اصل ساختار الکترونیکی اتم های عناصر شیمیایی. پیکربندی الکترونیکی اتم ساختار الکترونیکی اتم

مواد شیمیایی چیزهایی هستند که دنیای اطراف ما را می سازند.

خواص هر ماده شیمیایی به دو نوع تقسیم می شود: اینها شیمیایی است که توانایی آن را برای تشکیل مواد دیگر مشخص می کند و فیزیکی که به طور عینی مشاهده می شود و می تواند جدا از تبدیلات شیمیایی در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، خواص فیزیکی یک ماده عبارتند از: حالت تجمع آن (جامد، مایع یا گاز)، هدایت حرارتی، ظرفیت گرمایی، حلالیت در محیط های مختلف (آب، الکل و غیره)، چگالی، رنگ، طعم و غیره. .

تبدیل برخی از مواد شیمیایی به مواد دیگر را پدیده های شیمیایی یا واکنش های شیمیایی می گویند. لازم به ذکر است که پدیده های فیزیکی نیز وجود دارد که بدیهی است با تغییر در هر گونه ویژگی فیزیکی یک ماده بدون تبدیل آن به مواد دیگر همراه است. به عنوان مثال، پدیده های فیزیکی شامل ذوب شدن یخ، انجماد یا تبخیر آب و غیره است.

این واقعیت که در طول هر فرآیند یک پدیده شیمیایی رخ می دهد را می توان با مشاهده علائم مشخصه واکنش های شیمیایی مانند تغییر رنگ، بارش، تکامل گاز، تکامل گرما و / یا نور نتیجه گرفت.

بنابراین، برای مثال، با مشاهده موارد زیر می توان در مورد سیر واکنش های شیمیایی نتیجه گیری کرد:

تشکیل رسوب هنگام جوشاندن آب که در زندگی روزمره رسوب نامیده می شود.

انتشار گرما و نور در هنگام سوزاندن آتش؛

تغییر رنگ یک تکه سیب تازه در هوا؛

تشکیل حباب های گاز در حین تخمیر خمیر و غیره.

کوچکترین ذرات ماده که در فرآیند واکنشهای شیمیایی عملاً دستخوش تغییر نمی شوند، بلکه فقط به روشی جدید به یکدیگر متصل می شوند، اتم نامیده می شوند.

ایده وجود چنین واحدهای ماده در یونان باستان در ذهن فیلسوفان باستان بوجود آمد، که در واقع منشأ اصطلاح "اتم" را توضیح می دهد، زیرا "اتوموس" به معنای واقعی کلمه از یونانی به معنای "تقسیم ناپذیر" است.

با این حال، برخلاف تصور فیلسوفان یونان باستان، اتم ها حداقل مطلق ماده نیستند، یعنی. خود ساختار پیچیده ای دارند.

هر اتم از ذرات به اصطلاح زیر اتمی - پروتون، نوترون و الکترون تشکیل شده است که به ترتیب با نمادهای p + , n o و e - نشان داده می شوند. بالانویس در نماد استفاده شده نشان می دهد که پروتون دارای بار واحد مثبت، الکترون دارای واحد بار منفی و نوترون بدون بار است.

در مورد ساختار کیفی اتم، هر اتم دارای تمام پروتون‌ها و نوترون‌ها است که در هسته به اصطلاح متمرکز شده‌اند، که الکترون‌ها در اطراف آن یک پوسته الکترونی تشکیل می‌دهند.

پروتون و نوترون عملاً جرم یکسانی دارند، یعنی. m p ≈ m n، و جرم الکترون تقریباً 2000 برابر کمتر از جرم هر یک از آنها است، یعنی. m p / m e ≈ m n / m e ≈ 2000.

از آنجایی که خاصیت اساسی یک اتم خنثی بودن الکتریکی آن است و بار یک الکترون برابر با بار یک پروتون است، از این رو می توان نتیجه گرفت که تعداد الکترون های هر اتم برابر با تعداد پروتون ها است.

بنابراین، برای مثال، جدول زیر ترکیب احتمالی اتم ها را نشان می دهد:

نوع اتم هایی با بار هسته ای یکسان، یعنی. با همان تعداد پروتون در هسته آنها عنصر شیمیایی نامیده می شود. بنابراین از جدول بالا می توان نتیجه گرفت که اتم 1 و اتم 2 به یک عنصر شیمیایی و اتم 3 و اتم 4 به عنصر شیمیایی دیگر تعلق دارند.

هر عنصر شیمیایی نام و نماد خاص خود را دارد که به روش خاصی خوانده می شود. بنابراین، برای مثال، ساده ترین عنصر شیمیایی که اتم های آن تنها حاوی یک پروتون در هسته است، نام "هیدروژن" دارد و با نماد "H" که به عنوان "خاکستر" خوانده می شود و عنصر شیمیایی نشان داده می شود. با بار هسته ای +7 (یعنی حاوی 7 پروتون) - "نیتروژن"، دارای نماد "N" است که به عنوان "en" خوانده می شود.

همانطور که از جدول بالا می بینید، اتم های یک عنصر شیمیایی می توانند از نظر تعداد نوترون ها در هسته متفاوت باشند.

اتم هایی که متعلق به یک عنصر شیمیایی هستند، اما تعداد نوترون ها و در نتیجه جرم متفاوتی دارند، ایزوتوپ نامیده می شوند.

بنابراین، برای مثال، عنصر شیمیایی هیدروژن دارای سه ایزوتوپ است - 1 H، 2 H و 3 H. شاخص های 1، 2 و 3 بالای نماد H به معنای تعداد کل نوترون ها و پروتون ها هستند. آن ها با دانستن اینکه هیدروژن یک عنصر شیمیایی است که با این واقعیت مشخص می شود که در هسته اتم های آن یک پروتون وجود دارد، می توان نتیجه گرفت که در ایزوتوپ 1H (1-1 = 0) اصلا نوترونی وجود ندارد. ایزوتوپ 2H - 1 نوترون (2-1=1) و در ایزوتوپ 3H - دو نوترون (3-1=2). از آنجایی که همانطور که قبلا ذکر شد، یک نوترون و یک پروتون دارای جرم یکسانی هستند و جرم یک الکترون در مقایسه با آنها ناچیز است، این بدان معنی است که ایزوتوپ 2H تقریبا دو برابر سنگین تر از ایزوتوپ 1H و ایزوتوپ 3H است. ایزوتوپ حتی سه برابر سنگین تر است. در ارتباط با چنین گسترش وسیعی در توده‌های ایزوتوپ‌های هیدروژن، ایزوتوپ‌های 2H و 3H حتی نام‌ها و نمادهای جداگانه‌ای داشتند که برای هیچ عنصر شیمیایی دیگری مشخص نیست. ایزوتوپ 2H را دوتریوم نامیدند و نماد D و ایزوتوپ 3H را تریتیوم و نماد T داده شد.

اگر جرم پروتون و نوترون را واحد در نظر بگیریم و جرم الکترون را نادیده بگیریم، در واقع می‌توان شاخص سمت چپ بالای اتم را علاوه بر تعداد کل پروتون‌ها و نوترون‌های اتم، جرم آن در نظر گرفت. بنابراین این شاخص عدد جرمی نامیده می شود و با نماد A نشان داده می شود. از آنجایی که بار هسته هر پروتون با اتم مطابقت دارد و بار هر پروتون به طور مشروط برابر با 1+ در نظر گرفته می شود، تعداد پروتون های موجود در هسته را عدد بار (Z) می نامند. با نشان دادن تعداد نوترون‌های یک اتم با حرف N، رابطه بین عدد جرمی، تعداد بار و تعداد نوترون‌ها را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:

بر اساس مفاهیم مدرن، الکترون ماهیت دوگانه (ذره-موج) دارد. هم خواص ذره و هم موج را دارد. مانند یک ذره، یک الکترون دارای جرم و بار است، اما در عین حال، جریان الکترون ها، مانند یک موج، با توانایی پراش مشخص می شود.

برای توصیف حالت الکترون در اتم از مفاهیم مکانیک کوانتومی استفاده می شود که بر اساس آن الکترون مسیر حرکت خاصی ندارد و می تواند در هر نقطه ای از فضا قرار گیرد اما با احتمالات مختلف.

ناحیه ای از فضای اطراف هسته که در آن احتمال یافتن الکترون بیشتر است، اوربیتال اتمی نامیده می شود.

یک اوربیتال اتمی می تواند شکل، اندازه و جهت متفاوتی داشته باشد. به اوربیتال اتمی ابر الکترونی نیز گفته می شود.

از نظر گرافیکی، یک اوربیتال اتمی معمولاً به عنوان یک سلول مربع نشان داده می شود:

مکانیک کوانتومی دارای یک دستگاه ریاضی بسیار پیچیده است، بنابراین، در چارچوب یک درس شیمی مدرسه، تنها پیامدهای نظریه مکانیک کوانتومی در نظر گرفته می شود.

با توجه به این پیامدها، هر اوربیتال اتمی و الکترونی که روی آن قرار دارد، کاملاً با 4 عدد کوانتومی مشخص می شود.

• عدد کوانتومی اصلی - n - انرژی کل یک الکترون را در یک اوربیتال معین تعیین می کند. محدوده مقادیر عدد کوانتومی اصلی همه اعداد طبیعی هستند، یعنی. n = 1،2،3،4، 5 و غیره
• عدد کوانتومی مداری - l - شکل اوربیتال اتمی را مشخص می کند و می تواند هر عدد صحیحی را از 0 تا n-1 بگیرد، جایی که n، یادآوری، عدد کوانتومی اصلی است.

اوربیتال هایی با l = 0 نامیده می شوند س-اوربیتال ها. اوربیتال های s کروی هستند و جهتی در فضا ندارند:

اوربیتال هایی با l = 1 نامیده می شوند اوربیتال های p. این اوربیتال ها به شکل یک شکل سه بعدی هشت هستند، یعنی. شکلی که با چرخش شکل هشت حول محور تقارن به دست می آید و از نظر ظاهری شبیه یک دمبل است:

اوربیتال هایی با l = 2 نامیده می شوند اوربیتال های d، و با l = 3 - اوربیتال های f. ساختار آنها بسیار پیچیده تر است.

3) عدد کوانتومی مغناطیسی - m l - جهت گیری فضایی یک اوربیتال اتمی خاص را تعیین می کند و طرح ریزی تکانه زاویه ای مداری را در جهت میدان مغناطیسی بیان می کند. عدد کوانتومی مغناطیسی ml مربوط به جهت اوربیتال نسبت به جهت بردار قدرت میدان مغناطیسی خارجی است و می تواند هر مقدار صحیحی را از -l تا +l بگیرد، از جمله 0، به عنوان مثال. تعداد کل مقادیر ممکن (2l+1) است. بنابراین، برای مثال، برای l = 0 میلی لیتر = 0 (یک مقدار)، برای l = 1 میلی لیتر = -1، 0، +1 (سه مقدار)، برای l = 2 میلی لیتر = -2، -1، 0، + 1، +2 (پنج مقدار عدد کوانتومی مغناطیسی) و غیره.

بنابراین، برای مثال، اوربیتال های p، به عنوان مثال. اوربیتال هایی با عدد کوانتومی مداری l = 1، با شکل "شکل سه بعدی هشت"، با سه مقدار عدد کوانتومی مغناطیسی (-1، 0، +1) مطابقت دارد که به نوبه خود مطابقت دارد. به سه جهت در فضای عمود بر یکدیگر.

4) عدد کوانتومی اسپین (یا به سادگی اسپین) - m s - را می توان به طور مشروط مسئول جهت چرخش یک الکترون در اتم در نظر گرفت، می تواند مقادیری به خود بگیرد. الکترون‌ها با اسپین‌های مختلف با فلش‌های عمودی نشان داده می‌شوند که در جهت‌های مختلف نشان داده می‌شوند: ↓ و .

مجموعه تمام اوربیتال‌های یک اتم که دارای مقدار یکسانی با عدد کوانتومی اصلی هستند، سطح انرژی یا پوسته الکترونی نامیده می‌شود. هر سطح انرژی دلخواه با مقداری n از n 2 اوربیتال تشکیل شده است.

مجموعه ای از اوربیتال ها با مقادیر یکسان عدد کوانتومی اصلی و عدد کوانتومی مداری یک سطح فرعی انرژی است.

هر سطح انرژی، که مربوط به عدد کوانتومی اصلی n است، حاوی n سطح فرعی است. به نوبه خود، هر زیرسطح انرژی با عدد کوانتومی مداری l متشکل از (2l+1) اوربیتال است. بنابراین، زیر لایه s از یک اوربیتال s، زیر لایه p - سه اوربیتال p، زیر لایه d - پنج اوربیتال d و زیر لایه f - هفت اوربیتال f تشکیل شده است. از آنجایی که همانطور که قبلا ذکر شد، یک اوربیتال اتمی اغلب با یک سلول مربعی مشخص می شود، زیرسطح های s-، p-، d- و f را می توان به صورت گرافیکی به صورت زیر نشان داد:

هر اوربیتال مربوط به یک مجموعه کاملاً تعریف شده از سه عدد کوانتومی n، l و m l است.

توزیع الکترون ها در اوربیتال ها را پیکربندی الکترون می گویند.

پر شدن اوربیتال های اتمی با الکترون مطابق با سه شرط انجام می شود:

• اصل حداقل انرژی: الکترون ها اوربیتال ها را از پایین ترین سطح انرژی پر می کنند. ترتیب سطوح فرعی به ترتیب افزایش انرژی به شرح زیر است: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;

به منظور سهولت به خاطر سپردن این توالی پر کردن سطوح فرعی الکترونیکی، تصویر گرافیکی زیر بسیار راحت است:

• اصل پائولی: هر اوربیتال حداکثر می تواند دو الکترون را در خود نگه دارد.

اگر یک الکترون در اوربیتال وجود داشته باشد، آن را جفت نشده و اگر دو عدد باشد، جفت الکترون نامیده می شود.

• قانون هوند: پایدارترین حالت یک اتم حالتی است که در آن، در یک سطح فرعی، اتم دارای حداکثر تعداد ممکن الکترون های جفت نشده باشد. این پایدارترین حالت اتم، حالت پایه نامیده می شود.

در واقع، موارد فوق به این معنی است که به عنوان مثال، قرار دادن الکترون های 1، 2، 3 و 4 بر روی سه اوربیتال سطح فرعی p به صورت زیر انجام می شود:

پر کردن اوربیتال های اتمی از هیدروژن که دارای عدد بار برابر با 1 است به کریپتون (Kr) با عدد بار 36 به صورت زیر انجام می شود:

نمایش مشابهی از ترتیب پر شدن اوربیتال های اتمی، نمودار انرژی نامیده می شود. بر اساس نمودارهای الکترونیکی عناصر جداگانه، می توانید فرمول های الکترونیکی (پیکربندی) آنها را یادداشت کنید. بنابراین، برای مثال، عنصری با 15 پروتون و در نتیجه 15 الکترون، یعنی. فسفر (P) دارای نمودار انرژی زیر است:

وقتی به فرمول الکترونیکی ترجمه شود، اتم فسفر به شکل زیر در می آید:

15 P = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

ارقام با اندازه نرمال در سمت چپ نماد سطح فرعی، تعداد سطح انرژی را نشان می‌دهند، و اعداد بالای سمت راست نماد سطح فرعی، تعداد الکترون‌ها را در زیرسطح مربوطه نشان می‌دهند.

در زیر فرمول های الکترونیکی 36 عنصر اول D.I آمده است. مندلیف

همانطور که قبلا ذکر شد، در حالت پایه، الکترون ها در اوربیتال های اتمی بر اساس اصل حداقل انرژی مرتب شده اند. با این وجود، در حضور اوربیتال‌های خالی p در حالت پایه یک اتم، اغلب، زمانی که انرژی اضافی به آن داده می‌شود، اتم می‌تواند به اصطلاح به حالت برانگیخته منتقل شود. بنابراین، برای مثال، یک اتم بور در حالت پایه خود دارای یک پیکربندی الکترونیکی و یک نمودار انرژی به شکل زیر است:

و در حالت برانگیخته (*)، یعنی. وقتی مقداری انرژی به اتم بور می‌دهیم، پیکربندی الکترونیکی و نمودار انرژی آن به شکل زیر خواهد بود:

بسته به اینکه کدام سطح فرعی در اتم آخرین پر شده باشد، عناصر شیمیایی به s، p، d یا f تقسیم می شوند.

یافتن عناصر s، p، d و f در جدول D.I. مندلیف:

• عناصر s آخرین زیرسطح s را دارند که باید پر شوند. این عناصر شامل عناصر زیرگروه اصلی (در سمت چپ سلول جدول) گروه های I و II هستند.
• برای عناصر p، زیرسطح p پر شده است. عناصر p شامل شش عنصر آخر هر دوره به جز اول و هفتم و همچنین عناصر زیرگروه اصلی گروه های III-VIII است.
• عناصر d در دوره های بزرگ بین عناصر s و p قرار می گیرند.
• عناصر f را لانتانیدها و اکتینیدها می نامند. آنها در انتهای جدول توسط D.I. مندلیف

از آنجایی که هسته‌های اتم‌های واکنش‌دهنده در طول واکنش‌های شیمیایی بدون تغییر باقی می‌مانند (به استثنای تبدیل‌های رادیواکتیو)، خواص شیمیایی اتم‌ها به ساختار لایه‌های الکترونی آن‌ها بستگی دارد. تئوری ساختار الکترونیکی اتمبر اساس دستگاه مکانیک کوانتومی بنابراین، ساختار سطوح انرژی یک اتم را می توان بر اساس محاسبات مکانیکی کوانتومی احتمالات یافتن الکترون در فضای اطراف هسته اتم به دست آورد. برنج. 4.5).

برنج. 4.5. طرح تقسیم سطوح انرژی به سطوح فرعی

مبانی تئوری ساختار الکترونیکی اتم به موارد زیر خلاصه می شود: وضعیت هر الکترون در یک اتم با چهار عدد کوانتومی مشخص می شود: عدد کوانتومی اصلی. n = 1، 2، 3، مداری (ازیموتال) l=0،1،2، n–1; مغناطیسی متر ل = -l، –1,0,1,  ل; چرخش متر س = -1/2, 1/2 .

مطابق با اصل پائولی، در یک اتم نمی توان دو الکترون وجود داشته باشد که مجموعه ای از چهار عدد کوانتومی یکسان داشته باشند n،l،m ل ، م س; مجموعه‌ای از الکترون‌ها با اعداد کوانتومی اصلی یکسان n لایه‌های الکترونی یا سطوح انرژی یک اتم را تشکیل می‌دهند که از هسته شماره‌گذاری شده و به صورت نشان داده می‌شوند. K، L، M، N، O، P، Q،  علاوه بر این، در لایه انرژی با مقدار داده شده nنمی تواند بیشتر از 2n 2 الکترون ها مجموعه ای از الکترون ها با اعداد کوانتومی یکسان nو ل،   سطوح فرعی را تشکیل می دهند که با دور شدن از هسته به عنوان نشان داده می شوند s, p, d, f.

یافتن احتمالی موقعیت یک الکترون در فضای اطراف هسته اتم با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مطابقت دارد. بر اساس مفاهیم مکانیک کوانتومی، یک الکترون در یک اتم مسیر حرکت خاصی ندارد و می تواند در هر بخشی از فضای اطراف هسته قرار گیرد و موقعیت های مختلف آن به عنوان ابر الکترونی با چگالی بار منفی معین در نظر گرفته می شود. فضای اطراف هسته که به احتمال زیاد الکترون در آن یافت می شود نامیده می شود مداری. حدود 90 درصد از ابر الکترونی را شامل می شود. هر سطح فرعی 1s، 2s، 2pو غیره. مربوط به تعداد معینی از اوربیتال های یک شکل خاص است. مثلا، 1s- و 2s-اوربیتال ها کروی هستند و 2p-اوربیتال ها ( 2p ایکس ، 2 ص y ، 2 ص z-اوربیتال ها) در جهات متقابل عمود هستند و شکل دمبل دارند ( برنج. 4.6).

برنج. 4.6. شکل و جهت اوربیتال های الکترونی.

در طی واکنش های شیمیایی، هسته اتم دستخوش تغییراتی نمی شود، فقط پوسته های الکترونی اتم ها تغییر می کنند که ساختار آن بسیاری از خواص عناصر شیمیایی را توضیح می دهد. بر اساس تئوری ساختار الکترونیکی اتم، معنای فیزیکی عمیق قانون تناوبی عناصر شیمیایی مندلیف ایجاد شد و نظریه پیوند شیمیایی ایجاد شد.

توجیه نظری سیستم تناوبی عناصر شیمیایی شامل داده هایی در مورد ساختار اتم است که وجود رابطه ای بین تناوب تغییرات در خواص عناصر شیمیایی و تکرار دوره ای انواع مشابه پیکربندی های الکترونیکی اتم های آنها را تأیید می کند.

در پرتو دکترین ساختار اتم، تقسیم مندلیف از همه عناصر به هفت دوره موجه می شود: تعداد دوره مطابق با تعداد سطوح انرژی اتم های پر از الکترون است. در دوره های کوتاه، با افزایش بار مثبت هسته اتم ها، تعداد الکترون ها در سطح بیرونی افزایش می یابد (در دوره اول از 1 به 2 و در دوره دوم و سوم از 1 به 8). تغییر در خواص عناصر را توضیح می دهد: در ابتدای دوره (به جز اول) فلز قلیایی وجود دارد، سپس به تدریج خواص فلزی ضعیف شده و غیرفلزی ها افزایش می یابد. این نظم را می توان برای عناصر دوره دوم در ردیابی کرد جدول 4.2.

جدول 4.2.

در دوره‌های بزرگ، با افزایش بار هسته‌ها، پر کردن سطوح با الکترون‌ها دشوارتر می‌شود، که تغییر پیچیده‌تر در خواص عناصر را در مقایسه با عناصر دوره‌های کوچک توضیح می‌دهد.

ماهیت یکسان خواص عناصر شیمیایی در زیر گروه ها با ساختار مشابه سطح انرژی خارجی توضیح داده می شود، همانطور که در نشان داده شده است. زبانه 4.3نشان دادن توالی پر شدن الکترونی سطوح انرژی برای زیر گروه‌های فلزات قلیایی.

جدول 4.3.

شماره گروه، به عنوان یک قاعده، تعداد الکترون های یک اتم را نشان می دهد که می توانند در تشکیل پیوندهای شیمیایی شرکت کنند. این معنای فیزیکی شماره گروه است. در چهار مکان جدول تناوبی، عناصر به ترتیب جرم اتمی صعودی نیستند: آرو ک,شرکتو نی,تیهو من,Thو پا. این انحرافات از کاستی های جدول تناوبی عناصر شیمیایی محسوب می شد. دکترین ساختار اتم این انحرافات را توضیح داد. تعیین تجربی بارهای هسته ای نشان داد که آرایش این عناصر با افزایش بارهای هسته آنها مطابقت دارد. علاوه بر این، تعیین تجربی بارهای هسته اتم امکان تعیین تعداد عناصر بین هیدروژن و اورانیوم و همچنین تعداد لانتانیدها را فراهم کرد. اکنون تمام مکان‌های سیستم تناوبی در فاصله زمانی پر می‌شوند Z=1قبل از Z=114با این حال، جدول تناوبی کامل نیست، کشف عناصر ترانس اورانیوم جدید امکان پذیر است.

الگوریتم کامپایل فرمول الکترونیکی یک عنصر:

1. تعداد الکترون های یک اتم را با استفاده از جدول تناوبی عناصر شیمیایی D.I تعیین کنید. مندلیف

2. با تعداد دوره ای که عنصر در آن قرار دارد، تعداد سطوح انرژی را تعیین کنید. تعداد الکترون ها در آخرین سطح الکترونیکی با عدد گروه مطابقت دارد.

3. سطوح را به سطوح فرعی و اوربیتال تقسیم کرده و طبق قوانین پر کردن اوربیتال ها با الکترون پر کنید:

لازم به یادآوری است که سطح اول حداکثر 2 الکترون دارد. 1s2، در دوم - حداکثر 8 (دو سو شش ر: 2s 2 2p 6، در سوم - حداکثر 18 (دو س، شش پ، و ده d: 3s 2 3p 6 3d 10).

• عدد کوانتومی اصلی nباید حداقل باشد
• اول پر شد s-پس سطح فرعی p-، d-b f-سطوح فرعی
• الکترون ها اوربیتال ها را به ترتیب صعودی انرژی مداری پر می کنند (قانون کلچکوفسکی).
• در سطح فرعی، الکترون‌ها ابتدا اوربیتال‌های آزاد را یکی یکی اشغال می‌کنند و تنها پس از آن جفت می‌شوند (قانون هاند).
• نمی تواند بیش از دو الکترون در یک اوربیتال وجود داشته باشد (اصل پائولی).

مثال ها.

1. فرمول الکترونیکی نیتروژن را بنویسید. نیتروژن شماره 7 جدول تناوبی است.

2. فرمول الکترونیکی آرگون را بنویسید. در جدول تناوبی، آرگون در رتبه 18 قرار دارد.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6.

3. فرمول الکترونیکی کروم را بنویسید. در جدول تناوبی کروم شماره 24 است.

1s 2 2 ثانیه 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3 بعدی 5

نمودار انرژی روی

4. فرمول الکترونیکی روی را بنویسید. در جدول تناوبی روی عدد 30 است.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10

توجه داشته باشید که بخشی از فرمول الکترونیکی، یعنی 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 فرمول الکترونیکی آرگون است.

فرمول الکترونیکی روی را می توان به صورت نشان داد.

مکان الکترون ها روی پوسته ها یا سطوح انرژی با استفاده از فرمول های الکترونیکی عناصر شیمیایی ثبت می شود. فرمول ها یا پیکربندی های الکترونیکی به نمایش ساختار اتم یک عنصر کمک می کنند.

ساختار اتم

اتم های همه عناصر از یک هسته با بار مثبت و الکترون هایی با بار منفی تشکیل شده اند که در اطراف هسته قرار دارند.

الکترون ها در سطوح مختلف انرژی قرار دارند. هر چه الکترون از هسته دورتر باشد، انرژی بیشتری دارد. اندازه سطح انرژی با اندازه مدار اتمی یا ابر مداری تعیین می شود. این فضایی است که الکترون در آن حرکت می کند.

برنج. 1. ساختار کلی اتم.

اوربیتال ها می توانند پیکربندی های هندسی مختلفی داشته باشند:

• اوربیتال های s- کروی؛
• اوربیتال های p-، d و f- دمبلی شکل، خوابیده در هواپیماهای مختلف.

در اولین سطح انرژی هر اتمی، همیشه یک اوربیتال s با دو الکترون وجود دارد (یک استثناء هیدروژن است). با شروع از سطح دوم، اوربیتال های s و p در یک سطح هستند.

برنج. 2. اوربیتال های s-، p-، d و f.

اوربیتال ها بدون توجه به محل الکترون ها روی آنها وجود دارند و می توانند پر یا خالی باشند.

ورود به فرمول

پیکربندی الکترونیکی اتم های عناصر شیمیایی بر اساس اصول زیر نوشته می شود:

• هر سطح انرژی مربوط به یک شماره سریال است که با یک عدد عربی مشخص می شود.
• بعد از عدد یک حرف نشان دهنده مدار است.
• بالای حرف متناظر با تعداد الکترون های اوربیتال نوشته می شود.

نمونه های ضبط:

پیکربندی الکترونیکی یک اتمفرمولی است که آرایش الکترون ها را در یک اتم بر اساس سطوح و زیرسطح ها نشان می دهد. پس از مطالعه مقاله متوجه می شوید که الکترون ها کجا و چگونه قرار دارند، با اعداد کوانتومی آشنا می شوید و می توانید پیکربندی الکترونیکی یک اتم را با عدد آن بسازید، در انتهای مقاله جدولی از عناصر وجود دارد.

چرا پیکربندی الکترونیکی عناصر را مطالعه می کنیم؟

اتم ها مانند یک سازنده هستند: تعداد معینی از قطعات وجود دارد، آنها با یکدیگر متفاوت هستند، اما دو بخش از یک نوع دقیقاً مشابه هستند. اما این سازنده بسیار جالب تر از پلاستیکی است و دلیل آن در اینجا آمده است. بسته به اینکه چه کسی در این نزدیکی است، پیکربندی تغییر می کند. مثلاً اکسیژن در کنار هیدروژن شایدتبدیل به آب، در کنار سدیم به گاز، و قرار گرفتن در کنار آهن آن را کاملاً به زنگ زدگی تبدیل می کند. برای پاسخ به این سوال که چرا این اتفاق می افتد و برای پیش بینی رفتار یک اتم در کنار اتم دیگر، باید پیکربندی الکترونیکی آن را مطالعه کرد که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد.

چند الکترون در یک اتم وجود دارد؟

یک اتم از یک هسته و الکترون هایی تشکیل شده است که به دور آن می چرخند، هسته از پروتون ها و نوترون ها تشکیل شده است. در حالت خنثی، هر اتم به اندازه تعداد پروتون های هسته خود تعداد الکترون دارد. تعداد پروتون ها با شماره سریال عنصر مشخص شد، به عنوان مثال، گوگرد دارای 16 پروتون است - عنصر 16 سیستم تناوبی. طلا ۷۹ پروتون دارد که هفتاد و نهمین عنصر جدول تناوبی است. بر این اساس، 16 الکترون در گوگرد در حالت خنثی و 79 الکترون در طلا وجود دارد.

کجا به دنبال الکترون بگردیم؟

با مشاهده رفتار یک الکترون، الگوهای خاصی به دست آمد، آنها با اعداد کوانتومی توصیف می شوند، در مجموع چهار مورد از آنها وجود دارد:

• عدد کوانتومی اصلی
• عدد کوانتومی مداری
• عدد کوانتومی مغناطیسی
• عدد کوانتومی را بچرخانید

مداری

علاوه بر این، به جای کلمه مدار، از اصطلاح "اوربیتال" استفاده خواهیم کرد، اوربیتال تقریباً تابع موج الکترون است - این ناحیه ای است که الکترون 90٪ زمان را در آن می گذراند.

N - سطح
L - پوسته
M l - عدد مداری
M s - اولین یا دومین الکترون در اوربیتال

عدد کوانتومی مداری l

در نتیجه مطالعه ابر الکترونی، مشخص شد که بسته به سطح انرژی، ابر چهار شکل اصلی دارد: یک توپ، دمبل و دو شکل دیگر، پیچیده تر. به ترتیب صعودی انرژی، به این اشکال پوسته های s-، p-، d- و f می گویند. هر یک از این پوسته ها می توانند 1 (روی s)، 3 (روی p)، 5 (روی d) و 7 (روی f) اوربیتال داشته باشند. عدد کوانتومی مداری پوسته ای است که اوربیتال ها روی آن قرار دارند. عدد کوانتومی مداری برای اوربیتال های s، p، d و f به ترتیب مقادیر 0،1،2 یا 3 را می گیرد.

روی پوسته s یک اوربیتال (L=0) - دو الکترون
سه اوربیتال روی پوسته p وجود دارد (L=1) - شش الکترون
پنج اوربیتال روی پوسته d وجود دارد (L=2) - ده الکترون
هفت اوربیتال (L=3) روی پوسته f وجود دارد - چهارده الکترون

عدد کوانتومی مغناطیسی m l

روی پوسته p سه اوربیتال وجود دارد که با اعداد -L تا +L نشان داده می شوند، یعنی برای پوسته p (L=1) اوربیتال های "-1"، "0" و "1" وجود دارد. . عدد کوانتومی مغناطیسی با حرف ml نشان داده می شود.

در داخل پوسته، قرار گرفتن الکترون ها در اوربیتال های مختلف آسان تر است، بنابراین اولین الکترون ها برای هر اوربیتال یکی را پر می کنند و سپس جفت آن به هر یک اضافه می شود.

d-shell را در نظر بگیرید:
پوسته d مربوط به مقدار L=2 است، یعنی پنج اوربیتال (-2،-1،0،1 و 2)، پنج الکترون اول پوسته را پر می کنند و مقادیر Ml =-2 را می گیرند. M l =-1، M l = 0، M l = 1، M l = 2.

عدد کوانتومی m s را بچرخانید

اسپین جهت چرخش یک الکترون حول محور خود است، دو جهت وجود دارد، بنابراین عدد کوانتومی اسپین دارای دو مقدار است: +1/2 و -1/2. فقط دو الکترون با اسپین مخالف می توانند در یک سطح فرعی انرژی باشند. عدد کوانتومی اسپین را m s نشان می دهند

عدد کوانتومی اصلی n

عدد کوانتومی اصلی سطح انرژی است، در حال حاضر هفت سطح انرژی شناخته شده است که هر کدام با یک عدد عربی نشان داده می شوند: 1،2،3،...7. تعداد پوسته ها در هر سطح برابر است با تعداد سطح: یک پوسته در سطح اول، دو پوسته در سطح دوم و غیره وجود دارد.

عدد الکترون

بنابراین، هر الکترونی را می توان با چهار عدد کوانتومی توصیف کرد، ترکیب این اعداد برای هر موقعیت الکترون منحصر به فرد است، بیایید اولین الکترون را بگیریم، کمترین سطح انرژی N=1 است، یک پوسته در سطح اول قرار دارد. اولین پوسته در هر سطحی شکل یک توپ (s -shell) دارد، یعنی. L=0، عدد کوانتومی مغناطیسی می تواند تنها یک مقدار بگیرد، M l = 0 و اسپین برابر با 1/2 + خواهد بود. اگر الکترون پنجم را (در هر اتمی که باشد) بگیریم، اعداد کوانتومی اصلی برای آن عبارتند از: N=2، L=1، M=-1، اسپین 1/2.