Менделеевийн элементүүдийн үелэх систем. Атомын бүтэц.
МЕНДЕЛЕЕВИЙН ЭЛЕМЕНТИЙН ҮЕИЙН СИСТЕМ - химийн ангилал. Орос хэлээр бүтээсэн элементүүд. эрдэмтэн Д.И.Менделеев түүний нээсэн үечилсэн байдлын үндсэн дээр (1869 онд). хууль.
Орчин үеийн үечилсэн найруулга хууль: элементүүдийн шинж чанар (энгийн нэгдлүүд ба нэгдлүүдэд илэрдэг) үе үе олддог. тэдгээрийн атомын цөмийн цэнэгээс хамаарна.
Атомын цөмийн цэнэг Z нь химийн бодисын атомын (дан) тоотой тэнцүү байна. P. s дахь элемент. д. M. Хэрэв та бүх элементүүдийг өсөх дарааллаар байрлуулбал Z. (устөрөгч H, Z = 1; гелий He, Z = 2; литийн Li, Z == 3; бериллий Be, Z = 4 гэх мэт), дараа нь тэдгээр нь үүсдэг. 7 үе. Эдгээр үе бүрт тухайн үеийн эхний элементээс (шүлтлэг металл) сүүлчийнх (эрхэм хий) хүртэлх элементүүдийн шинж чанарын тогтмол өөрчлөлт ажиглагдаж байна. Эхний үе нь 2 элемент, 2, 3-р - тус бүр 8 элемент, 4, 5 - 18, 6 - 32. 7-р үед 19 элемент мэдэгдэж байна. 2, 3-р үеийг ихэвчлэн жижиг гэж нэрлэдэг бөгөөд дараагийн бүх үеийг том гэж нэрлэдэг. Хэрэв та үеийг хэвтээ эгнээ хэлбэрээр зохион байгуулбал үр дүнд нь гарч ирнэ Хүснэгт нь 8 босоо шугамыг харуулах болно. багана; Эдгээр нь шинж чанараараа ижил төстэй элементүүдийн бүлгүүд юм.
Бүлэг доторх элементүүдийн шинж чанар нь Z-ийн өсөлтөөс хамаарч өөрчлөгддөг.Жишээ нь, Li - Na - K - Rb - Cs - Fr бүлэгт химийн агууламж нэмэгддэг. металлын идэвхжил нэмэгддэг исэл ба гидроксидын мөн чанар.
Атомын бүтцийн онолоос харахад элементүүдийн шинж чанарын үечилсэн байдал нь цөмийн эргэн тойронд электрон бүрхүүл үүсэх хуулиар тодорхойлогддог. Элементийн Z ихсэх тусам атом илүү төвөгтэй болж - цөмийг тойрсон электронуудын тоо нэмэгдэж, нэг электрон бүрхүүлийн дүүргэлт дуусч, дараагийн гаднах бүрхүүл үүсч эхлэх мөч ирдэг. Менделеевийн системд энэ нь шинэ үеийн эхлэлтэй давхцдаг. Шинэ бүрхүүлд 1, 2, 3 гэх мэт электронтой элементүүд нь дотоод тоо нь хэдийгээр гаднах 1, 2, 3 гэх мэт электронтой элементүүдтэй шинж чанараараа төстэй байдаг. нэг (эсвэл хэд хэдэн) электрон бүрхүүлүүд цөөн байсан: Na нь Li (нэг гадаад электрон), Mg нь Be (2 гадаад электрон) -той төстэй; A1 - B (3 гадаад электрон), гэх мэт элементийн байрлалтай P. s. д. M. нь түүний химийн бодистой холбоотой байдаг. болон бусад олон физик St.
Олон (ойролцоогоор 1000) график хувилбаруудыг санал болгосон. P.s-ийн зургууд. д. M. P. s-ийн хамгийн түгээмэл 2 хувилбар. д. M. - богино ба урт ширээ; к.-л. тэдгээрийн хооронд үндсэн ялгаа байхгүй. Хавсралт нь богино хүснэгтийн сонголтуудын нэгийг агуулна. Хүснэгтийн эхний баганад хугацааны дугаарыг өгөгдсөн (1 - 7 араб тоогоор тэмдэглэсэн). Бүлгийн дугаарыг дээд талд I - VIII ром тоогоор зааж өгсөн болно. Бүлэг бүрийг a ба b гэсэн хоёр дэд бүлэгт хуваадаг. Жижиг хугацааны элементүүдээр толгойлуулсан элементүүдийн багц, заримдаа нэрлэдэг. гол a-m дэд бүлгүүдба (Ли нь шүлтлэг металлын дэд бүлгийг толгойлдог. F - галоген, Хэ - идэвхгүй хий гэх мэт). Энэ тохиолдолд том хугацааны элементүүдийн үлдсэн дэд бүлгүүдийг дуудна. сөрөг нөлөө.
Z = 58 - 71-тэй элементүүд нь атомуудын бүтцийн онцгой нягт, химийн ижил төстэй байдлаас шалтгаална. sv нь нэг хэсэг болох лантанидын гэр бүлийг бүрдүүлдэг III бүлэг, гэхдээ тав тухтай байлгах үүднээс ширээний доод хэсэгт байрлуулсан. Z = 90 - 103-тай элементүүдийг ижил шалтгаанаар актинидын бүлэгт ангилдаг. Тэдний араас Z = 104 - curchatovy, Z = 105 элементтэй элемент (Nilsborium-ыг үзнэ үү). 1974 оны 7-р сард Шар шувуу. физикчид Z = 106 элемент нээсэн тухай мэдээлсэн бөгөөд 1-р сард. 1976 - Z = 107 элементүүд. Дараа нь Z = 108 ба 109-тэй элементүүдийг нэгтгэсэн. Доод. хил P. s. д. M. нь мэдэгдэж байгаа - үүнийг устөрөгчөөр өгдөг, учир нь нэгээс бага цөмийн цэнэгтэй элемент байж болохгүй. Юу вэ гэдэг асуулт дээд хязгаар P.S. д. М., өөрөөр хэлбэл урлаг ямар туйлын үнэ цэнэд хүрч чадах вэ. элементүүдийн нийлэгжилт шийдэгдээгүй хэвээр байна. (Хүнд цөм нь тогтворгүй тул Z = 95 америциум ба дараагийн элементүүд байгальд байдаггүй, гэхдээ тэдгээрээс олж авдаг. цөмийн урвалууд; Гэсэн хэдий ч илүү алслагдсан трансуран элементийн бүс нутагт гадаад төрх гэж нэрлэгддэг. тогтвортой байдлын арлууд, ялангуяа Z = 114.) Урлагт. үе үе шинэ элементүүдийн синтез. хууль ба P. s. д. М. гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Менделеевийн хууль ба тогтолцоо нь байгалийн шинжлэх ухааны хамгийн чухал ерөнхий ойлголтуудын нэг бөгөөд орчин үеийн шинжлэх ухааны үндэс суурийг бүрдүүлдэг. арлын бүтцийн тухай сургаал.
Цахим бүтэцатом.
Энэ болон дараагийн догол мөрөнд атомын электрон бүрхүүлийн загваруудын талаар ярих болно. Бидний ярьж буйг ойлгох нь чухал юм загварууд. Бодит атомууд нь мэдээжийн хэрэг илүү төвөгтэй бөгөөд бид тэдгээрийн талаар бүгдийг мэдэхгүй хэвээр байна. Гэсэн хэдий ч орчин үеийн онолын загваратомын электрон бүтэц нь химийн элементүүдийн олон шинж чанарыг амжилттай тайлбарлах, бүр урьдчилан таамаглах боломжийг олгодог тул байгалийн шинжлэх ухаанд өргөн хэрэглэгддэг.
Эхлэхийн тулд Н.Борын санал болгосон "гаргийн" загварыг илүү нарийвчлан авч үзье (Зураг 2-3 в).
Цагаан будаа. 2-3 в. Борын "гаргагийн" загвар.
Данийн физикч Н.Бор 1913 онд гаригууд Нарыг тойрон эргэдэгтэй адил электрон бөөмс атомын цөмийг тойрон эргэдэг атомын загварыг санал болгосон. Бор атом дахь электронууд зөвхөн тодорхой зайд цөмөөс зайлуулсан тойрог замд тогтвортой оршин тогтнох боломжтой гэж үзсэн. Тэрээр эдгээр тойрог замыг хөдөлгөөнгүй гэж нэрлэдэг. Хөдөлгөөнгүй тойрог замаас гадна электрон оршин тогтнох боломжгүй. Яагаад ийм болсныг Бор тэр үед тайлбарлаж чадаагүй юм. Гэхдээ тэр ийм загвар нь олон туршилтын баримтуудыг тайлбарлах боломжийг олгодог гэдгийг харуулсан (энэ талаар 2.7-р зүйлд илүү дэлгэрэнгүй авч үзэх болно).
Бор загварт электрон тойрог замуудыг 1, 2, 3, ... бүхэл тоогоор тэмдэглэдэг. n, цөмд хамгийн ойр байгаа нэгээс эхлэн. Дараа нь бид ийм тойрог зам гэж нэрлэх болно түвшин. Устөрөгчийн атомын электрон бүтцийг тайлбарлахын тулд зөвхөн түвшин хангалттай. Гэхдээ илүү төвөгтэй атомуудад түвшин нь ижил төстэй энергиэс бүрддэг дэд түвшин. Жишээлбэл, 2-р түвшин нь хоёр дэд түвшнээс (2s ба 2p) бүрдэнэ. Гурав дахь түвшин нь 3 дэд түвшнээс (3s, 3p, 3d) бүрдэнэ. 2-6. Дөрөв дэх түвшин (зурагт тохирохгүй) нь 4s, 4p, 4d, 4f гэсэн дэд түвшнүүдээс бүрдэнэ. 2.7-р хэсэгт бид эдгээр дэд түвшний нэрсүүд яг хаанаас гаралтай, атом дахь электрон түвшин болон дэд түвшнийг "харах" боломжтой болсон физик туршилтуудын талаар танд хэлэх болно.
Цагаан будаа. 2-6. Устөрөгчийн атомаас илүү төвөгтэй атомуудын Борын загвар. Зураг нь масштабтай биш юм - үнэндээ ижил түвшний дэд түвшин нь бие биенээсээ илүү ойрхон байдаг.
Аливаа атомын электрон бүрхүүлд түүний цөм дэх протонтой адил олон электрон байдаг тул атом бүхэлдээ цахилгаан саармаг байдаг. Атом дахь электронууд нь цөмд хамгийн ойр байгаа түвшин ба дэд түвшнийг дүүргэдэг, учир нь энэ тохиолдолд тэдгээрийн энерги нь илүү алслагдсан түвшингээс бага байдаг. Түвшин болон дэд түвшин бүр зөвхөн тодорхой тооны электроныг агуулж чаддаг.
Дэд түвшин нь эргээд ижил энергиэс бүрддэг тойрог замууд(тэдгээрийг 2-6-р зурагт үзүүлээгүй). Дүрсээр хэлбэл, атомын электрон үүлийг тухайн атомын бүх электронууд “амьдрах” хот, гудамжтай зүйрлэвэл түвшнийг байшинтай, дэд түвшинг орон сууцтай, орбиталыг орон сууцтай харьцуулж болно. электронуудын өрөө. Аливаа дэд түвшний бүх тойрог замууд ижил энергитэй байдаг. S-дэд түвшинд зөвхөн нэг "өрөө" байдаг - тойрог зам. p-дэд түвшинд 3 орбитал, d-дэд түвшинд 5, f-дэд түвшинд 7 орбитал байна. Нэг буюу хоёр электрон "өрөө" тойрог зам бүрт "амьдрах" боломжтой. Нэг тойрог замд хоёроос дээш электрон байхыг хориглохыг нэрлэдэг Паулигийн хориг- Үүнийг нээсэн эрдэмтний нэрээр нэрлэсэн чухал онцлогатомын бүтэц. Атом дахь электрон бүр өөрийн гэсэн "хаягтай" бөгөөд үүнийг "квант" гэж нэрлэдэг дөрвөн тооны багц хэлбэрээр бичдэг. Квантын тоонуудын талаар 2.7-р хэсэгт дэлгэрэнгүй авч үзэх болно. Энд бид зөвхөн үндсэн квант тоог дурдах болно n(2-6-р зургийг үз), электроны "хаяг" хэсэгт энэ электрон байгаа түвшний тоог заана.
©2015-2019 сайт
Бүх эрх нь тэдний зохиогчид хамаарна. Энэ сайт нь зохиогчийн эрхийг шаарддаггүй, гэхдээ хангадаг үнэгүй ашиглах.
Хуудас үүсгэсэн огноо: 2016-08-20
Хэзээнээс химийн урвалУрвалж буй атомуудын цөмүүд өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна (цацраг идэвхт хувиралтаас бусад), атомын химийн шинж чанар нь тэдгээрийн электрон бүрхүүлийн бүтцээс хамаарна. Онол атомын электрон бүтэцквант механикийн аппаратын үндсэн дээр баригдсан. Тиймээс атомын энергийн түвшний бүтцийг атомын цөмийн эргэн тойрон дахь орон зайд электрон олох магадлалын квант механик тооцооны үндсэн дээр олж авч болно. будаа. 4.5).
Цагаан будаа. 4.5. Эрчим хүчний түвшинг дэд түвшинд хуваах схем
Атомын электрон бүтцийн онолын үндсийг дараахь заалтууд болгон бууруулсан болно: атом дахь электрон бүрийн төлөв нь дөрвөн квант тоогоор тодорхойлогддог: үндсэн квант тоо. n = 1, 2, 3,; тойрог зам (азимутал) l=0,1,2, n–1; соронзон м л = –l, –1,0,1, л; эргүүлэх м с = -1/2, 1/2 .
дагуу Паули зарчим, нэг атомд дөрвөн квант тооны ижил олонлогтой хоёр электрон байж болохгүй n, l, m л , м с; n үндсэн квант тоотой электронуудын цуглуулгууд нь электрон давхаргууд буюу атомын энергийн түвшинг бүрдүүлдэг бөгөөд үүнийг цөмөөс дугаарлаж, дараах байдлаар тэмдэглэдэг. K, L, M, N, O, P, Q, болон өгөгдсөн утгатай энергийн давхаргад n-аас ихгүй байж болно 2н 2 электронууд. Ижил квант тоотой электронуудын цуглуулга nТэгээд л, цөмөөс холдох үед тодорхойлогдсон дэд түвшнийг бүрдүүлнэ s, p, d, f.
Атомын цөмийг тойрсон орон зай дахь электроны байрлалыг магадлалаар тодорхойлох нь Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчимд нийцдэг. Квант механикийн үзэл баримтлалын дагуу атом дахь электрон хөдөлгөөний тодорхой замналгүй бөгөөд цөмийн эргэн тойрон дахь орон зайн аль ч хэсэгт байрлаж болох ба түүний янз бүрийн байрлалыг тодорхой сөрөг цэнэгийн нягттай электрон үүл гэж үздэг. Цөмийн эргэн тойронд электрон хамгийн их байх магадлалтай орон зайг нэрлэдэг тойрог зам. Энэ нь электрон үүлний 90 орчим хувийг агуулдаг. Дэд түвшин бүр 1сек, 2сек, 2хгэх мэт. тодорхой хэлбэрийн тодорхой тооны тойрог замд тохирно. Жишээлбэл, 1сек- Тэгээд 2 секунд -тойрог замууд бөмбөрцөг хэлбэртэй ба 2х- тойрог зам ( 2х x , 2х y , 2х z-орбиталууд) нь харилцан перпендикуляр чиглэлд чиглэсэн бөгөөд дамббелл хэлбэртэй ( будаа. 4.6).
Цагаан будаа. 4.6. Электрон орбиталуудын хэлбэр ба чиглэл.
Химийн урвалын үед атомын цөм өөрчлөгддөггүй, зөвхөн атомын электрон бүрхүүл өөрчлөгддөг бөгөөд бүтэц нь химийн элементүүдийн олон шинж чанарыг тайлбарладаг. Атомын электрон бүтцийн онол дээр үндэслэн Менделеевийн химийн элементүүдийн тухай хуулийн физикийн гүн гүнзгий утгыг тогтоож, химийн холболтын онолыг бий болгосон.
Химийн элементүүдийн үечилсэн системийн онолын үндэслэл нь химийн элементүүдийн шинж чанарын өөрчлөлтийн үечилсэн байдал, тэдгээрийн атомын ижил төрлийн электрон тохиргооны үе үе давтагдах хоорондын уялдаа холбоог баталгаажуулсан атомын бүтцийн талаархи мэдээллийг агуулдаг.
Атомын бүтцийн тухай сургаалын үүднээс Менделеев бүх элементүүдийг долоон үе болгон хуваасан нь үндэслэлтэй болж байна: хугацааны тоо нь электроноор дүүрсэн атомуудын энергийн түвшний тоотой тохирч байна. Жижиг хугацаанд атомын цөмийн эерэг цэнэг нэмэгдэхийн хэрээр гадаад түвшний электронуудын тоо нэмэгддэг (эхний үед 1-ээс 2 хүртэл, хоёр, гуравдугаар үед 1-ээс 8 хүртэл) Элементүүдийн шинж чанарын өөрчлөлт: хугацааны эхэнд (эхнийхээс бусад) шүлтлэг металл байдаг, дараа нь аажмаар суларч байна. металл шинж чанарболон металл бусыг бэхжүүлэх. Энэ хэв маягийг хоёрдугаар үеийн элементүүдээс харж болно Хүснэгт 4.2.
Хүснэгт 4.2.
Томоохон хугацаанд цөмийн цэнэг нэмэгдэхийн хэрээр түвшинг электроноор дүүргэх нь илүү хэцүү байдаг нь жижиг хугацааны элементүүдтэй харьцуулахад элементүүдийн шинж чанарт илүү төвөгтэй өөрчлөлтийг тайлбарладаг.
Дэд бүлгүүд дэх химийн элементүүдийн шинж чанаруудын ижил шинж чанарыг гадаад энергийн түвшний ижил төстэй бүтцээр тайлбарладаг. ширээ 4.3, шүлтлэг металлын дэд бүлгүүдийн энергийн түвшинг электроноор дүүргэх дарааллыг харуулсан.
Хүснэгт 4.3.
Бүлгийн дугаар нь ихэвчлэн химийн холбоо үүсгэхэд оролцож болох атом дахь электронуудын тоог заадаг. Энэ бол бүлгийн дугаарын физик утга юм. Үелэх системийн дөрвөн газарт элементүүд нь атомын массыг нэмэгдүүлэх дарааллаар байрладаггүй. АрТэгээд К,CoТэгээд Ни,ТдТэгээд I,ThТэгээд Па. Эдгээр хазайлтыг химийн элементүүдийн үечилсэн системийн дутагдал гэж үзсэн. Атомын бүтцийн тухай сургаал эдгээр хазайлтыг тайлбарлав. Цөмийн цэнэгийг туршилтаар тодорхойлох нь эдгээр элементүүдийн зохион байгуулалт нь тэдгээрийн цөмийн цэнэгийн өсөлттэй тохирч байгааг харуулсан. Үүнээс гадна атомын цөмийн цэнэгийг туршилтаар тодорхойлох нь устөрөгч ба ураны хоорондох элементийн тоо, мөн лантанидын тоог тодорхойлох боломжтой болсон. Одоо үелэх хүснэгтийн бүх газруудыг интервалаар дүүргэсэн Z=1өмнө Z=114Гэсэн хэдий ч тогтмол хүснэгтдуусаагүй бол трансуранийн шинэ элементүүдийг илрүүлэх боломжтой.
"Атом" гэсэн ойлголт хүн төрөлхтөнд эрт дээр үеэс танил болсон Эртний Грек. Эртний философичдын хэлснээр атом бол бодисын нэг хэсэг болох хамгийн жижиг бөөмс юм.
Атомын электрон бүтэц
Атом нь протон ба нейтрон агуулсан эерэг цэнэгтэй цөмөөс бүрдэнэ. Электронууд цөмийн эргэн тойронд тойрог замд хөдөлдөг бөгөөд тус бүр нь үндсэн (n), тойрог зам (l), соронзон (мл) ба спин (ms эсвэл s) гэсэн дөрвөн квант тоогоор тодорхойлогддог.
Үндсэн квант тоо нь электроны энерги болон электрон үүлний хэмжээг тодорхойлдог. Электроны энерги нь электроны цөмөөс зайнаас ихээхэн хамаардаг: электрон цөмд ойртох тусам түүний энерги бага байдаг. Өөрөөр хэлбэл, үндсэн квант тоо нь тодорхой энергийн түвшинд (квант давхарга) электроны байршлыг тодорхойлдог. Үндсэн квант тоо нь 1-ээс хязгааргүй хүртэлх бүхэл тоонуудын утгуудыг агуулна.
Орбитын квант тоо нь электрон үүлний хэлбэрийг тодорхойлдог. Төрөл бүрийн хэлбэрэлектрон үүл нь нэг доторх электрон энергийн өөрчлөлтийг тодорхойлдог эрчим хүчний түвшин, өөрөөр хэлбэл эрчим хүчний дэд түвшинд хуваах. Орбитын квант тоо нь тэгээс (n-1) хооронд хэлбэлзэж, нийт n утгатай байж болно. Эрчим хүчний дэд түвшинг дараах үсгээр тэмдэглэв.
Соронзон квант тоо нь сансар огторгуй дахь тойрог замын чиглэлийг харуулдаг. Энэ нь ямар ч бүхэл тоог хүлээн авдаг тоон утга(+л)-аас (-l) хүртэл, тэгийг оруулаад. Тоо боломжит утгуудсоронзон квант тоо (2л+1)-тэй тэнцүү байна.
Атомын цөмийн талбарт хөдөлж буй электрон нь тойрог замын өнцгийн импульсээс гадна өөрийн тэнхлэгийн эргэн тойронд ээрэх хэлбэртэй эргэлтийг тодорхойлдог өөрийн өнцгийн импульстэй байдаг. Электроны энэ шинж чанарыг спин гэж нэрлэдэг. Спингийн хэмжээ ба чиг баримжаа нь (+1/2) ба (-1/2) утгыг авч болох спин квант тоогоор тодорхойлогддог. Эерэг ба сөрөг эргэх утгууд нь түүний чиглэлтэй холбоотой байдаг.
Дээр дурдсан бүхэн мэдэгдэж, туршилтаар батлагдахаас өмнө атомын бүтцийн хэд хэдэн загвар байсан. Атомын бүтцийн анхны загваруудын нэгийг Э.Рутерфорд санал болгосон бөгөөд альфа бөөмсийг тараах туршилтаар атомын бараг бүх масс маш бага эзэлхүүн буюу эерэг цэнэгтэй цөмд төвлөрдөг болохыг харуулсан. . Түүний загварын дагуу электронууд цөмийн эргэн тойронд хангалттай хол зайд хөдөлдөг бөгөөд тэдгээрийн тоо нь атомыг бүхэлд нь цахилгаанаар саармагжуулдаг.
Резерфордын атомын бүтцийн загварыг Н.Бор боловсруулсан бөгөөд тэрээр судалгаандаа мөн Эйнштейний гэрлийн квантуудын тухай сургаал, цацрагийн Планкийн квант онолыг хослуулсан байдаг. Бид эхлүүлсэн ажлаа дуусгаж, атомын бүтцийн орчин үеийн загварыг дэлхий нийтэд танилцуулсан химийн элементЛуис де Бройли, Шредингер нар.
Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ
ЖИШЭЭ 1
| Дасгал хийх | Азот (атомын дугаар 14), цахиур (атомын дугаар 28), барийн (атомын дугаар 137) цөмд агуулагдах протон, нейтроны тоог жагсаа. |
| Шийдэл | Химийн элементийн атомын цөм дэх протоны тоог түүний тоогоор тодорхойлно серийн дугаарүелэх системд байгаа ба нейтроны тоо нь хоорондын зөрүү юм массын тоо(M) ба цөмийн цэнэг (Z). Азотын: n(N)= M -Z = 14-7 = 7. Цахиур: n(Si)= M -Z = 28-14 = 14. Бари: n (Ba)= M -Z = 137-56 = 81. |
| Хариулт | Азотын цөм дэх протоны тоо 7, нейтрон - 7; цахиурын атомын цөмд 14 протон, 14 нейтрон байдаг; Барийн атомын цөмд 56 протон, 81 нейтрон байдаг. |
ЖИШЭЭ 2
| Дасгал хийх | Эрчим хүчний дэд түвшнийг электроноор дүүргэх дарааллаар нь байрлуул. a) 3p, 3d, 4s, 4p; б) 4г , 5s, 5p, 6s; в) 4f , 5сек , 6r; 4d , 6с; d) 5d, 6s, 6p, 7s, 4f . |
|
| Шийдэл | Эрчим хүчний дэд түвшнийг Клечковскийн дүрмийн дагуу электроноор дүүргэдэг. Шаардлагатай нөхцөлнь үндсэн ба тойрог замын квант тоонуудын нийлбэрийн хамгийн бага утга юм. s-дэд түвшин нь 0, p - 1, d - 2 ба f-3 тоогоор тодорхойлогддог. Хоёрдахь нөхцөл бол дэд түвшин нь хамгийн бага утгаүндсэн квант тоо. | |
| Хариулт | a) Орбитал 3p, 3d, 4s, 4p нь 4, 5, 4, 5 тоотой тохирч байна. Иймд электронуудаар дүүргэх нь дараах дарааллаар явагдана: 3p, 4s, 3d, 4p. б) 4d орбиталууд , 5s, 5p, 6s нь 7, 5, 6, 6 гэсэн тоонуудтай тохирно. Тиймээс электронуудаар дүүргэх нь дараах дарааллаар явагдана: 5s, 5p, 6s, 4d. c) Орбиталууд 4f , 5сек , 6r; 4d , 6s нь 7, 5, 76, 6 тоонуудтай тохирч байх болно. Тиймээс электроноор дүүргэх нь дараах дарааллаар явагдана: 5s, 4d. , 6s, 4f, 6r. d) Орбитал 5d, 6s, 6p, 7s, 4f нь 7, 6, 7, 7, 7 тоонуудтай тохирно. Үүний үр дүнд электронуудаар дүүргэх нь дараах дарааллаар явагдана: 6s, 4f, 5d, 6p, 7s. |
Атом хэрхэн бүтдэгийг харцгаая. Бид зөвхөн загваруудын талаар ярих болно гэдгийг санаарай. Практикт атомууд нь илүү төвөгтэй бүтэц юм. Гэвч орчин үеийн хөгжлийн ачаар бид шинж чанаруудыг (бүгд биш ч гэсэн) тайлбарлаж, бүр амжилттай таамаглах боломжтой болсон. Тэгэхээр атом ямар бүтэцтэй вэ? Энэ нь юугаар "хийсэн" вэ?
Атомын гаригийн загвар
Анх 1913 онд Данийн физикч Н.Бор санал болгосон. Энэ бол атомын бүтцийн тухай анхны онол юм шинжлэх ухааны баримтууд. Үүнээс гадна орчин үеийн сэдэвчилсэн нэр томъёоны үндэс суурийг тавьсан. Үүний дотор электрон бөөмс үүсдэг эргэлтийн хөдөлгөөнүүдНарны эргэн тойрон дахь гаригуудтай ижил зарчмын дагуу атомын эргэн тойронд. Бор тэдгээр нь зөвхөн цөмөөс тодорхой зайд байрладаг тойрог замд оршин тогтнох боломжтой гэж үзсэн. Эрдэмтэн яагаад ийм болсныг шинжлэх ухааны үүднээс тайлбарлаж чадаагүй ч ийм загвар нь олон туршилтаар батлагдсан. Цөмд хамгийн ойр дугаарласан нэгээс эхлэн тойрог замыг тодорхойлохын тулд бүхэл тоонуудыг ашигласан. Эдгээр бүх тойрог замыг бас түвшин гэж нэрлэдэг. Устөрөгчийн атом нь нэг электрон эргэдэг зөвхөн нэг түвшинтэй. Гэхдээ нарийн төвөгтэй атомууд бас түвшинтэй байдаг. Тэдгээр нь ижил төстэй энергийн потенциалтай электронуудыг нэгтгэдэг бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд хуваагддаг. Тиймээс, хоёр дахь нь аль хэдийн хоёр дэд түвшинтэй - 2s ба 2p. Гурав дахь нь аль хэдийн гурван - 3s, 3p, 3d байна. гэх мэт. Нэгдүгээрт, цөмд ойр байрлах дэд түвшнийх нь "хүн амтай", дараа нь алслагдсан байдаг. Тэд тус бүр нь зөвхөн тодорхой тооны электроныг агуулж чаддаг. Гэхдээ энэ бол төгсгөл биш. Дэд түвшин бүр нь тойрог замд хуваагддаг. Энгийн амьдралтай харьцуулж үзье. Атомын электрон үүл нь хоттой адил юм. Түвшин нь гудамж юм. Дэд түвшин - хувийн байшинэсвэл орон сууц. Орбитал - өрөө. Тэд тус бүр нэг эсвэл хоёр электрон "амьдарч" байдаг. Тэд бүгд тодорхой хаягтай. Энэ бол атомын бүтцийн анхны диаграмм байв. Эцэст нь электронуудын хаягийн талаар: тэдгээрийг "квант" гэж нэрлэдэг тооны багцаар тодорхойлно.
Атомын долгионы загвар
Гэвч цаг хугацаа өнгөрөхөд гаригийн загварыг шинэчилсэн. Атомын бүтцийн хоёр дахь онолыг дэвшүүлсэн. Энэ нь илүү дэвшилтэт бөгөөд практик туршилтын үр дүнг тайлбарлах боломжийг олгодог. Эхнийх нь Э.Шредингерийн санал болгосон атомын долгионы загвараар солигдсон. Дараа нь электрон нь зөвхөн бөөмс төдийгүй долгион хэлбэрээр илэрч болохыг аль хэдийн тогтоосон. Шредингер юу хийсэн бэ? Тэрээр долгионы хөдөлгөөнийг дүрсэлсэн тэгшитгэлийг ашигласан тул атом дахь электроны траекторийг бус, харин тодорхой цэг дээр түүнийг илрүүлэх магадлалыг олж болно. Хоёр онолыг нэгтгэдэг зүйл бол энгийн бөөмс нь тодорхой түвшин, дэд түвшин, тойрог замд байрладаг. Загваруудын ижил төстэй байдал энд дуусдаг. Би танд нэг жишээ хэлье: долгионы онолд 95% магадлалтайгаар электрон олддог бүсийг орбитал гэнэ. Үлдсэн орон зай нь 5% -ийг эзэлдэг.Гэхдээ эцэст нь атомын бүтцийн онцлогийг долгионы загвараар дүрсэлсэн нь тогтоогдсон боловч ашигласан нэр томъёо нь нийтлэг байдаг.
Энэ тохиолдолд магадлалын тухай ойлголт
Яагаад энэ нэр томъёог ашигласан бэ? Хэйзенберг 1927 онд тодорхойгүй байдлын зарчмыг томъёолсон бөгөөд одоо энэ зарчмыг бичил хэсгүүдийн хөдөлгөөнийг тодорхойлоход ашиглаж байна. Энэ нь тэдний энгийн бие махбодоос үндсэн ялгаан дээр суурилдаг. Энэ юу вэ? Сонгодог механикууд хүн аливаа үзэгдлийг тэдэнд нөлөөлөхгүйгээр ажиглаж чадна гэж үздэг (ажиглалт селестиел биетүүд). Хүлээн авсан өгөгдөл дээр үндэслэн тухайн объект тодорхой хугацаанд хаана байхыг тооцоолох боломжтой. Гэхдээ бичил ертөнцийн хувьд бүх зүйл өөр байх ёстой. Жишээлбэл, багаж болон бөөмийн энерги нь харьцуулашгүй учраас электроныг түүнд нөлөөлөхгүйгээр ажиглах боломжгүй болсон. Энэ нь түүний байршлыг өөрчлөхөд хүргэдэг энгийн бөөмс, төлөв, чиглэл, хөдөлгөөний хурд болон бусад үзүүлэлтүүд. Мөн тодорхой шинж чанаруудын талаар ярих нь утгагүй юм. Тодорхой бус байдлын зарчим нь цөмийн эргэн тойронд байгаа электронуудын яг тодорхой чиглэлийг тооцоолох боломжгүй гэдгийг бидэнд хэлдэг. Та зөвхөн орон зайн тодорхой хэсэгт бөөмс олох магадлалыг зааж өгч болно. Энэ бол химийн элементийн атомын бүтцийн онцлог юм. Гэхдээ үүнийг зөвхөн эрдэмтэд практик туршилтанд анхаарч үзэх хэрэгтэй.
Атомын найрлага
Гэхдээ бүхэл бүтэн сэдэв дээр анхаарлаа хандуулцгаая. Тиймээс, электрон бүрхүүлээс гадна атомын хоёр дахь бүрэлдэхүүн хэсэг нь цөм юм. Энэ нь эерэг цэнэгтэй протон ба төвийг сахисан нейтроноос бүрдэнэ. Бид бүгд үелэх хүснэгтийг мэддэг. Элемент бүрийн тоо нь түүнд агуулагдах протоны тоотой тохирч байна. Нейтроны тоо нь атомын масс ба протоны тооны зөрүүтэй тэнцүү байна. Энэ дүрмээс гажсан байж болно. Дараа нь тэд элементийн изотоп байдаг гэж хэлдэг. Атомын бүтэц нь электрон бүрхүүлээр "хүрээлэгдсэн" байдаг. ихэвчлэн протоны тоотой тэнцүү байна. Сүүлчийн масс нь эхнийхээс ойролцоогоор 1840 дахин их бөгөөд нейтроны жинтэй ойролцоо байна. Цөмийн радиус нь атомын диаметрийн 1/200,000 орчим байна. Энэ нь өөрөө бөмбөрцөг хэлбэртэй байдаг. Энэ нь ерөнхийдөө химийн элементүүдийн атомуудын бүтэц юм. Масс, шинж чанарын ялгааг үл харгалзан тэдгээр нь ойролцоогоор ижил харагдаж байна.
Орбитууд
Атомын бүтцийн диаграм гэж юу болох талаар ярихдаа тэдний талаар чимээгүй байж болохгүй. Тиймээс эдгээр төрлүүд байдаг:
- с. Тэд бөмбөрцөг хэлбэртэй байдаг.
- х. Тэдгээр нь гурван хэмжээст найман дүрс эсвэл ээрэх шиг харагддаг.
- d ба f. Тэдгээр нь нарийн төвөгтэй хэлбэртэй бөгөөд албан ёсны хэлээр тайлбарлахад хэцүү байдаг.
Төрөл бүрийн электроныг харгалзах тойрог замд 95% магадлалтайгаар олж болно. Өгөгдсөн мэдээлэл нь хийсвэр шинж чанартай тул тайван байх ёстой математик загвар, нөхцөл байдлын бодит бодит байдлаас илүү. Гэхдээ энэ бүхний хажуугаар атом, тэр ч байтугай молекулуудын химийн шинж чанарыг урьдчилан таамаглах сайн чадвартай. Түвшин нь цөмөөс хол байх тусам түүн дээр илүү их электрон байрлуулж болно. Тиймээс тойрог замын тоог тусгай томъёогоор тооцоолж болно: x 2. Энд x нь түвшний тоотой тэнцүү байна. Хоёр хүртэлх электроныг тойрог замд байрлуулж болох тул эцсийн эцэст тэдгээрийн тоон хайлтын томъёо дараах байдлаар харагдах болно: 2x2.
Орбитууд: техникийн өгөгдөл
Хэрэв бид фторын атомын бүтцийн талаар ярих юм бол гурван тойрог замтай болно. Тэд бүгдийг дүүргэх болно. Нэг дэд түвшний тойрог замын энерги ижил байна. Тэдгээрийг тодорхойлохын тулд давхаргын дугаарыг нэмнэ үү: 2s, 4p, 6d. Фторын атомын бүтцийн тухай яриа руугаа буцъя. Энэ нь хоёр s- ба нэг p-дэд түвшинтэй байх болно. Энэ нь есөн протонтой, ижил тооны электронтой. Эхний s түвшин. Энэ нь хоёр электрон юм. Дараа нь хоёр дахь s түвшин. Өөр хоёр электрон. Мөн 5 нь p түвшнийг дүүргэдэг. Энэ бол түүний бүтэц юм. Дараах дэд гарчгийг уншсаны дараа та шаардлагатай алхмуудыг өөрөө хийж, үүнд итгэлтэй байж болно. Хэрэв бид аль фтор нь мөн хамаарах талаар ярих юм бол тэдгээр нь нэг бүлэгт багтдаг ч шинж чанараараа огт өөр гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Тиймээс тэдний буцалгах цэг нь -188-аас 309 градусын хооронд хэлбэлздэг. Тэгвэл тэд яагаад нэгдсэн юм бэ? Бүгдэд нь баярлалаа химийн шинж чанар. Бүх галоген ба фтор нь хамгийн их исэлдүүлэх чадвартай байдаг. Тэд металлтай урвалд ордог бөгөөд өрөөний температурт ямар ч асуудалгүйгээр аяндаа гал авалцдаг.
Орбитууд хэрхэн дүүрдэг вэ?
Электронууд ямар дүрэм, зарчмаар байрладаг вэ? Илүү сайн ойлгохын тулд үг хэллэгийг хялбаршуулсан гурван үндсэн зүйлтэй танилцахыг бид танд санал болгож байна.
- Хамгийн бага энергийн зарчим. Электронууд нь энергийг нэмэгдүүлэх дарааллаар тойрог замыг дүүргэх хандлагатай байдаг.
- Паулигийн зарчим. Нэг тойрог замд хоёроос илүү электрон байж болохгүй.
- Хундын дүрэм. Нэг дэд түвшинд электронууд эхлээд хоосон орбиталуудыг дүүргэж, дараа нь хос үүсгэдэг.
Атомын бүтэц нь үүнийг бөглөхөд туслах бөгөөд энэ тохиолдолд дүрсний хувьд илүү ойлгомжтой болно. Тиймээс хэлхээний диаграммтай ажиллахдаа үүнийг гартаа байлгах хэрэгтэй.
Жишээ
Өгүүллийн хүрээнд хэлсэн бүх зүйлийг нэгтгэн дүгнэхийн тулд та атомын электронууд нь тэдгээрийн түвшин, дэд түвшин, орбиталуудын хооронд хэрхэн тархдаг талаар жишээ гаргаж болно (өөрөөр хэлбэл түвшний тохиргоо гэж юу вэ). Үүнийг томьёо, энергийн диаграм, давхаргын диаграм хэлбэрээр дүрсэлж болно. Энд маш сайн зургууд байдаг бөгөөд үүнийг сайтар судалж үзээд атомын бүтцийг ойлгоход тусалдаг. Тиймээс эхний шатыг эхлээд бөглөнө. Энэ нь зөвхөн нэг тойрог замтай, зөвхөн нэг дэд түвшинтэй. Бүх түвшинг хамгийн багаас нь эхлэн дараалан бөглөнө. Нэгдүгээрт, нэг дэд түвшинд орбитал бүрт нэг электрон байрлана. Дараа нь хосууд үүсдэг. Хэрэв үнэ төлбөргүй байгаа бол өөр дүүргэх сэдэв рүү шилжих болно. Одоо та азот эсвэл фторын атомын бүтэц гэж юу болохыг өөрөө олж мэдэх боломжтой (үүнийг өмнө нь авч үзсэн). Эхэндээ энэ нь бага зэрэг хэцүү байж болох ч та зургуудыг ашиглан таныг удирдан чиглүүлэх боломжтой. Тодорхой болгохын тулд азотын атомын бүтцийг авч үзье. Энэ нь 7 протонтой (цөмийг бүрдүүлдэг нейтронтой хамт), ижил тооны электронтой (электрон бүрхүүлийг бүрдүүлдэг). Эхний s түвшнийг эхлээд бөглөнө. Энэ нь 2 электронтой. Дараа нь хоёр дахь s түвшин ирдэг. Мөн 2 электронтой. Үлдсэн гурвыг нь p-түвшинд байрлуулсан бөгөөд тус бүр нь нэг тойрог замыг эзэлдэг.
Дүгнэлт
Таны харж байгаагаар атомын бүтэц нь тийм ч хэцүү сэдэв биш юм (хэрэв та үүнийг сургуулийн химийн курсын үүднээс авч үзвэл мэдээж хэрэг). Бас ойлгоорой энэ сэдэвхэцүү биш. Эцэст нь би зарим онцлог шинж чанаруудын талаар танд хэлэхийг хүсч байна. Жишээлбэл, хүчилтөрөгчийн атомын бүтцийн тухай ярихад энэ нь найман протон, 8-10 нейтронтой гэдгийг бид мэднэ. Байгаль дээрх бүх зүйл тэнцвэртэй байх хандлагатай байдаг тул хоёр хүчилтөрөгчийн атом нь молекул үүсгэдэг бөгөөд хоёр хосгүй электрон нь ковалент холбоо үүсгэдэг. Өөр нэг тогтвортой хүчилтөрөгчийн молекул болох озон (O3) нь ижил төстэй байдлаар үүсдэг. Хүчилтөрөгчийн атомын бүтцийг мэдсэнээр та дэлхий дээрх хамгийн түгээмэл бодис оролцдог исэлдэлтийн урвалын томъёог зөв гаргаж чадна.
Аливаа бодис нь маш жижиг хэсгүүдээс тогтдог атомууд . Атом бол бүх шинж чанараа хадгалсан химийн элементийн хамгийн жижиг бөөмс юм. Атомын хэмжээг төсөөлөхийн тулд хэрэв тэдгээрийг бие биентэйгээ ойр байрлуулж чадвал нэг сая атом ердөө 0.1 мм-ийн зайг эзлэх байсан гэж хэлэхэд хангалттай.
Бодисын бүтцийн шинжлэх ухааны цаашдын хөгжил нь атом нь мөн нарийн төвөгтэй бүтэцтэй бөгөөд электрон, протоноос бүрддэг болохыг харуулсан. Материйн бүтцийн цахим онол ингэж гарч ирсэн.
Эрт дээр үед эерэг ба сөрөг гэсэн хоёр төрлийн цахилгаан байдаг гэдгийг олж мэдсэн. Биед агуулагдах цахилгааны хэмжээг цэнэг гэж нэрлэх болсон. Биеийн цахилгаан эрчим хүчний төрлөөс хамааран цэнэг нь эерэг эсвэл сөрөг байж болно.
Мөн адил цэнэг нь түлхэж, ялгаатай нь татдаг болохыг туршилтаар тогтоосон.
Ингээд авч үзье атомын электрон бүтэц. Атомууд нь өөрөөсөө ч жижиг хэсгүүдээс бүрддэг, гэж нэрлэдэг электронууд.
ТОДОРХОЙЛОЛТ:Электрон бол хамгийн бага сөрөг цахилгаан цэнэгтэй бодисын хамгийн жижиг бөөм юм.
Электронууд нэг буюу хэд хэдэн хэсгээс бүрдсэн төв цөмийг тойрон эргэлддэг протонуудТэгээд нейтрон, төвлөрсөн тойрог замд. Электронууд нь сөрөг цэнэгтэй бөөмс, протон нь эерэг цэнэгтэй, нейтрон нь төвийг сахисан (Зураг 1.1).
ТОДОРХОЙЛОЛТ:Протон бол хамгийн бага эерэг цахилгаан цэнэгтэй бодисын хамгийн жижиг бөөмс юм.
Электрон ба протон байгаа эсэх нь эргэлзээгүй юм. Эрдэмтэд электрон, протоны масс, цэнэг, хэмжээг тогтоогоод зогсохгүй тэдгээрийг янз бүрийн цахилгаан, радио инженерийн төхөөрөмжид ажиллуулах боломжтой болгосон.
Мөн электроны масс нь түүний хөдөлгөөний хурдаас хамаардаг ба электрон нь зөвхөн орон зайд урагшлахаас гадна тэнхлэгээ тойрон эргэдэг болохыг тогтоожээ.
Бүтцийн хувьд хамгийн энгийн нь устөрөгчийн атом юм (Зураг 1.1). Энэ нь протоны цөм ба цөмийн эргэн тойронд маш хурдтайгаар эргэлддэг электроноос бүрдэж, атомын гаднах бүрхүүлийг (орбит) бүрдүүлдэг. Илүү нарийн төвөгтэй атомууд нь электронууд эргэлддэг хэд хэдэн бүрхүүлтэй байдаг.
Эдгээр бүрхүүлүүд нь цөмөөс дараалсан электронуудаар дүүрдэг (Зураг 1.2).
Одоо үүнийг харцгаая . Хамгийн гадна талын бүрхүүл гэж нэрлэдэг валент, мөн түүнд агуулагдах электронуудын тоог гэж нэрлэдэг валент. Цөмөөс хол байх тусам валентын бүрхүүл,тиймээс цөмөөс валентийн электрон бүрийг татах хүч төдий чинээ бага байдаг. Тиймээс атом нь валентийн бүрхүүл дүүрээгүй, цөмөөс хол байрласан эсвэл алдагдах тохиолдолд өөртөө электрон холбох чадварыг нэмэгдүүлдэг.
Гаднах бүрхүүлийн электронууд энерги хүлээн авах боломжтой. Хэрэв валентийн бүрхүүл дэх электронууд хүлээн авбал шаардлагатай түвшин-аас эрчим хүч гадаад хүч, тэд түүнээс салж, атомыг орхиж, өөрөөр хэлбэл чөлөөт электрон болж чадна. Чөлөөт электронууд нэг атомаас атом руу санамсаргүй шилжих чадвартай. Олон тооны чөлөөт электрон агуулсан материалыг нэрлэдэг дамжуулагчид
.
Тусгаарлагч
, дамжуулагчийн эсрэг байна. Тэд цахилгаан гүйдлийн урсгалаас сэргийлдэг. Зарим атомын валентийн электронууд нь бусад атомуудын валентийн бүрхүүлийг дүүргэж, тэдгээрийг нэгтгэдэг тул тусгаарлагч нь тогтвортой байдаг. Энэ нь чөлөөт электрон үүсэхээс сэргийлдэг.
Тусгаарлагч ба дамжуулагчийн хоорондох завсрын байрлалыг эзэлнэ хагас дамжуулагч
, гэхдээ бид тэдний талаар дараа ярих болно
Ингээд авч үзье атомын шинж чанар. Ижил тооны электрон ба протонтой атом нь цахилгаан саармаг юм. Нэг буюу хэд хэдэн электрон авсан атом сөрөг цэнэгтэй болж сөрөг ион гэж нэрлэгддэг. Хэрэв атом нэг буюу хэд хэдэн электроноо алдвал эерэг ион болж, өөрөөр хэлбэл эерэг цэнэгтэй болно.
