Osnovna zgradba atoma. Periodični zakon in teorija zgradbe atoma

Lekcija je namenjena oblikovanju idej o kompleksni strukturi atoma. Obravnavano je stanje elektronov v atomu, predstavljeni so pojmi »atomska orbitala in elektronski oblak« ter oblike orbital (s--, p-, d-orbitale). Vidiki, kot so največje število elektronov na energijskih ravneh in podnivojih, porazdelitev elektronov po energijskih ravneh in podnivojih v atomih elementov prvih štirih period ter valenčni elektroni s-, p- in d-elementov, so prav tako upoštevati. Podan je grafični diagram zgradbe elektronskih plasti atomov (elektronska grafična formula).

Tema: Zgradba atoma. Periodični zakon DI. Mendelejev

Lekcija: Atomska zgradba

Prevedeno iz grščine, beseda " atom" pomeni "nedeljivo". Vendar so bili odkriti pojavi, ki dokazujejo možnost njegove delitve. To je emisija rentgenski žarki, emisija katodnih žarkov, pojav fotoelektričnega učinka, pojav radioaktivnosti. Elektroni, protoni in nevtroni so delci, ki sestavljajo atom. Imenujejo se subatomski delci.

Tabela 1

Poleg protonov jedro večine atomov vključuje nevtroni, ki ne nosijo nobenih stroškov. Kot je razvidno iz tabele. 1 se masa nevtrona praktično ne razlikuje od mase protona. Protoni in nevtroni sestavljajo jedro atoma in se imenujejo nukleoni (jedro - jedro). Njihovi naboji in mase v atomskih masnih enotah (amu) so prikazani v tabeli 1. Pri izračunu mase atoma lahko maso elektrona zanemarimo.

Atomska masa ( masno število) enaka vsoti mas protonov in nevtronov, ki sestavljajo njegovo jedro. Masno število je označeno s črko A. Iz imena te količine je jasno, da je tesno povezana z atomsko maso elementa, zaokroženo na najbližje celo število. A = Z + N

Tukaj A- masno število atoma (vsota protonov in nevtronov), Z- jedrski naboj (število protonov v jedru), n- število nevtronov v jedru. V skladu z doktrino izotopov lahko pojem "kemični element" opredelimo na naslednji način:

Kemični element je skupek atomov z enakim jedrskim nabojem.

Nekateri elementi obstajajo v obliki večih izotopi. "Izotopi" pomenijo "zasedajo isto mesto." Izotopi imajo enako število protonov, razlikujejo pa se po masi, to je po številu nevtronov v jedru (število N). Ker nevtroni praktično ne vplivajo na Kemijske lastnosti elementov, se vsi izotopi istega elementa kemijsko ne razlikujejo.

Izotopi so različice atomov istega kemični element z enakim jedrskim nabojem (to je enako število protonov), vendar z različne številke nevtronov v jedru.

Izotopi se med seboj razlikujejo le po masnem številu. To je označeno z nadnapisom v desnem kotu ali s črto: 12 C ali S-12 . Če element vsebuje več naravnih izotopov, potem v periodnem sistemu D.I. Navedena je povprečna atomska masa Mendelejeva ob upoštevanju njegove številčnosti. Na primer, klor vsebuje 2 naravna izotopa 35 Cl in 37 Cl, katerih vsebnost je 75% oziroma 25%. Tako bo atomska masa klora enaka:

Ar(Cl)=0,75 . 35+0,25 . 37=35,5

Za težke umetno sintetizirane atome je v oglatih oklepajih podana ena vrednost atomske mase. To je atomska masa najstabilnejšega izotopa danega elementa.

Osnovni modeli zgradbe atoma

Zgodovinsko gledano je bil prvi Thomsonov model atoma leta 1897.

riž. 1. Model strukture atoma J. Thomsona

Angleški fizik J. J. Thomson je predlagal, da so atomi sestavljeni iz pozitivno nabite krogle, v kateri so vgrajeni elektroni (slika 1). Ta model se figurativno imenuje "slivov puding", žemljica z rozinami (kjer so "rozine" elektroni) ali "lubenica" s "semeni" - elektroni. Vendar je bil ta model opuščen, ker so bili pridobljeni eksperimentalni podatki, ki so mu nasprotovali.

riž. 2. Model strukture atoma E. Rutherforda

Leta 1910 angleški fizik Ernst Rutherford in njegova študenta Geiger in Marsden so izvedli eksperiment, ki je dal osupljive rezultate, nerazložljive s stališča Thomsonovega modela. Ernst Rutherford je eksperimentalno dokazal, da je v središču atoma pozitivno nabito jedro (slika 2), okoli katerega se, tako kot planeti okoli Sonca, vrtijo elektroni. Atom kot celota je električno nevtralen, elektroni pa se v atomu zadržujejo zaradi sil elektrostatične privlačnosti (Coulombove sile). Ta model je imel veliko protislovij in, kar je najpomembneje, ni razložil, zakaj elektroni ne padejo na jedro, pa tudi možnosti absorpcije in oddajanja energije z njega.

Danski fizik N. Bohr je leta 1913 na podlagi Rutherfordovega modela atoma predlagal model atoma, v katerem se delci elektronov vrtijo okoli jedra atoma približno tako, kot se planeti vrtijo okoli Sonca.

riž. 3. Planetarni model N. Bohra

Bohr je predlagal, da lahko elektroni v atomu stabilno obstajajo le v orbitah, odmaknjenih od jedra na strogo določenih razdaljah. Te orbite je imenoval stacionarne. Zunaj stacionarnih orbit elektron ne more obstajati. Zakaj je bilo tako, Bohr takrat ni znal pojasniti. Toda pokazal je, da tak model (slika 3) omogoča razlago številnih eksperimentalnih dejstev.

Trenutno se uporablja za opis strukture atoma kvantna mehanika. To je znanost, katere glavni vidik je, da ima elektron lastnosti delca in vala hkrati, t.j. dualnost val-delec. Po kvantni mehaniki, Območje prostora, v katerem je verjetnost, da najdemo elektron, največja, se imenujeorbitalno. Dlje kot je elektron od jedra, manjša je njegova interakcijska energija z jedrom. Nastanejo elektroni s podobno energijo raven energije. Število ravni energije enako številka obdobja, v kateri se ta element nahaja v tabeli D.I. Mendelejev. obstajati različne oblike atomske orbitale. (slika 4). D orbitala in f orbitala imata bolj zapleteno obliko.

riž. 4. Oblike atomskih orbital

V elektronski ovojnici vsakega atoma je natanko toliko elektronov, kot je protonov v njegovem jedru, zato je atom kot celota električno nevtralen. Elektroni v atomu so nameščeni tako, da je njihova energija minimalna. Dlje kot je elektron od jedra, več je orbital in bolj zapletena je njihova oblika. Vsaka raven in podnivoj lahko vsebuje le določeno število elektronov. Podnivoji pa so sestavljeni iz enake energije orbitale.

Na prvi energijski ravni, najbližji jedru, lahko obstaja ena sferična orbitala ( 1 s). Na drugem energijskem nivoju je velika sferična orbitala in tri p-orbitale: 2 s2 ppp. Na tretji stopnji: 3 s3 ppp3 ddddd.

Poleg gibanja okoli jedra imajo elektroni tudi gibanje, ki si ga lahko predstavljamo kot njihovo gibanje okoli lastne osi. To vrtenje se imenuje vrtenje ( na voznem pasu iz angleščine "vreteno"). Ena orbitala lahko vsebuje samo dva elektrona z nasprotnimi (antiparalelnimi) spini.

Največštevilo elektronov na raven energije določeno s formulo n=2 n 2.

Kjer je n glavno kvantno število (število energijske ravni). Glej tabelo. 2

Tabela 2

Glede na to, v kateri orbiti je zadnji elektron, obstajajo s-, str-, d-elementi. Elementi glavnih podskupin se nanašajo na s-, str-elementi. V sekundarnih podskupinah so d-elementi

Grafični diagram zgradbe elektronskih plasti atomov (elektronska grafična formula).

Elektronska konfiguracija se uporablja za opis razporeditve elektronov v atomskih orbitalah. Za zapis so orbitale zapisane v črti s simboli ( s--, str-, d-,f-orbitale), pred njimi pa številke, ki označujejo številko energijske ravni. kako večje število dlje ko je elektron od jedra. Z velikimi črkami je nad oznako orbitale zapisano število elektronov, ki se nahajajo v dani orbitali (slika 5).

riž. 5

Grafično lahko porazdelitev elektronov v atomskih orbitalah predstavimo v obliki celic. Vsaka celica ustreza eni orbitali. Za p-orbitalo bodo tri takšne celice, za d-orbitalo - pet, za f-orbitalo - sedem. Ena celica lahko vsebuje 1 ali 2 elektrona. Po navedbah Hundovo pravilo, se elektroni razporedijo po orbitalah z enako energijo (na primer v treh p-orbitalah) najprej eden za drugim in šele ko vsaka takšna orbitala že vsebuje en elektron, se začne polnjenje teh orbital z drugim elektronom. Takšni elektroni se imenujejo seznanjen. To je razloženo z dejstvom, da se v sosednjih celicah elektroni manj odbijajo, kot podobno nabiti delci.

Glej sl. 6 za atom 7 N.

riž. 6

Elektronska konfiguracija skandijevega atoma

21 sc: 1 s 2 2 s 2 2 str 6 3 s 2 3 str 6 4 s 2 3 d 1

Elektroni na zunanji energijski ravni se imenujejo valenčni elektroni. 21 sc se nanaša na d-elementi.

Povzetek lekcije

Lekcija je preučila zgradbo atoma, stanje elektronov v atomu in predstavila koncept »atomske orbite in elektronskega oblaka«. Učenci so spoznali, kakšna je oblika orbital ( s-, str-, d-orbitale), koliko je največje število elektronov na energijskih nivojih in podnivojih, porazdelitev elektronov po energijskih nivojih, koliko s-, str- In d-elementi. Podan je grafični diagram zgradbe elektronskih plasti atomov (elektronska grafična formula).

Bibliografija

1. Rudzitis G.E. kemija. Osnove splošne kemije. 11. razred : učbenik za izobraževalne ustanove: osnovna raven / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. izd. - M.: Izobraževanje, 2012.

2. Popel P.P. Kemija: 8. razred: učbenik za splošno izobraževanje izobraževalne ustanove/ P.P. Popel, L. S. Krivlya. - K.: IC "Akademija", 2008. - 240 str.: ilustr.

3. A.V. Manuilov, V.I. Rodionov. Osnove kemije. Spletni učbenik.

Domača naloga

1. št. 5-7 (str. 22) Rudzitis G.E. kemija. Osnove splošne kemije. 11. razred: učbenik za splošnoizobraževalne ustanove: osnovna raven / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. izd. - M.: Izobraževanje, 2012.

2. Napišite elektronske formule za naslednje elemente: 6 C, 12 Mg, 16 S, 21 Sc.

3. Elementi imajo naslednje elektronske formule: a) 1s 2 2s 2 2p 4.b) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. c) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2. Kateri so ti elementi?

Kot veste, je vse materialno v vesolju sestavljeno iz atomov. Atom je najmanjša enota snovi, ki nosi svoje lastnosti. Struktura atoma pa je sestavljena iz čarobne trojice mikrodelcev: protonov, nevtronov in elektronov.

Poleg tega je vsak od mikrodelcev univerzalen. To pomeni, da na svetu ne morete najti dveh različnih protonov, nevtronov ali elektronov. Vsi so si popolnoma podobni. In lastnosti atoma bodo odvisne samo od kvantitativne sestave teh mikrodelcev v splošna struktura atom.

Na primer, struktura vodikovega atoma je sestavljena iz enega protona in enega elektrona. Naslednji najkompleksnejši atom, helij, je sestavljen iz dveh protonov, dveh nevtronov in dveh elektronov. Atom litija - sestavljen iz treh protonov, štirih nevtronov in treh elektronov itd.

Atomska zgradba (od leve proti desni): vodik, helij, litij

Atomi se združujejo v molekule, molekule pa se združujejo v snovi, minerale in organizme. Molekula DNK, ki je osnova vseh živih bitij, je struktura, sestavljena iz istih treh čarobnih kock vesolja kot kamen, ki leži na cesti. Čeprav je ta struktura veliko bolj zapletena.

Še več neverjetna dejstva se razkrijejo, ko si poskušamo pobližje ogledati razmerja in strukturo atomskega sistema. Znano je, da je atom sestavljen iz jedra in elektronov, ki se gibljejo okoli njega po poti, ki opisuje kroglo. To pomeni, da ga niti ne moremo imenovati gibanje v običajnem pomenu besede. Namesto tega se elektron nahaja povsod in takoj znotraj te krogle, ustvarja elektronski oblak okoli jedra in tvori elektromagnetno polje.

Shematski prikazi zgradbe atoma

Jedro atoma je sestavljeno iz protonov in nevtronov in v njem je skoncentrirana skoraj vsa masa sistema. Toda hkrati je samo jedro tako majhno, da če se njegov polmer poveča na merilo 1 cm, bo polmer celotne atomske strukture dosegel stotine metrov. Tako je vse, kar dojemamo kot gosto snov, sestavljeno iz več kot 99 % energijskih vezi med samimi fizičnimi delci in manj kot 1 % samih fizičnih oblik.

Toda kaj so te fizične oblike? Iz česa so narejeni in iz kakšnega materiala so? Da bi odgovorili na ta vprašanja, si podrobneje oglejmo strukture protonov, nevtronov in elektronov. Tako se spustimo še eno stopničko v globino mikrosveta – na raven subatomskih delcev.

Iz česa je sestavljen elektron?

Najmanjši delec atoma je elektron. Elektron ima maso, nima pa prostornine. V znanstvenem konceptu elektron ni sestavljen iz ničesar, ampak je točka brez strukture.

Elektrona ni mogoče videti pod mikroskopom. Viden je le v obliki elektronskega oblaka, ki je videti kot zamegljena krogla okoli atomskega jedra. Hkrati je nemogoče z natančnostjo reči, kje je elektron v določenem trenutku. Instrumenti ne morejo zajeti samega delca, temveč le njegovo energijsko sled. Bistvo elektrona ni vpeto v koncept materije. Je bolj kot neka prazna oblika, ki obstaja samo v gibanju in zaradi gibanja.

Nobena struktura v elektronu še ni bila odkrita. Je isti točkasti delec kot energijski kvant. Pravzaprav je elektron energija, vendar je bolj stabilna oblika od tiste, ki jo predstavljajo fotoni svetlobe.

IN trenutno Elektron velja za nedeljivega. To je razumljivo, saj je nemogoče razdeliti nekaj, kar nima volumna. Vendar pa teorija že ima razvoj, po katerem elektron vsebuje trojico takšnih kvazidelcev, kot so:

• Orbiton – vsebuje informacije o orbitalni legi elektrona;
• Spinon – odgovoren za vrtenje ali navor;
• Holon – nosi informacije o naboju elektrona.

Vendar, kot vidimo, kvazidelci nimajo prav nič skupnega s snovjo in nosijo samo informacijo.

Fotografije atomov različnih snovi v elektronski mikroskop

Zanimivo je, da lahko elektron absorbira energijske kvante, kot sta svetloba ali toplota. V tem primeru se atom premakne na novo energijsko raven, meje elektronskega oblaka pa se razširijo. Zgodi se tudi, da je energija, ki jo absorbira elektron, tako velika, da lahko izskoči iz atomskega sistema in nadaljuje svoje gibanje kot samostojen delec. Obenem se obnaša kot foton svetlobe, se pravi, da preneha biti delec in začne kazati lastnosti valovanja. To so dokazali s poskusom.

Jungov poskus

Med poskusom je bil tok elektronov usmerjen na zaslon z dvema izrezoma. Pri prehodu skozi te reže so elektroni trčili v površino drugega projekcijskega platna in na njem pustili svoj pečat. Zaradi tega »bombardiranja« elektronov se je na projekcijskem platnu pojavil interferenčni vzorec, podoben tistemu, ki bi se pojavil, če bi skozi dve reži šli valovi, ne pa delci.

Ta vzorec nastane, ker se val, ki poteka med dvema režama, razdeli na dva vala. Zaradi nadaljnjega gibanja se valovi med seboj prekrivajo, na nekaterih območjih pa se medsebojno izničijo. Rezultat je veliko črt na projekcijskem platnu, namesto samo ene, kot bi bilo, če bi se elektron obnašal kot delec.

Zgradba jedra atoma: protoni in nevtroni

Protoni in nevtroni sestavljajo jedro atoma. In kljub dejstvu, da jedro zavzema manj kot 1% celotne prostornine, je v tej strukturi koncentrirana skoraj celotna masa sistema. Toda fiziki so razdeljeni glede strukture protonov in nevtronov in ta trenutek Obstajata dve teoriji hkrati.

• Teorija št. 1 - Standard

Standardni model pravi, da so protoni in nevtroni sestavljeni iz treh kvarkov, ki jih povezuje oblak gluonov. Kvarki so točkasti delci, tako kot kvanti in elektroni. In gluoni so virtualni delci, ki zagotavljajo interakcijo kvarkov. Vendar ne kvarkov ne gluonov v naravi nikoli niso našli, zato je ta model podvržen hudim kritikam.

• Teorija #2 – alternativa

Toda glede na alternativno enotno teorijo polja, ki jo je razvil Einstein, je proton, tako kot nevtron, kot kateri koli drug delec fizični svet, je elektromagnetno polje, ki se vrti s svetlobno hitrostjo.

Elektromagnetna polja človeka in planeta

Kakšna so načela atomske strukture?

Vse na svetu – tanko in gosto, tekoče, trdno in plinasto – so samo energetska stanja neštetih polj, ki prežemajo vesoljski prostor. Višja kot je raven energije v polju, tanjše in manj zaznavno je. Nižji kot je nivo energije, bolj stabilen in otipljiv je. Struktura atoma, kot tudi struktura katere koli druge enote vesolja, je v interakciji takih polj - različnih energijskih gostot. Izkazalo se je, da je materija le iluzija uma.

Vsaka snov je sestavljena iz zelo majhnih delcev, imenovanih atomi . Atom je najmanjši delček kemijskega elementa, ki zadrži vse značilne lastnosti. Da bi si predstavljali velikost atoma, je dovolj, če rečemo, da če bi jih lahko postavili blizu drug drugemu, bi en milijon atomov zasedel razdaljo le 0,1 mm.

Nadaljnji razvoj znanosti o zgradbi snovi je pokazal, da ima tudi atom kompleksna struktura in je sestavljen iz elektronov in protonov. Tako je nastala elektronska teorija zgradbe snovi.

Že v starih časih so odkrili, da obstajata dve vrsti elektrike: pozitivna in negativna. Količina električne energije v telesu se je začela imenovati naboj. Glede na vrsto elektrike, ki jo ima telo, je naboj lahko pozitiven ali negativen.

Eksperimentalno je bilo tudi ugotovljeno, da se enaki naboji odbijajo, drugačni pa privlačijo.

Razmislimo elektronska zgradba atoma. Atomi so sestavljeni iz še manjših delcev od sebe, imenovanih elektroni.

DEFINICIJA:Elektron je najmanjši delec snov, ki ima najmanjši negativni električni naboj.

Elektroni krožijo okoli osrednjega jedra, sestavljenega iz enega ali več protoni in nevtroni, v koncentričnih orbitah. Elektroni so negativno nabiti delci, protoni pozitivno nabiti, nevtroni pa nevtralni (slika 1.1).

DEFINICIJA:Proton je najmanjši delec snovi, ki ima najmanjši pozitivni električni naboj.

Obstoj elektronov in protonov je brez dvoma. Znanstveniki niso samo določili mase, naboja in velikosti elektronov in protonov, ampak so jih celo spodbudili k delovanju v različnih električnih in radijskih napravah.

Ugotovljeno je bilo tudi, da je masa elektrona odvisna od hitrosti njegovega gibanja in da se elektron ne giblje le naprej v prostoru, ampak se tudi vrti okoli svoje osi.

Najenostavnejši v strukturi je atom vodika (slika 1.1). Sestavljen je iz protonskega jedra in elektrona, ki se vrtita z veliko hitrostjo okoli jedra in tvorita zunanjo lupino (orbito) atoma. Kompleksnejši atomi imajo več lupin, skozi katere se vrtijo elektroni.

Te lupine se polnijo z elektroni zaporedno iz jedra (slika 1.2).

Zdaj pa si ga poglejmo . Najbolj zunanja lupina se imenuje valenca, in imenujemo število elektronov, ki jih vsebuje valenca. Čim dlje od jedra valenčna lupina, zato je manjša sila privlačnosti, ki jo ima vsak valenčni elektron iz jedra. Tako atom poveča sposobnost pritrjevanja elektronov nase v primeru, da valenčna lupina ni zapolnjena in se nahaja daleč od jedra ali da jih izgubi.
Elektroni zunanje lupine lahko prejemajo energijo. Če elektroni, ki se nahajajo v valenčni lupini, prejmejo zahtevano raven energije od zunanjih sil, se lahko odcepijo od nje in zapustijo atom, torej postanejo prosti elektroni. Prosti elektroni se lahko naključno premikajo od enega atoma do atoma. Tiste snovi, ki vsebujejo velika številka imenujemo proste elektrone prevodniki .

Izolatorji , je nasprotje prevodnikov. Preprečujejo puščanje električni tok. Izolatorji so stabilni, ker valenčni elektroni nekaterih atomov napolnijo valenčne lupine drugih atomov in jih združijo. To preprečuje nastanek prostih elektronov.
Zasedajo vmesni položaj med izolatorji in vodniki polprevodniki , a o njih bomo govorili kasneje
Razmislimo lastnosti atoma. Atom, ki ima enako število elektronov in protonov, je električno nevtralen. Atom, ki pridobi enega ali več elektronov, postane negativno nabit in se imenuje negativni ion. Če atom izgubi enega ali več elektronov, postane pozitiven ion, to pomeni, da postane pozitivno nabit.

Atom- najmanjši delček snovi, ki je kemično nedeljiva. V 20. stoletju so odkrili kompleksno strukturo atoma. Atomi so sestavljeni iz pozitivno nabitih jedrca in lupina, ki jo tvorijo negativno nabiti elektroni. Skupni naboj prostega atoma je enak nič, saj so naboji jedra in elektronska lupina uravnotežita drug drugega. V tem primeru je jedrski naboj enak številu elementa v periodnem sistemu ( atomsko število) in enako skupno število elektroni (naboj elektrona je −1).

Atomsko jedro je sestavljeno iz pozitivno nabitih protoni in nevtralni delci - nevtroni, brez stroškov. Splošne značilnosti elementarnih delcev v atomu lahko predstavimo v obliki tabele:

Število protonov je enako naboju jedra, torej enako atomskemu številu. Če želite ugotoviti število nevtronov v atomu, morate od atomske mase (sestavljene iz mase protonov in nevtronov) odšteti naboj jedra (število protonov).

Na primer, v atomu natrija 23 Na je število protonov p = 11, število nevtronov pa n = 23 − 11 = 12.

Število nevtronov v atomih istega elementa je lahko različno. Takšni atomi se imenujejo izotopi .

Tudi elektronska ovojnica atoma ima zapleteno strukturo. Elektroni se nahajajo v energijskih nivojih (elektronskih plasteh).

Število ravni označuje energijo elektrona. To je posledica dejstva, da elementarni delci lahko prenaša in sprejema energijo ne v poljubno majhnih količinah, temveč v določenih delih - kvantih. Višji kot je nivo, več energije ima elektron. Ker nižja kot je energija sistema, bolj je stabilen (primerjajte nizko stabilnost kamna na vrhu gore, ki ima visoko potencialno energijo, in stabilno lego istega kamna spodaj na ravnini, ko njegova energija je veliko nižja), se najprej napolnijo ravni z nizko energijo elektronov in šele nato z visoko.

Največje število elektronov, ki jih nivo lahko sprejme, je mogoče izračunati z uporabo formule:
N = 2n 2, kjer je N največje število elektronov na ravni,
n - številka ravni.

Potem je za prvo raven N = 2 1 2 = 2,

za drugo N = 2 2 2 = 8 itd.

Število elektronov na zunanjem nivoju za elemente glavne (A) podskupine je enako številki skupine.

V večini sodobnih periodičnih sistemov je razporeditev elektronov po stopnjah navedena v celici z elementom. Zelo pomembno razumeti, da so ravni berljive dol gor, kar ustreza njihovi energiji. Zato stolpec številk v celici z natrijem:
1
8
2

na 1. stopnji - 2 elektrona,

na 2. stopnji - 8 elektronov,

na 3. stopnji - 1 elektron
Bodite previdni, to je zelo pogosta napaka!

Porazdelitev ravni elektronov lahko predstavimo kot diagram:
11 ne)))
2 8 1

Če periodični sistem ne označuje porazdelitve elektronov po ravni, lahko uporabite:

• največje število elektronov: na 1. nivoju ne več kot 2 e − ,
  na 2. - 8 e − ,
  na zunanji ravni - 8 e − ;
• število elektronov na zunanji ravni (za prvih 20 elementov sovpada s številko skupine)

Potem bo za natrij sklepanje naslednje:

1. Skupno število elektronov je 11, zato je prvi nivo zapolnjen in vsebuje 2 e − ;
2. Tretja, zunanja raven vsebuje 1 e − (I. skupina)
3. Druga raven vsebuje preostale elektrone: 11 − (2 + 1) = 8 (popolnoma zapolnjeni)

* Številni avtorji, da bi jasneje razlikovali med prostim atomom in atomom v spojini, predlagajo uporabo izraza "atom" samo za označevanje prostega (nevtralnega) atoma in za označevanje vseh atomov, vključno s tistimi v spojine, predlaga izraz »atomski delci«. Kakšna bo usoda teh terminov, bo pokazal čas. Z našega vidika je atom po definiciji delec, zato lahko izraz "atomski delci" obravnavamo kot tavtologijo ("olje").

2. Naloga. Izračun količine snovi enega od reakcijskih produktov, če je znana masa izhodne snovi.
primer:

Kolikšna količina vodikove snovi se bo sprostila, ko cink reagira s klorovodikovo kislino, ki tehta 146 g?

rešitev:

1. Zapišemo reakcijsko enačbo: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
2. Najdemo molska masa klorovodikove kisline: M (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 (g/mol)
   (molska masa vsakega elementa, številčno enaka relativni atomska masa, poglejte v periodni sistem pod znakom elementa in zaokrožite na cela števila, razen za klor, ki je vzet kot 35,5)
3. Poiščite količino klorovodikove kisline: n (HCl) = m / M = 146 g / 36,5 g/mol = 4 mol
4. Nad reakcijsko enačbo zapišemo razpoložljive podatke, pod enačbo pa število molov po enačbi (enako koeficientu pred snovjo):
   4 mol x mol
   Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
   2 mol 1 mol
5. Naredimo razmerje:
   4 mol - x Krt
   2 mol - 1 mol
   (ali z obrazložitvijo:
   iz 4 molov klorovodikove kisline dobite x mol vodika,
   in od 2 molov - 1 mol)
6. Najdemo x:
   x= 4 mol 1 mol / 2 mol = 2 mol

odgovor: 2 mol.

(Zapiski predavanj)

Struktura atoma. Uvod.

Predmet preučevanja kemije so kemični elementi in njihove spojine. Kemični element imenujemo zbirka atomov z enakim pozitivnim nabojem. Atom- je najmanjši delec kemičnega elementa, ki ga ohranja Kemijske lastnosti. S povezovanjem med seboj atomi istih ali različnih elementov tvorijo kompleksnejše delce – molekule. Zbirka atomov ali molekul tvori kemične snovi. Za vsako posamezno kemično snov je značilen sklop posameznih fizikalnih lastnosti, kot so vrelišče in tališče, gostota, električna in toplotna prevodnost itd.

1. Zgradba atoma in periodni sistem elementov

DI. Mendelejev.

Poznavanje in razumevanje vzorcev izpolnjevanja naročila Periodni sistem elementi D.I. Mendelejev nam omogoča razumeti naslednje:

1. fizično bistvo obstoja določenih elementov v naravi,

2. narava kemijske valence elementa,

3. sposobnost in "lahkost" elementa, da daje ali sprejema elektrone pri interakciji z drugim elementom,

4. narava kemijskih vezi, ki jih določen element lahko tvori pri interakciji z drugimi elementi, prostorska struktura preprostih in kompleksnih molekul itd., itd.

Struktura atoma.

Atom je kompleksen mikrosistem elementarnih delcev, ki se gibljejo in medsebojno delujejo.

V poznem 19. in začetku 20. stoletja so odkrili, da so atomi sestavljeni iz manjših delcev: nevtronov, protonov in elektronov. Zadnja dva delca sta nabita delca, proton nosi pozitiven naboj, elektron negativen naboj. Ker so atomi elementa v osnovnem stanju električno nevtralni, to pomeni, da je število protonov v atomu katerega koli elementa enako številu elektronov. Masa atomov je določena z vsoto mas protonov in nevtronov, katerih število je enako razliki med maso atomov in njegovimi serijska številka v periodnem sistemu D.I. Mendelejev.

Leta 1926 je Schrödinger predlagal opis gibanja mikrodelcev v atomu elementa z uporabo valovne enačbe, ki jo je izpeljal. Pri reševanju Schrödingerjeve valovne enačbe za atom vodika se pojavijo tri cela kvantna števila: n, ℓ in m ℓ , ki označujejo stanje elektrona v tridimenzionalnem prostoru v osrednjem polju jedra. Kvantna števila n, ℓ in m ℓ vzemite celoštevilske vrednosti. Valovna funkcija, definirana s tremi kvantnimi števili n, ℓ in m ℓ in dobimo kot rezultat reševanja Schrödingerjeve enačbe, se imenuje orbitala. Orbitala je območje prostora, v katerem se najverjetneje nahaja elektron, ki pripada atomu kemičnega elementa. Tako reševanje Schrödingerjeve enačbe za atom vodika vodi do pojava treh kvantnih števil, fizični pomen kar je, da označujejo tri različne vrste orbital, ki jih lahko ima atom. Oglejmo si podrobneje vsako kvantno število.

Glavno kvantno število n lahko zavzame poljubno celo pozitivno število: n = 1,2,3,4,5,6,7...Označuje energijo elektronskega nivoja in velikost elektronskega "oblaka". Značilno je, da številka glavnega kvantnega števila sovpada s številko obdobja, v katerem se element nahaja.

Azimutno ali orbitalno kvantno številoℓ lahko vzame celoštevilske vrednosti iz ℓ = 0….to n – 1 in določa moment gibanja elektronov, tj. oblika orbite. Za različne številske vrednosti ℓ se uporablja naslednji zapis: ℓ = 0, 1, 2, 3 in so označeni s simboli s, str, d, f, oziroma za ℓ = 0, 1, 2 in 3. V periodnem sistemu elementov ni elementov s spinskim številom ℓ = 4.

Magnetno kvantno številom ℓ označuje prostorsko razporeditev elektronskih orbital in posledično elektromagnetne lastnosti elektrona. Lahko vzame vrednosti od – ℓ na + ℓ , vključno z ničlo.

Oblika ali natančneje lastnosti simetrije atomskih orbital so odvisne od kvantnih števil ℓ in m ℓ . "Elektronski oblak" ustreza s- orbitale imajo, imajo obliko krogle (hkrati ℓ = 0).

Slika 1. 1s orbitala

Orbitale, definirane s kvantnima številoma ℓ = 1 in m ℓ = -1, 0 in +1, se imenujejo p-orbitale. Ker ima m ℓ v tem primeru tri različne pomene, potem ima atom tri energijsko enakovredne p-orbitale (glavno kvantno število zanje je enako in ima lahko vrednost n = 2,3,4,5,6 ali 7). p-Orbitale imajo osno simetrijo in so videti kot tridimenzionalne osmice, usmerjene vzdolž osi x, y in z v zunanjem polju (slika 1.2). Od tod izvira simbolika p x , p y in p z .

Slika 2. p x, p y in p z orbitale

Poleg tega obstajata d- in f- atomski orbitali, za prvo ℓ ​​= 2 in m ℓ = -2, -1, 0, +1 in +2, tj. pet AO, za druge ℓ = 3 in m ℓ = -3, -2, -1, 0, +1, +2 in +3, tj. 7 JSC.

Četrti kvantum m s imenovano spinsko kvantno število, sta Goudsmit in Uhlenbeck leta 1925 uvedla za razlago nekaterih subtilnih učinkov v spektru vodikovega atoma. Spin elektrona je vrtilna količina nabitega elementarnega delca elektrona, katerega orientacija je kvantizirana, tj. strogo omejena na določene kote. Ta orientacija je določena z vrednostjo spinskega magnetnega kvantnega števila (s), ki je za elektron enako ½ , torej za elektron v skladu s pravili kvantizacije m s = ± ½. V zvezi s tem moramo nizu treh kvantnih števil dodati še kvantno število m s . Še enkrat poudarimo, da štiri kvantna števila določajo vrstni red konstrukcije Mendelejevega periodnega sistema elementov in pojasnimo, zakaj sta v prvi periodi samo dva elementa, v drugi in tretji osem, v četrti 18 itd. Da bi razložili strukturo mnogoelektronskih atomov, vrstni red zapolnjevanja elektronskih nivojev, ko se pozitivni naboj atoma povečuje, ni dovolj, da imamo predstavo o štirih kvantnih številih, ki "nadzirajo" obnašanje elektronov, ko polnjenje elektronskih orbital, vendar morate vedeti nekaj več preprosta pravila, in sicer Paulijev princip, Hundovo pravilo in Kleczkowskijeva pravila.

Po Paulijevem principu V istem kvantnem stanju, za katerega so značilne določene vrednosti štirih kvantnih števil, ne more biti več kot en elektron. To pomeni, da je en elektron načeloma mogoče postaviti v katero koli atomsko orbitalo. Dva elektrona sta lahko v isti atomski orbiti le, če imata različna spinska kvantna števila.

Pri polnjenju treh p-AO, petih d-AO in sedmih f-AO z elektroni je treba poleg Paulijevega načela voditi še Hundovo pravilo: Polnjenje orbital ene podlupine v osnovnem stanju se pojavi z elektroni z enakimi spini.

Pri polnjenju podlupin (str, d, f) absolutna vrednost vsote vrtljajev mora biti največja.

Pravilo Klečkovskega. Po pravilu Klečkovskega pri polnjenjud in fje treba spoštovati elektronsko orbitalonačelo minimalne energije. Po tem principu elektroni v osnovnem stanju zasedajo orbitale z minimalnimi energijskimi nivoji. Energija podravni je določena z vsoto kvantnih številn + ℓ = E .

Prvo pravilo Klečkovskega: Najprej tiste podnivoje, za kateren + ℓ = E minimalno.

Drugo pravilo Klečkovskega: v primeru enakostin + ℓ za več podravni, katerih podnivoj je zapolnjenn minimalno .

Trenutno je znanih 109 elementov.

2. Ionizacijska energija, elektronska afiniteta in elektronegativnost.

Najpomembnejši značilnosti elektronske konfiguracije atoma sta ionizacijska energija (IE) ali ionizacijski potencial (IP) in elektronska afiniteta (EA) atoma. Ionizacijska energija je sprememba energije med odstranitvijo elektrona od prostega atoma pri 0 K: A = + + ē . Odvisnost ionizacijske energije od atomskega števila Z elementa in velikosti atomskega polmera ima izrazit periodični značaj.

Elektronska afiniteta (EA) je sprememba energije, ki spremlja dodajanje elektrona izoliranemu atomu, da nastane negativni ion pri 0 K: A + ē = A - (atom in ion sta v osnovnih stanjih). V tem primeru elektron zaseda najnižji prosti prostor atomska orbitala(HCAO), če je HCAO zaseden z dvema elektronoma. SE je močno odvisen od njihove orbitalne elektronske konfiguracije.

Spremembe EI in SE so povezane s spremembami številnih lastnosti elementov in njihovih spojin, kar se uporablja za napovedovanje teh lastnosti iz vrednosti EI in SE. Najvišja absolutna vrednost Halogeni imajo afiniteto do elektronov. V vsaki skupini periodnega sistema elementov se ionizacijski potencial ali EI zmanjšuje z naraščajočim številom elementov, kar je povezano s povečanjem atomskega polmera in s povečanjem števila elektronskih plasti ter kar dobro korelira s povečanjem zmanjšanja moč elementa.

Tabela 1 periodnega sistema elementov prikazuje vrednosti EI in SE v eV/na atom. Upoštevajte, da so natančne vrednosti SE znane le za nekaj atomov; njihove vrednosti so označene v tabeli 1.

Tabela 1

Prva ionizacijska energija (EI), elektronska afiniteta (EA) in elektronegativnost χ) atomov v periodnem sistemu.

χ	0.747 2. 1 0 0, 3 7																	1,2 2
χ	0.54 1. 55	-0.3 1. 1 3											0.2 0. 91	1.2 5	-0. 1 0, 55	1.47 0. 59	3.45 0. 64	1 ,60
χ	0. 7 4 1. 89	-0.3 1 . 3 1 1 . 6 0											0. 6	1.63	0.7	2.07	3.61
χ	2.3 6	- 0 .6						1,26 (α)				-0.9 1 . 39	0. 18	1.2	0. 6	2.07	3.36
χ	2.4 8											-0.6 1 . 56	0. 2			2.2
χ	2.6 7	2, 2 1						Os

χ – elektronegativnost po Paulingu

r- atomski polmer, (iz "Laboratorijske in seminarske ure splošne in anorganske kemije", N.S. Akhmetov, M.K. Azizova, L.I. Badygina)