Elektroniskā konfigurācija atoms ir formula, kas parāda elektronu izvietojumu atomā pa līmeņiem un apakšlīmeņiem. Izpētot rakstu, jūs uzzināsiet, kur un kā atrodas elektroni, iepazīsities ar kvantu skaitļiem un varēsiet konstruēt atoma elektronisko konfigurāciju pēc tā skaita, raksta beigās ir elementu tabula.
Kāpēc pētīt elementu elektronisko konfigurāciju?
Atomi ir kā konstrukcijas komplekts: ir noteikts skaits detaļu, tās atšķiras viena no otras, bet divas viena veida daļas ir absolūti vienādas. Bet šis konstrukcijas komplekts ir daudz interesantāks par plastmasas, un lūk, kāpēc. Konfigurācija mainās atkarībā no tā, kurš atrodas tuvumā. Piemēram, skābeklis blakus ūdeņradim Var būt pārvēršas ūdenī, nātrija tuvumā pārvēršas gāzē, un dzelzs tuvumā pilnībā pārvērš rūsā. Lai atbildētu uz jautājumu, kāpēc tas notiek, un prognozētu atoma uzvedību blakus citam, ir jāizpēta elektroniskā konfigurācija, kas tiks apspriesta tālāk.
Cik elektronu ir atomā?
Atoms sastāv no kodola un elektroniem, kas rotē ap to; kodols sastāv no protoniem un neitroniem. Neitrālā stāvoklī katram atomam ir elektronu skaits, kas vienāds ar protonu skaitu tā kodolā. Tiek norādīts protonu skaits sērijas numurs elementam, piemēram, sēram, ir 16 protoni - periodiskās tabulas 16. elements. Zeltā ir 79 protoni - periodiskās tabulas 79. elements. Attiecīgi sēram neitrālā stāvoklī ir 16 elektroni, bet zeltam ir 79 elektroni.
Kur meklēt elektronu?
Novērojot elektronu uzvedību, tika iegūti noteikti modeļi, tie ir aprakstīti ar kvantu skaitļiem, kopā ir četri:
- Galvenais kvantu skaitlis
- Orbitālais kvantu skaitlis
- Magnētiskais kvantu skaitlis
- Griezuma kvantu skaitlis
Orbitāls
Turklāt vārda orbīta vietā mēs izmantosim terminu "orbitāle"; orbitāle ir elektrona viļņu funkcija; aptuveni tas ir reģions, kurā elektrons pavada 90% sava laika.
N - līmenis
L - apvalks
M l - orbitālais skaitlis
M s - pirmais vai otrais elektrons orbitālē
Orbitālais kvantu skaitlis l
Elektronu mākoņa izpētes rezultātā tika konstatēts, ka atkarībā no enerģijas līmenis, mākonim ir četras pamatformas: bumba, hantele un divas citas sarežģītākas formas. Enerģijas pieauguma secībā šīs formas sauc par s-, p-, d- un f-apvalku. Katram no šiem apvalkiem var būt 1 (uz s), 3 (uz p), 5 (uz d) un 7 (uz f) orbitāles. Orbitālais kvantu skaitlis ir apvalks, kurā atrodas orbitāles. Orbitālajam kvantu skaitlim s, p, d un f orbitālēm ir attiecīgi vērtības 0, 1, 2 vai 3.
Uz s-čaulas ir viena orbitāle (L=0) - divi elektroni
Uz p-čaulas (L=1) ir trīs orbitāles – seši elektroni
Uz d-čaulas (L=2) ir piecas orbitāles – desmit elektroni
Uz f-čaulas (L=3) ir septiņas orbitāles – četrpadsmit elektroni
Magnētiskais kvantu skaitlis m l
Uz p-čaulas ir trīs orbitāles, tās apzīmē ar cipariem no -L līdz +L, tas ir, p-čaulai (L=1) ir orbitāles “-1”, “0” un “1”. . Magnētisko kvantu skaitli apzīmē ar burtu m l.
Korpusa iekšpusē elektroniem ir vieglāk atrasties dažādās orbitālēs, tāpēc pirmie elektroni katrā orbitālē aizpilda vienu, un pēc tam katrai tiek pievienots elektronu pāris.
Apsveriet d-shell:
D-apvalks atbilst vērtībai L=2, tas ir, piecas orbitāles (-2,-1,0,1 un 2), pirmie pieci elektroni aizpilda apvalku, ņemot vērtības M l =-2, M l = -1, M l = 0, M l = 1, M l = 2.
Griezuma kvantu skaitlis m s
Spins ir elektrona griešanās virziens ap savu asi, ir divi virzieni, tāpēc spina kvantu skaitlim ir divas vērtības: +1/2 un -1/2. Vienā enerģijas apakšlīmenī var būt tikai divi elektroni ar pretējiem spiniem. Griezuma kvantu skaitlis ir apzīmēts ar m s
Galvenais kvantu skaitlis n
Galvenais kvantu skaitlis ir enerģijas līmenis pie Šis brīdis ir zināmi septiņi enerģijas līmeņi, katrs apzīmēts ar arābu cipariem: 1,2,3,...7. Apvalku skaits katrā līmenī ir vienāds ar līmeņa numuru: pirmajā līmenī ir viens apvalks, otrajā - divi utt.
Elektronu numurs
Tātad jebkuru elektronu var aprakstīt ar četriem kvantu skaitļiem, šo skaitļu kombinācija ir unikāla katrai elektrona pozīcijai, ņemam pirmo elektronu, zemākais enerģijas līmenis ir N = 1, pirmajā līmenī ir viens apvalks, pirmajam apvalkam jebkurā līmenī ir bumbiņas forma (s -shell), t.i. L=0, magnētiskajam kvantu skaitlim var būt tikai viena vērtība, M l =0 un spins būs vienāds ar +1/2. Ja ņemam piekto elektronu (lai kurā atomā tas būtu), tad galvenie kvantu skaitļi tam būs: N=2, L=1, M=-1, spin 1/2.
Algoritms elementa elektroniskās formulas sastādīšanai:
1. Nosakiet elektronu skaitu atomā, izmantojot ķīmisko elementu periodisko tabulu D.I. Mendeļejevs.
2. Izmantojot perioda numuru, kurā atrodas elements, nosaka enerģijas līmeņu skaitu; elektronu skaits pēdējā elektroniskajā līmenī atbilst grupas numuram.
3. Sadaliet līmeņus apakšlīmeņos un orbitālēs un piepildiet tos ar elektroniem saskaņā ar orbitāļu aizpildīšanas noteikumiem:
Jāatceras, ka pirmajā līmenī ir ne vairāk kā 2 elektroni 1s 2, otrajā - ne vairāk kā 8 (divi s un seši R: 2s 2 2p 6), trešajā - ne vairāk kā 18 (divi s, seši lpp, un desmit d: 3s 2 3p 6 3d 10).
- Galvenais kvantu skaitlis n jābūt minimālam.
- Vispirms jāaizpilda s- apakšlīmenis, tad р-, d- b f- apakšlīmeņi.
- Elektroni aizpilda orbitāles orbitāļu enerģijas pieauguma secībā (Kļečkovska likums).
- Apakšlīmenī elektroni vispirms pa vienam ieņem brīvās orbitāles un tikai pēc tam veido pārus (Hunda likums).
- Vienā orbitālē nevar būt vairāk par diviem elektroniem (Pauli princips).
Piemēri.
1. Izveidosim slāpekļa elektronisko formulu. Slāpeklis ir 7. numurs periodiskajā tabulā.
2. Izveidosim argona elektronisko formulu. Argons ir 18. numurs periodiskajā tabulā.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6.
3. Izveidosim hroma elektronisko formulu. Hroms ir 24. numurs periodiskajā tabulā.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5
Cinka enerģijas diagramma.
4. Izveidosim cinka elektronisko formulu. Cinks ir 30. numurs periodiskajā tabulā.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
Lūdzu, ņemiet vērā, ka daļa no elektroniskās formulas, proti, 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6, ir argona elektroniskā formula.
Cinka elektronisko formulu var attēlot šādi:
Rakstot elementu atomu elektroniskās formulas, norādiet enerģijas līmeņus (galvenā kvantu skaitļa vērtības n skaitļu veidā - 1, 2, 3 utt.), enerģijas apakšlīmeņi (orbitālās kvantu skaitļu vērtības l burtu veidā - s, lpp, d, f) un skaitlis augšpusē norāda elektronu skaitu noteiktā apakšlīmenī.
Pirmais elements tabulā ir D.I. Mendeļejevs ir ūdeņradis, tātad atoma kodola lādiņš N vienāds ar 1, atomam ir tikai viens elektrons s- pirmā līmeņa apakšlīmenis. Tāpēc ūdeņraža atoma elektroniskajai formulai ir šāda forma:
Otrais elements ir hēlijs; tā atomam ir divi elektroni, tāpēc hēlija atoma elektroniskā formula ir 2 Nav 1s 2. Pirmais periods ietver tikai divus elementus, jo pirmais enerģijas līmenis ir piepildīts ar elektroniem, kurus var aizņemt tikai 2 elektroni.
Trešais elements kārtībā - litijs - jau atrodas otrajā periodā, tāpēc tā otrais enerģijas līmenis sāk piepildīties ar elektroniem (par to mēs runājām iepriekš). Otrā līmeņa piepildīšana ar elektroniem sākas ar s-apakšlīmenis, tāpēc litija atoma elektroniskā formula ir 3 Li 1s 2 2s 1 . Berilija atoms ir pabeigts, piepildoties ar elektroniem s- apakšlīmenis: 4 Ve 1s 2 2s 2 .
Nākamajos 2. perioda elementos otrais enerģijas līmenis turpina būt piepildīts ar elektroniem, tikai tagad tas ir piepildīts ar elektroniem R- apakšlīmenis: 5 IN 1s 2 2s 2 2R 1 ; 6 AR 1s 2 2s 2 2R 2 … 10 Ne 1s 2 2s 2 2R 6 .
Neona atoms pabeidz piepildīšanos ar elektroniem R-apakšlīmenis, šis elements beidz otro periodu, tam ir astoņi elektroni, kopš s- Un R-apakšlīmeņi var saturēt tikai astoņus elektronus.
3. perioda elementiem ir līdzīga trešā līmeņa enerģijas apakšlīmeņu aizpildīšanas secība ar elektroniem. Dažu šī perioda elementu atomu elektroniskās formulas ir šādas:
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 3lpp 1 ;
14 Si 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3lpp 2 ;…; 18 Ar 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3lpp 6 .
Trešais periods, tāpat kā otrais, beidzas ar elementu (argonu), kas ir pilnībā piepildīts ar elektroniem R-apakšlīmenis, lai gan trešais līmenis ietver trīs apakšlīmeņus ( s, R, d). Saskaņā ar iepriekš minēto enerģijas apakšlīmeņu piepildīšanas secību saskaņā ar Klečkovska noteikumiem, 3. apakšlīmeņa enerģija d vairāk 4. apakšlīmeņa enerģijas s tāpēc kālija atoms blakus argonam un kalcija atoms aiz tā ir piepildīts ar elektroniem 3 s– ceturtā līmeņa apakšlīmenis:
19 UZ 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3lpp 6 4s 1 ; 20 Ca 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3lpp 6 4s 2 .
Sākot no 21. elementa - skandija, 3. apakšlīmenis elementu atomos sāk piepildīties ar elektroniem d. Šo elementu atomu elektroniskās formulas ir:
21 Sc 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3lpp 6 4s 2 3d 1 ; 22 Ti 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3lpp 6 4s 2 3d 2 .
24. elementa (hroma) un 29. elementa (vara) atomos tiek novērota parādība, ko sauc par elektrona “noplūdi” vai “atteici”: elektrons no ārējā 4. s– apakšlīmenis “krīt” par 3 d– apakšlīmenis, aizpildot to līdz pusei (hromam) vai pilnībā (varam), kas veicina lielāku atoma stabilitāti:
24 Kr 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3lpp 6 4s 1 3d 5 (nevis...4 s 2 3d 4) un
29 Cu 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3lpp 6 4s 1 3d 10 (nevis...4 s 2 3d 9).
Sākot no 31. elementa - gallija, turpinās 4. līmeņa piepildīšanās ar elektroniem, tagad - R- apakšlīmenis:
31 Ga 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3lpp 6 4s 2 3d 10 4lpp 1 …; 36 Kr 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3lpp 6 4s 2 3d 10 4lpp 6 .
Šis elements noslēdz ceturto periodu, kas jau ietver 18 elementus.
Līdzīga enerģijas apakšlīmeņu piepildīšanas kārtība ar elektroniem notiek 5. perioda elementu atomos. Pirmajiem diviem (rubidijs un stroncijs) tas ir piepildīts s– 5. līmeņa apakšlīmenis, nākamajiem desmit elementiem (no itrija līdz kadmijam) tiek aizpildīts d– 4.līmeņa apakšlīmenis; Periodu pabeidz seši elementi (no indija līdz ksenonam), kuru atomi ir piepildīti ar elektroniem R– ārējā, piektā līmeņa apakšlīmenis. Periodā ir arī 18 elementi.
Sestā perioda elementiem šī aizpildīšanas kārtība tiek pārkāpta. Perioda sākumā, kā parasti, ir divi elementi, kuru atomi ir piepildīti ar elektroniem s– ārējā, sestā, līmeņa apakšlīmenis. Nākamais elements aiz tiem, lantāns, sāk piepildīties ar elektroniem d– iepriekšējā līmeņa apakšlīmenis, t.i. 5 d. Tas pabeidz pildījumu ar elektroniem 5 d-apakšlīmenis apstājas un nākamie 14 elementi – no cērija līdz lutecijam – sāk pildīties f-4.līmeņa apakšlīmenis. Visi šie elementi ir iekļauti vienā tabulas šūnā, un tālāk ir izvērsta šo elementu rinda, ko sauc par lantanīdiem.
Sākot no 72. elementa - hafnija - līdz 80. elementam - dzīvsudrabam, piepildīšanās ar elektroniem turpinās 5 d-apakšlīmenis, un periods, kā parasti, beidzas ar sešiem elementiem (no tallija līdz radonam), kuru atomi ir piepildīti ar elektroniem R– ārējā, sestā, līmeņa apakšlīmenis. Šis ir lielākais periods, ieskaitot 32 elementus.
Septītā, nepilnīgā, perioda elementu atomos ir redzama tāda pati apakšlīmeņu aizpildīšanas secība, kā aprakstīts iepriekš. Ļauj studentiem pašiem uzrakstīt 5. – 7. perioda elementu atomu elektroniskās formulas, ņemot vērā visu iepriekš minēto.
Piezīme:Dažos mācību grāmatas ir pieļaujama atšķirīga elementu atomu elektronisko formulu rakstīšanas secība: nevis to aizpildīšanas secībā, bet gan saskaņā ar elektronu skaitu, kas norādīts tabulā uz katra enerģijas līmenis. Piemēram, arsēna atoma elektroniskā formula var izskatīties šādi: Kā 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3lpp 6 3d 10 4s 2 4lpp 3 .
