kvantni brojevi
n- glavni kvantni broj, određuje energiju elektrona i veličinu elektronskog oblaka, poprima cjelobrojne vrijednosti. elektrona s istim n formiraju energetsku razinu. (n = broj razdoblja u periodnom sustavu)
L– orbitalni kvantni broj određuje oblik orbitale i ima vrijednost od 0 do n-1
n= 1, L= 0 - S-orbitala (lopta)
n=2, L= 0; 1 - S i P - orbitala (bučica)
n=3, L= 0; jedan ; 2 - S, P i d - orbitala (kompleksni oblik latice) (L=0 - S orbitala, L=1 - P orbitala, L=2 - d orbitala)
n=4, L= 0; jedan ; 2; 3 (F - orb. još složenije)
m- magnetski kvantni broj, određuje prostornu orijentaciju orbitale, uzima vrijednost od - L na + L. L=0 m=0 1(jedna) S-orbitala L=1 m= -1;0;1 3 P-orbitale L=2 m=-2,-1,0,1,2 5 d-orb. itd.
- spinski kvantni broj, karakterizira kretanje elektrona oko svoje osi i ima 2 orijentacije: “desno”, “lijevo” = + ili -
Uz pomoć 4 kvantna broja, može se opisati stanje bilo kojeg elektrona u vakuumu, za to čine elektronske formule atoma.
Pravila za sastavljanje elektroničkih formula atoma elemenata
1. Princip najmanje energije: Elektroni se nalaze u onim orbitalama u atomu koje karakteriziraju najniža energija. (Klečkovskovo pravilo) Orbitala s najmanjim kvantnim brojem ( n+L), ako ( n+L) orbitale su jednake, najmanju energiju ima ona s manjom n.
2. Paulijevo načelo: atom ne može imati 2 elektrona s istim skupom sva 4 kvantna broja, što znači da samo 2 elektrona s antiparalelnim spinovima mogu stati u jednu orbitalu.
S podrazina - 1 orbitala 2e
P podrazina - 3 orbitale 6e
d podrazina - 5 orbitala 10e
f podrazina - 7 orbitala 14e
3. Hundovo pravilo: ukupni broj spina na podrazini trebao bi biti maksimalan, tj. kada je podrazina popunjena, prvo na svakoj orbitali sjedi po jedan elektron i svi imaju isti smjer spina (smjer rotacije), a kada je podrazina popunjena, na svakoj sjedi po jedan elektron orbitala već sa suprotnim spinom.
4) Periodni sustav (periodni sustav)
Svojstva jednostavnih tvari, kao i oblici i svojstva spojeva elemenata, u periodičnoj su ovisnosti o naboju jezgre i elektronskoj konfiguraciji atoma elementa. Periodni sustav je grafički prikaz periodičkog zakona, sastoji se od 7 perioda (od toga su 3 male 1., 2. i 3.) i 8 skupina.
Fizičko značenje periodičkog zakona leži u periodičnoj promjeni svojstava elemenata kao rezultat periodičkog obnavljanja sličnih elektronskih ljuski atoma s povećanjem glavnog kvantnog broja n
(n = broj razdoblja)
Skupine sadrže elemente s periodički ponavljajućom elektronskom strukturom vanjske energetske razine i sličnim svojstvima.
Na primjer: I-gr, A-podgr. :
Na 3s - svi su alkalijski metali,
K 4s oni imaju istu vanjsku strukturu
Rb 5s Energet. razina s
Cs 6s Aktivnost metala se povećava
Fr 7s dolje
Svaki period (osim 1.) počinje s dva s-elementa, završava sa šest elemenata, au malim periodima se svojstva elemenata dramatično mijenjaju.
Prema tablici prema dolje se povećavaju metalna svojstva, odnosno elektroni se lakše odaju, prema tablici. u desnom met. svetaca je sve manje.
U IV periodu između s i p elemenata pojavljuje se 10 d-elemenata, a u VI i VII periodu f-elementi.
Elektronska struktura atoma elemenata i njihov položaj u periodnom sustavu usko su povezani.
1) Serijski broj elementa \u003d Z (naboj) njegove jezgre i broj elektrona u elektronskoj strukturi atoma.
Na primjer: Z=30(Zn), 30e; 1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s (d-element)
2) Svako razdoblje počinje popunjavanjem nove energetske razine, dakle staze br. = glavni kvantni broj vanjske energetske razine u elektronskoj strukturi atoma. 4s (Zn)-IV period
3) Br. gr. poklapa se s brojem valentnih elektrona u atomima.
5) Povremeno mijenjanje svojstava atoma elemenata:
1. Radijusi atoma: atom nema jasne granice zbog valnog gibanja. elektron. Orbitalni radijus atoma )≈ teoretski izračunata udaljenost od atomske jezgre do glavne maksimalne gustoće vanjskog elektronskog oblaka. Češće se koriste efektivni polumjeri atoma (to su međunuklearne udaljenosti u molekulama).
Za metalne elemente, i za nemetalne (osobito za plinove), bitno se razlikuju.
U točkama (slijeva nadesno) r atomi se smanjuju zbog povećanja naboja njihovih jezgri, au skupinama (odozgo prema dolje) rastu zbog povećanja broja slojeva elektrona, ali je ta ovisnost nemonotona zbog strukturnih značajki atoma.
Nemonotonost promjena St-in elemenata tijekom razdoblja naziva se unutarnja periodičnost, au skupini - sekundarna periodičnost.
2. Energija ionizacije i afinitet za elektrone:
Energija ionizacije je energija potrebna za odvajanje elektrona od neutralnog, nepobuđenog atoma.
- nepobuđena energija. atom< (при отрыве каждого последующего электрона нужно тратить все больше и больше энергии)
Energija ionizacije karakterizira redukcijska svojstva atoma elemenata: Što je atom manji, to su redukcijska svojstva elementa veća. ovisi o atomskom radijusu i naboju jezgre elementa te o elektronskoj konfiguraciji atoma elementa. Što je radijus manji i naboj veći, vrijednost je veća.
U vrijednosti razdoblja (slijeva nadesno). ja raste, ali ne monotono. Metali ja manje od nemetala.
U skupinama (odozgo prema dolje) vrijednost općenito opada.
F-energija afiniteta elektrona je energetski učinak adicije elektrona neutralnom atomu. F može biti (+) ili (-): SL+e→ (uklonjeno) He+e= = -0,22 eV (apsorbirano)
F karakterizira oksidacijska svojstva atoma elemenata: što je veći F, veća su oksidacijska svojstva. F ovisi o r(atomski radijus), Z (naboj) i na elektroničku konfiguraciju atoma elementa. Max F za p-elemente skupine VIIA, Min F za inertne plinove.
Elektronegativnost- sposobnost atoma elementa da povuče elektrone prema sebi tijekom stvaranja kemikalije. veze s atomima drugih elemenata. EO = 1/2 (1+F)
U razdobljima (slijeva nadesno) EO općenito raste, u glavnim podskupinama (odozgo prema dolje) opada, ali ovisnost nije monotona.
Vrste kemijske veze
kovalentna veza– veza koja nastaje stvaranjem zajedničkih elektronskih parova.
U dvoatomnim molekulama ( nastaje nepolarna kovalentna veza, budući da zajednički elektronski par podjednako pripada oba atoma. F + F → F F
Jednostruka kovalentna veza- atomi su povezani jednim zajedničkim elektronskim parom, ako dva, onda vezom dvostruko, ako tri onda utrostručiti. N + N → N N(broj nesparenih elektrona 8-N=3, broj N-skupine)
Polarna kovalentna veza- veza između atoma raznih elemenata nemetala (HCL, , N )
Zajednički elektronski parovi u takvim spojevima pomaknuti su prema atomima s većom elektronegativnošću.
Ionska veza- veza koja nastaje između iona uslijed elektrostatskog privlačenja.
Ionska veza javlja se između atoma elemenata koji se oštro razlikuju u elektronegativnosti. Na primjer, između tipičnih metali i tipični nemetali (Na CL, Na, F)
Osim toga, ionska veza nastaje između atoma metala i kisika u solima kiselina koje sadrže kiseline i u alkalijama.
metalni spoj- komunikacija u metalima između atoma-iona pomoću socijaliziranih elektrona.
Atomi metala na vanjskoj razini sadrže malo elektrona. Ti se elektroni lako odbacuju i atomi se pretvaraju u pozitivne ione. Odvojeni elektroni prelaze s jednog iona na drugi, povezujući ih u jednu cjelinu.
7) Elektroda- to je metal ili drugi vodljivi materijal uronjen u otopinu svoje soli (elektrolit), a reakcija koja se odvija na njemu naziva se elektrodna reakcija. Ako se metal dovede u dodir s otopinom soli, tada ioni hidratizirani prelaze s površine metala u otopinu, a dehidrirani natrag iz otopine u metal (pod djelovanjem sila kristala Rešetka). Kada se brzine ovih procesa izjednače, formira se DEL (dvostruki električni sloj) i javlja se elektrodni potencijal.
Potencijal elektrode (𝞿 ) je razlika u elektrostatskom potencijalu između elektrolita i elektrode.
Vrijednost elektrodnog potencijala ovisi o prirodi tvari - sudionika u elektrodnom procesu, o koncentraciji tih tvari, o t i određena je Nernstovom jednadžbom.
Nernstova jednadžba: = + ox, Crveno su koncentracije oksidacijskih i redukcijskih oblika
je broj elektrona uključenih u proces.
– standardni potencijal elektrode (vrijednost u tablici)
Nernstova jednadžba za metalne elektrode: +
za redoks elektrode:
za vodikovu elektrodu:
(uvjetno prihvaćeno) - ovo je NVE (normalna vodikova elektroda) koja se uzima kao standard za usporedbu elektrodnih potencijala raznih elektrokemija. sustava.
Uvjeti za odvijanje redoks reakcije:
8) Galvanski članak– uređaj u kojem se, zbog spontano nastale oksidacijsko-redukcijske reakcije, struja. To je sustav od 2 elektrode povezane tekućim mostom ili polupropusnim septumom. Ako elektrode spojite metalnim vodičem, tada će elektroni teći s jedne elektrode (reducent) na drugu (oksidator) i dobit će se električna struja. Chem. energija se pretvara u električnu energiju. Oksidator - elektroda sa veću vrijednost potencijal (katoda (+)), procesi oporavka su u tijeku na katodi.
Reducirajuće sredstvo - elektroda s manjom vrijednošću. potencijal (anoda (-)), na anodi se odvijaju procesi oksidacije.
Baterija je reverzibilni kemijski izvor struje, može se ponovno puniti i koristiti više puta.
Na primjer olovni akumulator (kiselina)- sastoji se od elektroda (pozitivnih i negativnih) i elektrolita.
1. elektroda - olovo, 2. elektroda - olovni dioksid, elektrolit 30% sumporna kiselina.
Princip rada na temelju elektrokemijskih reakcija olova i olovnog dioksida u vodenoj otopini sumporne kiseline.
Opća jednadžba baterije:
9) elektroliza - redoks proces koji se događa na elektrodama kada struja prolazi kroz elektrolit.
2 elektrode se spuštaju u elektrolitičku kupku napunjenu elektrolitom i spojenu na izvor struje. Izvor struje pumpa elektrone s jedne elektrode na drugu. Elektroda s koje se uklanjaju elektroni dobiva + naboj (anoda), koja prima elektrone (-) naboj (katoda).
Procesi koji se odvijaju tijekom elektrolize određeni su svojstvima elektrolita, otapala i materijala elektrode. (Ako se elektroliza odvija u vodenoj otopini, tada se molekule H2O mogu reducirati i oksidirati na katodi i anodi.
Katoda: 2H2O + 2e = 2 OH
Anoda: A2H2O - 4e \u003d O2 + 4H
Ako je moguće više reakcija, onda ona koja zahtijeva minimalni trošak energije.
inertan naziva se elektroda, čiji materijal nije oksidiran tijekom elektrolize.
Materijal same anode može se oksidirati na anodi, npr. ako je anoda izrađena od Ni, Cu, Cd, Pb itd. Takve anode nazivamo topljivim.
Metoda topljive anode koristi se za rafiniranje metala. Anoda je izrađena od željeznog metala.
10) Elektrokemijska polarizacija- pojava odstupanja potencijala elektrodne reakcije od ravnoteže. prenapona- vrijednost za koju je odstupanje ɳ (ovo).
Pojava polarizacije povezana je sa sporošću pojedinih faza elektrokemijskog procesa. Polarizacija je posebno velika pri ispuštanju plinova O2, H2. Polarizacija elektrode ovisi o materijalu elektrode, veća je gustoća struje i=I/S (I je struja koja prolazi kroz elektrodu, S je površina elektrode). Krivulja polarizacije je ovisnost potencijala elektrode o gustoći struje.
– Količina polarizacije.
11) Faradayevi zakoni: 1. zakon: Masa tvari koja nastaje tijekom elektrolize proporcionalna je količini elektriciteta koja je prošla kroz elektrolit. = K*Q gdje je: Q- količina električne energije, Q=I*t, gdje je: I-struja, t-vrijeme.
K = gdje je: E ekvivalentna masa E = gdje je: M mol (molarna masa tvari), n je broj elektrona pomaknutih tijekom oksidacije ili redukcije, F je Faradayev broj = 26,8 A ili 96500 K / mol .
2. zakon: Kada ista količina elektriciteta prolazi kroz različite elektrolite, mase tvari koje se oslobađaju na istoimenim elektrodama proporcionalne su njihovim ekvivalentnim masama.
Primjena u elektrokemijskim procesima: 1) Princip G.E koristi se u autonomnim izvorima napajanja. Postoje primarni i sekundarni. Primarni- nepovratni su, ne mogu se vratiti u radno stanje nakon potrošnje aktivne tvari (baterije). Sekundarna– mogu se regenerirati propuštanjem struje u suprotnom smjeru (baterije).
Elektroliza se koristi u industriji: za proizvodnju lužina i drugih tvari., za proizvodnju mnogih metala - AL, Mg, Na, Cd., za pročišćavanje (rafiniranje) Me koristi se onečišćeni Me, kao anoda (Cu, Ni, Pb) , koristi se u galvanizaciji.
galvanizacija- postupak nanošenja slojeva drugih metala na površinu metalnih proizvoda, radi se radi zaštite od korozije i ljepote.
Elektrotipija- za dobivanje otisaka, kopija proizvoda, na primjer, za tipografske klišeje.
13) Fizikalna svojstva metala. Metalni sjaj, visoka električna vodljivost, toplinska vodljivost, savitljivost, duktilnost. Ta su svojstva određena prisutnošću mobilnih elektrona i metalnih veza u metalima.
Razlika u prirodi metala, njihovoj strukturi dovodi do razlike u nekim fizičkim svojstvima. Alkalni (Li, Na, K, Rb, Cs) s malom gustoćom pakiranja i malim nabojem su mekani, a d-metali (Cr) su vrlo tvrdi. Velika je razlika u talištu, od 28°C (Cs) do 3370°C (W).
12) Položaj metala u periodnom sustavu.
Klasifikacija metala
neaktivan (Cu-Au, itd...)
Značajke metalnih kristala: atomi metala poredani u kristalne rešetke
Vrste kristalnih rešetki: Središte tijela (kubično), središte lica (kubično), najgušći šesterokut.
Značajke strukture atoma: na vanjskoj energetskoj razini mali broj elektrona.
Metode dobivanja metala: 1. Metalotermija- dobivanje ruda aluminijem, magnezijem i drugim metalima
2.Pirometalurgija– redukcija ruda uz pomoć ugljena, CO, pri visokim t:
+ → 2 Fe + 3 (pri temperaturi)
3.Elektroliza: a) Cu (Cu - katoda, CL - anoda)
b) 2NaCL → 2Na + (2Na je katoda,
4.Hidrometalurška metoda- također često uključuje fazu dobivanja metala elektrokemijskom redukcijom.
2ZnS + 3 (pri preradi sulfidnih ruda, prvi sulfidi
pretvaraju se u okside pri visokim t.)
2Zn + 2 (2Zn je katoda, )
Moderne tehnologije za dobivanje metala visoke čistoće (zonsko taljenje, taljenje elektronskim snopom itd.)
14) Kemijska svojstva metala. Prema kem. Saint-you metali su redukcijska sredstva i reagiraju s oksidansima.
Tijekom razdoblja. Većina elemenata u sustavu su metali. Metali uključuju sve s,d,f-elemente (osim He) kao i p-elemente. U p-elemente spadaju elementi III A gr - AL, Ga, In, IV A gr - Ge, Sn, Pb, u V A gr Sb, Bi, a u VI A - Po (polonij).
Klasifikacija metala: 1. Prema elektronskoj strukturi: s, p, d i f - metali.
2. Smanjenjem aktivnosti: aktivni (Li-AL) (prema broju napona), srednji (AL-H),
neaktivan (Cu-Au, itd...)
Redukcijska aktivnost slobodnih metalnih atoma karakterizirana je energijom ionizacije (). Što je manji, to je veća sredstva za oporavak. metal. U gr. A, (za s i p-metale) sredstvo za smanjenje. raste odozgo prema dolje, a u gr. B (za d-metale) - smanjuje se.
u rješenjima reducirajuća aktivnost atoma metala karakterizirana je vrijednošću potencijala elektrode (). Što je negativniji, veći je oporavak. aktivni .. Najaktivniji redukcijski agensi su alkalijski metali.
1) Metali reagiraju snažno s jednostavnim tvarima, halogeni (fluor, klor, brom, jod), sumpor, vodik.
S kisikom: Većina metala oksidira na zraku, prekrivajući se oksidnim filmom, ako je film gust, štiti metal od korozije. svi alkalijski metali: Li, Na, K, itd. aktivno reagiraju s kisikom, Rb, Cs - spontano se zapale.
S klorom: snažno reagirati (Mg+ =Mg)
Sa sivom: manje snažan (na zagrijavanju) (Fe+S→FeS željezni sulfid)
S vodikom: reagiraju samo alkalijski i zemnoalkalijski metali. (2Li+ =2LiH) (Ca+ )
2) Reakcije s vodom: Me + metali reagiraju s ako im je potencijal elektrode niži od potencijala vodika (ispod 0), reagiraju istiskivanjem . Na primjer: -2,714v, dakle 2Na+
Ako na površini metala postoji oksidni film, interakcija s vodom se nastavlja kada se zagrijava.
3) Reakcije s otopinama soli: metali reagiraju s otopinama soli, istiskujući iz njih manje aktivni metal:
() Cu\u003d 0,337 V, () / Ni \u003d - 0,25 V
4)Reakcije s alkalijama: reakcije se odvijaju evolucijom, potencijal elektrode mora biti, metal mora imati amfoternu prirodu svojih oksida i hidroksida (to su AL, Zn, Cr, Be itd.)
5) Reakcije s kiselinama: međudjelovanje metala s kiselinama ovisi o aktivnosti metala, koncentraciji to-va i t.
HCL-interagira samo s metalima u kojima, uz oslobađanje vodika, metalni klorid mora biti topljiv u vodi.
(razrijeđena sumporna kiselina reagira s metalima na isti način kao i klorovodična kiselina: Zn +
Koncentrirana sumporna kiselina oksidira metale zbog sulfatnih iona () redukcijski produkti ovise o aktivnosti metala. na Mg + (aktivno vraćanje na , srednje na , neaktivno na .
Sumporna kiselina pasivizira metale: Fe, Co, Ni, Cr, AL, Be. (kod ovih metala reakcija se događa samo pri zagrijavanju).
Bakar reagira s koncentriranom sumpornom kiselinom
Reakcija s razrijeđenom dušičnom kiselinom. Razrijeđeno dušik. to-to je jače oksidacijsko sredstvo od sumporne, oksidira većinu metala na sobnoj temperaturi. Reducira se s aktivnim metalima do , s metalima srednje aktivnosti do ili , s neaktivnim do -NO.
Koncentrirana dušična kiselina reducira se s većinom metala u smeđi plin -NO, a također pasivizira iste metale pri normalnim t. (Fe,Ni,Co,Cr,AL,Be)
Neaktivni d-metali se ne oksidiraju dušičnom kiselinom, mogu se oksidirati s "aqua regia" +.
U reakcijama metala s dušičnom kiselinom bilo koje koncentracije i koncentriranom sumpornom kiselinom, vodik se ne oslobađa.
Otkrijmo kako napisati elektroničku formulu kemijskog elementa. Ovo je pitanje važno i relevantno, jer daje ideju ne samo o strukturi, već io navodnom fizičkom i kemijska svojstva dotični atom.
Pravila kompilacije
Da bi se sastavila grafička i elektronička formula kemijskog elementa, potrebno je imati predodžbu o teoriji strukture atoma. Za početak, postoje dvije glavne komponente atoma: jezgra i negativni elektroni. Jezgra uključuje neutrone, koji nemaju naboj, kao i protone, koji imaju pozitivan naboj.
Raspravljajući o tome kako sastaviti i odrediti elektroničku formulu kemijskog elementa, napominjemo da je za pronalaženje broja protona u jezgri potreban periodični sustav Mendelejeva.
Broj elementa po redu odgovara broju protona u njegovoj jezgri. Broj perioda u kojem se nalazi atom karakterizira broj energetskih slojeva na kojima se nalaze elektroni.
Da bi se odredio broj neutrona bez električnog naboja, potrebno je od relativne mase atoma nekog elementa oduzeti njegov redni broj (broj protona).
Uputa
Da biste razumjeli kako sastaviti elektroničku formulu kemijskog elementa, razmotrite pravilo za punjenje podrazina negativnim česticama koje je formulirao Klechkovsky.
Ovisno o količini slobodne energije koju imaju slobodne orbitale, sastavlja se serija koja karakterizira slijed popunjavanja razina elektronima.
Svaka orbitala sadrži samo dva elektrona, koji su raspoređeni u antiparalelnim spinovima.
Da bi se izrazila struktura elektronskih ljuski koriste se grafičke formule. Kako izgledaju elektroničke formule atoma kemijskih elemenata? Kako napraviti grafičke opcije? Ova su pitanja uključena u školski tečaj kemije, pa ćemo se detaljnije zadržati na njima.
Postoji određena matrica (osnova) koja se koristi pri sastavljanju grafičkih formula. S-orbitalu karakterizira samo jedna kvantna ćelija, u kojoj se dva elektrona nalaze jedan nasuprot drugome. oni unutra grafički oblik označeni su strelicama. Za p orbitalu prikazane su tri ćelije, svaka također sadrži dva elektrona, deset elektrona nalazi se na d orbitali, a f je ispunjena s četrnaest elektrona.
Primjeri sastavljanja elektroničkih formula
Nastavimo razgovor o tome kako sastaviti elektroničku formulu kemijskog elementa. Na primjer, trebate napraviti grafičku i elektroničku formulu za element mangan. Prvo odredimo položaj ovog elementa u periodnom sustavu. Ima atomski broj 25, tako da u atomu ima 25 elektrona. Mangan je element četvrtog perioda, dakle ima četiri energetske razine.
Kako napisati elektroničku formulu kemijskog elementa? Zapisujemo znak elementa, kao i njegov redni broj. Koristeći pravilo Klečkovskog, elektrone raspoređujemo po energetskim razinama i podrazinama. Redom ih raspoređujemo na prvu, drugu i treću razinu, upisujući dva elektrona u svaku ćeliju.
Zatim ih zbrojimo, dobivamo 20 komada. Tri razine potpuno su ispunjene elektronima, a na četvrtoj ostaje samo pet elektrona. S obzirom da svaka vrsta orbitale ima svoju rezervu energije, preostale elektrone raspoređujemo na 4s i 3d podrazine. Kao rezultat toga, gotova elektronska grafička formula za atom mangana ima sljedeći oblik:
1s2/2s2, 2p6/3s2, 3p6/4s2, 3d3
Praktična vrijednost
Uz pomoć elektronskih grafičkih formula jasno se vidi broj slobodnih (nesparenih) elektrona koji određuju valenciju određenog kemijskog elementa.
Nudimo generalizirani algoritam radnji, uz pomoć kojeg možete sastaviti elektroničke grafičke formule bilo kojeg atoma koji se nalazi u periodnom sustavu.
Prvi korak je određivanje broja elektrona pomoću periodnog sustava. Broj razdoblja označava broj energetskih razina.
Pripadnost određenoj skupini povezana je s brojem elektrona koji se nalaze na vanjskoj energetskoj razini. Razine su podijeljene na podrazine, popunjene u skladu s pravilom Klechkovsky.
Zaključak
Da bi se odredile valentne sposobnosti bilo kojeg kemijskog elementa koji se nalazi u periodnom sustavu, potrebno je sastaviti elektrografsku formulu njegovog atoma. Gornji algoritam omogućit će vam da se nosite sa zadatkom, odredite moguću kemijsku i fizička svojstva atom.
Elektronička struktura atoma može se prikazati elektroničkom formulom i elektroničkim grafičkim dijagramom. U elektroničkim formulama energetske razine i podrazine redoslijedom se zapisuju redoslijedom popunjavanja i ukupnog broja elektrona u podrazini. U ovom slučaju, stanje pojedinačnog elektrona, posebice njegovi magnetski i spinski kvantni brojevi, ne odražavaju se u elektroničkoj formuli. U elektroničkim grafičkim shemama, svaki elektron je "vidljiv" u cijelosti, tj. može se karakterizirati sa sva četiri kvantna broja. Elektronski grafički dijagrami obično se daju za vanjske elektrone.
Primjer 1 Napišite elektroničku formulu fluora, izrazite stanje vanjskih elektrona elektroničkim grafičkim dijagramom. Koliko nesparenih elektrona ima atom ovog elementa?
Riješenje. Atomski broj fluora je devet, tako da u njegovom atomu ima devet elektrona. U skladu s načelom najmanje energije, korištenjem Sl. 7 i uzimajući u obzir posljedice Paulijevog principa, zapisujemo elektronsku formulu fluora: 1s 2 2s 2 2p 5 . Za vanjske elektrone (druga energetska razina) izrađujemo elektronički grafički dijagram (slika 8), iz kojeg proizlazi da u atomu fluora postoji jedan nespareni elektron.
Riža. 8. Elektronsko-grafička shema valentnih elektrona atoma fluora
Primjer 2 Napravite elektroničko-grafičke dijagrame mogućih stanja atoma dušika. Koji od njih odražavaju normalno stanje, a koji - uzbuđenje?
Riješenje. Elektronska formula dušika je 1s 2 s 2 2p 3 , formula vanjskih elektrona je 2s 2 2p 3 . Podrazina 2p je nepotpuna, jer broj elektrona na njemu je manji od šest. Moguće varijante raspodjele tri elektrona na podrazini 2p prikazane su na sl. 9.
Riža. 9. Elektronsko-grafički dijagrami mogućih stanja 2p podrazine u atomu dušika.
Najveća (u apsolutnoj vrijednosti) vrijednost spina (3/2) odgovara stanjima 1 i 2, dakle, oni su uzemljeni, a ostali su pobuđeni.
Primjer 3 Odredite kvantne brojeve koji određuju stanje zadnjeg elektrona u atomu vanadija?
Riješenje. Atomski broj vanadija je Z = 23, stoga je puna elektronička formula elementa: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3. Elektronska grafička shema vanjskih elektrona (4s 2 3d 3) je sljedeća (slika 10):
Riža. 10. Elektronsko-grafička shema valentnih elektrona atoma vanadija
Glavni kvantni broj zadnjeg elektrona n = 3 (treća energetska razina), orbitala l= 2 (podrazina d). Magnetski kvantni broj za svaki od tri d-elektrona je različit: za prvi je -2, za drugi -1, za treći - 0. Kvantni broj spina za sva tri elektrona je isti: m s \u003d + 1/2. Dakle, stanje posljednjeg elektrona u atomu vanadija karakterizirano je kvantnim brojevima: n = 3; l= 2; m = 0; m s = + 1/2.
7. Spareni i nespareni elektroni
Elektroni koji u paru ispunjavaju orbitale nazivaju se uparen, a nazivaju se pojedinačni elektroni nesparen. Nespareni elektroni osiguravaju kemijsku vezu atoma s drugim atomima. Prisutnost nesparenih elektrona utvrđuje se eksperimentalno proučavanjem magnetskih svojstava. Tvari s nesparenim elektronima paramagnetski(uvučeni su u magnetsko polje zbog međudjelovanja spinova elektrona, poput elementarnih magneta, s vanjskim magnetskim poljem). Tvari koje imaju samo sparene elektrone dijamagnetski(na njih ne djeluje vanjsko magnetsko polje). Nespareni elektroni nalaze se samo na vanjskoj energetskoj razini atoma i njihov se broj može odrediti iz njegove elektroničke grafičke sheme.
Primjer 4 Odredite broj nesparenih elektrona u atomu sumpora.
Riješenje. Atomski broj sumpora je Z = 16, stoga je puna elektronička formula elementa: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4. Elektronska grafička shema vanjskih elektrona je sljedeća (slika 11).
Riža. 11. Elektronsko-grafička shema valentnih elektrona atoma sumpora
Iz elektrografičke sheme proizlazi da se u atomu sumpora nalaze dva nesparena elektrona.
Atom je električki neutralan sustav koji se sastoji od pozitivno nabijene jezgre i negativno nabijenih elektrona. Elektroni se nalaze u atomu tvoreći energetske razine i podrazine.
Elektronska formula atoma je raspodjela elektrona u atomu po energetskim razinama i podrazinama u skladu s načelom najmanje energije (Klechkovsky), Paulijevim načelom, Hundovim pravilom.
Stanje elektrona u atomu opisuje se pomoću kvantno mehaničkog modela - elektronskog oblaka, čija je gustoća odgovarajućih dijelova proporcionalna vjerojatnosti pronalaska elektrona. Obično se pod elektronskim oblakom podrazumijeva područje nuklearnog prostora koje pokriva približno 90% elektronskog oblaka. Ovo područje prostora naziva se i orbitala.
Atomske orbitale tvore energetsku podrazinu. Orbitalama i podrazinama dodijeljene su slovne oznake. Svaka podrazina ima određeni broj atomskih orbitala. Ako je atomska orbitala prikazana kao magnetsko-kvantna ćelija, tada se atomske orbitale smještene na podrazinama mogu predstaviti na sljedeći način:
Svaka atomska orbitala ne može sadržavati više od dva elektrona u isto vrijeme, različitog spina (Paulijev princip). Ova razlika je označena strelicama ¯. Znajući da na s- podrazina jedan s-orbitalno, na R- podrazina tri R-orbitale, na d- podrazina pet d-orbitale, na f- podrazina sedam f- orbitale, možete pronaći maksimalan broj elektrona u svakoj podrazini i razini. Da, na s-podrazina, počevši od prve energetske razine, 2 elektrona; na R-podrazina, počevši od druge energetske razine, 6 elektrona; na d-podrazina, počevši od treće energetske razine, 10 elektrona; na f-podrazina, počevši od četvrte energetske razine, 14 elektrona. Elektroni uključeni s-, p-, d-, f- podrazine se imenuju redom s-, p-, d-, f-elektroni.
Prema princip najmanje energije, uzastopno punjenje energetskih podrazina elektronima događa se na takav način da svaki elektron u atomu zauzima podrazinu s najnižom energijom koja odgovara njegovoj jakoj vezi s jezgrom. Promjena energije podrazina može se prikazati kao serija Klečkovskog ili energetska ljestvica:
1s<2s<2str<3s<3str<4s<3d<4str<5s<4d<5str<6s<4f<5d<6str<7s<5f<6d<7str...
Prema Hundovom pravilu, svaka kvantna stanica (orbitala) energetske podrazine prvo je ispunjena jednim elektronom s istim spinom, a zatim drugim elektronom sa suprotnim spinom. Dva elektrona sa suprotnim spinovima u istoj atomskoj orbiti nazivaju se spareni elektroni. Pojedinačni elektroni su nespareni.
Primjer 1 Postavite 7 elektrona d-podrazina, uzimajući u obzir Hundovo pravilo.
Riješenje.
Na d podrazina - pet atomskih orbitala. Energija orbitala koje se nalaze na istoj podrazini je ista. Zatim d podrazina se može predstaviti na sljedeći način: d 
. Nakon popunjavanja atomskih orbitala elektronima, uzimajući u obzir Hundovo pravilo d-podrazina će izgledati 
.
Koristeći sada koncepte načela najmanje energije i Paulija, raspoređujemo elektrone u atomima prema energetskim razinama (tablica 1).
stol 1
Raspodjela elektrona po energetskim razinama atoma
Pomoću ove sheme moguće je objasniti formiranje elektroničkih struktura atoma elemenata periodnog sustava, zapisanih u obliku elektroničkih formula. Ukupan broj elektrona u atomu određen je atomskim brojem elementa.
Dakle, u atomima elemenata prve periode, jedan s-orbitala prve energetske razine (tablica 1). Budući da se na ovoj razini nalaze dva elektrona, u prvoj periodi postoje samo dva elementa (1 H i 2 He), čije elektronske formule su sljedeće: 1 H 1 s 1 i 2 Ne 1 s 2 .
U atomima elemenata druge periode prva energetska razina potpuno je ispunjena elektronima. će se sukcesivno puniti elektronima s- i R-podrazine druge energetske razine. Iznos s- i R-elektrona koji popunjavaju ovu razinu je osam, dakle ima 8 elemenata u drugoj periodi (3 Li ... 10 ne).
U atomima elemenata treće periode prva i druga energetska razina potpuno su ispunjene elektronima. popunjavat će se uzastopno s- i R-podrazine treće energetske razine. Iznos s- i R-elektrona koji su ispunili treću energetsku razinu je osam. Dakle, u trećoj periodi postoji 8 elemenata (11 Na ... 18 Ar).
U atomima elemenata četvrte periode, prvi, drugi i treći su ispunjeni 3 s 2 3R 6 energetskih razina. Na trećoj energetskoj razini ostaje slobodan d- podrazina (3 d). Punjenje ove podrazine elektronima od jedan do deset počinje nakon što je ispunjena maksimalnim brojem elektrona 4 s-podnivo. Nadalje, smještaj elektrona se događa na 4 R-podnivo. Iznos 4 s-, 3d- i 4p-elektrona jednako je osamnaest, što odgovara 18 elemenata četvrte periode (19 K ... 36 Kr).
Slično, formiranje elektroničkih struktura atoma elemenata pete periode događa se s jedinom razlikom što s- i R- podrazine su na petom, i d- podrazina na četvrtim energetskim razinama. Pošto je zbroj 5 s-, 4d- i 5 R-elektrona je osamnaest, zatim u petoj periodi ima 18 elemenata (37 Rb ... 54 Xe).
Postoje 32 elementa u posebno velikoj šestoj periodi (55 Cs ... 86 Rn). Ovaj broj odgovara zbroju elektrona od 6 s-, 4f-, 5d- i 6 R-podrazine. Redoslijed popunjavanja podrazina elektronima je sljedeći. Prvo ispunjen elektronima 6 s-podnivo. Tada će, suprotno seriji Klečkovskog, biti ispunjen jednim elektronom 5 d-podnivo. Nakon toga će 4 biti maksimalno popunjena. f-podnivo. Zatim će se popuniti 5 d- i 6 R-podrazine. Prethodne energetske razine ispunjene su elektronima.
Sličan fenomen opaža se tijekom formiranja elektroničkih struktura atoma elemenata sedme periode.
Dakle, da biste napisali elektroničku formulu atoma nekog elementa, morate znati sljedeće.
1. Redni broj elementa u periodnom sustavu elemenata D.I. Mendeljejeva, što odgovara ukupnom broju elektrona u atomu.
2. Broj perioda, koji određuje ukupan broj energetskih razina u atomu. U ovom slučaju, broj posljednje energetske razine u atomu odgovara broju perioda u kojem se element nalazi. U atomima elemenata druge i treće faze, punjenje posljednje energetske razine elektronima događa se sljedećim redoslijedom: ns 1–2 …br 1–6. U atomima elemenata treće i četvrte periode podrazine posljednje i pretposljednje energetske razine ispunjene su elektronima na sljedeći način: ns 1–2 …(n–1)d 1–10 …br 1–6. U atomima elemenata šeste i sedme periode redoslijed punjenja podrazina elektronima je sljedeći: ns 1–2 …(n–1)d 1 …(n-2)f 1–14 …(n–1)d 2–10 …br 1–6 .
3. U atomima elemenata glavnih podskupina zbroj s- i R-elektrona na posljednjoj energetskoj razini jednak je broju grupe.
4. U atomima elemenata sekundarnih podskupina zbroj d-elektroni na pretposljednjem i s-elektrona na posljednjim energetskim razinama jednak je broju skupine, osim za atome elemenata podskupine kobalta, nikla, bakra i cinka.
Postavljanje elektrona u atomske orbitale iste energetske podrazine događa se u skladu s Gundovo pravilo: ukupna vrijednost spina elektrona koji se nalaze na istoj podrazini trebala bi biti maksimalna, tj. data podrazina po orbitali prvo prihvaća jedan elektron s paralelnim spinovima, a zatim drugi elektron sa suprotnim spinom.
Primjer 2 . Napiši elektroničke formule atoma elemenata koji imaju redne brojeve 4, 13, 22.
Riješenje. Element s atomskim brojem 4 je berilij. Dakle, u atomu berilija postoje 4 elektrona. Berilij je u drugoj periodi, u drugoj skupini glavne podskupine. Broj razdoblja odgovara broju energetskih razina, tj. dva. Ove energetske razine moraju primiti četiri elektrona. Prva energetska razina ima dva elektrona (1 s 2), a drugi također ima dva elektrona (2 s 2) (vidi tablicu 1). Dakle, elektronička formula ima sljedeći oblik: 4 Be 1 s 2 2s 2. Broj elektrona u posljednjoj energetskoj razini odgovara broju skupine u kojoj se nalazi.
Element aluminij odgovara elementu 13 u periodnom sustavu. Aluminij je u trećem razdoblju, u trećoj skupini, u glavnoj podskupini. Dakle, u trećoj energetskoj razini moraju postojati tri elektrona, koji će biti postavljeni na ovaj način: 3 s 2 3R 1 (zbroj s- i R-elektrona jednak je broju grupe). Deset elektrona nalazi se na prvoj i drugoj energetskoj razini: 1 s 2 2s 2 2str 6 (vidi tablicu 1). Općenito, elektronska formula aluminija je sljedeća: 13 Al 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 1 .
U periodnom sustavu element s atomskim brojem 22 je titan. U atomu titana nalaze se dvadeset i dva elektrona. Postavljeni su na četiri energetske razine, budući da je element u četvrtom razdoblju. Prilikom postavljanja elektrona u podrazine, mora se uzeti u obzir da je to element četvrte skupine bočne podskupine. Dakle, na četvrtoj energetskoj razini, s-u podrazini postoje dva elektrona: 4 s 2. Prva, druga, treća razina s- i R- podrazine su potpuno ispunjene elektronima 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 6 (vidi tablicu 1). Preostala dva elektrona nalazit će se na d- podrazina treće energetske razine: 3 d 2. Općenito, elektronska formula titana je: 22 Ti 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 6 3d 2 4s 2 .
"Klizanje" elektrona
Pri pisanju elektroničkih formula treba voditi računa o "curenju" elektrona iz s- podrazina vanjske energetske razine ns na d- podrazina predvanjske razine ( n – 1)d. Pretpostavlja se da je takvo stanje energetski najpovoljnije. Do "klizanja" elektrona dolazi u atomima nekih d-elementi, na primjer, 24 Cr, 29 Cu, 42 Mo, 47 Ag, 79 Au, 41 Nb, 44 Ru, 45 Rh, 46 Pd.
Primjer 3. Napišite elektroničku formulu atoma kroma, uzimajući u obzir "proboj" jednog elektrona.
Riješenje. Elektronska formula kroma, prema principu minimalne energije, trebala bi biti: 24 Cr 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 6 3d 4 4s 2. Međutim, u atomu ovog elementa dolazi do "klizanja" jednog s-elektron iz vanjskog 4 s- od podrazine do podrazine 3 d. Prema tome, raspored elektrona u atomu kroma je: 24 Cr 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 6 3d 5 4s 1 .
- Najprije zapišemo znak kem. elementa, gdje ispod lijevo od znaka označavamo njegov redni broj.
- Dalje, brojem perioda (iz kojeg je element) određujemo broj energetskih razina i crtamo uz znak kemijskog elementa toliki broj lukova.
- Zatim se prema broju grupe ispod luka upisuje broj elektrona u vanjskoj razini.
- Na 1. razini, maksimalno moguće je 2e, na drugom je već 8, na trećem - čak 18. Počinjemo stavljati brojeve ispod odgovarajućih lukova.
- Broj elektrona na pretposljednjoj razini mora se izračunati na sljedeći način: broj već pričvršćenih elektrona oduzima se od rednog broja elementa.
- Ostaje pretvoriti naš krug u elektroničku formulu:
- Zapisujemo kemijski element i njegov redni broj.Broj pokazuje broj elektrona u atomu.
- Izrađujemo formulu. Da biste to učinili, morate saznati broj energetskih razina, uzima se osnova za određivanje broja razdoblja elementa.
- Razine dijelimo na podrazine.
Ispod možete vidjeti primjer kako pravilno sastaviti elektronske formule kemijskih elemenata.
- prvo popunjavamo s-podrazinu, a zatim p-, d-b f-podrazinu;
- prema pravilu Klečkovskog, elektroni ispunjavaju orbitale redoslijedom povećanja energije tih orbitala;
- prema Hundovom pravilu, elektroni unutar jedne podrazine zauzimaju jedan po jedan slobodne orbitale, a 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 po slojevima.
Da biste sastavili elektroničku formulu kemijskog elementa, morate pogledati periodni sustav i koristiti podatke dobivene za ovaj element. Redni broj elementa u periodnom sustavu odgovara broju elektrona u atomu. Broj slojeva elektrona odgovara broju perioda, broj elektrona u posljednjem sloju elektrona odgovara broju grupe.
Mora se upamtiti da prvi sloj ima najviše 2 1s2 elektrona, drugi sloj ima najviše 8 (dva s i šest p: 2s2 2p6), treći sloj ima 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 natrija: Na 1s2 2s2 2p6 3s1 (redni broj 11, broj razdoblja 3, broj skupine 1).
Da biste provjerili ispravnost pisanja elektroničke formule, možete pogledati na stranici www.alhimikov.net.
Sastavljanje elektronske formule kemijskih elemenata na prvi pogled može izgledati kao prilično kompliciran zadatak, ali sve će postati jasno ako se pridržavate sljedeće sheme:
- prvo napiši orbitale
- upisujemo brojeve ispred orbitala koji označavaju broj energetske razine. Ne zaboravite formulu za određivanje maksimalnog broja elektrona na energetskoj razini: N=2n2
A kako saznati broj energetskih razina? Samo pogledajte periodni sustav: ovaj broj je jednak broju razdoblja u kojem se nalazi ovaj element.
- iznad ikone orbitale upišemo broj koji označava broj elektrona koji se nalaze u ovoj orbitali.
Na primjer, elektronička formula za skandij izgledala bi ovako.
Zadatak sastavljanja elektroničke formule kemijskog elementa nije najlakši.
Dakle, algoritam za sastavljanje elektroničkih formula elemenata je sljedeći:
Evo elektroničkih formula nekih kemijskih elemenata:
Elektroničke formule kemijskih elemenata trebate sastaviti 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.
Da biste sastavili elektroničku formulu, 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 na prvoj razini ima najviše 2 elektrona, na drugoj 8, a na trećoj 18.
Ovo su vrhunci. Osim toga, na internetu (uključujući i našu web stranicu) možete pronaći informacije s gotovom elektroničkom formulom za svaki element, tako da možete sami provjeriti.
Sastavljanje elektroničkih formula kemijskih elemenata vrlo je složen proces, ne možete bez posebnih tablica i morate koristiti čitavu hrpu formula. Ukratko, morate proći kroz ove korake:
Potrebno je sastaviti orbitalni dijagram u kojem će postojati koncept razlike između elektrona jedan od drugog. Orbitale i elektroni su označeni na dijagramu.
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.
Nakon toga, razine se raščlanjuju na podrazine, koje se pune 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 kojim su raspoređeni među slojevima.
Za početak, određujemo serijski 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.
