Täidetud väline energiatase. Energiatasemed
2. Tuumade ehitus ja aatomite elektronkestad
2.6. Energiatasemed ja alamtasandid
Enamik oluline omadus elektroni olek aatomis on elektroni energia, mis vastavalt seadustele kvantmehaanika ei muutu pidevalt, vaid spasmiliselt, st. võib võtta ainult väga konkreetseid väärtusi. Seega saame rääkida energiatasemete komplekti olemasolust aatomis.
Energiatase- sarnaste energiaväärtustega AO-de komplekt.
Energiatasemed on nummerdatud kasutades peakvantarv n, millega saab nõustuda ainult täisarvudega positiivsed väärtused(n = 1, 2, 3, ...). Kuidas rohkem väärtust n, seda suurem on elektroni energia ja antud energiatase. Iga aatom sisaldab lõpmatu arvu energiatasemeid, millest osad on asustatud elektronidega aatomi põhiolekus ja osad mitte (need energiatasemed on asustatud aatomi ergastatud olekus).
Elektrooniline kiht- elektronide kogum, mis asub antud energiatasemel.
Teisisõnu, elektronikiht on elektrone sisaldav energiatase.
Elektrooniliste kihtide kombinatsioon moodustab aatomi elektronkihi.
Ühes ja samas elektronkihis võivad elektronid energia poolest veidi erineda ja seetõttu nad seda ütlevad energiatasemed jagunevad energia alamtasanditeks(alamkihid). Alamtasandite arv, milleks antud energiatase on jagatud, on võrdne energiataseme peamise kvantarvu arvuga:
N (subur) = n (tase) . (2.4)
Alamtasandid on kujutatud numbrite ja tähtede abil: number vastab energiataseme (elektroonilise kihi) numbrile, täht vastab alamtasandiid moodustava AO olemusele (s -, p -, d -, f -), näiteks: 2p -alamtase (2p -AO, 2p -elektron).
Seega koosneb esimene energiatase (joonis 2.5) ühest alamtasandist (1s), teine - kahest (2s ja 2p), kolmas - kolmest (3s, 3p ja 3d), neljas neljast (4s, 4p, 4d ja 4f) jne. Igal alamtasandil on teatud arv aktsiaseltse:
N(AO) = n2. (2,5)
Riis. 2.5. Esimese kolme elektroonilise kihi energiatasemete ja alamtasemete diagramm
1. s-tüüpi AO-d esinevad kõigil energiatasemetel, p-tüübid tekivad alates teisest energiatasemest, d-tüüpi - kolmandast, f-tüüpi - neljandast jne.
2. Antud energiatasemel võib olla üks s-, kolm p-, viis d-, seitse f-orbitaali.
3. Mida suurem on peakvantarv, seda suuremad suurused JSC.
Kuna üks AO ei saa sisaldada rohkem kui kahte elektroni, on elektronide koguarv (maksimaalne) antud energiatasemel 2 korda suurem kui AO-de arv ja võrdub:
N (e) = 2n2. (2.6)
Seega võib antud energiatasemel olla maksimaalselt 2 s-tüüpi elektroni, 6 p-tüüpi elektroni ja 10 d-tüüpi elektroni. Kokku on esimesel energiatasemel maksimaalne elektronide arv 2, teisel - 8 (2 s-tüüpi ja 6 p-tüüpi), kolmandal - 18 (2 s-tüüpi, 6 p-tüüpi ja 10). d-tüüp). Need järeldused on mugav kokku võtta tabelis. 2.2.
Tabel 2.2
Seos peakvantarvu, arvu e vahel
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 komplekssed ained, mille hulka see kuulub.
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. Karusnahk hulgimüük ja jaemüük - eelarvekategooriast luksusklassini, allahindlused kuni 50%, 1-aastane garantii, tarne kogu Ukrainas, Venemaal, SRÜ ja EL riikides, järeletulemine Krivoy Rogi müügisalongist, kaubad Ukraina, Venemaa, Türgi juhtivatelt tootjatelt ja Hiina. Saate vaadata tootekataloogi, hindu, kontakte ja saada nõu 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 keemilised elemendid pikad perioodid(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 koguste 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 massinumbri 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 arvu prootonite) aatomid, mis erinevad massi poolest ( erinev number neutronid).
Isotoobid ja nende keemilised ühendid erinevad üksteisest selle poolest füüsikalised omadused, kuid ühe 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 diagnoosimiseks ja raviks mitmesugused haigused, teadusuuringute jaoks.
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 Just 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 sellised aatomid kipuvad 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. Näidatud on alamtasandite tüübid 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 ainult 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 aatomite Na, Rb, Cl, I, Si, Sn elektroonilised konfiguratsioonid. Määrake nende keemiliste elementide omadused, nende lihtsaimate ühendite valemid (hapniku ja vesinikuga).
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 rohkem väljendub 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 see 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. Samas 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 keemilised valemid lihtsaimad ühendid hapniku ja vesinikuga.
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. Milline üldised omadused näidata nende oksiide ja hüdroksiide?
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. Sõnasta 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. Selgita seda füüsiline tähendus 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
1. lehekülg
Nende aatomite välimine energiatase (elektronkiht) sisaldab s alamtasandil kahte elektroni. Sel viisil on nad sarnased põhialarühma elementidega. Eelviimane energiatase sisaldab 18 elektroni.
S2 iooni välimine energiatase on täidetud maksimaalse võimaliku arvu elektronidega (8) ja selle tulemusena saab S2 ioon avaldada ainult elektrone loovutavaid funktsioone: loobudes 2 elektronist, oksüdeerub see elementaarseks väävliks, mis selle oksüdatsiooniarv on null.
Kui aatomi väline energiatase koosneb kolmest, viiest või seitsmest elektronist ja aatom kuulub J-elementide hulka, siis võib ta loobuda järjestikku 1-7 elektronist. Aatomid, mille välistase koosneb kolmest elektronist, võivad loovutada ühe, kaks või kolm elektroni.
Kui aatomi väline energiatase koosneb kolmest, viiest või seitsmest elektronist ja aatom kuulub p-elementide hulka, siis võib ta loobuda järjest ühest kuni seitsme elektronini. Aatomid, mille välistase koosneb kolmest elektronist, võivad loovutada ühe, kaks või kolm elektroni.
Kuna väline energiatase sisaldab kahte s - elektroni, on nad seetõttu sarnased PA alarühma elementidega. Eelviimane energiatase sisaldab 18 elektroni. Kui vase alarühmas ei ole (n - l) d10 alatase veel stabiilne, siis tsingi alarühmas on see üsna stabiilne ja tsingi alarühma elementide d - elektronid ei osale keemilistes sidemetes.
Välise energiataseme lõpuleviimiseks puudub klooriaatomil üks elektron.
Välise energiataseme lõpuleviimiseks puudub hapnikuaatomil kaks elektroni. Kuid hapniku ühendis fluoriga OF2 on ühised elektronpaarid nihkunud fluori kui elektronegatiivsema elemendi poole.
Hapnikul puudub välise energiataseme saavutamiseks kaks elektroni.
Argooni aatomis on väline energiatase täielik.
Kõrval elektrooniline struktuur välise energiataseme elemendid jagunevad kahte alarühma: VA - N, P, As, Sb, Bi - mittemetallid ja VB - V, Nb, Ta - metallid. Aatomite ja ioonide raadiused oksüdatsiooniastmes 5 VA alarühmas suurenevad süstemaatiliselt lämmastikust vismutiks. Sellest tulenevalt mõjutab eelvälise kihi struktuuri erinevus elementide omadusi vähe ja neid võib käsitleda ühe alarühmana.
Välise energiataseme struktuuri sarnasus (tabel 5) kajastub elementide ja nende ühendite omadustes. Seda seletatakse sellega, et hapnikuaatomis paiknevad paaritumata elektronid teise kihi p-orbitaalides, milles võib olla maksimaalselt kaheksa elektroni.
Malyugina 14. Väline ja sisemine energiatase. Energiataseme täielikkus.
Tuletagem lühidalt meelde, mida me juba teame aatomite elektronkihi struktuuri kohta:
ü aatomi energiatasemete arv = perioodi arv, milles element paikneb;
ü iga energiataseme maksimaalne võimsus arvutatakse valemiga 2n2
ü väline energia kest ei tohi sisaldada üle 2 elektroni 1. perioodi elementide puhul ja rohkem kui 8 elektroni teiste perioodide elementide puhul
Pöördume veel kord tagasi väikeste perioodide elementide energiatasemete täitmise skeemi analüüsi juurde:
Tabel 1. Täiteenergia tasemed
väikeste perioodide elementide jaoks
Perioodi number | Energiatasemete arv = perioodi number | Elemendi sümbol, selle seerianumber | Kokku elektronid | Elektronide jaotus energiatasemete järgi | Grupi number |
|
|
H +1 )1 | +1 N, 1e- | |||||
|
Ne + 2 ) 2 | +2 Ei, 2e- | |||||
|
Li + 3 ) 2 ) 1 | + 3 Li, 2e-, 1e- | |||||
|
Ve +4 ) 2 )2 | + 4 Ole, 2e-,2 e- | |||||
|
V +5 ) 2 )3 | +5 B, 2e-, 3e- | |||||
|
C +6 ) 2 )4 | +6 C, 2e-, 4e- | |||||
|
N + 7 ) 2 ) 5 | + 7 N, 2e-,5 e- | |||||
|
O + 8 ) 2 ) 6 | + 8 O, 2e-,6 e- | |||||
|
F + 9 ) 2 ) 7 | + 9 F, 2e-,7 e- | |||||
|
Ne + 10 ) 2 ) 8 | + 10 Ne, 2e-,8 e- | |||||
|
Na + 11 ) 2 ) 8 )1 | +1 1 Na, 2e-, 8e-, 1e- | |||||
|
Mg + 12 ) 2 ) 8 )2 | +1 2 Mg, 2e-, 8e-, 2 e- | |||||
|
Al + 13 ) 2 ) 8 )3 | +1 3 Al, 2e-, 8e-, 3 e- | |||||
|
Si + 14 ) 2 ) 8 )4 | +1 4 Si, 2e-, 8e-, 4 e- | |||||
|
P + 15 ) 2 ) 8 )5 | +1 5 P, 2e-, 8e-, 5 e- | |||||
|
S + 16 ) 2 ) 8 )6 | +1 5 P, 2e-, 8e-, 6 e- | |||||
|
Cl + 17 ) 2 ) 8 )7 | +1 7 Cl, 2e-, 8e-, 7 e- | |||||
18 Ar |
Ar+ 18 ) 2 ) 8 )8 | +1 8 Ar, 2e-, 8e-, 8 e- |
Analüüsige tabelit 1. Võrrelge elektronide arvu viimasel energiatasemel ja rühma arvu, milles keemiline element asub.
Kas olete seda märganud elektronide arv aatomite välisenergia tasemel langeb kokku rühmaarvuga, milles element leidub (välja arvatud heelium)?
!!! See reegel on tõsi ainult elementide jaoks peamine alarühmad
Iga süsteemi periood lõpeb inertse elemendiga(heelium He, neoon Ne, argoon Ar). Nende elementide välimine energiatase sisaldab maksimaalset võimalikku elektronide arvu: heelium -2, ülejäänud elemendid - 8. Need on põhialarühma VIII rühma elemendid. Inertgaasi energiataseme struktuuriga sarnast energiataset nimetatakse lõpetatud. See on omamoodi energiataseme tugevuspiir perioodilise tabeli iga elemendi jaoks. Molekulid lihtsad ained- inertgaasid koosnevad ühest aatomist ja neid iseloomustab keemiline inertsus, st nad praktiliselt ei osale keemilistes reaktsioonides.
Ülejäänud PSHE elementide puhul erineb energiatase inertse elemendi energiatasemest lõpetamata. Nende elementide aatomid püüavad välist energiataset täiendada, andes või vastu võttes elektrone.
Küsimused enesekontrolliks
1. Millist energiataset nimetatakse väliseks?
2. Millist energiataset nimetatakse sisemiseks?
3. Millist energiataset nimetatakse täielikuks?
4. Millise rühma ja alarühma elementidel on täidetud energiatase?
5. Kui suur on elektronide arv põhialarühmade elementide välisenergia tasemes?
6. Kuidas on ühe põhialarühma elemendid sarnased elektrooniliselt tasemestruktuurilt?
7. Mitu elektroni välistasandil sisaldavad a) rühma IIA elemendid;
b) IVA rühm; c) VII A rühm
Vaata vastust
1. Viimane
2. Kõik, välja arvatud viimane
3. See, mis sisaldab maksimaalselt elektrone. Ja ka välimine tase, kui see sisaldab esimese perioodi jaoks 8 elektroni - 2 elektroni.
4. VIIIA rühma elemendid (inertsed elemendid)
5. Selle rühma number, milles element asub
6. Peamiste alamrühmade kõik elemendid välisenergia tasemel sisaldavad sama palju elektrone kui rühma number
7. a) rühma IIA elementidel on välistasandil 2 elektroni; puh IVA elemendid rühmad – 4 elektroni; c) VII A rühma elementidel on 7 elektroni.
Ülesanded iseseisvaks lahendamiseks
1. Tuvastage element järgmiselt järgmised märgid: a) omab 2 elektroonilist taset, välistasandil - 3 elektroni; b) sellel on 3 elektroonilist taset, välimisel - 5 elektroni. Kirjutage üles elektronide jaotus nende aatomite energiatasemete vahel.
2. Millistel kahel aatomil on sama arv täidetud energiatasemeid?
Vaata vastust:
1. a) Määrame keemilise elemendi “koordinaadid”: 2 elektroonilist taset – II periood; 3 elektroni välistasandil – rühm III A. See on boor 5B. Elektronide jaotuse skeem energiatasemete järgi: 2e-, 3e-
b) III periood, VA rühm, element fosfor 15P. Elektronide jaotuse skeem energiatasemete järgi: 2e-, 8e-, 5e-
2. d) naatrium ja kloor.
Selgitus: a) naatrium: +11 )2)8 )1 (täidetud 2) ←→ vesinik: +1)1
b) heelium: +2 )2 (täidetud 1) ←→ vesinik: vesinik: +1)1
c) heelium: +2 )2 (täidetud 1) ←→ neoon: +10 )2)8 (täidetud 2)
*G) naatrium: +11 )2)8 )1 (täidetud 2) ←→ kloor: +17 )2)8 )7 (täidetud 2)
4. Kümme. Elektronide arv = aatomarv
5 c) arseen ja fosfor. Samas alarühmas asuvatel aatomitel on sama arv elektrone.
Selgitused:
a) naatrium ja magneesium (c erinevad rühmad); b) kaltsium ja tsink (samas rühmas, kuid erinevad alarühmad); * c) arseen ja fosfor (ühes, põhi-, alarühmas) d) hapnik ja fluor (erinevates rühmades).
7. d) elektronide arv välistasandil
8. b) energiatasemete arv
9. a) liitium (asub II perioodi rühmas IA)
10. c) räni (IVA rühm, III periood)
11. b) boor (2 taset - IIperiood, 3 elektroni välistasandil – IIIAGrupp)
Aatom on elektriliselt neutraalne osake, mis koosneb positiivselt laetud tuumast ja negatiivselt laetud elektronkihist. Tuum asub aatomi keskel ja koosneb positiivselt laetud prootonitest ja laenguta neutronitest, mida hoiavad koos tuumajõud. Aatomi tuumastruktuuri tõestas 1911. aastal eksperimentaalselt inglise füüsik E. Rutherford.
Prootonite arv määrab tuuma positiivse laengu ja on võrdne elemendi aatomnumbriga. Neutronite arv arvutatakse elemendi aatommassi ja aatomnumbri erinevusena. Elemendid, millel on sama tuumalaeng (sama arv prootoneid), kuid erinevad aatommassid ( erinevad kogused neutroneid) nimetatakse isotoopideks. Aatomi mass on põhiliselt koondunud tuuma, kuna elektronide tühise massi võib tähelepanuta jätta. Aatommass võrdne kõigi tuuma prootonite ja neutronite masside summaga.
Keemiline element on aatomitüüp, millel on sama tuumalaeng. Praegu on teada 118 erinevat keemilist elementi.
Kõik aatomi elektronid moodustavad selle elektronkihi. Elektronkihi negatiivne laeng on võrdne koguarv elektronid. Elektronide arv aatomi kestas langeb kokku prootonite arvuga tuumas ja on võrdne elemendi aatomnumbriga. Kestas olevad elektronid jaotuvad elektroonikakihtide vahel vastavalt energiavarudele (sarnase energiaväärtusega elektronid moodustavad ühe elektronkihi): madalama energiaga elektronid on tuumale lähemal, kõrgema energiaga elektronid tuumast kaugemal. Elektrooniliste kihtide (energiatasemete) arv langeb kokku perioodi arvuga, mil keemiline element asub.
On täidetud ja mittetäielikud energiatasemed. Tase loetakse täielikuks, kui see sisaldab maksimaalselt võimalikku elektronide arvu (esimene tase - 2 elektroni, teine tase - 8 elektroni, kolmas tase - 18 elektroni, neljas tase - 32 elektroni jne). Mittetäielik tase sisaldab vähem elektrone.
Aatomi tuumast kõige kaugemal asuvat taset nimetatakse väliseks. Välimisel energiatasemel paiknevaid elektrone nimetatakse välisteks (valents)elektroniteks. Elektronide arv välisel energiatasemel langeb kokku selle rühma arvuga, milles keemiline element asub. Välimine tase loetakse täielikuks, kui see sisaldab 8 elektroni. Rühma 8A elementide aatomitel (inertgaasid heelium, neoon, krüptoon, ksenoon, radoon) on lõpetatud väline energiatase.
Aatomituuma ümbritsevat ruumipiirkonda, milles elektron kõige tõenäolisemalt leidub, nimetatakse elektronorbitaaliks. Orbitaalid erinevad energiataseme ja kuju poolest. Nende kuju alusel on s-orbitaalid (kera), p-orbitaalid (kolmemõõtmeline joonis kaheksa), d-orbitaalid ja f-orbitaalid. Igal energiatasemel on oma orbitaalide komplekt: esimesel energiatasemel - üks s-orbitaal, teisel energiatasemel - üks s- ja kolm p-orbitaali, kolmandal energiatasemel - üks s-, kolm p-, viis d-orbitaali , neljandal energiatasemel on üks s-, kolm p-, viis d-orbitaali ja seitse f-orbitaali. Iga orbitaal mahutab maksimaalselt kaks elektroni.
Elektronide jaotumist orbitaalidel kajastatakse kasutades elektroonilised valemid. Näiteks magneesiumiaatomi puhul on elektronide jaotus energiatasemete vahel järgmine: 2e, 8e, 2e. See valem näitab, et magneesiumi aatomi 12 elektroni on jaotatud kolmele energiatasemele: esimene tase on täielik ja sisaldab 2 elektroni, teine tase on täielik ja sisaldab 8 elektroni, kolmas tase ei ole lõpetatud, sest sisaldab 2 elektroni. Kaltsiumiaatomi puhul on elektronide jaotus energiatasemete vahel järgmine: 2e, 8e, 8e, 2e. See valem näitab, et 20 elektroni kaltsiumi on jaotatud nelja energiataseme vahel: esimene tase on täielik ja sisaldab 2 elektroni, teine tase on täielik ja sisaldab 8 elektroni, kolmas tase on mittetäielik, sest sisaldab 8 elektroni, neljas tase ei ole lõpetatud, sest sisaldab 2 elektroni.
Otsing
Võime teid teavitada uutest artiklitest,