koji se nalaze između s- i p-elemenata. Nazivaju se i prijelaznim elementima;
  4. f-elementi; f-podrazina treće vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; To uključuje lantanide i aktinoide.

Pitanja i zadaci za §3

  1. Napravite dijagrame elektroničke strukture, elektroničke formule i grafičke elektroničke formule atoma sljedećih kemijskih elemenata:
        a) kalcij;
        b) željezo;
        c) cirkonij;
        d) niobij;
        e) hafnij;
        e) zlato.
  2. Napišite elektroničku formulu za element br. 110 koristeći simbol za odgovarajući plemeniti plin.
  3. Što je "poniranje" elektrona? Navedite primjere elemenata u kojima se opaža ova pojava, zapišite njihove elektronske formule.
  4. Kako se određuje pripadnost kemijskog elementa određenoj obitelji elektrona?
  5. Usporedite elektroničku i grafičku elektroničku formulu atoma sumpora. Koji Dodatne informacije sadrži posljednja formula?

Struktura elektroničkih ljuski atoma elemenata prve četiri periode: $s-$, $p-$ i $d-$elementi. Elektronička konfiguracija atoma. Osnovno i pobuđeno stanje atoma

Koncept atoma nastao je u starom svijetu za označavanje čestica materije. U prijevodu s grčkog, atom znači "nedjeljiv".

Elektroni

Irski fizičar Stoney na temelju pokusa došao je do zaključka da elektricitet prenose najsitnije čestice koje postoje u atomima svih kemijskih elemenata. Godine 1891. g. Stoney je predložio da se te čestice nazovu elektroni, što na grčkom znači "jantar".

Nekoliko godina nakon što je elektron dobio ime, engleski fizičar Joseph Thomson i francuski fizičar Jean Perrin dokazali su da elektroni nose negativan naboj. To je najmanji negativni naboj koji se u kemiji uzima kao jedinica $(–1)$. Thomson je čak uspio odrediti brzinu elektrona (jednaka je brzini svjetlosti - 300 000 $ km/s) i masu elektrona (1836 $ puta manja od mase atoma vodika).

Thomson i Perrin spojili su polove izvora struje s dvije metalne ploče - katodom i anodom, zalemljenima u staklenu cijev iz koje se odvodi zrak. Kada se na elektrodne ploče dovede napon od oko 10 tisuća volti, u cijevi je zabljesnulo svjetlosno pražnjenje, a čestice su poletjele s katode (negativni pol) na anodu (pozitivni pol), što su znanstvenici prvo nazvali katodne zrake, a zatim otkrili da je to struja elektrona. Elektroni koji udaraju u posebne tvari, poput onih na TV ekranu, uzrokuju sjaj.

Izveden je zaključak: elektroni bježe iz atoma materijala od kojeg je izrađena katoda.

Slobodni elektroni ili njihov tok mogu se dobiti na druge načine, na primjer, zagrijavanjem metalne žice ili osvjetljavanjem metala koje tvore elementi glavne podskupine I. skupine periodnog sustava (na primjer, cezij).

Stanje elektrona u atomu

Stanje elektrona u atomu shvaća se kao ukupnost informacija o energije određeni elektron u prostor, u kojem se nalazi. Već znamo da elektron u atomu nema putanju gibanja, tj. možemo samo razgovarati o vjerojatnosti njegov položaj u prostoru oko jezgre. Može se nalaziti u bilo kojem dijelu tog prostora koji okružuje jezgru, a skup različitih položaja smatra se elektronskim oblakom s određenom gustoćom negativnog naboja. Slikovito se to može zamisliti ovako: kada bi bilo moguće fotografirati položaj elektrona u atomu nakon stotinki ili milijuntinki sekunde, kao u fotofinišu, tada bi elektron na takvim fotografijama bio predstavljen kao točka. Kada bi se bezbroj takvih fotografija superponiralo, slika bi bila elektronski oblak najveće gustoće gdje je i najviše tih točaka.

Slika prikazuje “presjek” takve gustoće elektrona u atomu vodika koji prolazi kroz jezgru, a isprekidana linija ograničava sferu unutar koje je vjerojatnost detekcije elektrona $90%$. Kontura najbliža jezgri pokriva područje prostora u kojem je vjerojatnost detekcije elektrona $10%$, vjerojatnost detekcije elektrona unutar druge konture od jezgre je $20%$, unutar treće je $≈30% $, itd. Postoji određena nesigurnost u stanju elektrona. Da bi okarakterizirao ovo posebno stanje, njemački fizičar W. Heisenberg uveo je pojam princip neizvjesnosti, tj. pokazao je da je nemoguće istodobno i točno odrediti energiju i položaj elektrona. Što je preciznije određena energija elektrona, to je njegov položaj neizvjesniji, i obrnuto, nakon određivanja položaja nemoguće je odrediti energiju elektrona. Raspon vjerojatnosti detekcije elektrona nema jasne granice. Međutim, moguće je odabrati prostor u kojem je vjerojatnost pronalaska elektrona najveća.

Prostor oko atomske jezgre u kojem se najvjerojatnije nalazi elektron naziva se orbitala.

Sadrži približno $90%$ elektronskog oblaka, što znači da je oko $90%$ vremena elektron u ovom dijelu svemira. Na temelju oblika poznate su četiri vrste orbitala koje se označavaju latiničnim slovima $s, p, d$ i $f$. Grafički prikaz nekih oblika elektronskih orbitala prikazan je na slici.

Najvažnija karakteristika gibanja elektrona po određenoj orbitali je energija njegovog vezanja s jezgrom. Elektroni sa sličnim energetskim vrijednostima tvore jedan sloj elektrona, ili razina energije. Energetske razine su numerirane počevši od jezgre: $1, 2, 3, 4, 5, 6$ i $7$.

Cijeli broj $n$ koji označava broj energetske razine naziva se glavni kvantni broj.

Karakterizira energiju elektrona koji zauzimaju određenu energetsku razinu. Najnižu energiju imaju elektroni prve energetske razine, najbliže jezgri. U usporedbi s elektronima prve razine, elektrone sljedećih razina karakterizira velika količina energije. Posljedično, elektroni vanjske razine najslabije su vezani za atomsku jezgru.

Broj energetskih razina (elektronskih slojeva) u atomu jednak je broju periode u sustavu D. I. Mendeljejeva kojem kemijski element pripada: atomi elemenata prve periode imaju jednu energetsku razinu; drugi period - dva; sedmo razdoblje - sedam.

Najveći broj elektrona na energetskoj razini određen je formulom:

gdje je $N$ najveći broj elektrona; $n$ je broj razine, odnosno glavni kvantni broj. Posljedično: na prvoj energetskoj razini najbližoj jezgri ne mogu biti više od dva elektrona; na drugom - ne više od 8 $; na trećem - ne više od 18 $; na četvrtom - ne više od 32 $. A kako su, pak, raspoređene energetske razine (elektronički slojevi)?

Počevši od druge energetske razine $(n = 2)$, svaka od razina je podijeljena na podrazine (podslojeve), međusobno malo različite u energiji vezivanja s jezgrom.

Broj podrazina jednak je vrijednosti glavnog kvantnog broja: prva energetska razina ima jednu podrazinu; drugi - dva; treći - tri; četvrti - četiri. Podrazine, pak, tvore orbitale.

Svaka vrijednost $n$ odgovara broju orbitala jednakom $n^2$. Prema podacima prikazanim u tablici, može se pratiti veza između glavnog kvantnog broja $n$ i broja podrazina, tipa i broja orbitala, te maksimalnog broja elektrona na podrazini i razini.

Glavni kvantni broj, vrste i broj orbitala, najveći broj elektrona u podrazinama i razinama.

Razina energije $(n)$ Broj podrazina jednak je $n$ Orbitalni tip Broj orbitala Maksimalan broj elektrona
u podrazini na razini koja je jednaka $n^2$ u podrazini na razini jednakoj $n^2$
$K(n=1)$ $1$ $1s$ $1$ $1$ $2$ $2$
$L(n=2)$ $2$ $2s$ $1$ $4$ $2$ $8$
$2p$ $3$ $6$
$M(n=3)$ $3$ $3s$ $1$ $9$ $2$ $18$
$3p$ $3$ $6$
3d$ $5$ $10$
$N(n=4)$ $4$ $4s$ $1$ $16$ $2$ $32$
$4p$ $3$ $6$
4d$ $5$ $10$
$4f$ $7$ $14$

Podrazine se obično označavaju latiničnim slovima, kao i oblik orbitala od kojih se sastoje: $s, p, d, f$. Tako:

  • $s$-podrazina - prva podrazina svake energetske razine najbliža atomskoj jezgri, sastoji se od jedne $s$-orbitale;
  • $p$-podrazina - druga podrazina svake, osim prve, energetske razine sastoji se od tri $p$-orbitale;
  • $d$-podrazina - treća podrazina svake, počevši od treće, energetske razine, sastoji se od pet $d$-orbitala;
  • $f$-podrazina svake, počevši od četvrte energetske razine, sastoji se od sedam $f$-orbitala.

Atomska jezgra

Ali nisu samo elektroni dio atoma. Fizičar Henri Becquerel otkrio je da prirodni mineral koji sadrži uranovu sol također emitira nepoznato zračenje, izlažući fotografske filmove zaštićene od svjetlosti. Ova pojava je nazvana radioaktivnost.

Postoje tri vrste radioaktivnih zraka:

  1. $α$-zrake, koje se sastoje od $α$-čestica koje imaju naboj $2$ puta više naboja elektron, ali s pozitivnim predznakom, i mase $4$ puta veće od mase atoma vodika;
  2. $β$-zrake predstavljaju tok elektrona;
  3. $γ$-zrake - Elektromagnetski valovi zanemarive mase, bez električnog naboja.

Posljedično, atom ima složenu strukturu - sastoji se od pozitivno nabijene jezgre i elektrona.

Kako je strukturiran atom?

Godine 1910. u Cambridgeu, blizu Londona, Ernest Rutherford i njegovi studenti i kolege proučavali su raspršenje $α$ čestica koje prolaze kroz tanku zlatnu foliju i padaju na ekran. Alfa čestice obično su odstupale od prvotnog smjera samo za jedan stupanj, prividno potvrđujući ujednačenost i ujednačenost svojstava atoma zlata. I odjednom su istraživači primijetili da su neke $α$ čestice naglo promijenile smjer svoje staze, kao da nailaze na nekakvu prepreku.

Postavljajući ekran ispred folije, Rutherford je uspio detektirati čak i one rijetke slučajeve kada su $α$ čestice, reflektirane od atoma zlata, letjele u suprotnom smjeru.

Izračuni su pokazali da bi se opaženi fenomeni mogli dogoditi ako bi se cijela masa atoma i sav njegov pozitivni naboj koncentrirali u sićušnoj središnjoj jezgri. Polumjer jezgre, kako se pokazalo, 100.000 puta manji je od polumjera cijelog atoma, područja u kojem se nalaze elektroni s negativnim nabojem. Ako primijenimo figurativnu usporedbu, tada se cijeli volumen atoma može usporediti sa stadionom u Luzhnikiju, a jezgra - nogometna lopta, koji se nalazi u središtu terena.

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

Protoni i neutroni

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

Protoni imaju naboj jednak naboju elektrona, ali suprotnog predznaka $(+1)$, i masu jednaku masi atoma vodika (u kemiji se uzima kao jedinica). Protoni se označavaju znakom $↙(1)↖(1)p$ (ili $p+$). Neutroni ne nose naboj, neutralni su i imaju masu jednaku masi protona, tj. $1$. Neutroni se označavaju znakom $↙(0)↖(1)n$ (ili $n^0$).

Protoni i neutroni zajedno se nazivaju nukleoni(od lat. jezgra- jezgra).

Zbroj broja protona i neutrona u atomu naziva se maseni broj. Na primjer, maseni broj atoma aluminija je:

Budući da se zanemarivo mala masa elektrona može zanemariti, očito je da je cjelokupna masa atoma koncentrirana u jezgri. Elektroni su označeni na sljedeći način: $e↖(-)$.

Budući da je atom električki neutralan, očito je i da da je broj protona i elektrona u atomu isti. Jednak je atomskom broju kemijskog elementa, dodijeljen mu u periodnom sustavu. Na primjer, jezgra atoma željeza sadrži $26$ protona, a $26$ elektrona kruži oko jezgre. Kako odrediti broj neutrona?

Kao što je poznato, masa atoma sastoji se od mase protona i neutrona. Poznavajući redni broj elementa $(Z)$, tj. broj protona i maseni broj $(A)$, jednak zbroju brojeva protona i neutrona, broj neutrona $(N)$ može se pronaći pomoću formule:

Na primjer, broj neutrona u atomu željeza je:

$56 – 26 = 30$.

U tablici su prikazane glavne karakteristike elementarnih čestica.

Osnovne karakteristike elementarnih čestica.

Izotopi

Varijante atoma istog elementa koji imaju isti nuklearni naboj, ali različite masene brojeve nazivaju se izotopi.

Riječ izotop sastoji se od dvije grčke riječi: isos- istovjetan i topos- mjesto, znači “zauzimanje jednog mjesta” (ćelije) u periodnom sustavu elemenata.

Kemijski elementi koji se nalaze u prirodi mješavina su izotopa. Dakle, ugljik ima tri izotopa s masama $12, 13, 14$; kisik - tri izotopa s masama $16, 17, 18, itd.

Obično je relativna atomska masa kemijskog elementa navedena u periodnom sustavu prosječna vrijednost atomskih masa prirodne mješavine izotopa danog elementa, uzimajući u obzir njihovu relativnu zastupljenost u prirodi, stoga vrijednosti atomskih mase su dosta često frakcijske. Na primjer, prirodni atomi klora su mješavina dva izotopa - $35$ (u prirodi ih ima $75%$) i $37$ (u prirodi ih ima $25%$); stoga je relativna atomska masa klora 35,5$. Izotopi klora zapisuju se na sljedeći način:

$↖(35)↙(17)(Cl)$ i $↖(37)↙(17)(Cl)$

Kemijska svojstva izotopa klora potpuno su ista, kao i izotopi većine kemijskih elemenata, na primjer kalija, argona:

$↖(39)↙(19)(K)$ i $↖(40)↙(19)(K)$, $↖(39)↙(18)(Ar)$ i $↖(40)↙(18 )(Ar)$

Međutim, svojstva izotopa vodika jako variraju zbog dramatičnog višestrukog povećanja njihove relativne atomske mase; čak su dobili i pojedinačna imena i kemijske simbole: protij - $↖(1)↙(1)(H)$; deuterij - $↖(2)↙(1)(H)$, ili $↖(2)↙(1)(D)$; tricij - $↖(3)↙(1)(H)$, ili $↖(3)↙(1)(T)$.

Sada možemo dati moderniju, strožu i znanstvenu definiciju kemijskog elementa.

Kemijski element je skup atoma sa jednak naboj jezgre.

Struktura elektroničkih ljuski atoma elemenata prve četiri periode

Razmotrimo prikaz elektroničkih konfiguracija atoma elemenata prema periodima sustava D.I.Mendelejeva.

Elementi prvog razdoblja.

Dijagrami elektroničke strukture atoma prikazuju raspodjelu elektrona po elektroničkim slojevima (razinama energije).

Elektroničke formule atoma pokazuju raspodjelu elektrona po energetskim razinama i podrazinama.

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

U atomu helija, prvi elektronski sloj je potpun - sadrži $2$ elektrona.

Vodik i helij su $s$ elementi; $s$ orbitala ovih atoma ispunjena je elektronima.

Elementi drugog razdoblja.

Za sve elemente druge periode, prvi sloj elektrona je ispunjen, a elektroni ispunjavaju $s-$ i $p$ orbitale drugog sloja elektrona u skladu s načelom najmanje energije (prvo $s$, a zatim $p$ ) i pravila Paulija i Hunda.

U atomu neona, drugi elektronski sloj je završen - sadrži $8$ elektrona.

Elementi trećeg razdoblja.

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

Struktura elektroničkih ljuski atoma elemenata treće periode.

Atom magnezija završava svoju elektronsku orbitalu od 3,5$. $Na$ i $Mg$ su $s$-elementi.

U aluminiju i sljedećim elementima, podrazina $3d$ ispunjena je elektronima.

$↙(18)(Ar)$ Argon $1s^2(2)s^2(2)p^6(3)s^2(3)p^6$

Atom argona ima $8$ elektrona u svom vanjskom sloju (treći sloj elektrona). Kako je vanjski sloj završen, ali ukupno u trećem elektronskom sloju, kao što već znate, može biti 18 elektrona, što znači da elementi treće periode imaju nepopunjene $3d$-orbitale.

Svi elementi od $Al$ do $Ar$ su $r$ -elementi.

$s-$ i $p$ -elementi oblik glavne podskupine u periodnom sustavu.

Elementi četvrtog razdoblja.

Atomi kalija i kalcija imaju četvrti elektronski sloj i podrazina $4s$ je ispunjena, jer ima nižu energiju od podrazine $3d$. Za pojednostavljenje grafičkih elektroničkih formula atoma elemenata četvrte periode:

  1. Označimo konvencionalnu grafičku elektroničku formulu argona na sljedeći način: $Ar$;
  2. Nećemo prikazati podrazine koje nisu ispunjene ovim atomima.

$K, Ca$ - $s$ -elementi, uključeni u glavne podskupine. Za atome od $Sc$ do $Zn$, 3d podrazina je ispunjena elektronima. Ovo su $3d$ elementi. Uključeni su u bočne podskupine, njihov vanjski elektronski sloj je ispunjen, klasificiraju se kao prijelazni elementi.

Obratite pozornost na strukturu elektroničkih ljuski atoma kroma i bakra. U njima jedan elektron “otkaže” s $4s-$ na $3d$ podrazinu, što se objašnjava većom energetskom stabilnošću rezultirajućih $3d^5$ i $3d^(10)$ elektroničkih konfiguracija:

$↙(24)(Cr)$ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(4) 4s^(2)…$

$↙(29)(Cu)$ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(9)4s^(2)…$

Simbol elementa, serijski broj, naziv Dijagram elektroničke strukture Elektronska formula Grafička elektronička formula
$↙(19)(K)$ Kalij $1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1$
$↙(20)(C)$ Kalcij $1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2$
$↙(21)(Sc)$ Skandij $1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^1$ ili $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^1(4)s^1$
$↙(22)(Ti)$ Titan $1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^2$ ili $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^2(4)s^2$
$↙(23)(V)$ Vanadij $1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^3$ ili $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^3(4)s^2$
$↙(24)(Cr)$ Krom $1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^5$ ili $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^5(4)s^1$
$↙(29)(Cu)$ Krom $1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^(10)$ ili $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^1$
$↙(30)(Zn)$ Cink $1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)$ ili $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^2$
$↙(31)(Ga)$ Galij $1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^(1)$ ili $1s^2(2) s^2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^(1)$
$↙(36)(Kr)$ Kripton $1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^6$ ili $1s^2(2)s^ 2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^6$

U atomu cinka treći elektronski sloj je završen - u njemu su popunjene sve $3s, 3p$ i $3d$ podrazine, s ukupno $18$ elektrona.

U elementima koji slijede nakon cinka, četvrti elektronski sloj, podrazina $4p$, nastavlja se puniti. Elementi od $Ga$ do $Kr$ - $r$ -elementi.

Vanjski (četvrti) sloj atoma kriptona je potpun i ima $8$ elektrona. Ali ukupno u četvrtom elektronskom sloju, kao što znate, može biti $32$ elektrona; atom kriptona još uvijek ima nepopunjene podrazine $4d-$ i $4f$.

Za elemente pete periode podrazine se popunjavaju sljedećim redoslijedom: $5s → 4d → 5p$. A postoje i iznimke povezane s "kvarom" elektrona u $↙(41)Nb$, $↙(42)Mo$, $↙(44)Ru$, $↙(45)Rh$, $↙(46 ) Pd$, $↙(47)Ag$. $f$ se pojavljuje u šestoj i sedmoj periodi -elementi, tj. elementi za koje su popunjene podrazine $4f-$ i $5f$ trećeg vanjskog elektroničkog sloja.

$4f$ -elementi nazvao lantanoidi.

$5f$ -elementi nazvao aktinidi.

Redoslijed popunjavanja elektroničkih podrazina u atomima elemenata šeste periode: $↙(55)Cs$ i $↙(56)Ba$ - $6s$ elementi; $↙(57)La ... 6s^(2)5d^(1)$ - $5d$-element; $↙(58)Se$ – $↙(71)Lu - 4f$-elementi; $↙(72)Hf$ – $↙(80)Hg - 5d$-elemenata; $↙(81)T1$ – $↙(86)Rn - 6d$-elemenata. Ali i ovdje postoje elementi kod kojih je narušen redoslijed popunjavanja elektronskih orbitala, što je, na primjer, povezano s većom energetskom stabilnošću polu i potpuno ispunjenih $f$-podrazina, tj. $nf^7$ i $nf^(14)$.

Ovisno o tome koja je podrazina atoma posljednja ispunjena elektronima, svi elementi, kao što ste već razumjeli, podijeljeni su u četiri elektronske obitelji ili blokova:

  1. $s$ -elementi;$s$-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; $s$-elementi uključuju vodik, helij i elemente glavnih podskupina I. i II.
  2. $p$ -elementi;$p$-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; $p$-elementi uključuju elemente glavnih podskupina III–VIII skupina;
  3. $d$ -elementi;$d$-podrazina predvanjske razine atoma ispunjena je elektronima; $d$-elementi uključuju elemente sekundarnih podskupina skupina I–VIII, tj. elementi interkalarnih dekada velikih perioda koji se nalaze između $s-$ i $p-$elemenata. Također se nazivaju prijelazni elementi;
  4. $f$ -elementi; elektroni ispunjavaju $f-$podrazinu treće vanjske razine atoma; tu spadaju lantanidi i aktinoidi.

Elektronička konfiguracija atoma. Osnovno i pobuđeno stanje atoma

Švicarski fizičar W. Pauli 1925. godine otkrio je da atom ne može imati više od dva elektrona u jednoj orbitali, sa suprotnim (antiparalelnim) leđima (prevedeno s engleskog kao vreteno), tj. posjedujući svojstva koja se konvencionalno mogu zamisliti kao rotacija elektrona oko njegove zamišljene osi u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od njega. Ovaj princip se zove Paulijevo načelo.

Ako postoji jedan elektron u orbitali, zove se nesparen, ako dva, onda ovo sparenih elektrona, tj. elektroni sa suprotnim spinovima.

Na slici je prikazan dijagram podjele energetskih razina na podrazine.

$s-$ Orbitalni, kao što već znate, ima sferni oblik. Elektron atoma vodika $(n = 1)$ nalazi se u ovoj orbitali i nije sparen. Iz tog razloga to elektronska formula, ili elektronička konfiguracija, piše se ovako: $1s^1$. U elektronskim formulama broj energetske razine označava se brojem ispred slova $(1...)$, latinično slovo označava podrazinu (vrstu orbitale), a broj napisan desno iznad slovo (kao eksponent) pokazuje broj elektrona u podrazini.

Za atom helija He, koji ima dva uparena elektrona u jednoj $s-$orbitali, ova formula je: $1s^2$. Elektronski omotač atoma helija je potpun i vrlo stabilan. Helij je plemeniti plin. Na drugoj energetskoj razini $(n = 2)$ nalaze se četiri orbitale, jedna $s$ i tri $p$. Elektroni $s$-orbitale druge razine ($2s$-orbitala) imaju veću energiju, jer nalaze se na većoj udaljenosti od jezgre nego elektroni $1s$ orbitale $(n = 2)$. Općenito, za svaku vrijednost $n$ postoji jedna $s-$orbitala, ali s odgovarajućom opskrbom energijom elektrona na njoj i, prema tome, s odgovarajućim promjerom, koji raste kako vrijednost $n$ raste. $ s-$Orbitala, kao što već znate, ima sferni oblik. Elektron atoma vodika $(n = 1)$ nalazi se u ovoj orbitali i nije sparen. Stoga je njegova elektronička formula, odnosno elektronička konfiguracija, zapisana na sljedeći način: $1s^1$. U elektronskim formulama broj energetske razine označava se brojem ispred slova $(1...)$, latinično slovo označava podrazinu (vrstu orbitale), a broj napisan desno iznad slovo (kao eksponent) pokazuje broj elektrona u podrazini.

Za atom helija $He$, koji ima dva uparena elektrona u jednoj $s-$orbitali, ova formula je: $1s^2$. Elektronski omotač atoma helija je potpun i vrlo stabilan. Helij je plemeniti plin. Na drugoj energetskoj razini $(n = 2)$ nalaze se četiri orbitale, jedna $s$ i tri $p$. Elektroni $s-$orbitala druge razine ($2s$-orbitale) imaju veću energiju, jer nalaze se na većoj udaljenosti od jezgre nego elektroni $1s$ orbitale $(n = 2)$. Općenito, za svaku vrijednost $n$ postoji jedna $s-$orbitala, ali s odgovarajućom opskrbom energijom elektrona na njoj i, prema tome, s odgovarajućim promjerom, koji raste kako se povećava vrijednost $n$.

$p-$ Orbitalni ima oblik bučice ili voluminozne osmice. Sve tri $p$-orbitale nalaze se u atomu međusobno okomito duž prostornih koordinata povučenih kroz jezgru atoma. Treba još jednom naglasiti da svaka energetska razina (elektronički sloj), počevši od $n= 2$, ima tri $p$-orbitale. Kako vrijednost $n$ raste, elektroni zauzimaju $p$-orbitale koje se nalaze na velikim udaljenostima od jezgre i usmjerene su duž $x,y,z$ osi.

Za elemente druge periode $(n = 2)$ najprije se popunjava jedna $s$-orbitala, a zatim tri $p$-orbitale; elektronska formula $Li: 1s^(2)2s^(1)$. Elektron $2s^1$ slabije je vezan za jezgru atoma, pa ga se atom litija može lako odreći (kao što se očito sjećate, taj se proces naziva oksidacija), pretvarajući se u litijev ion $Li^+$ .

U atomu berilija Be, četvrti elektron se također nalazi u $2s$ orbitali: $1s^(2)2s^(2)$. Dva vanjska elektrona atoma berilija lako se odvajaju - $B^0$ se oksidira u kation $Be^(2+)$.

U atomu bora, peti elektron zauzima $2p$ orbitalu: $1s^(2)2s^(2)2p^(1)$. Zatim se atomi $C, N, O, F$ popunjavaju $2p$-orbitalama, koje završavaju s plemenitim plinom neonom: $1s^(2)2s^(2)2p^(6)$.

Za elemente treće periode popunjene su orbitale $3s-$ odnosno $3p$. Pet $d$-orbitala treće razine ostaje slobodno:

$↙(11)Na 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(1)$,

$↙(17)Cl 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(5)$,

$↙(18)Ar 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)$.

Ponekad se u dijagramima koji prikazuju raspodjelu elektrona u atomima navodi samo broj elektrona na svakoj energetskoj razini, tj. pisati skraćene elektroničke formule atoma kemijskih elemenata, za razliku od gore navedenih potpunih elektroničkih formula, na primjer:

$↙(11)Na 2, 8, 1;$ $↙(17)Cl 2, 8, 7;$ $↙(18)Ar 2, 8, 8$.

Za elemente velikih perioda (četvrti i peti), prva dva elektrona zauzimaju $4s-$ odnosno $5s$ orbitale: $↙(19)K 2, 8, 8, 1;$ $↙(38)Sr 2 , 8, 18, 8, 2$. Počevši od trećeg elementa svake velike periode, sljedećih deset elektrona će ići na prethodne $3d-$ odnosno $4d-$orbitale (za elemente bočnih podskupina): $↙(23)V 2, 8, 11 , 2;$ $↙( 26)Fr 2, 8, 14, 2;$ $↙(40)Zr 2, 8, 18, 10, 2;$ $↙(43)Tc 2, 8, 18, 13, 2$. U pravilu, kada se popuni prethodna $d$-podrazina, počinje se popunjavati vanjska ($4r-$ odnosno $5r-$) $r-$podrazina: $↙(33)As 2, 8 , 18, 5;$ $ ↙(52)Te 2, 8, 18, 18, 6$.

Za elemente velikih perioda - šesti i nepotpuni sedmi - elektroničke razine i podrazine ispunjene su elektronima, u pravilu, ovako: prva dva elektrona ulaze u vanjsku $s-$podrazinu: $↙(56)Ba 2, 8 , 18, 18, 8, 2;$ $↙(87)Pt 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1$; sljedeći jedan elektron (za $La$ i $Ca$) na prethodnu $d$-podrazinu: $↙(57)La 2, 8, 18, 18, 9, 2$ i $↙(89)Ac 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2$.

Tada će sljedećih $14$ elektrona otići na treću vanjsku energetsku razinu, na $4f$ i $5f$ orbitale lantanida i aktinoida, redom: $↙(64)Gd 2, 8, 18, 25, 9, 2; $$↙(92 )U 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2$.

Zatim će se ponovno početi graditi druga vanjska energetska razina ($d$-podrazina) elemenata bočnih podskupina: $↙(73)Ta 2, 8, 18, 32, 11, 2;$ $↙(104)Rf 2, 8, 18 , 32, 32, 10, 2$. I konačno, tek nakon što se $d$-podrazina u potpunosti ispuni s deset elektrona, ponovno će se ispuniti $p$-podrazina: $↙(86)Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8$.

Vrlo često se struktura elektroničkih ljuski atoma prikazuje pomoću energetskih ili kvantnih ćelija – tzv. grafičke elektronske formule. Za ovu se oznaku koristi sljedeća oznaka: svaka kvantna stanica označena je stanicom koja odgovara jednoj orbitali; Svaki elektron je označen strelicom koja odgovara smjeru spina. Kada pišete grafičku elektroničku formulu, trebali biste zapamtiti dva pravila: Paulijevo načelo, prema kojoj u ćeliji (orbitali) ne mogu biti više od dva elektrona, ali s antiparalelnim spinovima, i F. Hundovo pravilo, prema kojem elektroni zauzimaju slobodne ćelije prvo jedan po jedan i imaju istu vrijednost spina, a tek onda se sparuju, ali će spinovi, prema Paulijevom principu, biti suprotnih smjerova.

Elektronička konfiguracija atom je numerički prikaz njegovih elektronskih orbitala. Elektronske orbitale su regije raznih oblika, smješten oko atomske jezgre, u kojem je matematički vjerojatno da će se naći elektron. Elektronička konfiguracija pomaže čitatelju brzo i jednostavno reći koliko elektronskih orbitala atom ima, kao i odrediti broj elektrona u svakoj orbitali. Nakon čitanja ovog članka svladat ćete metodu izrade elektroničkih konfiguracija.

Koraci

Raspodjela elektrona pomoću periodnog sustava D. I. Mendeljejeva

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

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

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

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

    Razumjeti notaciju elektroničke konfiguracije. Elektroničke konfiguracije napisani su tako da jasno pokazuju broj elektrona u svakoj orbitali. Orbitale se pišu sekvencijalno, s brojem atoma u svakoj orbitali napisanim kao superskript desno od naziva orbitale. Dovršena elektronička konfiguracija ima oblik niza oznaka podrazine i superskripta.

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

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

    • Elektronska konfiguracija atoma u kojem su sve orbitale ispunjene bit će sljedeća: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 6d 10 7p 6
    • Imajte na umu da je gornji unos, kada su sve orbitale popunjene, elektronska konfiguracija elementa Uuo (ununokcij) 118, atoma s najvećim brojem u periodnom sustavu. Stoga ova elektronička konfiguracija sadrži sve trenutno poznate elektronske podrazine neutralno nabijenog atoma.

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

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

  4. Koristite periodni sustav kao vizualni znak. Vjerojatno ste već primijetili da oblik periodnog sustava odgovara redoslijedu podrazina elektrona u elektronskim konfiguracijama. Na primjer, atomi u drugom stupcu slijeva uvijek završavaju na "s 2", a atomi na desnom rubu tankog središnjeg dijela uvijek završavaju na "d 10" itd. Koristite periodni sustav kao vizualni vodič za pisanje konfiguracija - kako redoslijed kojim dodajete orbitalama odgovara vašem položaju u tablici. Pogledaj ispod:

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

  5. Naučite kratice za pisanje konfiguracija dugih elektrona. Atomi na desnom rubu periodnog sustava nazivaju se plemeniti plinovi. Ovi elementi su kemijski vrlo stabilni. Kako biste skratili proces pisanja dugih elektronskih konfiguracija, jednostavno napišite kemijski simbol najbližeg plemenitog plina s manje elektrona od vašeg atoma u uglatim zagradama, a zatim nastavite pisati elektronsku konfiguraciju sljedećih orbitalnih razina. Pogledaj ispod:

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

    Korištenje periodnog sustava ADOMAH

    1. Ovladajte periodnim sustavom ADOMAH. Ova metoda snimanje elektroničke konfiguracije ne zahtijeva memoriranje, već zahtijeva modificirani periodni sustav, budući da u tradicionalnom periodnom sustavu, počevši od četvrte periode, broj periode ne odgovara elektronskoj ljusci. Pronađite periodni sustav ADOMAH - posebnu vrstu periodnog sustava koji je razvio znanstvenik Valery Zimmerman. Lako ga je pronaći kratkom internetskom pretragom.

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

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

      • Obratite pozornost na brojeve od 1 do 8 na dnu tablice. To su brojevi elektroničkih razina, odnosno brojevi stupaca. Zanemarite stupce koji sadrže samo prekrižene stavke. Za erbij ostaju stupci označeni brojevima 1,2,3,4,5 i 6.

    3. Prebrojite orbitalne podrazine do svog elementa. Gledajući simbole blokova prikazane desno od tablice (s, p, d i f) i brojeve stupaca prikazane u dnu, zanemarite dijagonalne linije između blokova i razdvojite stupce u blokove stupaca, navodeći ih redom odozdo prema gore. Opet, zanemarite blokove koji imaju prekrižene elemente. Pišite blokove stupaca počevši od broja stupca nakon kojeg slijedi simbol bloka, ovako: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (za erbij).

      • Imajte na umu: gornja elektronska konfiguracija za Er napisana je uzlaznim redoslijedom broja podrazine elektrona. Također se može napisati redoslijedom popunjavanja orbitala. Da biste to učinili, slijedite kaskade odozdo prema gore, umjesto stupaca, kada pišete blokove stupaca: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 12 .

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

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

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