Formula electronică a atomului elementului chimic 1s2. Formula electronică a elementelor chimice. Întocmirea unei formule grafice electronice și electronice

Configuratie electronica un atom este o reprezentare numerică a orbitalilor săi de electroni. Orbitii de electroni sunt regiuni de diferite forme situate în jurul nucleului atomic, în care este probabil din punct de vedere matematic să se găsească un electron. Configurația electronică ajută la a spune rapid și ușor cititorului câți orbitali de electroni are un atom, precum și la determinarea numărului de electroni în fiecare orbital. După ce ați citit acest articol, veți stăpâni metoda de compilare a configurațiilor electronice.

Pași

Distribuția electronilor folosind sistemul periodic al lui D. I. Mendeleev

Găsiți numărul atomic al atomului dvs. Fiecare atom are asociat un anumit număr de electroni. Găsiți simbolul atomului dvs. în tabelul periodic. Numărul atomic este un număr întreg pozitiv care începe de la 1 (pentru hidrogen) și crește cu unul pentru fiecare atom ulterior. Numărul atomic este numărul de protoni dintr-un atom și, prin urmare, este și numărul de electroni dintr-un atom cu sarcină zero.

Determinați sarcina unui atom. Atomii neutri vor avea același număr de electroni ca în tabelul periodic. Cu toate acestea, atomii încărcați vor avea mai mulți sau mai puțini electroni, în funcție de mărimea sarcinii lor. Dacă lucrați cu un atom încărcat, adăugați sau scădeți electroni după cum urmează: adăugați un electron pentru fiecare sarcină negativă și scădeți unul pentru fiecare sarcină pozitivă.

• De exemplu, un atom de sodiu cu o sarcină de -1 va avea un electron în plus în plus la numărul său atomic de bază de 11. Cu alte cuvinte, un atom va avea 12 electroni în total.
• Dacă vorbim despre un atom de sodiu cu sarcina de +1, un electron trebuie scăzut din numărul atomic de bază 11. Deci atomul va avea 10 electroni.

1. Memorați lista de bază a orbitalilor. Pe măsură ce numărul de electroni crește într-un atom, aceștia umplu diferitele subniveluri ale învelișului de electroni a atomului conform unei anumite secvențe. Fiecare subnivel al învelișului de electroni, atunci când este umplut, conține un număr par de electroni. Există următoarele subniveluri:

   Înțelegeți înregistrarea configurației electronice. Configurațiile electronice sunt notate pentru a reflecta în mod clar numărul de electroni din fiecare orbital. Orbitalii sunt scrisi secvenţial, cu numărul de atomi din fiecare orbital scris ca superscript în dreapta numelui orbitalului. Configurația electronică finalizată are forma unei secvențe de denumiri de subnivel și superscripte.

   • Iată, de exemplu, cea mai simplă configurație electronică: 1s 2 2s 2 2p 6 . Această configurație arată că există doi electroni în subnivelul 1s, doi electroni în subnivelul 2s și șase electroni în subnivelul 2p. 2 + 2 + 6 = 10 electroni în total. Aceasta este configurația electronică a atomului de neon neutru (numărul atomic de neon este 10).

2. Amintiți-vă ordinea orbitalilor. Rețineți că orbitalii electronilor sunt numerotați în ordinea crescătoare a numărului învelișului de electroni, dar aranjați în ordine ascendentă a energiei. De exemplu, un orbital 4s 2 plin are mai puțină energie (sau mai puțină mobilitate) decât un 3d 10 parțial umplut sau umplut, deci orbitalul 4s este scris primul. Odată ce cunoașteți ordinea orbitalilor, îi puteți completa cu ușurință în funcție de numărul de electroni din atom. Ordinea în care sunt umpluți orbitalii este următoarea: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

   • Configurația electronică a unui atom în care toți orbitalii sunt umpluți va avea următoarea formă: 10 7p 6
   • Rețineți că notația de mai sus, când toate orbitele sunt umplute, este configurația electronică a elementului Uuo (ununoctium) 118, cel mai mare atom numerotat din Tabelul Periodic. Prin urmare, această configurație electronică conține toate subnivelurile electronice cunoscute în prezent ale unui atom încărcat neutru.

3. Completați orbitalii în funcție de numărul de electroni din atomul dvs. De exemplu, dacă vrem să notăm configurația electronică a unui atom de calciu neutru, trebuie să începem prin a căuta numărul său atomic în tabelul periodic. Numărul său atomic este 20, așa că vom scrie configurația unui atom cu 20 de electroni în ordinea de mai sus.

   • Completați orbitalii în ordinea de mai sus până ajungeți la al douăzecilea electron. Primul orbital 1s va avea doi electroni, orbitalul 2s va avea și doi, orbitalul 2p va avea șase, orbitalul 3s va avea doi, orbitalul 3p va avea 6, iar orbitalul 4s va avea 2 (2 + 2 + 6 +2 +6 + 2 = 20 .) Cu alte cuvinte, configurația electronică a calciului are forma: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .
   • Rețineți că orbitalii sunt în ordinea crescătoare a energiei. De exemplu, când sunteți gata să treceți la al 4-lea nivel de energie, apoi notați mai întâi orbitalul 4s și apoi 3d. După al patrulea nivel de energie, treci la al cincilea, unde se repetă aceeași ordine. Acest lucru se întâmplă numai după al treilea nivel de energie.

4. Utilizați tabelul periodic ca indiciu vizual. Probabil ați observat deja că forma tabelului periodic corespunde ordinii subnivelurilor electronice în configurațiile electronice. De exemplu, atomii din a doua coloană din stânga se termină întotdeauna cu „s 2”, în timp ce atomii de pe marginea dreaptă a secțiunii subțiri din mijloc se termină întotdeauna cu „d 10”, și așa mai departe. Utilizați tabelul periodic ca ghid vizual pentru scrierea configurațiilor - deoarece ordinea în care adăugați la orbitali corespunde poziției dvs. în tabel. Vezi mai jos:

   • În special, cele două coloane din stânga conțin atomi ale căror configurații electronice se termină în orbitali s, blocul din dreapta al tabelului conține atomi ale căror configurații se termină în orbitali p, iar în partea de jos a atomilor se termină în orbitali f.
   • De exemplu, când notați configurația electronică a clorului, gândiți-vă astfel: „Acest atom este situat în al treilea rând (sau „perioada”) al tabelului periodic. De asemenea, este situat în a cincea grupă a blocului orbital p a tabelului periodic.De aceea, configurația sa electronică se va termina în... ..3p 5
   • Rețineți că elementele din regiunile orbitale d și f ale tabelului au niveluri de energie care nu corespund perioadei în care sunt situate. De exemplu, primul rând al unui bloc de elemente cu orbitali d corespunde orbitalilor 3d, deși este situat în perioada a 4-a, iar primul rând de elemente cu orbitali f corespunde orbitalii 4f, în ciuda faptului că acesta este situat în perioada a 6-a.

5. Aflați abrevierile pentru scrierea configurațiilor electronice lungi. Se numesc atomii din partea dreaptă a tabelului periodic gaze nobile. Aceste elemente sunt foarte stabile din punct de vedere chimic. Pentru a scurta procesul de scriere a configurațiilor electronice lungi, scrieți pur și simplu între paranteze drepte simbolul chimic pentru cel mai apropiat gaz nobil cu mai puțini electroni decât atomul dvs. și apoi continuați să scrieți configurația electronică a nivelurilor orbitale ulterioare. Vezi mai jos:

   • Pentru a înțelege acest concept, va fi util să scrieți un exemplu de configurare. Să scriem configurația zincului (numărul atomic 30) folosind abrevierea gazului nobil. Configurația completă a zincului arată astfel: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 . Totuși, vedem că 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 este configurația electronică a argonului, un gaz nobil. Pur și simplu înlocuiți partea de configurare electronică a zincului cu simbolul chimic pentru argon între paranteze drepte (.)
   • Deci, configurația electronică a zincului, scrisă în formă prescurtată, este: 4s 2 3d 10 .
   • Rețineți că, dacă scrieți configurația electronică a unui gaz nobil, să spunem argon, nu puteți scrie! Trebuie să folosiți prescurtarea gazului nobil în fața acestui element; pentru argon va fi neon ().

   Utilizarea tabelului periodic AOMAH

   1. Stăpânește tabelul periodic AOMAH. Această metodă de înregistrare a configurației electronice nu necesită memorare, însă necesită un tabel periodic modificat, deoarece în tabelul periodic tradițional, începând din a patra perioadă, numărul perioadei nu corespunde învelișului electronic. Găsiți tabelul periodic AOMAH, un tip special de tabel periodic conceput de omul de știință Valery Zimmerman. Este ușor de găsit cu o scurtă căutare pe internet.

      • În tabelul periodic AOMAH, rândurile orizontale reprezintă grupuri de elemente precum halogeni, gaze nobile, metale alcaline, metale alcalino-pământoase etc. Coloanele verticale corespund nivelurilor electronice, iar așa-numitele „cascade” (linii diagonale care leagă blocurile s, p, d și f) corespund perioadelor.
      • Heliul este mutat în hidrogen, deoarece ambele elemente sunt caracterizate de un orbital 1s. Blocurile perioadelor (s,p,d și f) sunt afișate în partea dreaptă, iar numerele de nivel sunt date în partea de jos. Elementele sunt reprezentate în casete numerotate de la 1 la 120. Aceste numere sunt numerele atomice obișnuite, care reprezintă numărul total de electroni dintr-un atom neutru.

   2. Găsiți-vă atomul în tabelul AOMAH. Pentru a nota configurația electronică a unui element, găsiți simbolul acestuia în tabelul periodic ADOMAH și tăiați toate elementele cu un număr atomic mai mare. De exemplu, dacă trebuie să notați configurația electronică a erbiului (68), tăiați toate elementele de la 69 la 120.

      • Acordați atenție numerelor de la 1 la 8 de la baza tabelului. Acestea sunt numerele de nivel electronic sau numerele coloanelor. Ignorați coloanele care conțin doar elemente tăiate. Pentru erbiu rămân coloanele cu numerele 1,2,3,4,5 și 6.

   3. Numărați subnivelurile orbitale până la elementul dvs. Privind simbolurile bloc afișate în dreapta tabelului (s, p, d și f) și numerele coloanelor afișate în partea de jos, ignorați liniile diagonale dintre blocuri și împărțiți coloanele în bloc-coloane, listându-le în comanda de jos in sus. Și din nou, ignorați blocurile în care toate elementele sunt tăiate. Scrieți blocurile de coloane începând de la numărul coloanei urmat de simbolul blocului, astfel: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (pentru erbium).

      • Vă rugăm să rețineți: configurația electronică Er de mai sus este scrisă în ordinea crescătoare a numărului de subnivel electronic. Poate fi scris și în ordinea în care sunt umpluți orbitalii. Pentru a face acest lucru, urmați cascadele de jos în sus, nu coloane, când scrieți blocuri de coloane: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 12 .

   4. Numărați electronii pentru fiecare subnivel electronic. Numărați elementele din fiecare bloc de coloană care nu au fost tăiate prin atașarea unui electron de la fiecare element și scrieți numărul lor lângă simbolul bloc pentru fiecare bloc de coloană, după cum urmează: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 12 5s 2 5p 6 6s 2 . În exemplul nostru, aceasta este configurația electronică a erbiului.

   5. Fiți conștienți de configurațiile electronice incorecte. Există optsprezece excepții tipice legate de configurațiile electronice ale atomilor în starea cea mai scăzută de energie, numită și starea energiei fundamentale. Ei nu respectă regula generală doar în ultimele două sau trei poziții ocupate de electroni. În acest caz, configurația electronică reală presupune că electronii sunt într-o stare de energie mai mică în comparație cu configurația standard a atomului. Atomii de excepție includ:

      • Cr(..., 3d5, 4s1); Cu(..., 3d10, 4s1); Nb(..., 4d4, 5s1); lu(..., 4d5, 5s1); Ru(..., 4d7, 5s1); Rh(..., 4d8, 5s1); Pd(..., 4d10, 5s0); Ag(..., 4d10, 5s1); La(..., 5d1, 6s2); Ce(..., 4f1, 5d1, 6s2); Gd(..., 4f7, 5d1, 6s2); Au(..., 5d10, 6s1); AC(..., 6d1, 7s2); Th(..., 6d2, 7s2); Pa(..., 5f2, 6d1, 7s2); U(..., 5f3, 6d1, 7s2); Np(..., 5f4, 6d1, 7s2) și cm(..., 5f7, 6d1, 7s2).
   • Pentru a găsi numărul atomic al unui atom atunci când este scris în formă electronică, pur și simplu adunați toate numerele care urmează literelor (s, p, d și f). Acest lucru funcționează doar pentru atomi neutri, dacă aveți de-a face cu un ion, nu va funcționa - va trebui să adăugați sau să scădeți numărul de electroni în plus sau pierduți.
   • Numărul care urmează după litere este un superscript, nu faceți o greșeală în control.
   • „Stabilitatea unui subnivel pe jumătate” nu există. Aceasta este o simplificare. Orice stabilitate care se referă la subniveluri „pe jumătate pline” se datorează faptului că fiecare orbital este ocupat de un electron, astfel încât repulsia între electroni este redusă la minimum.
   • Fiecare atom tinde spre o stare stabilă, iar cele mai stabile configurații au subnivelurile umplute s și p (s2 și p6). Gazele nobile au această configurație, așa că reacționează rar și sunt situate în partea dreaptă a tabelului periodic. Prin urmare, dacă o configurație se termină în 3p 4 , atunci are nevoie de doi electroni pentru a ajunge la o stare stabilă (este nevoie de mai multă energie pentru a pierde șase, inclusiv electroni de nivel s, deci patru este mai ușor de pierdut). Și dacă configurația se termină în 4d 3 , atunci trebuie să piardă trei electroni pentru a ajunge la o stare stabilă. În plus, subnivelurile pe jumătate umplute (s1, p3, d5..) sunt mai stabile decât, de exemplu, p4 sau p2; totuși, s2 și p6 vor fi și mai stabile.
   • Când ai de-a face cu un ion, înseamnă că numărul de protoni nu este același cu numărul de electroni. În acest caz, sarcina atomului va fi afișată în dreapta sus (de obicei) a simbolului chimic. Prin urmare, un atom de antimoniu cu o sarcină de +2 are configurația electronică 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 1 . Rețineți că 5p 3 sa schimbat în 5p 1 . Fiți atenți când configurația unui atom neutru se termină la subniveluri altele decât s și p. Când luați electroni, îi puteți lua doar din orbitalii de valență (orbitalii s și p). Prin urmare, dacă configurația se termină cu 4s 2 3d 7 și atomul primește încărcare +2, atunci configurația se va termina cu 4s 0 3d 7 . Vă rugăm să rețineți că 3d 7 nu modificări, în schimb electronii orbitalului s se pierd.
   • Există condiții când un electron este forțat să „trece la un nivel de energie mai înalt”. Când unui subnivel îi lipsește un electron pentru a fi jumătate sau plin, luați un electron de la cel mai apropiat subnivel s sau p și mutați-l la subnivelul care are nevoie de un electron.
   • Există două opțiuni pentru scrierea unei configurații electronice. Ele pot fi scrise în ordinea crescătoare a numărului de niveluri de energie sau în ordinea în care sunt umpluți orbitalii electronilor, așa cum sa arătat mai sus pentru erbiu.
   • De asemenea, puteți scrie configurația electronică a unui element scriind doar configurația de valență, care este ultimul subnivel s și p. Astfel, configurația de valență a antimoniului va fi 5s 2 5p 3 .
   • Ionii nu sunt la fel. Cu ei e mult mai greu. Treci peste două niveluri și urmează același model, în funcție de unde ai început și de cât de mare este numărul de electroni.

Structura învelișurilor electronice ale atomilor elementelor primelor patru perioade: $s-$, $p-$ și $d-$elemente. Configurația electronică a atomului. Stările fundamentale și excitate ale atomilor

Conceptul de atom a apărut în lumea antică pentru a desemna particulele de materie. În greacă, atom înseamnă „indivizibil”.

Electronii

Fizicianul irlandez Stoney, pe baza unor experimente, a ajuns la concluzia că electricitatea este transportată de cele mai mici particule care există în atomii tuturor elementelor chimice. În 1891$, Stoney a propus să numească aceste particule electroni, care în greacă înseamnă „chihlimbar”.

La câțiva ani după ce electronul și-a primit numele, fizicianul englez Joseph Thomson și fizicianul francez Jean Perrin au demonstrat că electronii poartă o sarcină negativă. Aceasta este cea mai mică sarcină negativă, care în chimie este luată ca unitate $(–1)$. Thomson a reușit chiar să determine viteza electronului (este egală cu viteza luminii - $300.000$ km/s) și masa electronului (este de $1836$ ori mai mică decât masa atomului de hidrogen).

Thomson și Perrin au conectat polii unei surse de curent cu două plăci metalice - un catod și un anod, lipite într-un tub de sticlă, din care aerul a fost evacuat. Când s-a aplicat o tensiune de aproximativ 10 mii de volți plăcilor electrodului, o descărcare luminoasă a fulgerat în tub, iar particulele au zburat de la catod (polul negativ) la anod (polul pozitiv), pe care oamenii de știință l-au numit prima dată. raze catodice, și apoi a aflat că era un flux de electroni. Electronii, lovind substanțe speciale aplicate, de exemplu, pe un ecran de televizor, provoacă o strălucire.

S-a făcut concluzia: electronii scapă din atomii materialului din care este făcut catodul.

Electronii liberi sau fluxul lor pot fi obținuți și în alte moduri, de exemplu, prin încălzirea unui fir metalic sau prin căderea luminii asupra metalelor formate din elemente din subgrupul principal al grupei I a tabelului periodic (de exemplu, cesiu).

Starea electronilor într-un atom

Starea unui electron într-un atom este înțeleasă ca un set de informații despre energie electron specific în spaţiuîn care se află. Știm deja că un electron dintr-un atom nu are o traiectorie de mișcare, adică. pot vorbi doar despre probabilități găsindu-l în spaţiul din jurul nucleului. Poate fi situat în orice parte a acestui spațiu care înconjoară nucleul, iar totalitatea diferitelor sale poziții este considerată ca un nor de electroni cu o anumită densitate de sarcină negativă. Figurat, acest lucru poate fi imaginat după cum urmează: dacă ar fi posibil să se fotografieze poziția unui electron într-un atom în sutimi sau milionatimi de secundă, ca într-un finisaj foto, atunci electronul din astfel de fotografii ar fi reprezentat ca un punct. Suprapunerea a nenumărate astfel de fotografii ar avea ca rezultat o imagine a unui nor de electroni cu cea mai mare densitate acolo unde există majoritatea acestor puncte.

Figura prezintă o „tăiere” a unei astfel de densități de electroni într-un atom de hidrogen care trece prin nucleu, iar o sferă este delimitată de o linie întreruptă, în interiorul căreia probabilitatea de a găsi un electron este de $90%$. Conturul cel mai apropiat de nucleu acoperă regiunea spațiului în care probabilitatea de a găsi un electron este $10%$, probabilitatea de a găsi un electron în interiorul celui de-al doilea contur din nucleu este $20%$, în interiorul celui de-al treilea - $≈30 %$ etc. Există o oarecare incertitudine în starea electronului. Pentru a caracteriza această stare specială, fizicianul german W. Heisenberg a introdus conceptul de principiul incertitudinii, adică a arătat că este imposibil să se determine simultan și exact energia și locația electronului. Cu cât energia unui electron este determinată mai precis, cu atât poziția sa este mai incertă și invers, după ce s-a determinat poziția, este imposibil să se determine energia electronului. Regiunea cu probabilitate de detectare a electronilor nu are granițe clare. Cu toate acestea, este posibil să se evidențieze spațiul în care probabilitatea de a găsi un electron este maximă.

Spațiul din jurul nucleului atomic, în care electronul este cel mai probabil să se găsească, se numește orbital.

Conține aproximativ 90%$ din norul de electroni, ceea ce înseamnă că aproximativ 90%$ din timpul în care electronul se află în această parte a spațiului. După formă, se disting $4$ dintre tipurile de orbitali cunoscute în prezent, care sunt notați cu literele latine $s, p, d$ și $f$. O reprezentare grafică a unor forme de orbitali electronici este prezentată în figură.

Cea mai importantă caracteristică a mișcării unui electron pe o anumită orbită este energia conexiunii acestuia cu nucleul. Electronii cu valori energetice similare formează un singur stratul electronic, sau nivel de energie. Nivelurile de energie sunt numerotate începând de la nucleu: $1, 2, 3, 4, 5, 6$ și $7$.

Un număr întreg $n$ care indică numărul nivelului de energie se numește număr cuantic principal.

Caracterizează energia electronilor care ocupă un anumit nivel de energie. Electronii primului nivel energetic, cel mai aproape de nucleu, au cea mai mică energie. În comparație cu electronii primului nivel, electronii nivelurilor următoare se caracterizează printr-o cantitate mare de energie. În consecință, electronii de la nivelul exterior sunt cei mai puțin puternic legați de nucleul atomului.

Numărul de niveluri de energie (straturi electronice) dintr-un atom este egal cu numărul perioadei din sistemul lui D. I. Mendeleev, căruia îi aparține elementul chimic: atomii elementelor primei perioade au un singur nivel de energie; a doua perioadă - două; a șaptea perioadă - șapte.

Cel mai mare număr de electroni din nivelul de energie este determinat de formula:

unde $N$ este numărul maxim de electroni; $n$ este numărul de nivel sau numărul cuantic principal. În consecință: primul nivel de energie cel mai apropiat de nucleu nu poate conține mai mult de doi electroni; pe al doilea - nu mai mult de $8$; pe a treia - nu mai mult de $18$; pe a patra - nu mai mult de $32$. Și cum sunt, la rândul lor, aranjate nivelurile de energie (straturile electronice)?

Pornind de la al doilea nivel energetic $(n = 2)$, fiecare dintre niveluri este subdivizat în subniveluri (substraturi), care diferă oarecum unele de altele prin energia de legare cu nucleul.

Numărul de subniveluri este egal cu valoarea numărului cuantic principal: primul nivel de energie are un subnivel; al doilea - doi; a treia - trei; al patrulea este patru. Subnivelurile, la rândul lor, sunt formate din orbitali.

Fiecare valoare de $n$ corespunde numărului de orbitali egal cu $n^2$. Conform datelor prezentate în tabel, este posibilă urmărirea relației dintre numărul cuantic principal $n$ și numărul de subniveluri, tipul și numărul de orbitali și numărul maxim de electroni pe subnivel și nivel.

Numărul cuantic principal, tipurile și numărul de orbitali, numărul maxim de electroni la subniveluri și niveluri.

Se obișnuiește să se desemneze subnivelurile cu litere latine, precum și forma orbitalilor din care sunt formați: $s, p, d, f$. Asa de:

• $s$-subnivel - primul subnivel al fiecărui nivel energetic cel mai apropiat de nucleul atomic, este format dintr-un $s$-orbital;
• $p$-subnivel - al doilea subnivel al fiecăruia, cu excepția primului, nivelul energetic, este format din trei $p$-orbitali;
• $d$-subnivel - al treilea subnivel al fiecăruia, începând cu al treilea nivel energetic, este format din cinci $d$-orbitali;
• Subnivelul $f$ al fiecăruia, începând de la al patrulea nivel de energie, este format din șapte $f$-orbitali.

nucleul atomic

Dar nu numai electronii fac parte din atomi. Fizicianul Henri Becquerel a descoperit că un mineral natural care conține sare de uraniu emite și radiații necunoscute, luminând filme fotografice care sunt închise de lumină. Acest fenomen a fost numit radioactivitate.

Există trei tipuri de raze radioactive:

1. $α$-razele, care constau din $α$-particule având o sarcină de $2$ ori mai mare decât sarcina unui electron, dar cu semn pozitiv, și o masă de $4$ ori mai mare decât masa unui atom de hidrogen;
2. Razele $β$ sunt un flux de electroni;
3. Razele $γ$ sunt unde electromagnetice cu o masă neglijabilă care nu poartă o sarcină electrică.

În consecință, atomul are o structură complexă - constă dintr-un nucleu încărcat pozitiv și electroni.

Cum este aranjat atomul?

În 1910, la Cambridge, lângă Londra, Ernest Rutherford împreună cu studenții și colegii săi au studiat împrăștierea particulelor $α$ care treceau prin folie subțire de aur și cădeau pe un ecran. Particulele alfa au deviat de obicei de la direcția inițială doar cu un grad, confirmând, se pare, uniformitatea și uniformitatea proprietăților atomilor de aur. Și deodată, cercetătorii au observat că unele particule $α$ și-au schimbat brusc direcția traseului, ca și cum ar întâlni un fel de obstacol.

Prin plasarea ecranului în fața foliei, Rutherford a reușit să detecteze chiar și acele cazuri rare în care particulele $α$, reflectate de atomii de aur, zburau în direcția opusă.

Calculele au arătat că fenomenele observate ar putea apărea dacă întreaga masă a atomului și toată sarcina lui pozitivă ar fi concentrate într-un nucleu central minuscul. Raza nucleului, după cum s-a dovedit, este de 100.000 de ori mai mică decât raza întregului atom, acea zonă în care există electroni care au o sarcină negativă. Dacă aplicăm o comparație figurativă, atunci întregul volum al atomului poate fi asemănat cu stadionul Luzhniki, iar nucleul poate fi asemănat cu o minge de fotbal situată în centrul terenului.

Un atom al oricărui element chimic este comparabil cu un sistem solar minuscul. Prin urmare, un astfel de model al atomului, propus de Rutherford, se numește planetar.

Protoni și neutroni

Se pare că micul nucleu atomic, în care este concentrată întreaga masă a atomului, este format din particule de două tipuri - protoni și neutroni.

Protoni au o sarcină egală cu sarcina electronilor, dar opus în semnul $(+1)$, și o masă egală cu masa unui atom de hidrogen (este acceptată în chimie ca unitate). Protonii sunt notați cu $↙(1)↖(1)p$ (sau $р+$). Neutroni nu poartă o sarcină, sunt neutre și au masa egală cu masa unui proton, adică. $1$. Neutronii sunt notați cu $↙(0)↖(1)n$ (sau $n^0$).

Protonii și neutronii sunt numiți în mod colectiv nucleonii(din lat. nucleu- nucleu).

Se numește suma numărului de protoni și neutroni dintr-un atom numar de masa. De exemplu, numărul de masă al unui atom de aluminiu:

Deoarece masa electronului, care este neglijabilă, poate fi neglijată, este evident că întreaga masă a atomului este concentrată în nucleu. Electronii se notează astfel: $e↖(-)$.

Deoarece atomul este neutru din punct de vedere electric, este, de asemenea, evident că că numărul de protoni și electroni dintr-un atom este același. Este egal cu numărul atomic al elementului chimic atribuite acestuia în Tabelul Periodic. De exemplu, nucleul unui atom de fier conține $26$ protoni, iar $26$ electroni se învârt în jurul nucleului. Și cum se determină numărul de neutroni?

După cum știți, masa unui atom este suma masei protonilor și neutronilor. Cunoscând numărul ordinal al elementului $(Z)$, i.e. numărul de protoni și numărul de masă $(A)$, egal cu suma numerelor de protoni și neutroni, puteți găsi numărul de neutroni $(N)$ folosind formula:

De exemplu, numărul de neutroni dintr-un atom de fier este:

$56 – 26 = 30$.

Tabelul prezintă principalele caracteristici ale particulelor elementare.

Caracteristicile de bază ale particulelor elementare.

izotopi

Varietățile de atomi ai aceluiași element care au aceeași sarcină nucleară, dar numere de masă diferite sunt numite izotopi.

Cuvânt izotop este format din două cuvinte grecești: isos- la fel și topos- loc, înseamnă „ocupând un loc” (celulă) în sistemul periodic de elemente.

Elementele chimice găsite în natură sunt un amestec de izotopi. Astfel, carbonul are trei izotopi cu masa de $12, 13, 14$; oxigen - trei izotopi cu o masă de $16, 17, 18$ etc.

De obicei, dată în sistemul periodic, masa atomică relativă a unui element chimic este valoarea medie a maselor atomice ale unui amestec natural de izotopi ai unui element dat, ținând cont de abundența lor relativă în natură, prin urmare, valorile masele atomice sunt destul de des fracționate. De exemplu, atomii naturali de clor sunt un amestec de doi izotopi - $35$ (există $75%$ în natură) și $37$ (există $25%$); prin urmare, masa atomică relativă a clorului este de $35,5$. Izotopii clorului se scriu după cum urmează:

$↖(35)↙(17)(Cl)$ și $↖(37)↙(17)(Cl)$

Proprietățile chimice ale izotopilor de clor sunt exact aceleași cu izotopii majorității elementelor chimice, cum ar fi potasiul, argonul:

$↖(39)↙(19)(K)$ și $↖(40)↙(19)(K)$, $↖(39)↙(18)(Ar)$ și $↖(40)↙(18) )(Ar)$

Cu toate acestea, izotopii de hidrogen diferă foarte mult în proprietăți datorită creșterii dramatice a masei lor atomice relative; li s-au dat chiar denumiri individuale și semne chimice: protium - $↖(1)↙(1)(H)$; deuteriu - $↖(2)↙(1)(H)$, sau $↖(2)↙(1)(D)$; tritiu - $↖(3)↙(1)(H)$ sau $↖(3)↙(1)(T)$.

Acum este posibil să oferim o definiție modernă, mai riguroasă și științifică a unui element chimic.

Un element chimic este o colecție de atomi cu aceeași sarcină nucleară.

Structura învelișurilor electronice ale atomilor elementelor primelor patru perioade

Luați în considerare maparea configurațiilor electronice ale atomilor elementelor după perioadele sistemului lui D. I. Mendeleev.

Elemente ale primei perioade.

Schemele structurii electronice a atomilor arată distribuția electronilor peste straturile electronice (nivelurile de energie).

Formulele electronice ale atomilor arată distribuția electronilor pe niveluri și subniveluri de energie.

Formulele electronice grafice ale atomilor arată distribuția electronilor nu numai în niveluri și subniveluri, ci și în orbiti.

Într-un atom de heliu, primul strat de electroni este complet - are $2$ electroni.

Hidrogenul și heliul sunt $s$-elemente, acești atomi au $s$-orbitali plini cu electroni.

Elemente ale perioadei a doua.

Pentru toate elementele din a doua perioadă, primul strat de electroni este umplut, iar electronii umplu orbitalii $s-$ și $p$ ai celui de-al doilea strat de electroni în conformitate cu principiul energiei minime (mai întâi $s$, apoi $p$) si regulile lui Pauli si Hund.

În atomul de neon, al doilea strat de electroni este complet - are $8$ electroni.

Elemente ale perioadei a treia.

Pentru atomii elementelor din a treia perioadă, primul și al doilea strat de electroni sunt completați, astfel încât al treilea strat de electroni este umplut, în care electronii pot ocupa subnivelurile 3s, 3p și 3d.

Structura învelișurilor de electroni ale atomilor elementelor din perioada a treia.

Un orbital $3,5$-electron este completat la atomul de magneziu. $Na$ și $Mg$ sunt elemente $s$.

Pentru aluminiu și elementele ulterioare, subnivelul $3d$ este umplut cu electroni.

$↙(18)(Ar)$ Argon

$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)s^2(3)p^6$

Într-un atom de argon, stratul exterior (al treilea strat de electroni) are $8$ electroni. Pe măsură ce stratul exterior este completat, dar în total, în al treilea strat de electroni, după cum știți deja, pot fi 18 electroni, ceea ce înseamnă că elementele din a treia perioadă au $3d$-orbitali rămase neumplute.

Toate elementele de la $Al$ la $Ar$ - $p$ -elemente.

$s-$ și $r$ -elemente formă principalele subgrupuriîn sistemul periodic.

Elemente ale perioadei a patra.

Atomii de potasiu și calciu au un al patrulea strat de electroni, subnivelul $4s$ este umplut, deoarece are mai puțină energie decât subnivelul $3d$. Pentru a simplifica formulele electronice grafice ale atomilor elementelor din perioada a patra:

1. notăm condiționat formula electronică grafică a argonului astfel: $Ar$;
2. nu vom descrie subnivelurile care nu sunt umplute pentru acești atomi.

$K, Ca$ - $s$ -elemente, incluse în principalele subgrupe. Pentru atomii de la $Sc$ la $Zn$, subnivelul 3d este umplut cu electroni. Acestea sunt elemente de $3d$. Sunt incluși în subgrupuri laterale, stratul lor de electroni pre-extern este umplut, se face referire la ei elemente de tranziție.

Acordați atenție structurii învelișurilor de electroni ale atomilor de crom și cupru. În ele are loc o „eșec” a unui electron de la subnivelul $4s-$ la $3d$, care se explică prin stabilitatea energetică mai mare a configurațiilor electronice rezultate $3d^5$ și $3d^(10)$:

$↙(24)(Cr)$ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(4) 4s^(2)…$

$↙(29)(Cu)$ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(9)4s^(2)…$

Simbol element, număr de serie, nume	Diagrama structurii electronice	Formula electronica	Formula electronică grafică
$↙(19)(K)$ Potasiu		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1$
$↙(20)(C)$ Calciu		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2$
$↙(21)(Sc)$ Scandiu		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^1$ sau $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^1(4)s^1$
$↙(22)(Ti)$ Titan		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^2$ sau $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^2(4)s^2$
$↙(23)(V)$ Vanadiu		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^3$ sau $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^3(4)s^2$
$↙(24)(Cr)$ Chrome		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^5$ sau $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^5(4)s^1$
$↙(29)(Сu)$ Crom		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^(10)$ sau $1s^2(2)s^2(2) )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^1$
$↙(30)(Zn)$ Zinc		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)$ sau $1s^2(2)s^2(2) )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^2$
$↙(31)(Ga)$ Galiu		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^(1)$ sau $1s^2(2) s^2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^(1)$
$↙(36)(Kr)$ Krypton		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^6$ sau $1s^2(2)s^ 2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^6$

În atomul de zinc, al treilea strat de electroni este complet - toate subnivelurile $3s, 3p$ și $3d$ sunt umplute în el, în total există $18$ de electroni pe ele.

În elementele care urmează zincului, al patrulea strat de electroni, subnivelul $4p$, continuă să fie umplut. Elemente de la $Ga$ la $Kr$ - $r$ -elemente.

Stratul exterior (al patrulea) al unui atom de cripton este completat, are $8$ de electroni. Dar doar în al patrulea strat de electroni, după cum știți, pot exista 32$ de electroni; atomul de cripton are încă subniveluri $4d-$ și $4f$ necompletate.

Elementele perioadei a cincea umple subnivelurile în următoarea ordine: $5s → 4d → 5р$. Și există și excepții legate de „eșecul” electronilor, pentru $↙(41)Nb$, $↙(42)Mo$, $↙(44)Ru$, $↙(45)Rh$, $↙( 46) Pd$, $↙(47)Ag$. $f$ apar în perioadele a șasea și a șaptea -elemente, adică elemente ale căror subniveluri $4f-$ și, respectiv, $5f$ ale celui de-al treilea strat electronic exterior sunt umplute.

4f$ -elemente numit lantanide.

$5f$ -elemente numit actinide.

Ordinea de umplere a subnivelurilor electronice în atomii elementelor din perioada a șasea: $↙(55)Cs$ și $↙(56)Ba$ - $6s$-elemente; $↙(57)La ... 6s^(2)5d^(1)$ - $5d$-element; $↙(58)Ce$ – $↙(71)Lu - 4f$-elemente; $↙(72)Hf$ – $↙(80)Hg - 5d$-elemente; $↙(81)Т1$ – $↙(86)Rn - 6d$-elemente. Dar chiar și aici există elemente în care ordinea de umplere a orbitalilor de electroni este încălcată, ceea ce, de exemplu, este asociat cu o mai mare stabilitate energetică a subnivelurilor $f$ pline la jumătate și complet, adică. $nf^7$ și $nf^(14)$.

În funcție de subnivelul atomului umplut cu electroni, toate elementele, așa cum ați înțeles deja, sunt împărțite în patru familii electronice sau blocuri:

1. $s$ -elemente; subnivelul $s$ al nivelului exterior al atomului este umplut cu electroni; $s$-elementele includ hidrogenul, heliul si elementele principalelor subgrupe ale grupelor I si II;
2. $r$ -elemente; subnivelul $p$ al nivelului exterior al atomului este umplut cu electroni; $p$-elementele includ elemente ale principalelor subgrupe ale grupelor III–VIII;
3. $d$ -elemente; subnivelul $d$ al nivelului preextern al atomului este umplut cu electroni; $d$-elementele includ elemente ale subgrupurilor secundare ale grupelor I–VIII, i.e. elemente de decenii intercalate de perioade mari situate între $s-$ şi $p-$elemente. Se mai numesc si ei elemente de tranziție;
4. $f$ -elemente;$f-$subnivelul celui de-al treilea nivel al atomului din exterior este umplut cu electroni; acestea includ lantanide și actinide.

Configurația electronică a atomului. Stările fundamentale și excitate ale atomilor

Fizicianul elvețian W. Pauli în 1925$ a stabilit că Un atom poate avea cel mult doi electroni într-un orbital. având rotiri opuse (antiparalele) (tradus din engleză ca ax), adică posedând astfel de proprietăți care pot fi imaginate condiționat ca rotația unui electron în jurul axei sale imaginare în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic. Acest principiu se numește principiul Pauli.

Dacă există un electron într-un orbital, atunci se numește nepereche, dacă doi, atunci asta electroni perechi, adică electroni cu spini opuși.

Figura prezintă o diagramă a împărțirii nivelurilor de energie în subniveluri.

$s-$ Orbital, după cum știți deja, are o formă sferică. Electronul atomului de hidrogen $(n = 1)$ este situat pe acest orbital și este nepereche. Potrivit acestuia a lui formula electronica, sau configuratie electronica, este scris astfel: $1s^1$. În formulele electronice, numărul nivelului de energie este indicat de numărul din fața literei $ (1 ...) $, litera latină denotă subnivelul (tipul orbital), iar numărul care este scris în dreapta lui litera (ca exponent) arată numărul de electroni din subnivel.

Pentru un atom de heliu He, care are doi electroni perechi în același $s-$orbital, această formulă este: $1s^2$. Învelișul de electroni a atomului de heliu este complet și foarte stabil. Heliul este un gaz nobil. Al doilea nivel de energie $(n = 2)$ are patru orbiti, unul $s$ și trei $p$. Electronii $s$-orbitali de nivel al doilea (orbitalii $2s$) au o energie mai mare, deoarece sunt la o distanță mai mare de nucleu decât electronii orbitalului $1s$ $(n = 2)$. În general, pentru fiecare valoare de $n$ există câte un $s-$orbital, dar cu o cantitate corespunzătoare de energie electronică pe el și, prin urmare, cu un diametru corespunzător, crescând cu valoarea de $n$.$s- $Creșterile orbitale, după cum știți deja, au o formă sferică. Electronul atomului de hidrogen $(n = 1)$ este situat pe acest orbital și este nepereche. Prin urmare, formula sa electronică, sau configurația electronică, este scrisă după cum urmează: $1s^1$. În formulele electronice, numărul nivelului de energie este indicat de numărul din fața literei $ (1 ...) $, litera latină denotă subnivelul (tipul orbital), iar numărul care este scris în dreapta lui litera (ca exponent) arată numărul de electroni din subnivel.

Pentru un atom de heliu $He$, care are doi electroni perechi în același $s-$orbital, această formulă este: $1s^2$. Învelișul de electroni a atomului de heliu este complet și foarte stabil. Heliul este un gaz nobil. Al doilea nivel de energie $(n = 2)$ are patru orbiti, unul $s$ și trei $p$. Electronii $s-$orbitalii de al doilea nivel ($2s$-orbitalii) au o energie mai mare, deoarece sunt la o distanță mai mare de nucleu decât electronii orbitalului $1s$ $(n = 2)$. În general, pentru fiecare valoare de $n$ există câte un $s-$orbital, dar cu o cantitate corespunzătoare de energie electronică pe el și, prin urmare, cu un diametru corespunzător, crescând pe măsură ce valoarea lui $n$ crește.

$r-$ Orbital Are forma unei gantere, sau volumul opt. Toți cei trei $p$-orbitali sunt localizați în atom reciproc perpendicular de-a lungul coordonatelor spațiale trasate prin nucleul atomului. Trebuie subliniat din nou că fiecare nivel de energie (stratul electronic), începând de la $n= 2$, are trei $p$-orbitali. Pe masura ce valoarea lui $n$ creste, electronii ocupa $p$-orbitali situati la distante mari de nucleu si indreptati de-a lungul axelor $x, y, z$.

Pentru elementele din a doua perioadă $(n = 2)$, se umple mai întâi un $s$-orbital, apoi trei $p$-orbitali; formula electronică $Li: 1s^(2)2s^(1)$. Electronul $2s^1$ este mai puțin legat de nucleul atomic, așa că un atom de litiu îl poate ceda cu ușurință (după cum probabil vă amintiți, acest proces se numește oxidare), transformându-se într-un ion de litiu $Li^+$.

În atomul de beriliu Be, al patrulea electron este de asemenea plasat în orbital $2s$: $1s^(2)2s^(2)$. Cei doi electroni exteriori ai atomului de beriliu se desprind usor - $B^0$ este oxidat in cationul $Be^(2+)$.

Al cincilea electron al atomului de bor ocupă orbitalul $2p$: $1s^(2)2s^(2)2p^(1)$. În continuare, se umple orbitalii $2p$ ai atomilor $C, N, O, F$, care se termină cu gazul nobil de neon: $1s^(2)2s^(2)2p^(6)$.

Pentru elementele din a treia perioadă, sunt completați orbitalii $3s-$ și, respectiv, $3p$. Cinci $d$-orbitali ai celui de-al treilea nivel rămân liberi:

$↙(11)Na 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(1)$,

$↙(17)Cl 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(5)$,

$↙(18)Ar 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)$.

Uneori, în diagramele care înfățișează distribuția electronilor în atomi, este indicat doar numărul de electroni la fiecare nivel de energie, adică. scrieți formule electronice abreviate ale atomilor elementelor chimice, în contrast cu formulele electronice complete de mai sus, de exemplu:

$↙(11)Na 2, 8, 1;$ $↙(17)Cl 2, 8, 7;$ $↙(18)Ar 2, 8, 8$.

Pentru elementele de perioade mari (a patra și a cincea), primii doi electroni ocupă respectiv $4s-$ și $5s$-orbitali: $↙(19)K 2, 8, 8, 1;$ $↙(38)Sr 2 , 8, 18, 8, 2$. Pornind de la al treilea element al fiecărei perioade mari, următorii zece electroni vor merge la orbitalii anteriori $3d-$, respectiv $4d-$(pentru elementele subgrupurilor secundare): $↙(23)V 2, 8, 11 , 2;$ $↙( 26)Fr 2, 8, 14, 2;$ $↙(40)Zr 2, 8, 18, 10, 2;$ $↙(43)Tc 2, 8, 18, 13, 2$. De regulă, atunci când subnivelul $d$ anterior este completat, subnivelul exterior (respectiv $4p-$ și $5p-$) $p-$ va începe să fie completat: $↙(33)As 2, 8, 18, 5;$ $ ↙(52)Te 2, 8, 18, 18, 6$.

Pentru elementele de perioade mari - a șasea și a șaptea incompletă - nivelurile și subnivelurile electronice sunt umplute cu electroni, de regulă, după cum urmează: primii doi electroni intră în $s-$subnivelul exterior: $↙(56)Ba 2, 8 , 18, 18, 8, 2;$ $↙(87)Fr 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1$; următorul electron (pentru $La$ și $Ca$) la subnivelul $d$ anterior: $↙(57)La 2, 8, 18, 18, 9, 2$ și $↙(89)Ac 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2$.

Apoi, următorii electroni $14$ vor intra în al treilea nivel de energie din exterior, orbitalii $4f$ și $5f$ ai lantonidelor și, respectiv, actinidelor: $↙(64)Gd 2, 8, 18, 25, 9, 2 ;$ $↙(92 )U 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2$.

Apoi, al doilea nivel de energie exterior ($d$-subnivel) va începe să se acumuleze din nou pentru elementele subgrupurilor laterale: $↙(73)Ta 2, 8, 18, 32, 11, 2;$ $↙(104) Rf 2, 8, 18 , 32, 32, 10, 2$. Și, în sfârșit, numai după ce subnivelul $d$ este complet umplut cu zece electroni, subnivelul $p$ va fi umplut din nou: $↙(86)Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8$.

Foarte des, structura învelișurilor de electroni ale atomilor este descrisă folosind energie sau celule cuantice - ei notează așa-numitele formule electronice grafice. Pentru această înregistrare se folosește următoarea notație: fiecare celulă cuantică este notată cu o celulă care corespunde unui orbital; fiecare electron este indicat printr-o săgeată corespunzătoare direcției spinului. Când scrieți o formulă electronică grafică, trebuie reținute două reguli: principiul Pauli, conform căreia o celulă (orbital) nu poate avea mai mult de doi electroni, dar cu spin antiparalel, și F. regula lui Hund, conform căreia electronii ocupă celulele libere mai întâi pe rând și au în același timp aceeași valoare de spin și abia apoi pereche, dar spinii în acest caz, conform principiului Pauli, vor fi deja direcționați opus.

Sarcina 11.
Scrieți o formulă grafică electronică pentru al 17-lea element, determinați-i electronii de valență și caracterizați-i folosind numere cuantice.
Soluţie:
Configuratie electronica nlx , Unde n este numărul cuantic principal, l X n+1 (regula lui Klechkovsky

1s>2s>2p>3s>3p>4s>3d>4p>5s>4d>5p>6s>(5d1)>4f>5d>6p>7s>(6d1-2)>5f>6d>7p

Deoarece numărul de electroni dintr-un atom al unui element este egal cu numărul său de serie din tabelul din D.I. Mendeleev, apoi pentru al 17-lea element - clorul (Cl - numărul de serie 17) formula electronică este:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

Electroni de valență ai clorului 3s 2 3p 5 - sunt pe subnivelurile 3s și 3p Există 7 electroni în orbitalii de valență ai atomului de Cl. Prin urmare, elementul este plasat în a șaptea grupă a sistemului periodic al lui D.I. Mendeleev.

Formula electronică pentru atomul de titan

Sarcina 12.
Scrieți o formulă electronică pentru atomul de titan, determinați electronii de valență și caracterizați-i folosind numere cuantice.
Soluţie:
Formulele electronice afișează distribuția electronilor într-un atom după niveluri de energie, subnivele (orbitali atomici). Configuratie electronica notate prin grupuri de caractere nlx , Unde n este numărul cuantic principal, l - numărul cuantic orbital (în loc să indicați desemnarea literei corespunzătoare - s, p, d, f), X este numărul de electroni dintr-un anumit subnivel (orbitali). În acest caz, trebuie luat în considerare faptul că electronul ocupă subnivelul de energie la care are cea mai mică energie - o sumă mai mică n+1 (regula lui Klechkovsky). Secvența nivelurilor și subnivelurilor de energie de umplere este următoarea:

1s>2s>2p>3s>3p>4s>3d>4p>5s>4d>5p>6s>(5d1)>4f>5d>6p>7s>(6d1-2)>5f>6d>7p

Deoarece numărul de electroni dintr-un atom al unui element este egal cu numărul său de serie din tabelul din D.I. Mendeleev, atunci pentru al 22-lea element -Ti formula electronică are forma:

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

Electroni de valență ai titanului 4s 2 3d 2 sunt pe subnivele 4s 3d. În formulele grafice electronice ale atomilor, fiecare orbital atomic este notat cu un pătrat ().

Sarcina de a compila formula electronică a unui element chimic nu este cea mai ușoară.

Deci, algoritmul pentru compilarea formulelor electronice ale elementelor este următorul:

• În primul rând, notăm semnul chimiei. element, unde mai jos în stânga semnului indicăm numărul de serie al acestuia.
• În plus, după numărul perioadei (din care elementul) determinăm numărul de niveluri de energie și desenăm lângă semnul elementului chimic un astfel de număr de arce.
• Apoi, în funcție de numărul grupului, numărul de electroni din nivelul exterior este scris sub arc.
• La nivelul 1, maximul posibil este 2e, la al doilea este deja 8, la al treilea - până la 18. Începem să punem numere sub arcurile corespunzătoare.
• Numărul de electroni la penultimul nivel trebuie calculat după cum urmează: numărul de electroni deja atașați se scade din numărul de serie al elementului.
• Rămâne să ne transformăm circuitul într-o formulă electronică:

Iată formulele electronice ale unor elemente chimice:

• 1. Scriem elementul chimic și numărul său de serie.Numărul arată numărul de electroni din atom.
  2. Facem o formulă. Pentru a face acest lucru, trebuie să aflați numărul de niveluri de energie, se ia baza pentru determinarea numărului perioadei elementului.
  3. Împărțim nivelurile în sub-niveluri.

  Mai jos puteți vedea un exemplu despre cum să compuneți corect formulele electronice ale elementelor chimice.

Trebuie să compuneți formulele electronice ale elementelor chimice în acest fel: trebuie să vă uitați la numărul elementului din tabelul periodic, aflând astfel câți electroni are. Apoi trebuie să aflați numărul de niveluri, care este egal cu perioada. Apoi se scriu și se completează subnivelurile:

În primul rând, trebuie să determinați numărul de atomi conform tabelului periodic.



Pentru a compila o formulă electronică, veți avea nevoie de sistemul periodic al lui Mendeleev. Găsiți-vă elementul chimic acolo și uitați-vă la perioada - va fi egală cu numărul de niveluri de energie. Numărul grupului va corespunde numeric cu numărul de electroni din ultimul nivel. Numărul elementului va fi cantitativ egal cu numărul de electroni ai acestuia.De asemenea, trebuie să știți că există maxim 2 electroni la primul nivel, 8 la al doilea și 18 la al treilea.

Acestea sunt cele mai importante. În plus, pe Internet (inclusiv site-ul nostru) puteți găsi informații cu o formulă electronică gata făcută pentru fiecare element, astfel încât să vă puteți verifica singur.

Compilarea formulelor electronice ale elementelor chimice este un proces foarte complex, nu puteți face fără tabele speciale și trebuie să utilizați o mulțime de formule. Pentru a rezuma, trebuie să parcurgeți acești pași:

Este necesar să se întocmească o diagramă orbitală în care să existe un concept al diferenței dintre electroni unul față de celălalt. Orbitalii și electronii sunt evidențiați în diagramă.

Electronii sunt umpluți în niveluri, de jos în sus și au mai multe subniveluri.

Deci mai întâi aflăm numărul total de electroni ai unui atom dat.

Completam formula conform unei anumite scheme și o notăm - aceasta va fi formula electronică.



De exemplu, pentru azot, această formulă arată astfel, mai întâi ne ocupăm de electroni:



Și scrieți formula:



A întelege principiul alcătuirii formulei electronice a unui element chimic, mai întâi trebuie să determinați numărul total de electroni din atom după numărul din tabelul periodic. După aceea, trebuie să determinați numărul de niveluri de energie, luând ca bază numărul perioadei în care se află elementul.

După aceea, nivelurile sunt împărțite în subniveluri, care sunt umplute cu electroni, pe baza principiului energiei minime.

Puteți verifica corectitudinea raționamentului dvs., căutând, de exemplu, aici.

Compilând formula electronică a unui element chimic, puteți afla câți electroni și straturi de electroni sunt într-un anumit atom, precum și ordinea în care sunt distribuite între straturi.

Pentru început, determinăm numărul de serie al elementului conform tabelului periodic, acesta corespunde numărului de electroni. Numărul de straturi de electroni indică numărul perioadei, iar numărul de electroni din ultimul strat al atomului corespunde numărului de grup.

• mai întâi completăm subnivelul s, iar apoi subnivelurile p-, d-b f;
• conform regulii Klechkovsky, electronii umplu orbitalii în ordinea creșterii energiei acestor orbitali;
• conform regulii lui Hund, electronii dintr-un subnivel ocupă orbitali liberi unul câte unul și apoi formează perechi;
• Conform principiului Pauli, nu există mai mult de 2 electroni într-un orbital.

• Formula electronică a unui element chimic arată câte straturi de electroni și câți electroni sunt conținuți într-un atom și cum sunt distribuiti peste straturi.

  Pentru a compila formula electronică a unui element chimic, trebuie să vă uitați în tabelul periodic și să utilizați informațiile obținute pentru acest element. Numărul de serie al elementului din tabelul periodic corespunde numărului de electroni din atom. Numărul de straturi de electroni corespunde numărului perioadei, numărul de electroni din ultimul strat de electroni corespunde numărului de grup.

  Trebuie amintit că primul strat are maximum 2 electroni 1s2, al doilea - maximum 8 (două s și șase p: 2s2 2p6), al treilea - maximum 18 (două s, șase p și zece). d: 3s2 3p6 3d10).

  De exemplu, formula electronică a carbonului: C 1s2 2s2 2p2 (numărul de serie 6, numărul de perioadă 2, numărul de grup 4).

  Formula electronică a sodiului: Na 1s2 2s2 2p6 3s1 (numărul de serie 11, numărul de perioadă 3, numărul de grup 1).

  Pentru a verifica corectitudinea scrierii unei formule electronice, puteți consulta site-ul www.alhimikov.net.

  Elaborarea unei formule electronice a elementelor chimice la prima vedere poate părea o sarcină destul de complicată, dar totul va deveni clar dacă respectați următoarea schemă:

  • scrieți mai întâi orbitalii
  • inserăm numere în fața orbitalilor care indică numărul nivelului de energie. Nu uitați de formula pentru determinarea numărului maxim de electroni la nivel de energie: N=2n2

  Și cum să aflați numărul de niveluri de energie? Uită-te doar la tabelul periodic: acest număr este egal cu numărul perioadei în care se află acest element.

  • deasupra pictogramei orbital scriem un număr care indică numărul de electroni care se află în acest orbital.

  De exemplu, formula electronică pentru scandiu ar arăta astfel.

Formulele electronice fixează nivelurile și subnivelurile ocupate de electroni și numărul de electroni de pe aceștia. În formulele electronice se utilizează desemnarea nivelurilor și subnivelurilor, adică. primul caracter numeric denotă nivelul (numărul), iar al doilea caracter alfabetic (s, p, d, f) indică subnivelurile. Numărul de electroni dintr-un subnivel este notat cu primul indice superior.

De exemplu: 1H 1S, pentru azot N 7 1S 2 2S 2 2p 3

Formulele electronice-grafice descriu un atom ca un set de orbitali, care se numesc celule cuantice. De exemplu, pentru azot 1S 2 2S 2 2p 3

Subnivelul S

S= -1/2 S=+1/2

P-subnivel, l=1 m=-1,m=0,m=+1

Umplerea orbitalilor - celule cu electroni se realizează în conformitate cu principiul Pauli, minimizarea energiei și regulile sutei

Pentru o valoare dată a lui l, electronii din atom sunt aranjați în așa fel încât numărul lor total de spin să fie maxim.

∑S = 1/2+ 1/2+1/2 =3/2

Dacă este completat astfel, de ex. s = +1/2 s = - 1/2, electroni perechi

∑s= 1/2 + (-1/2) + 1/2 =1/2

Proprietățile chimice ale atomilor sunt determinate în principal de structura nivelurilor electronice exterioare, care sunt numite valenţă.

Subnivelurile de energie umplută corespunzătoare structurilor electronice ale atomilor de gaz nobil sunt numite miez de electroni. De exemplu: pentru sodiu, care are formula electronică 1S 2 2S 2 2p 6 a gazului nobil neon. Formula electronică prescurtată a unui gaz nobil este indicată prin simbolul său chimic între paranteze drepte, de exemplu: 1S 2 2S 2 2p 6 \u003d

Acest lucru face mai ușor să scrieți formule electronice, de exemplu, pentru potasiu, în loc de 1S 2 2S 2 2p 6 3S 2 3p 6 4S 1, puteți scrie 4S 1. În același timp, această înregistrare evidențiază în mod clar electronii de valență care determină proprietățile chimice ale atomilor elementului.

În formulele electronice-grafice (structurale), spre deosebire de cele electronice, sunt reprezentați nu numai orbitalii umpluți, ci și vacante ai subnivelurilor de valență. Acest lucru face posibilă prezicerea schimbării valenței unui element ca urmare a tranziției atomului său la o stare excitată, care este indicată de simbolul elementului corespunzător cu un asterisc.

De exemplu: 15P * 3S 2 3P 3 n=3 ↓ S ↓↓↓ P

În starea neexcitată, atomul de fosfor are trei electroni nepereche în subnivelul p. Când un atom trece într-o stare excitată, perechea de electroni a subnivelului s se poate separa, iar unul dintre electroni ai subnivelului S poate merge la subnivelul d. Valența fosforului se schimbă de la trei în starea fundamentală la cinci în starea excitată.

întrebări de testare

1 Ce particule elementare alcătuiesc un atom?

2 Ce este un electron, proton, neutron?

3 Explicați de ce multe elemente cu aceeași sarcină a nucleului atomic pot avea numere de masă diferite. De ce unele elemente, cum ar fi clorul, au mase atomice neîntregi?

4 Descrie numerele cuantice. De ce nu poate un atom să aibă doi electroni cu aceleași numere cuantice? principiul Pauli.

5 Explicați semnificația fizică a imaginilor grafice

Orbitali S și p: S p

6 Desenați formulele structurale electronice ale atomilor de carbon, azot și oxigen. Calculați sumele numerelor cuantice de spin ale electronilor din acești atomi. Cum se schimbă aceste sume atunci când regula lui Hund este încălcată.

7 Scrieți formula structurală electronică și electronică a atomului de bor. Ce informații suplimentare conține formula structurală electronică în comparație cu cea electronică.

8 regula lui Klechkovsky. Ce nivel de energie și subnivel completează înainte 4S sau 3d, 5S sau 4p, 4f sau 6p?

9 Care este principala diferență dintre orbitalii p și orbitalii d?

10 Câți electroni pot fi în stările energetice 2S, 3p, 3d, 5f?

11 Descrieți forma unui orbital caracterizat prin numere cuantice: a) n=3, 1=0, m=0 ; b) n=3, 1=1, m=0+1-1; c) n=3, 1=2, m=0+1-1+2-2 Dați simboluri ale orbitalilor

12 Caracterizați printr-un set de numere cuantice fiecare dintre următorii orbitali: 1S, 2p, 3d.

13 Formulați regulile care determină numărul de orbitali și electroni dintr-un strat de electroni dat. De exemplu 1=0,1,2 n=1,2,3

14 Care este capacitatea maximă a straturilor electronice K, M, L, N?

15 Numărul de orbitali cu o valoare dată de 1 depinde de numărul nivelului de energie? Dați denumirile de litere ale orbitalilor cu valorile indicate 1.

Principal

1 Khomchenko G.P., Tsitovich I.K. Chimie anorganică. Moscova: Școala superioară, 1998, capitolul 2, p. 53-75

2 Knyazev D.A., Smarygin S.N. chimie neoorganică. Moscova: Școala superioară, 1990, capitolul 10, pp. 102-112

Adiţional

3 Glinka N.L. Chimie generală (Sub redactia lui A.I. Ermakov, - ed. a 28-a, revizuită și adăugată. - M .; Integral-Press, 2000 - 728s.)

4 Glinka N.L. Sarcini și exerciții de chimie generală. M.; 1988.

5 Pavlov N.N. Fundamentele teoretice ale chimiei generale. M., Chimie superioară 1978.