Aatomite energiatasemed. Energiatasemete struktuur
Oma uuringus saime teada, milline on maksimaalne elektronide arv igal orbitaalil erinevatel energiatasemetel ja alamtasanditel.
Mida on veel vaja teada mis tahes elemendi aatomi elektronkihi struktuuri kindlakstegemiseks? Selleks on vaja teada orbitaalide elektronidega täitumise järjekorda.
Elektronide aatomiorbitaalide täitmise järjekord määratakse vähima energia põhimõttega (minimaalse energia põhimõte):
Aatomi põhiseisund (stabiilne).- Seda seisundit iseloomustab minimaalne energia. Seetõttu täidavad elektronid orbitaale energia suurenemise järjekorras.
Sama alamtasandi orbitaalidel on sama energia.
Näiteks antud p-alataseme kolmel orbitaalil on sama energia.
Seetõttu määrab vähima energia põhimõte energia alamtasandite täitmise järjekorra: elektronid täidavad energia alamtasemeid oma energia suurendamise järjekorras.
Nagu alloleval joonisel on näha, on kõige madalama energiaga 15. alamtasand, mis täitub esimesena elektronidega.
Seejärel täidetakse elektronidega järjestikku järgmised alamtasandid: 2s, 2p, 3s, 3p. Pärast 3p alamtasandit täidavad elektronid 4. alamtasandi, kuna sellel on madalam energia kui 3d alamtasandil.
Seda seletatakse asjaoluga, et alamtasandi energia määrab põhi- ja sekundaarsete kvantarvude summa, st summa (n + l). Mida väiksem see summa, seda madalam on alamtasandi energia. Kui summad n + l on erinevatel alamtasanditel identsed, siis on nende energia väiksem, mida väiksem on peakvantarv n. Nimetatud reeglid sõnastas 1951. aastal Nõukogude teadlane V. M. Klechkovsky ( Klechkovski reeglid).
Joonisel kujutatud alamtasemed mahutavad 112 elektroni. Tuntud elementide aatomid sisaldavad 1 kuni 110 elektroni. Seetõttu ei ole aatomite põhiolekute teised alamtasandid elektronidega täidetud.
Lõpuks jääb üle selgitada küsimus, millises järjekorras elektronid ühe alamtaseme orbiite täidavad. Selleks peate tundma õppima Hundi reegel:
Ühel alamtasandil on elektronid paigutatud nii, et spinnide kvantarvude summa absoluutväärtus (koguspinn) on maksimaalne. See vastab aatomi stabiilsele olekule.
Mõelgem näiteks sellele, milline kolme elektroni paigutus p-alatasandil vastab aatomi stabiilsele olekule:
Arvutame iga oleku kogu spinni absoluutväärtuse: 
Elementide aatomite elektrooniliste kestade struktuur (elektroonilised konfiguratsioonid).I – IV perioodid
Erinevate aatomite elektrooniliste konfiguratsioonide õigeks kujutamiseks peate teadma:
1) elektronide arv aatomis (võrdne elemendi aatomnumbriga);
2) elektronide maksimaalne arv tasemetel, alamtasanditel;
3) alamtasandite ja orbitaalide täitmise järjekord.
ElemendidIperiood:
Tabelites on toodud II, III ja IV perioodi elementide aatomite elektronstruktuuri diagrammid, elektroonilised ja elektrongraafilised valemid.
ElemendidIIperiood:
ElemendidIIIperiood:
ElemendidIVperiood:
Mida lähemal on aatomi elektronkiht aatomituumale, seda tugevamalt tõmbab tuum elektrone ligi ja seda suurem on nende sidumisenergia tuumaga. Seetõttu on mugav iseloomustada elektronkihtide paigutust energiatasemete ja alamtasandite järgi ning elektronide jaotust nende üle. Elektrooniliste energiatasemete arv on võrdne perioodi numbriga, milles see element asub. Elektronide arvu summa energiatasemetel on võrdne elemendi aatomnumbriga.
Aatomi elektrooniline struktuur on näidatud joonisel fig. 1.9 elektronide energiatasemete ja alamtasandite jaotuse diagrammi kujul. Diagramm koosneb elektronrakkudest, mis on kujutatud ruutudena. Iga rakk sümboliseerib ühte elektroni orbitaali, mis on võimeline vastu võtma kahte vastassuunalise spinniga elektroni, mida tähistavad üles- ja allanooled.
Riis. 1.9.
Aatomi elektrondiagramm on ehitatud järjestusse energiataseme numbri suurendamine. Samas suunas elektronide energia suureneb Ja väheneb selle tuumaga ühenduse energia. Selguse huvides võite ette kujutada, et aatomi tuum on diagrammi "allosas". Elektronide arv elemendi aatomis on võrdne prootonite arvuga tuumas, s.o. elemendi aatomnumber perioodilisustabelis.
Esimene energiatase koosneb ainult ühest orbitaalist, mis on tähistatud sümboliga s. See orbitaal on täidetud vesiniku ja heeliumi elektronidega. Vesinikul on üks elektron ja vesinik on monovalentne. Heeliumil on kaks paariselektroni vastassuunaliste spinnidega, heeliumil on nullvalents ja see ei moodusta ühendeid teiste elementidega. Keemilise reaktsiooni energiast ei piisa heeliumi aatomi ergastamiseks ja elektroni teisele tasandile ülekandmiseks.
Teine energiatase koosneb "-alamtasemest ja /. (-alamtase, millel on kolm orbitaali (rakku). Liitium saadab kolmanda elektroni 2"-alatasandile. Üks paaritu elektron määrab liitiumi monovalentsi. Berüllium täidab sama alamtase teise elektroniga, seega in Ergastamata olekus on berülliumil kaks paariselektroni. Siiski piisab väikesest ergastusenergiast ühe elektroni ülekandmiseks ^-alatasandile, mis muudab berülliumi kahevalentseks.
Sarnasel viisil toimub 2p-alatasandi edasine täitmine. Ühendites olev hapnik on kahevalentne. Hapnikul ei ole kõrgemaid valentse, kuna teise taseme elektrone ei ole võimalik siduda ja neid kolmandale energiatasemele üle kanda.
Erinevalt hapnikust võib samas alarühmas hapniku all asuv väävel oma ühendites omada valentsi 2, 4 ja 6, kuna on võimalik siduda kolmanda taseme elektrone ja viia need ^-alatasemele. Pange tähele, et võimalikud on ka muud väävli valentsolekud.
Elemente, mille s-alamtase on täidetud, nimetatakse "-elementideks". Sarnaselt moodustatakse järjestus R- elemendid. Elemendid s- ja p-alatasemed kuuluvad põhialarühmadesse. Kõrvalrühmade elemendid on ^-elemendid (ebaõigesti nimetatud üleminekuelementideks).
Alarühmi on mugav tähistada elektronide sümbolitega, tänu millele tekkisid näiteks alamrühma kuuluvad elemendid s"-alarühm (vesinik, liitium, naatrium jne) või //-alarühm (hapnik, väävel jne).
Kui perioodilisustabel on konstrueeritud nii, et perioodide arvud suurenevad alt üles ja igasse elektronrakku asetatakse kõigepealt üks ja seejärel kaks elektroni, saate pika perioodilisuse tabeli, mis meenutab jaotuse diagrammi kujul. elektronide üle energiatasemete ja alamtasandite.
Elektroonilised energiatasemed
Aatomi orbitaalmudeli kaasaegses kontseptsioonis on aatomis olevad elektronid võimelised valdama ainult teatud kogust energiat ja liikuda ühelt energiatasemelt teisele ainult hüppeliselt. Energiatasemete erinevus määrab ülemineku käigus vabaneva või neelduva valguse kvanti sageduse. Iga peakvantarvu n ja orbitaalkvantarvu l väärtuste paar vastab teatud energiatasemele, mida elektron võib omada.
Molekulaarse energia tasemed
Tuumasisese energia tasemed
Mõiste pärineb radioaktiivsuse uurimisest. Kiirgus jaguneb kolmeks osaks: alfa-, beeta- ja gammakiired. Uuringud on näidanud, et alfakiirgus koosneb heelium-4 tuumadest (vt alfaosakest), beetakiirgus on kiiresti liikuvate elektronide voog ja gammakiirgus on elektromagnetiline. Kuna erinevate elektrooniliste tasandite vaheliste üleminekute energiast gammakiirte tekkeks ei piisa, sai selgeks, et nende allikat tuleb otsida aatomituuma seest ehk aatomituum ise võib olla erineva energiatasemega, mille vahel toimuvate üleminekute käigus. kiirgavad gammakiirgust. Gammakiired laiendasid teadaolevate elektromagnetlainete spektrit ja kõiki laineid, mis on lühemad kui 10–3 nm, nimetatakse gammakiirgusteks.
Vaata ka
Wikimedia sihtasutus. 2010. aasta.
Vaadake, mis on "energiatase" teistes sõnaraamatutes:
ENERGIATASE, aatomituuma, ELEKTRONI, aatomi või molekuli kindel kogus energiat. Näiteks aatomi sees elektronide energia ei muutu pidevalt. Seda väljendatakse diskreetsete tähenduste jadana, mis on... ... Teaduslik ja tehniline entsüklopeediline sõnastik
energia tase- - [A.S. Goldberg. Inglise-vene energiasõnastik. 2006] Energeetika üldised teemad EN energiataseme olek ...
energia tase- on rangelt määratletud energia, mis iseloomustab antud elektroni aatomis, mis vastab selle kaugusele tuumast. Mida lähemal on elektron tuumale, seda vähem on sellel energiat. Üldine keemia: õpik / A. V. Zholnin ... Keemilised terminid
energia tase- energia lygmuo statusas T valdkond keemia definis Energijos vertė, mis gali turėti kvantine stacionarite süsteem būsenoje. vastavusmenys: engl. energiatase rus. energiatase; energia tase... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
energia tase- energia lygmuo statusas T valdkond fizika vastavusmenys: engl. energiatase vok. Energieniveau, n rus. energiatase, m; energiatase, m pranc. niveau d'énergie, m; niveau énergétique, m … Fizikos terminų žodynas
energia tase- energia lygmuo statusas T valdkond Standartiseerimine ja metroloogia definis Energijos vertė, gali turėti kvantinė nuostoviosios būsenos sistema. vastavusmenys: engl. energiatase vok. Energieniveau, n rus. energiatase, m pranc.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
Vaata energiatasemeid... Suur Nõukogude entsüklopeedia
energia tase- Konservatiivse kvantsüsteemi koguenergia võimalik väärtus.. Muidu: Ajast sõltumatu Hamiltoni omaväärtus... Polütehniline terminoloogiline seletav sõnastik
elustööjõu mehhaniseerimise (automatiseerimise) energiatase- töö mehhaniseerimise (automatiseerimise) energiatase ΩT Eluta looduse kasuliku energiakulu suhe blokeerimata masinaajal elutu looduse ja inimeste kasulike energiakulutuste summasse tükiajal.… … Tehniline tõlkija juhend
tehnoloogiliste seadmete mehhaniseerimise (automatiseerimise) energiatase- mehhaniseerimise (automaatika) energiatase STO ΩP Eluta looduse kasulike energiakulutuste suhe täismasinaaja jooksul elutu looduse ja inimeste kasulike energiakulutuste summasse ajaühikus. [GOST 23004 ... Tehniline tõlkija juhend
Mis juhtub keemiliste reaktsioonide käigus elementide aatomitega? Millest sõltuvad elementide omadused? Mõlemale küsimusele saab anda ühe vastuse: põhjus peitub välise tasandi struktuuris. elementide omadused.
Elektronide eriomadused
Kui kahe või enama reagendi molekulide vahel toimub keemiline reaktsioon, toimuvad muutused aatomite elektrooniliste kestade struktuuris, samas kui nende tuumad jäävad muutumatuks. Kõigepealt tutvume tuumast kõige kaugemal asuva aatomi tasanditel paiknevate elektronide omadustega. Negatiivselt laetud osakesed paiknevad kihtidena teatud kaugusel tuumast ja üksteisest. Tuuma ümbritsevat ruumi, kus elektrone kõige tõenäolisemalt leidub, nimetatakse elektronorbitaaliks. Umbes 90% negatiivselt laetud elektronipilvest on selles kondenseerunud. Aatomi elektronil endal on duaalsuse omadus, see võib samaaegselt käituda nii osakese kui ka lainena.
Aatomi elektronkihi täitmise reeglid
Osakeste paiknemise energiatasemete arv on võrdne perioodi arvuga, kus element paikneb. Mida näitab elektrooniline koostis? Selgus, et väikeste ja suurte perioodide peamiste alarühmade s- ja p-elementide elektronide arv välisenergia tasemel vastab rühmanumbrile. Näiteks esimese rühma liitiumi aatomitel, millel on kaks kihti, on väliskihis üks elektron. Väävliaatomid sisaldavad viimasel energiatasemel kuut elektroni, kuna element asub kuuenda rühma põhialarühmas jne. Kui me räägime d-elementidest, siis nende jaoks kehtib reegel: välise negatiivsete arv. osakeste väärtus on võrdne 1-ga (kroomi ja vase puhul) või 2. Seda seletatakse asjaoluga, et aatomituuma laengu suurenedes täitub esmalt sisemine d-alatase ja välised energiatasemed jäävad muutumatuks.
Miks muutuvad väikeste perioodide elementide omadused?
1., 2., 3. ja 7. perioodi peetakse väikeseks. Elementide omaduste sujuv muutumine tuumalaengute suurenemisel aktiivsetest metallidest inertgaasideks on seletatav elektronide arvu järkjärgulise suurenemisega välistasandil. Esimesed elemendid sellistel perioodidel on need, mille aatomites on ainult üks või kaks elektroni, mida saab kergesti tuumast eemaldada. Sel juhul moodustub positiivselt laetud metalliioon.
Amfoteersed elemendid, näiteks alumiinium või tsink, täidavad oma välise energiataseme väikese arvu elektronidega (1 tsingi puhul, 3 alumiiniumi puhul). Sõltuvalt keemilise reaktsiooni tingimustest võivad need avaldada nii metallide kui ka mittemetallide omadusi. Väikeste perioodide mittemetallilised elemendid sisaldavad oma aatomite väliskestadel 4–7 negatiivset osakest ja viivad selle oktetini, meelitades teistelt aatomitelt elektrone. Näiteks suurima elektronegatiivsusega mittemetallil, fluoril, on viimases kihis 7 elektroni ja see võtab alati ühe elektroni mitte ainult metallidelt, vaid ka aktiivsetelt mittemetallilistelt elementidelt: hapnik, kloor, lämmastik. Väikesed perioodid, nagu ka suured, lõpevad inertsete gaasidega, mille monatoomilised molekulid on täielikult lõpetanud välise energiataseme kuni 8 elektronini.
Pikkade perioodide aatomite struktuuri tunnused
Perioodide 4, 5 ja 6 paarisread koosnevad elementidest, mille väliskestad mahutavad ainult ühe või kaks elektroni. Nagu me varem ütlesime, täidavad need eelviimase kihi d- või f-alatasandid elektronidega. Tavaliselt on need tüüpilised metallid. Nende füüsikalised ja keemilised omadused muutuvad väga aeglaselt. Paaritud read sisaldavad elemente, mille välised energiatasemed on täidetud elektronidega vastavalt järgmisele skeemile: metallid - amfoteerne element - mittemetallid - inertgaas. Oleme juba täheldanud selle avaldumist kõigil väikestel perioodidel. Näiteks 4. perioodi paaritu rea puhul on vask metall, tsink amfoteerne, siis galliumilt broomile on mittemetalliliste omaduste kasv. Periood lõpeb krüptooniga, mille aatomitel on täielikult valmis elektronkiht.
Kuidas seletada elementide jagamist rühmadesse?
Iga rühm - ja neid on tabeli lühivormis kaheksa - on jagatud ka alarühmadeks, mida nimetatakse põhi- ja sekundaarseteks. See klassifikatsioon peegeldab elektronide erinevaid positsioone elementide aatomite välisenergia tasemel. Selgus, et peamiste alarühmade, näiteks liitiumi, naatriumi, kaaliumi, rubiidiumi ja tseesiumi elementide puhul asub viimane elektron s-alamtasandil. Põhialarühma 7. rühma elemendid (halogeenid) täidavad oma p-alataseme negatiivsete osakestega.
Kõrvalrühmade, näiteks kroomi, esindajate jaoks on tüüpiline d-alataseme täitmine elektronidega. Ja perekondadesse kuuluvate elementide puhul toimub negatiivsete laengute kogunemine eelviimase energiataseme f-alatasemel. Veelgi enam, rühma number langeb reeglina kokku elektronide arvuga, mis on võimelised moodustama keemilisi sidemeid.
Oma artiklis saime teada, milline on keemiliste elementide aatomite välisenergia tasemete struktuur ja määrasime nende rolli aatomitevahelises interaktsioonis.
E.N. Frenkel
Keemia õpetus
Käsiraamat neile, kes ei tea, kuid tahavad keemiat õppida ja sellest aru saada
I osa. Üldkeemia elemendid
(esimene raskusaste)
Jätkamine. Vt algust nr 13, 18, 23/2007
Peatükk 3. Põhiteave aatomi ehituse kohta.
D.I.Mendelejevi perioodiline seadus
Pidage meeles, mis on aatom, millest aatom koosneb, kas aatom muutub keemilistes reaktsioonides.
Aatom on elektriliselt neutraalne osake, mis koosneb positiivselt laetud tuumast ja negatiivselt laetud elektronidest.
Elektronide arv võib keemiliste protsesside käigus muutuda, kuid tuumalaeng jääb alati samaks. Teades elektronide jaotust aatomis (aatomi struktuur), saab ennustada antud aatomi paljusid omadusi, aga ka lihtsate ja keeruliste ainete omadusi, mille osa see on.
Aatomi ehitus, s.o. Tuuma koostist ja elektronide jaotust tuuma ümber saab kergesti määrata elemendi asukoha järgi perioodilisustabelis.
D.I. Mendelejevi perioodilises süsteemis on keemilised elemendid paigutatud kindlasse järjestusse. See järjestus on tihedalt seotud nende elementide aatomistruktuuriga. Iga keemiline element süsteemis on määratud seerianumber, lisaks saate selle jaoks määrata perioodi numbri, rühma numbri ja alamrühma tüübi.
Artikli avaldamise sponsor on veebipood "Megamech". Poest leiad karusnahatooteid igale maitsele - rebasest, nutriast, jänesest, naaritsast, hõberebasest, arktilisest rebasest valmistatud jakke, veste ja kasukaid. Ettevõte pakub teile ka luksuslike karusnahatoodete ostmist ja kohandatud rätsepateenuste kasutamist. Karusnahatoodete hulgimüük ja jaemüük - eelarvekategooriast luksusklassini, allahindlused kuni 50%, 1-aastane garantii, tarne kogu Ukrainas, Venemaal, SRÜ ja EL-i riikides, järeletulemine Krivoy Rogi müügisalongist, kaubad Ukraina juhtivatelt tootjatelt , Venemaa, Türgi ja Hiina. Tootekataloogi, hindu, kontakte ja nõu saate vaadata veebilehel, mis asub aadressil: "megameh.com".
Teades keemilise elemendi täpset "aadressi" - rühma, alamrühma ja perioodi numbrit, saate üheselt määrata selle aatomi struktuuri.
Periood on keemiliste elementide horisontaalne rida. Kaasaegses perioodilisuse süsteemis on seitse perioodi. Esimesed kolm perioodi on väike, sest need sisaldavad 2 või 8 elementi:
1. periood – H, He – 2 elementi;
2. periood – Li…Ne – 8 elementi;
3. periood – Na...Ar – 8 elementi.
Muud perioodid - suur. Igaüks neist sisaldab 2–3 rida elemente:
4. periood (2 rida) – K...Kr – 18 elementi;
6. periood (3 rida) – Cs ... Rn – 32 elementi. See periood hõlmab mitmeid lantaniide.
Grupp– keemiliste elementide vertikaalne rida. Kokku on kaheksa rühma. Iga rühm koosneb kahest alarühmast: peamine alarühm Ja külgne alarühm. Näiteks:
Peamise alarühma moodustavad lühikese perioodi (näiteks N, P) ja suurte perioodide (näiteks As, Sb, Bi) keemilised elemendid.
Kõrvalrühma moodustavad ainult pika perioodi keemilised elemendid (näiteks V, Nb,
Ta).
Visuaalselt on neid alarühmi lihtne eristada. Peamine alarühm on “kõrge”, see algab 1. või 2. perioodist. Teisene alagrupp on “madal”, algab 4. perioodist.
Seega on perioodilise süsteemi igal keemilisel elemendil oma aadress: periood, rühm, alamrühm, seerianumber.
Näiteks vanaadium V on 4. perioodi keemiline element, V rühm, sekundaarne alarühm, seerianumber 23.
Ülesanne 3.1. Märkige seerianumbritega 8, 26, 31, 35, 54 keemiliste elementide periood, rühm ja alarühm.
Ülesanne 3.2. Märkige keemilise elemendi seerianumber ja nimetus, kui on teada, et see asub:
a) 4. perioodil VI rühm, teisene alarühm;
b) 5. perioodil IV rühm, põhialagrupp.
Kuidas saab teavet elemendi asukoha kohta perioodilisustabelis seostada selle aatomi struktuuriga?
Aatom koosneb tuumast (neil on positiivne laeng) ja elektronidest (neil on negatiivne laeng). Üldiselt on aatom elektriliselt neutraalne.
Positiivne aatomi tuumalaeng võrdne keemilise elemendi seerianumbriga.
Aatomi tuum on keeruline osake. Peaaegu kogu aatomi mass on koondunud tuuma. Kuna keemiline element on sama tuumalaenguga aatomite kogum, on elemendi sümboli lähedal näidatud järgmised koordinaadid:
Nende andmete põhjal saab määrata tuuma koostise. Tuum koosneb prootonitest ja neutronitest.
Prooton lk selle mass on 1 (1,0073 amu) ja laeng +1. Neutron n sellel puudub laeng (neutraalne) ja selle mass on ligikaudu võrdne prootoni massiga (1,0087 a.u.m.).
Tuuma laengu määravad prootonid. enamgi veel prootonite arv on võrdne(suuruse järgi) aatomituuma laeng, st. seerianumber.
Neutronite arv N määratud suuruste vahega: "südamiku mass" A ja "seerianumber" Z. Niisiis, alumiiniumi aatomi jaoks:
N = A – Z = 27 –13 = 14n,
Ülesanne 3.3. Määrake aatomituumade koostis, kui keemiline element on:
a) 3. periood, VII rühm, põhialagrupp;
b) 4. periood, IV rühm, teisene alarühm;
c) 5. periood, I rühm, põhialagrupp.
Tähelepanu! Aatomi tuuma massiarvu määramisel tuleb perioodilisustabelis näidatud aatommass ümardada. Seda tehakse seetõttu, et prootoni ja neutroni massid on praktiliselt täisarvud ning elektronide massi võib tähelepanuta jätta.
Teeme kindlaks, millised allolevatest tuumadest kuuluvad samale keemilisele elemendile:
A (20 R + 20n),
B (19 R + 20n),
AJAL 20 R + 19n).
Tuumad A ja B kuuluvad sama keemilise elemendi aatomitele, kuna need sisaldavad sama arvu prootoneid, st nende tuumade laengud on samad. Uuringud näitavad, et aatomi mass ei mõjuta oluliselt selle keemilisi omadusi.
Isotoobid on sama keemilise elemendi (sama prootonite arv) aatomid, mis erinevad massi poolest (erineva arvu neutroneid).
Isotoobid ja nende keemilised ühendid erinevad üksteisest füüsikaliste omaduste poolest, kuid sama keemilise elemendi isotoopide keemilised omadused on samad. Seega on süsinik-14 (14 C) isotoopidel samad keemilised omadused nagu süsinik-12 (12 C), mis sisalduvad iga elusorganismi kudedes. Erinevus avaldub ainult radioaktiivsuses (isotoop 14 C). Seetõttu kasutatakse isotoope erinevate haiguste diagnoosimiseks ja raviks ning teadusuuringuteks.
Tuleme tagasi aatomi ehituse kirjelduse juurde. Teatavasti aatomi tuum keemilistes protsessides ei muutu. Mis muutub? Elektronide koguarv aatomis ja elektronide jaotus on muutlikud. Kindral elektronide arv neutraalses aatomis Seda pole raske määrata - see võrdub seerianumbriga, s.t. aatomituuma laeng:
Elektronide negatiivne laeng on –1 ja nende mass on tühine: 1/1840 prootoni massist.
Negatiivselt laetud elektronid tõrjuvad üksteist ja asuvad tuumast erineval kaugusel. Kus ligikaudu võrdse energiahulgaga elektronid paiknevad tuumast ligikaudu võrdsel kaugusel ja moodustavad energiataseme.
Aatomi energiatasemete arv on võrdne perioodi arvuga, mil keemiline element asub. Energiatasemed on tavapäraselt tähistatud järgmiselt (näiteks Al jaoks):
Ülesanne 3.4. Määrake hapniku, magneesiumi, kaltsiumi ja plii aatomite energiatasemete arv.
Iga energiatase võib sisaldada piiratud arvu elektrone:
Esimesel ei ole rohkem kui kaks elektroni;
Teises ei ole rohkem kui kaheksa elektroni;
Kolmandal ei ole rohkem kui kaheksateist elektroni.
Need numbrid näitavad, et näiteks teisel energiatasemel võib olla 2, 5 või 7 elektroni, kuid ei saa olla 9 ega 12 elektroni.
Seda on oluline teada, olenemata sisselülitatud energiataseme numbrist väline tase(viimasel) ei saa olla rohkem kui kaheksa elektroni. Välimine kaheksaelektroni energiatase on kõige stabiilsem ja seda nimetatakse täielikuks. Selliseid energiatasemeid leidub kõige passiivsemates elementides – väärisgaasides.
Kuidas määrata elektronide arvu ülejäänud aatomite välistasandil? Selle jaoks on lihtne reegel: väliste elektronide arv võrdub:
Põhialarühmade elementide puhul - rühma number;
Kõrvalrühmade elementide puhul ei tohi see olla rohkem kui kaks.
Näiteks (joonis 5):
Ülesanne 3.5. Märkige aatomnumbritega 15, 25, 30, 53 keemiliste elementide väliselektronide arv.
Ülesanne 3.6. Leia perioodilisuse tabelist keemilised elemendid, mille aatomitel on lõpetatud välistase.
Väliste elektronide arvu õige määramine on väga oluline, sest Nendega on seotud aatomi kõige olulisemad omadused. Seega püüavad aatomid keemilistes reaktsioonides omandada stabiilse, täieliku välise taseme (8 e). Seetõttu eelistavad aatomid, mille välistasandil on vähe elektrone, neid ära anda.
Nimetatakse keemilisi elemente, mille aatomid on võimelised loovutama ainult elektrone metallid. Ilmselt peaks metalliaatomi välistasandil elektrone olema vähe: 1, 2, 3.
Kui aatomi välisel energiatasemel on palju elektrone, siis kipuvad sellised aatomid elektrone vastu võtma seni, kuni välimine energiatase on lõppenud, st kuni kaheksa elektroni. Selliseid elemente nimetatakse mittemetallid.
küsimus. Kas teiseste alarühmade keemilised elemendid on metallid või mittemetallid? Miks?
Vastus: Perioodilisuse tabeli peamiste alarühmade metallid ja mittemetallid on eraldatud joonega, mille saab tõmmata boorist astatiini. Selle joone kohal (ja joonel) on mittemetallid, allpool - metallid. Kõik külgmiste alamrühmade elemendid kuvatakse selle rea all.
Ülesanne 3.7. Tehke kindlaks, kas järgmised on metallid või mittemetallid: fosfor, vanaadium, koobalt, seleen, vismut. Kasutage elemendi asukohta keemiliste elementide perioodilisuse tabelis ja elektronide arvu väliskihis.
Ülejäänud tasemete ja alamtasandite elektronide jaotuse koostamiseks tuleks kasutada järgmist algoritmi.
1. Määrake elektronide koguarv aatomis (aatomarvu järgi).
2. Määrake energiatasemete arv (perioodi numbri järgi).
3. Määrake väliselektronide arv (alarühma tüübi ja rühma numbri järgi).
4. Märkige elektronide arv kõigil tasanditel, välja arvatud eelviimasel.
Näiteks mangaani aatomi puhul määratakse vastavalt lõigetele 1–4:
Kokku 25 e; jaotatud (2 + 8 + 2) = 12 e; See tähendab, et kolmandal tasemel on: 25 – 12 = 13 e.
Saime elektronide jaotuse mangaani aatomis:
Ülesanne 3.8. Töötage välja algoritm, koostades elementide nr 16, 26, 33, 37 aatomite struktuuri diagrammid. Märkige, kas need on metallid või mittemetallid. Selgitage oma vastust.
Ülaltoodud aatomi struktuuri diagrammide koostamisel ei võtnud me arvesse, et aatomis olevad elektronid ei hõivata mitte ainult tasemeid, vaid ka teatud alamtasandid igal tasandil. Alamtasandite tüübid on tähistatud ladina tähtedega: s, lk, d.
Võimalike alamtasandite arv on võrdne taseme numbriga. Esimene tase koosneb ühest
s- alamtase. Teine tase koosneb kahest alamtasandist - s Ja R. Kolmas tase - kolmest alamtasandist - s, lk Ja d.
Iga alamtase võib sisaldada rangelt piiratud arvu elektrone:
s-alatasandil – mitte rohkem kui 2e;
p-alatasemel - mitte rohkem kui 6e;
d-alatasemel – mitte rohkem kui 10e.
Sama taseme alamtasemed täidetakse rangelt määratletud järjekorras: slkd.
Seega R-alamtase ei saa täitmist alustada, kui see pole täidetud s-antud energiataseme alamtase jne. Selle reegli alusel pole mangaani aatomi elektroonilise konfiguratsiooni loomine keeruline:
Üldiselt aatomi elektronkonfiguratsioon mangaan on kirjutatud järgmiselt:
25 Mn 1 s 2 2s 2 2lk 6 3s 2 3lk 6 3d 5 4s 2 .
Ülesanne 3.9. Koostage keemiliste elementide nr 16, 26, 33, 37 jaoks aatomite elektroonilised konfiguratsioonid.
Miks on vaja luua aatomite elektroonilisi konfiguratsioone? Nende keemiliste elementide omaduste kindlaksmääramiseks. Tuleb meeles pidada, et ainult valentselektronid.
Valentselektronid on välisel energiatasemel ja on mittetäielikud
välise-eelse taseme d-alamtase.
Määrame mangaani valentselektronide arvu:
või lühendatult: Mn... 3 d 5 4s 2 .
Mida saab määrata aatomi elektroonilise konfiguratsiooni valemiga?
1. Mis element see on – metall või mittemetall?
Mangaan on metall, sest välimine (neljas) tase sisaldab kahte elektroni.
2. Milline protsess on metallile iseloomulik?
Mangaani aatomid loobuvad reaktsioonides alati elektronidest.
3. Millistest elektronidest ja kui paljudest mangaani aatom loobub?
Reaktsioonides loovutab mangaani aatom kaks välimist elektroni (need on tuumast kõige kaugemal ja neid tõmbab see kõige nõrgemalt), samuti viis välist elektroni. d-elektronid. Valentselektronide koguarv on seitse (2 + 5). Sel juhul jääb kaheksa elektroni aatomi kolmandale tasemele, s.o. moodustub lõpetatud välistasand.
Kõiki neid argumente ja järeldusi saab kajastada diagrammi abil (joonis 6):
Saadud aatomi kokkuleppelisi laenguid nimetatakse oksüdatsiooniseisundid.
Arvestades aatomi struktuuri, saab sarnaselt näidata, et hapniku tüüpilised oksüdatsiooniastmed on –2 ja vesiniku puhul +1.
küsimus. Millise keemilise elemendiga võib mangaan moodustada ühendeid, võttes arvesse selle ülaltoodud oksüdatsiooniastmeid?
VASTUS: Ainult hapnikuga, sest selle aatomil on vastupidise laenguga oksüdatsiooniaste. Vastavate mangaanoksiidide valemid (siin vastavad oksüdatsiooniastmed nende keemiliste elementide valentsidele):
Mangaani aatomi struktuur viitab sellele, et mangaan ei saa olla kõrgema oksüdatsiooniastmega, sest sel juhul oleks vaja puudutada stabiilset, nüüdseks valminud välise-eelset taset. Seetõttu on oksüdatsiooniaste +7 kõrgeim ja vastav Mn 2 O 7 oksiid kõrgeim mangaanoksiid.
Kõigi nende mõistete konsolideerimiseks kaaluge telluuriaatomi struktuuri ja mõningaid selle omadusi:
Mittemetallina võib Te-aatom enne välise tasandi lõpetamist vastu võtta 2 elektroni ja loobuda "lisa" 6 elektronist:
Ülesanne 3.10. Joonistage Na, Rb, Cl, I, Si, Sn aatomite elektroonilised konfiguratsioonid. Määrake nende keemiliste elementide omadused, nende lihtsaimate ühendite valemid (hapniku ja vesinikuga).
Praktilised järeldused
1. Keemilistes reaktsioonides osalevad ainult valentselektronid, mis võivad olla ainult kahel viimasel tasemel.
2. Metalli aatomid saavad loovutada ainult valentselektrone (kõik või mitu), võttes vastu positiivsed oksüdatsiooniastmed.
3. Mittemetallide aatomid suudavad vastu võtta elektrone (kuni kaheksa puuduvat), omandades samal ajal negatiivse oksüdatsiooniastme, ja loobuma valentselektronidest (kõik või mitmed), omandades samal ajal positiivse oksüdatsiooniastme.
Võrdleme nüüd ühe alarühma keemiliste elementide, näiteks naatriumi ja rubiidiumi omadusi:
Na...3 s 1 ja Rb...5 s 1 .
Mis on ühist nende elementide aatomistruktuuridel? Iga aatomi välistasandil on üks elektron aktiivsed metallid. Metalli aktiivsus on seotud võimega elektronidest loobuda: mida kergemini aatom elektronidest loobub, seda enam väljenduvad tema metallilised omadused.
Mis hoiab elektrone aatomis? Nende külgetõmme tuumani. Mida lähemal on elektronid tuumale, seda tugevamini neid aatomituum tõmbab, seda keerulisem on neid "ärarebida".
Selle põhjal vastame küsimusele: milline element - Na või Rb - annab oma välise elektroni kergemini ära? Milline element on aktiivsem metall? Ilmselgelt rubiidium, sest selle valentselektronid asuvad tuumast kaugemal (ja neid hoiab tuum vähem tihedalt).
Järeldus. Peamistes alarühmades, ülalt alla, suurenevad metallilised omadused, sest Aatomi raadius suureneb ja valentselektronid tõmbavad tuuma poole vähem.
Võrdleme VIIa rühma keemiliste elementide omadusi: Cl...3 s 2 3lk 5 ja mina...5 s 2 5lk 5 .
Mõlemad keemilised elemendid on mittemetallid, sest Välise tasandi lõpuleviimiseks on puudu üks elektron. Need aatomid tõmbavad puuduolevat elektroni aktiivselt ligi. Veelgi enam, mida tugevamalt mittemetalli aatom puuduvat elektroni ligi tõmbab, seda enam ilmnevad selle mittemetallilised omadused (võime elektrone vastu võtta).
Mis põhjustab elektroni külgetõmbejõudu? Aatomituuma positiivse laengu tõttu. Lisaks, mida lähemal on elektron tuumale, seda tugevam on nende vastastikune külgetõmme, seda aktiivsem on mittemetall.
küsimus. Millisel elemendil on rohkem väljendunud mittemetallilised omadused: klooril või joodil?
VASTUS: Ilmselgelt klooriga, sest selle valentselektronid asuvad tuumale lähemal.
Järeldus. Mittemetallide aktiivsus alarühmades väheneb ülalt alla, sest Aatomi raadius suureneb ja tuumal on üha raskem puuduvaid elektrone ligi tõmmata.
Võrdleme räni ja tina omadusi: Si...3 s 2 3lk 2 ja Sn...5 s 2 5lk 2 .
Mõlema aatomi välistasandil on neli elektroni. Need perioodilisuse tabeli elemendid asuvad aga boori ja astatiini ühendava joone vastaskülgedel. Seetõttu on ränil, mille sümbol asub B-At joone kohal, rohkem väljendunud mittemetallilised omadused. Vastupidi, tina, mille sümbol on allpool joont B-At, on tugevamate metalliliste omadustega. Seda seletatakse asjaoluga, et tinaaatomis eemaldatakse tuumast neli valentselektroni. Seetõttu on puuduva nelja elektroni lisamine keeruline. Samal ajal toimub elektronide vabanemine viiendalt energiatasemelt üsna lihtsalt. Räni puhul on mõlemad protsessid võimalikud, kusjuures domineerib esimene (elektronide vastuvõtmine).
Järeldused 3. peatüki kohta. Mida vähem on aatomis väliseid elektrone ja mida kaugemal nad tuumast asuvad, seda tugevamad on metallilised omadused.
Mida rohkem on aatomis väliseid elektrone ja mida lähemal on need tuumale, seda rohkem ilmnevad mittemetallilised omadused.
Selles peatükis sõnastatud järelduste põhjal saab perioodilisustabeli mis tahes keemilise elemendi kohta koostada “karakteristiku”.
Omaduste kirjeldamise algoritm
keemiline element oma asukoha järgi
perioodilisuse tabelis
1. Koostage aatomi ehituse skeem, s.o. määrake tuuma koostis ja elektronide jaotus energiatasemete ja alamtasandite vahel:
Määrata prootonite, elektronide ja neutronite koguarv aatomis (aatomarvu ja suhtelise aatommassi järgi);
Määrata energiatasemete arv (perioodi numbri järgi);
Määrata väliselektronide arv (alarühma tüübi ja rühmanumbri järgi);
Märkige elektronide arv kõigil energiatasemetel, välja arvatud eelviimasel;
2. Määrata valentselektronide arv.
3. Tehke kindlaks, millised omadused - metallist või mittemetallist - on antud keemilises elemendis rohkem väljendunud.
4. Määrake antud (vastuvõetud) elektronide arv.
5. Määrake keemilise elemendi kõrgeim ja madalaim oksüdatsiooniaste.
6. Koostage nende oksüdatsiooniastmete jaoks lihtsaimate hapniku ja vesinikuga ühendite keemilised valemid.
7. Määrake oksiidi olemus ja koostage võrrand selle reaktsiooni kohta veega.
8. Lõikes 6 nimetatud ainete jaoks koostage iseloomulike reaktsioonide võrrandid (vt 2. peatükk).
Ülesanne 3.11. Koostage ülaltoodud skeemi abil väävli, seleeni, kaltsiumi ja strontsiumi aatomite ja nende keemiliste elementide omaduste kirjeldused. Millised üldised omadused neil oksiididel ja hüdroksiididel on?
Kui täitsite harjutused 3.10 ja 3.11, siis on lihtne märgata, et mitte ainult sama alarühma elementide aatomitel, vaid ka nende ühenditel on ühised omadused ja sarnane koostis.
D.I. Mendelejevi perioodiline seadus:keemiliste elementide omadused, aga ka nende poolt moodustatud lihtsate ja keeruliste ainete omadused sõltuvad perioodiliselt nende aatomite tuumade laengust.
Perioodilise seaduse füüsiline tähendus: keemiliste elementide omadused korduvad perioodiliselt, kuna valentselektronide konfiguratsioonid (välimise ja eelviimase taseme elektronide jaotus) korduvad perioodiliselt.
Seega on sama alarühma keemilistel elementidel sama valentselektronide jaotus ja seetõttu sarnased omadused.
Näiteks rühma viiendal keemilisel elemendil on viis valentselektroni. Samal ajal keemilistes aatomites peamiste alarühmade elemendid– kõik valentselektronid on välistasandil: ... ns 2 n.p. 3 kus n- perioodi number.
Aatomite juures sekundaarsete alarühmade elemendid Välistasandil on ainult 1 või 2 elektroni, ülejäänud on sees d-välise eelse taseme alamtase: ... ( n – 1)d 3 ns 2 kus n- perioodi number.
Ülesanne 3.12. Koostage keemiliste elementide nr 35 ja 42 aatomite jaoks lühikesed elektroonilised valemid ning seejärel koostage nendes aatomites elektronide jaotus vastavalt algoritmile. Veenduge, et teie ennustus läheb tõeks.
Harjutused 3. peatüki jaoks
1. Sõnastage mõistete "periood", "rühm", "alarühm" määratlused. Mis on ühist keemilistel elementidel, mis moodustavad: a) perioodi? b) rühm; c) alarühm?
2. Mis on isotoobid? Millistel omadustel – füüsikalistel või keemilistel – on isotoopidel samad omadused? Miks?
3. Sõnastage D.I Mendelejevi perioodiline seadus. Selgitage selle füüsilist tähendust ja illustreerige näidetega.
4. Millised on keemiliste elementide metallilised omadused? Kuidas need rühmas ja perioodi jooksul muutuvad? Miks?
5. Millised on keemiliste elementide mittemetallilised omadused? Kuidas need rühmas ja perioodi jooksul muutuvad? Miks?
6. Kirjutage keemiliste elementide jaoks lühikesed elektroonilised valemid nr 43, 51, 38. Kinnitage oma oletusi, kirjeldades ülaltoodud algoritmi abil nende elementide aatomite struktuuri. Määrake nende elementide omadused.
7. Lühikeste elektrooniliste valemite järgi
a) ...4 s 2 4p 1 ;
b) ...4 d 1 5s 2 ;
kell 3 d 5 4s 1
määrata vastavate keemiliste elementide asukoht D.I Mendelejevi perioodilisuse tabelis. Nimetage need keemilised elemendid. Kinnitage oma oletusi, kirjeldades nende keemiliste elementide aatomite struktuuri vastavalt algoritmile. Märkige nende keemiliste elementide omadused.
Jätkub