Електронна конфигурацияатоме формула, показваща разположението на електроните в атома по нива и поднива. След като изучите статията, ще научите къде и как се намират електроните, ще се запознаете с квантовите числа и ще можете да конструирате електронната конфигурация на атома по неговия номер; в края на статията има таблица с елементи.
Защо да изучаваме електронната конфигурация на елементите?
Атомите са като строителен комплект: има определен брой части, те се различават една от друга, но две части от един и същи вид са абсолютно еднакви. Но този конструктор е много по-интересен от пластмасовия и ето защо. Конфигурацията се променя в зависимост от това кой е наблизо. Например кислород до водород Може бисе превръща във вода, когато е близо до натрий, се превръща в газ, а когато е близо до желязо, напълно го превръща в ръжда. За да се отговори на въпроса защо това се случва и да се предвиди поведението на един атом до друг, е необходимо да се проучи електронната конфигурация, която ще бъде разгледана по-долу.
Колко електрона има в един атом?
Атомът се състои от ядро и електрони, въртящи се около него; ядрото се състои от протони и неутрони. В неутрално състояние всеки атом има брой електрони, равен на броя на протоните в ядрото му. Означен е броят на протоните сериен номерелемент, например сярата, има 16 протона - 16-ият елемент от периодичната таблица. Златото има 79 протона - 79-ият елемент от периодичната система. Съответно сярата има 16 електрона в неутрално състояние, а златото има 79 електрона.
Къде да търся електрон?
Чрез наблюдение на поведението на електрона са изведени определени модели, те са описани с квантови числа, общо четири:
- Главно квантово число
- Орбитално квантово число
- Магнитно квантово число
- Спиново квантово число
Орбитален
Освен това, вместо думата орбита, ще използваме термина „орбитала“; орбитала е вълновата функция на електрона; това е областта, в която електронът прекарва 90% от времето си.
N - ниво
L - черупка
M l - орбитален номер
M s - първи или втори електрон в орбитала
Орбитално квантово число l
В резултат на изследването на електронния облак беше установено, че в зависимост от енергийно ниво, облакът има четири основни форми: топка, дъмбел и две други по-сложни. По ред на нарастване на енергията тези форми се наричат s-, p-, d- и f-обвивка. Всяка от тези черупки може да има 1 (на s), 3 (на p), 5 (на d) и 7 (на f) орбитали. Орбиталното квантово число е обвивката, в която се намират орбиталите. Орбиталното квантово число за s, p, d и f орбиталите приема стойности съответно 0,1,2 или 3.
На s-обвивката има една орбитала (L=0) - два електрона
На p-обвивката (L=1) има три орбитали - шест електрона
Има пет орбитали на d-обвивката (L=2) - десет електрона
На f-обвивката (L=3) има седем орбитали - четиринадесет електрона
Магнитно квантово число m l
На p-обвивката има три орбитали, те се обозначават с числа от -L до +L, тоест за p-обвивката (L=1) има орбитали „-1“, „0“ и „1“ . Магнитното квантово число се обозначава с буквата m l.
Вътре в обвивката е по-лесно електроните да бъдат разположени в различни орбитали, така че първите електрони запълват по един във всяка орбитала, а след това към всяка се добавя двойка електрони.
Помислете за d-обвивката:
D-обвивката съответства на стойността L=2, т.е. пет орбитали (-2,-1,0,1 и 2), първите пет електрона запълват обвивката, приемайки стойностите M l =-2, M l =-1, Ml =0, Ml =1, Ml =2.
Спиново квантово число m s
Спинът е посоката на въртене на електрона около неговата ос, има две посоки, така че квантовото число на спина има две стойности: +1/2 и -1/2. Едно енергийно подниво може да съдържа само два електрона с противоположни спинове. Спиновото квантово число се означава с m s
Главно квантово число n
Основното квантово число е енергийното ниво при този моментизвестни са седем енергийни нива, всяко обозначено с арабска цифра: 1,2,3,...7. Броят на черупките на всяко ниво е равен на номера на нивото: има една черупка на първото ниво, две на второто и т.н.
Електронно число
И така, всеки електрон може да бъде описан с четири квантови числа, комбинацията от тези числа е уникална за всяка позиция на електрона, вземете първия електрон, най-ниското енергийно ниво е N = 1, на първото ниво има една обвивка, първата обвивка на всяко ниво има формата на топка (s -shell), т.е. L=0, магнитното квантово число може да приеме само една стойност, M l =0 и спинът ще бъде равен на +1/2. Ако вземем петия електрон (в какъвто и атом да е), то основните квантови числа за него ще бъдат: N=2, L=1, M=-1, спин 1/2.
Алгоритъм за съставяне на електронна формула на елемент:
1. Определете броя на електроните в атома, като използвате Периодичната таблица на химичните елементи D.I. Менделеев.
2. Въз основа на номера на периода, в който се намира елементът, определете броя на енергийните нива; броят на електроните в последното електронно ниво съответства на номера на групата.
3. Разделете нивата на поднива и орбитали и ги запълнете с електрони в съответствие с правилата за запълване на орбитали:
Трябва да се помни, че първото ниво съдържа максимум 2 електрона 1s 2, на втория - максимум 8 (две си шест R: 2s 2 2p 6), на третия - максимум 18 (две с, шест стр, и десет d: 3s 2 3p 6 3d 10).
- Главно квантово число нтрябва да бъде минимален.
- Първо за пълнене с-подниво, тогава р-, d- b f-поднива.
- Електроните запълват орбиталите в ред на нарастване на енергията на орбиталите (правилото на Клечковски).
- В рамките на едно подниво електроните първо заемат свободни орбитали един по един и едва след това образуват двойки (правилото на Хунд).
- Не може да има повече от два електрона в една орбитала (принцип на Паули).
Примери.
1. Нека създадем електронната формула на азота. Азотът е номер 7 в периодичната таблица.
2. Нека създадем електронната формула за аргон. Аргонът е номер 18 в периодичната таблица.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6.
3. Нека създадем електронната формула на хрома. Хромът е номер 24 в периодичната таблица.
1s 2 2s 2 2т 6 3s 2 3т 6 4s 1 3г 5
Енергийна диаграма на цинка.
4. Да създадем електронната формула на цинка. Цинкът е номер 30 в периодичната таблица.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
Моля, обърнете внимание, че част от електронната формула, а именно 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6, е електронната формула на аргона.
Електронната формула на цинка може да бъде представена като:
При писане на електронни формули на атоми на елементи се посочват енергийни нива (стойности на основното квантово число нпод формата на числа - 1, 2, 3 и т.н.), енергийни поднива (стойности на орбитални квантови числа лпод формата на букви - с, стр, д, f) и числото в горната част показват броя на електроните в дадено подниво.
Първият елемент в таблицата е D.I. Менделеев е водород, следователно зарядът на ядрото на атома не равно на 1, атомът има само един електрон на с-подниво на първо ниво. Следователно електронната формула на водородния атом има формата:
Вторият елемент е хелий, неговият атом има два електрона, следователно електронната формула на атома на хелия е 2 Не 1с 2. Първият период включва само два елемента, тъй като първото енергийно ниво е запълнено с електрони, които могат да бъдат заети само от 2 електрона.
Третият елемент по ред - литий - вече е във втория период, следователно второто му енергийно ниво започва да се запълва с електрони (говорихме за това по-горе). Запълването на второто ниво с електрони започва с с-подниво, следователно електронната формула на литиевия атом е 3 Ли 1с 2 2с 1 . Атомът на берилий е завършен с електрони с-подниво: 4 Ve 1с 2 2с 2 .
В следващите елементи от 2-ри период второто енергийно ниво продължава да се запълва с електрони, само сега то е запълнено с електрони Р-подниво: 5 IN 1с 2 2с 2 2Р 1 ; 6 СЪС 1с 2 2с 2 2Р 2 … 10 не 1с 2 2с 2 2Р 6 .
Неоновият атом завършва запълването си с електрони Р-подниво, този елемент завършва втория период, има осем електрона, тъй като с- И Р-поднивата могат да съдържат само осем електрона.
За елементи от 3-ти период има подобна последователност на запълване на енергийните поднива на третото ниво с електрони. Електронните формули на атомите на някои елементи от този период са както следва:
11 Na 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 1 ; 12 Mg 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 2 ; 13 Ал 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 2 3стр 1 ;
14 Si 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 2 3стр 2 ;…; 18 Ар 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 2 3стр 6 .
Третият период, подобно на втория, завършва с елемент (аргон), който е напълно запълнен с електрони Р-подниво, въпреки че третото ниво включва три поднива ( с, Р, д). Съгласно горния ред на запълване на енергийни поднива в съответствие с правилата на Клечковски, енергията на подниво 3 дповече енергия от подниво 4 сследователно калиевият атом до аргона и калциевият атом зад него са пълни с електрони 3 с– подниво на четвърто ниво:
19 ДА СЕ 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 2 3стр 6 4с 1 ; 20 ок 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 2 3стр 6 4с 2 .
Започвайки от 21-ия елемент - скандий, подниво 3 в атомите на елементите започва да се запълва с електрони д. Електронните формули на атомите на тези елементи са:
21 Sc 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 2 3стр 6 4с 2 3д 1 ; 22 Ти 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 2 3стр 6 4с 2 3д 2 .
В атомите на 24-тия елемент (хром) и 29-ия елемент (мед) се наблюдава явление, наречено „изтичане“ или „повреда“ на електрон: електрон от външната 4 с– подниво „пада“ с 3 д– подниво, завършващо запълването му наполовина (за хром) или изцяло (за мед), което допринася за по-голяма стабилност на атома:
24 Кр 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 2 3стр 6 4с 1 3д 5 (вместо...4 с 2 3д 4) и
29 Cu 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 2 3стр 6 4с 1 3д 10 (вместо...4 с 2 3д 9).
Започвайки от 31-ия елемент - галий, продължава запълването на 4-то ниво с електрони, сега - Р– подниво:
31 Ga 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 2 3стр 6 4с 2 3д 10 4стр 1 …; 36 Кр 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 2 3стр 6 4с 2 3д 10 4стр 6 .
Този елемент завършва четвъртия период, който вече включва 18 елемента.
Подобен ред на запълване на енергийни поднива с електрони се среща в атомите на елементите от 5-ия период. За първите две (рубидий и стронций) се запълва с– подниво на 5-то ниво, за следващите десет елемента (от итрий до кадмий) се запълва д– подниво на 4-то ниво; Периодът се допълва от шест елемента (от индий до ксенон), чиито атоми са запълнени с електрони Р– подниво на външното, пето ниво. Има също 18 елемента в период.
За елементи от шести период този ред на попълване е нарушен. В началото на периода, както обикновено, има два елемента, чиито атоми са пълни с електрони с– подниво на външното, шесто, ниво. Следващият елемент зад тях, лантанът, започва да се пълни с електрони д– подниво на предходното ниво, т.е. 5 д. Това завършва пълненето с електрони 5 д-поднивото спира и следващите 14 елемента - от церий до лутеций - започват да се запълват f-подниво на 4-то ниво. Всички тези елементи са включени в една клетка на таблицата, а по-долу има разширен ред от тези елементи, наречени лантаниди.
Започвайки от 72-ия елемент - хафний - до 80-ия елемент - живак, запълването с електрони продължава 5 д-подниво и периодът завършва, както обикновено, с шест елемента (от талий до радон), чиито атоми са пълни с електрони Р– подниво на външното, шесто, ниво. Това е най-големият период, включващ 32 елемента.
В атомите на елементите от седмия, непълен период, се вижда същият ред на запълване на поднива, както е описано по-горе. Оставяме учениците сами да напишат електронните формули на атомите на елементите от 5-ти – 7-ми периоди, като вземат предвид всичко казано по-горе.
Забележка:В някои учебнициДопуска се различен ред на записване на електронните формули на атомите на елементите: не по реда на тяхното запълване, а в съответствие с броя на електроните, дадени в таблицата на всеки енергийно ниво. Например електронната формула на атома арсен може да изглежда така: As 1с 2 2с 2 2Р 6 3с 2 3стр 6 3д 10 4с 2 4стр 3 .
