Distribuția electronilor de-a lungul nivelurilor de energie explică proprietățile metalice și nemetalice ale oricărui element.

Formula electronica

Există o anumită regulă conform căreia particulele negative libere și pereche sunt plasate pe niveluri și subniveluri. Să luăm în considerare mai detaliat distribuția electronilor de-a lungul nivelurilor de energie.
Primul nivel de energie conține doar doi electroni. Ele umplu orbital pe măsură ce rezerva de energie crește. Distribuția electronilor într-un atom al unui element chimic corespunde unui număr atomic. La niveluri de energie cu numărul minim, forța de atracție a electronilor de valență către nucleu este exprimată maxim.

Un exemplu de compilare a unei formule electronice

Să luăm în considerare distribuția electronilor pe nivelurile de energie folosind exemplul unui atom de carbon. Numărul său atomic este 6, prin urmare, în nucleu există șase protoni care au o sarcină pozitivă. Având în vedere că carbonul este un reprezentant al celei de-a doua perioade, se caracterizează prin prezența a două niveluri energetice. Primul are doi electroni, al doilea are patru.
Regula lui Hund explică aranjarea într-o celulă a doar doi electroni, care au spini diferiți. Al doilea nivel de energie conține patru electroni. Ca urmare, distribuția electronilor într-un atom al unui element chimic are următoarea formă: 1s22s22p2.
Există anumite reguli conform cărora electronii sunt distribuiți între subniveluri și niveluri.

principiul Pauli

Acest principiu a fost formulat de Pauli în 1925. Omul de știință a stipulat posibilitatea de a plasa într-un atom doar doi electroni care au aceleași numere cuantice: n, l, m, s. Rețineți că distribuția electronilor de-a lungul nivelurilor de energie are loc pe măsură ce rezerva de energie liberă crește.

regula lui Klechkovsky

Umplerea orbitalilor de energie se realizează în funcție de creșterea numerelor cuantice n + l și se caracterizează printr-o creștere a rezervei de energie.
Să luăm în considerare distribuția electronilor într-un atom de calciu.
În stare normală, formula sa electronică este următoarea:
Ca 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d0 4s2.
Pentru elementele subgrupurilor similare aparținând elementelor d și f, există o „eșec” a unui electron de la un subnivel extern, care are o rezervă de energie mai mică, la subnivelul d sau f anterior. Un fenomen similar este tipic pentru cupru, argint, platină și aur.
Distribuția electronilor într-un atom presupune că subnivelurile sunt umplute cu electroni nepereche care au aceiași spini.
Numai după ce toți orbitalii liberi sunt complet umpluți cu electroni unici, celulele cuantice sunt completate cu particule negative secundare dotate cu spini opuși.
De exemplu, în starea neexcitată a azotului:
1s2 2s2 2p3.
Proprietățile substanțelor sunt influențate de configurația electronică a electronilor de valență. După cantitatea lor, se poate determina cea mai mare și cea mai scăzută valență și activitate chimică. Dacă un element se află în subgrupul principal al tabelului periodic, puteți utiliza numărul grupului pentru a crea un nivel extern de energie și pentru a determina starea sa de oxidare. De exemplu, fosforul, care se află în al cincilea grup (subgrupul principal), conține cinci electroni de valență, prin urmare, este capabil să accepte trei electroni sau să doneze cinci particule unui alt atom.
Toți reprezentanții subgrupurilor laterale ale tabelului periodic sunt excepții de la această regulă.

Caracteristicile familiilor

În funcție de structura nivelului de energie externă, există o împărțire a tuturor atomilor neutri incluși în tabelul periodic în patru familii:

s-elementele se găsesc în primul și al doilea grup (subgrupele principale); familia este formată din actinide și lantanide.

Toate elementele în starea lor normală au electroni de valență în subnivelul lui. Elementele p sunt caracterizate prin prezența electronilor liberi în subnivelurile s și p.
Elementele D într-o stare neexcitată au electroni de valență atât în ​​ultimul s- cât și în penultimul sub-subnivel.

Concluzie

Starea oricărui electron dintr-un atom poate fi descrisă folosind un set de numere fundamentale. În funcție de caracteristicile structurii sale, putem vorbi despre o anumită cantitate de energie. Folosind regula Hund, Klechkovsky, Pauli pentru orice element inclus în tabelul periodic, puteți crea configurația unui atom neutru.
Electronii aflați în primele niveluri au cea mai mică cantitate de energie într-o stare neexcitată. Când un atom neutru este încălzit, se observă o tranziție a electronilor, care este întotdeauna însoțită de o modificare a numărului de electroni liberi și duce la o schimbare semnificativă a stării de oxidare a elementului și la o modificare a activității sale chimice.

COMPOZIȚIE ȘI ELECTRONICĂ
STRUCTURA ATOMICA

INSTRUCȚIUNI METODOLOGICE ȘI SARCINI DE CONTROL
LA PROGRAMUL DE FORMARE PENTRU STUDENTI
CLASURI DE SPECIALIZARE
ȘCOALĂ DE EDUCAȚIE COMUNE

Continuare. Vezi începutul în № 4, 6/2005

Orientări

17. Luând în considerare modelele descrise, luați în considerare starea și distribuția electronilor de-a lungul nivelurilor de energie și a orbitilor pentru atomii de potasiu ( Z= 19) și scandiu ( Z = 21).

Soluţie

1) Elementul care precede potasiul în PSCE este argonul ( Z= 18) are următoarea distribuție a electronilor:

a) după nivelurile atomice:

b) în funcție de orbitalii atomului:

Formula electronică a atomului de argon:

Formula grafică electronică a atomului de argon:

La distribuirea electronilor în atomul K în conformitate cu regula Klechkovsky, se acordă preferință orbitalului 4 s(suma numerelor cuantice n + l egal cu: 4 + 0 = 4) comparativ cu orbital 3 d(suma numerelor cuantice n + l egal cu: 3 + 2 = 5) ca orbital având valoarea minimă n + l.În consecință, pentru atomul de potasiu, distribuția electronilor peste orbitali (formula grafică a electronilor) are forma (vezi paragraful 16 instrucțiuni metodologice):

Potasiul îi aparține s-elemente cu următoarea formulă electronică (configurație) atomului:

Distribuția nivelului de energie electronică pentru atomul de K este prezentată mai jos:

2) Elementul care precede scandiul în PSCE este calciul ( Z= 20) are următoarea distribuție a electronilor:

a) după nivelurile atomice:

b) în funcție de orbitalii atomului:

Formula electronică a atomului de calciu:

Din orbitali 3 d (n + l este egal cu: 3 + 2 = 5) și 4 p (n + l este egal cu: 4 + 1 = 5) la distribuirea electronilor într-un atom de scandiu între orbiti, ar trebui să se acorde preferință 3 d-orbital ca având valoarea minimă n= 3 pentru aceleași sume de numere cuantice ( n + l) egal cu cinci. Prin urmare, scandiul îi aparține d-elemente, iar atomul său se caracterizează prin următoarea distribuție a electronilor între orbiti:

Formula electronică a atomului de scandiu:

Distribuția nivelului de energie electronică pentru atomul Sc este prezentată mai jos:

18. Completați desenul pentru a arăta aspectul unuia s-orbitale si trei r-orbitali orientati de-a lungul axelor.

Tabelul 5

Distribuția electronilor
după niveluri cuantice și subniveluri

Coajă	Energie nivel n	Energie subnivel l	Magnetic număr m	Număr orbitali	Limită număr electroni
K	1	0(i)	0	1	2
L	2	0(i) 1 (p)	+1, 0, –1	1 3 4	2 6 8
M	3	0(i) 1 (p) 2 litera (d)	0 1, 0, –1 +2, +1, 0, –1, –2	1 3 5 9	2 6 10 18
N	4	0(i) 1 (p) 2 litera (d) 3(f)	0 +1, 0, –1 +2, +1, 0, –1, –2 +3, +2, +1, 0, –1, –2, –3	1 3 5 7 16	2 6 10 14 32

20. Pentru secvența de umplere a nivelurilor de energie ale atomilor, vezi tabelul. 6.

21. Numărul de elemente dintr-o perioadă a tabelului lui D.I. Mendeleev este determinat de formulele:

a) pentru perioade impare:

Ln = (n + 1) 2 /2,

b) pentru perioade pare:

Ln = (n + 2) 2 /2,

Unde Ln– numărul de elemente din perioadă, n– numărul perioadei.

Defini numărul de elemente din fiecare perioadă a PSHE a lui D.I.

Explica:

a) modelul numeric rezultat din punct de vedere al stării electronilor în atomi și distribuția acestora între niveluri de energie;

b) împărțirea grupurilor de elemente în subgrupe principale și secundare;

c) predeterminarea numărului de subgrupuri principale și secundare în PSHE lui D.I Mendeleev din punctul de vedere al teoriei structurii atomice.

Verificaîn viitor, concluziile dumneavoastră privind apendicele 1 (P-21).

22. Periodicitatea strictă a aranjamentului elementelor în PSHE al lui D.I Mendeleev este pe deplin explicată prin umplerea secvențială a nivelurilor de energie ale atomilor (a se vedea paragraful 20 de mai sus).

Întărirea poziției legii periodice pe baza modelelor de modificări în structura electronică a atomilor elementelor, prezisă mai întâi de N. Bohr, a fost facilitată de descoperirea celui de-al 72-lea element. Chimiștii au căutat elementul nedescoperit atunci printre mineralele care conțin elemente de pământuri rare, pe baza premisei incorecte că 15 elemente ar trebui clasificate ca lantanide. Prin analogie cu elementele de tranziție, numărul de lantanide (elementele nr. 58–71) ar trebui să fie egal cu diferența dintre numărul maxim de electroni pe N Şi M
niveluri de energie (32 – 18 = 14), adică egal cu numărul maxim de electroni per f Z-subnivel (a se vedea paragraful 19 de mai sus).

23. Element cu

= 72 (hafniu Hf) este un analog al zirconiului Zr și a fost găsit în minereurile de zirconiu.

Următoarea concluzie importantă din analiza tabelului.
6 din paragraful 20 este concluzia despre periodicitatea umplerii nivelurilor energetice exterioare ale atomilor cu electroni, care determină periodicitatea modificărilor proprietăților chimice ale elementelor și compușilor acestora.

Tabelul 6 Configurații electronice ale atomilor	primele 20 de elemente ale tabelului periodic Atomic	număr	K	L	M	N
		Oboz-	1	2	3	4
		sens	0	0, 1	0, 1, 2	0, 1, 2, 3
		Strat	1s	2s, 2p	3s, 3p, 3d	4s, 4p, 4d, 4(32 – 18 = 14), adică egal cu numărul maxim de electroni per
		n
1 2	l Subnivel		1 2
3 4 5 6 7 8 9 10	Numărul de electroni la un anumit subnivel H El Li Fi B C N		2 2 2 2 2 2 2 2	1, 0 2, 0 2, 1 2, 2 2, 3 2, 4 2, 5 2, 6
11 12 13 14 15 16 17 18	O F Ne N / A Mg Al Si P		2 2 2 2 2 2 2 2	2, 6 2, 6 2, 6 2, 6 2, 6 2, 6 2, 6 2, 6	1, 0, 0 2, 0, 0 2, 1, 0 2, 2, 0 2, 3, 0 2, 4, 0 2, 5, 0 2, 6, 0
19 20	S Cl		2 2	2, 6 2, 6	2, 6, 0 2, 6, 0	1, 0, 0, 0 2, 0, 0, 0

Ar

K Ca Astfel, a doua perioadă a tabelului lui D.I Mendeleev este formată din opt elemente cu următoarele subniveluri: 3Li 4 Fii 5 B 6 C 7N 1s 2 2s 1 1s 2 2s 2 1s 2 2s 2 2p 1 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2 2s 2 2p 3 1s 2 2s 2 2p 4 1s 2 2s 2 2p 5 1s 2 2s 2 2p 6

8 O Z 9F Z= 10, ceea ce înseamnă că forțele de atracție ale electronilor către nucleu cresc, iar ca urmare, razele atomilor acestor elemente scad. Prin urmare, capacitatea unui atom de a dona electroni (o proprietate tipic metalică), pronunțată în atomul de litiu, slăbește treptat atunci când trece de la litiu la fluor. Acesta din urmă este un nemetal tipic, adică un element mai capabil decât alții să dobândească electroni.

Pornind de la elementul de lângă neon (Na, Z= 11) structurile electronice ale atomilor sunt repetate și, prin urmare, configurațiile electronice ale învelișurilor lor electronice exterioare sunt desemnate într-un mod similar ( n– numărul perioadei):

ns 1 (Li,Na), ns 2 (Fii, Mg), ns 2 n.p. 1 (B, Al), ns 2 n.p. 2 (C, Si) etc.

În a patra perioadă a tabelului lui D.I Mendeleev apar elemente de tranziție care aparțin subgrupurilor secundare.

24. Elementele aparținând aceluiași subgrup au un aranjament similar al electronilor în nivelurile electronice exterioare ale atomilor. De exemplu, atomii de halogen (subgrupul principal al grupului VII) au toți configurația electronică ns 2 n.p. 5, iar atomii elementelor unui subgrup lateral al aceluiași grup sunt caracterizați printr-o configurație electronică ( n– 1)s 2 (n– 1)p 6 (n– 1)d 5 ns 2 .

Care este esența asemănărilor și diferențelor dintre atomii elementelor aparținând diferitelor subgrupe ale aceluiași grup din tabelul lui D.I. În viitor, verificați concluziile cu Anexa 1 (P-24).

25. Valoarea numerică a valenței unui atom, determinată de numărul de legături covalente formate de acesta legături chimice, reflectă poziția elementului în PSHE al lui D.I. În multe cazuri, valența unui atom de element dintr-un compus este numeric egală cu numărul grupului din PSHE lui D.I. Cu toate acestea, există excepții de la această regulă. De exemplu, atomul de fosfor din exterior (al treilea, Şi) nivelul de energie conține trei electroni nepereche (3 r-orbitali) şi celule de valenţă libere d-orbitali. În consecință, atomul de fosfor este caracterizat de așa-numitul excitaţie d electron, asociat cu împerecherea unei perechi de electroni și tranziția unuia dintre electronii neperechi rezultați la 3

-orbital. Pentru starea excitată a atomului de fosfor, este posibilă formarea a cinci legături covalente, iar pentru starea fundamentală - doar trei.

Atunci de ce valența maximă a atomului de azot în compuși (adică capacitatea de a forma perechi de electroni comune) nu este III, ci IV?

26. Repetarea paragrafelor. 16, 17 dezvoltare metodologică, putem explica ordinea de umplere a nivelurilor de energie cu electroni în atomii elementelor din perioada a 4-a mare a PSHE a lui D.I. Seria pare a acestei perioade începe cu elemente din subgrupele principale - 39 K și 40 Ca, care sunt metale tipice cu valență constantă și deja cu elementul nr. 21 ( Z= 21, Sc) atunci există elemente ale subgrupurilor laterale numite d- elemente sau tranzitorii. Încercați să explicați esența acestor nume și să dați exemple relevante.

27. În viitor, verificați corectitudinea concluziilor dvs. cu Anexa 1 (P-26).
Simbolul chimic al hidrogenului H în PSHE lui D.I Mendeleev este de asemenea plasat în subgrupul principal

Distribuția electronilor de-a lungul nivelurilor de energie explică proprietățile metalice și nemetalice ale oricărui element.

Formula electronica

Există o anumită regulă conform căreia particulele negative libere și pereche sunt plasate pe niveluri și subniveluri. Să luăm în considerare mai detaliat distribuția electronilor de-a lungul nivelurilor de energie.

Primul nivel de energie conține doar doi electroni. Ele umplu orbital pe măsură ce rezerva de energie crește. Distribuția electronilor într-un atom al unui element chimic corespunde unui număr atomic. La niveluri de energie cu numărul minim, forța de atracție a electronilor de valență către nucleu este exprimată maxim.

Un exemplu de compilare a unei formule electronice

Grupa I și subgrupul principal al Grupului VII. De ce este acest lucru acceptabil? Verificați pe viitor corectitudinea concluziilor dvs. în Anexa 1 (P-27).

Regula lui Hund explică aranjarea într-o celulă a doar doi electroni, care au spini diferiți. Al doilea nivel de energie conține patru electroni. Ca urmare, distribuția electronilor într-un atom al unui element chimic are următoarea formă: 1s22s22p2.

Există anumite reguli conform cărora electronii sunt distribuiți între subniveluri și niveluri.

principiul Pauli

Acest principiu a fost formulat de Pauli în 1925. Omul de știință a stipulat posibilitatea de a plasa într-un atom doar doi electroni care au aceleași numere cuantice: n, l, m, s. Rețineți că distribuția electronilor de-a lungul nivelurilor de energie are loc pe măsură ce rezerva de energie liberă crește.

regula lui Klechkovsky

Umplerea orbitalilor de energie se realizează în funcție de creșterea numerelor cuantice n + l și se caracterizează printr-o creștere a rezervei de energie.

Să luăm în considerare distribuția electronilor într-un atom de calciu.

În stare normală, formula sa electronică este următoarea:

Ca 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d0 4s2.

Pentru elementele subgrupurilor similare aparținând elementelor d și f, există o „eșec” a unui electron de la un subnivel extern, care are o rezervă de energie mai mică, la subnivelul d sau f anterior. Un fenomen similar este tipic pentru cupru, argint, platină și aur.

Distribuția electronilor într-un atom presupune că subnivelurile sunt umplute cu electroni nepereche care au aceiași spini.

Numai după ce toți orbitalii liberi sunt complet umpluți cu electroni unici, celulele cuantice sunt completate cu particule negative secundare dotate cu spini opuși.

De exemplu, în starea neexcitată a azotului:

Proprietățile substanțelor sunt influențate de configurația electronică a electronilor de valență. După cantitatea lor, se poate determina cea mai mare și cea mai scăzută valență și activitate chimică. Dacă un element se află în subgrupul principal al tabelului periodic, puteți utiliza numărul grupului pentru a crea un nivel extern de energie și pentru a determina starea sa de oxidare. De exemplu, fosforul, care se află în al cincilea grup (subgrupul principal), conține cinci electroni de valență, prin urmare, este capabil să accepte trei electroni sau să doneze cinci particule unui alt atom.

Toți reprezentanții subgrupurilor laterale ale tabelului periodic sunt excepții de la această regulă.

Caracteristicile familiilor

În funcție de structura nivelului de energie externă, există o împărțire a tuturor atomilor neutri incluși în tabelul periodic în patru familii:

• Să luăm în considerare distribuția electronilor pe nivelurile de energie folosind exemplul unui atom de carbon. Numărul său atomic este 6, prin urmare, în nucleu există șase protoni care au o sarcină pozitivă. Având în vedere că carbonul este un reprezentant al celei de-a doua perioade, se caracterizează prin prezența a două niveluri energetice. Primul are doi electroni, al doilea are patru.
• elementele s sunt în primul și al doilea grup (subgrupuri principale);
• Familia p este situată în grupele III-VIII (subgrupele A);
• elementele d pot fi găsite în subgrupe similare din grupele I-VIII;

Toate elementele în starea lor normală au electroni de valență în subnivelul lui. Elementele p sunt caracterizate prin prezența electronilor liberi în subnivelurile s și p.

Elementele D într-o stare neexcitată au electroni de valență atât în ​​ultimul s- cât și în penultimul sub-subnivel.

Concluzie

Starea oricărui electron dintr-un atom poate fi descrisă folosind un set de numere fundamentale. În funcție de caracteristicile structurii sale, putem vorbi despre o anumită cantitate de energie. Folosind regula Hund, Klechkovsky, Pauli pentru orice element inclus în tabelul periodic, puteți crea configurația unui atom neutru.

Familia f este formată din actinide și lantanide.

Electronii aflați în primele niveluri au cea mai mică cantitate de energie într-o stare neexcitată. Când un atom neutru este încălzit, se observă o tranziție a electronilor, care este întotdeauna însoțită de o modificare a numărului de electroni liberi și duce la o schimbare semnificativă a stării de oxidare a elementului și la o modificare a activității sale chimice. De când reactii chimice nucleii atomilor care reacţionează rămân neschimbaţi, atunci atomii depind în primul rând de structura învelișurilor de electroni ale atomilor. Prin urmare, ne vom opri mai detaliat asupra distribuției electronilor într-un atom și în principal a celor dintre ei care determină proprietățile chimice ale atomilor (așa-numiții electroni de valență) și, în consecință, periodicitatea proprietăților atomilor și a acestora. compuși. Știm deja că starea electronilor poate fi descrisă printr-un set de patru numere cuantice, dar pentru a explica structura învelișurilor electronice ale atomilor, trebuie să cunoaștem următoarele trei principii de bază: 1) principiul Pauli, 2) principiul energiei minime și 3) pumnul Hund. principiul lui Pauli. În 1925, fizicianul elvețian W. Pauli a stabilit o regulă, numită mai târziu principiul Pauli (sau excluderea lui Pauli): un atom poate avea doi electroni cu aceleași proprietăți. Știind că proprietățile electronilor sunt caracterizate de numere cuantice, principiul Pauli poate fi formulat în acest fel: într-un atom nu pot exista doi electroni pentru care toate cele patru numere cuantice să fie la fel. Cel puțin unul dintre numerele cuantice l, /, mt sau m3 trebuie să fie în mod necesar diferit. Astfel, electronii cu aceeași cuan- În cele ce urmează, vom fi de acord să desemnăm grafic electronii cu valori s = + lj2> cu o săgeată T, iar cei care au valorile J- ~lf2 - cu o săgeată având aceiași spini sunt adesea numiți electroni cu spini paraleli și denotă ft (sau C). Doi electroni cu spini opuși se numesc electroni cu spini aptiparaleli și notează | Numerele J-totale l, I și mt trebuie neapărat să aibă învârtiri diferite. Prin urmare, într-un atom pot exista doar doi electroni cu același n, / și m, unul cu m = -1/2, celălalt cu m = + 1/2. Dimpotrivă, dacă spinurile a doi electroni sunt la fel, unul dintre numerele cuantice trebuie să difere: n, / sau mh Cunoscând principiul Pauli, să vedem acum câți electroni pot fi într-un atom pe o anumită „orbită” cu numărul cuantic principal n Prima „orbită” corespunde n= 1. Atunci /=0, mt-0 și tl pot avea o valoare arbitrară: +1/2 sau -1/2. Vedem că dacă n-1, pot exista doar doi astfel de electroni. În general, pentru orice valoare dată Electronii l se disting în primul rând printr-un număr cuantic lateral /, luând valori de la 0 la n-1. Pentru valori date, pot exista (2/+1) electroni cu valori diferite ale numărului cuantic magnetic m. Acest număr trebuie dublat, deoarece valorile date l, / și m( corespund la două sensuri diferite proiecții spin tx. În consecință, numărul maxim de electroni cu același număr cuantic n este exprimat prin sumă. Este clar de ce primul nivel de energie nu poate avea mai mult de 2 electroni, al doilea - 8, al treilea - 18, etc. de exemplu, atomul de hidrogen iH. Atomul de hidrogen iH are un electron, iar spinul acestui electron poate fi direcționat în mod arbitrar (adică ms^ + ij2 sau mt = -1 /2), iar electronul este în starea s-co la primul nivel de energie cu l - 1 (să ne amintim încă o dată că primul nivel energetic constă dintr-un subnivel - 15, al doilea nivel energetic - din două subnivele - 2s și 2p, al treilea - din trei subniveluri - 3*, Zru 3d etc.). Subnivelul, la rândul său, este împărțit în celule cuantice* (stări energetice determinate de numărul de valori posibile m(, adică 2/4-1). Celula este de obicei reprezentată grafic printr-un dreptunghi, direcția electronului spin este indicat prin săgeți Prin urmare, starea electronului din atomul de hidrogen iH poate fi reprezentată ca Ijt1 sau, ceea ce este același, prin „celulă cuantică” înțelegem * un orbital caracterizat de același set de valori. a numerelor cuantice n, I și m * în fiecare celulă pot fi plasați maximum doi electroni cu spini paraleli, care se notează cu ti - Distribuția electronilor în atomi În atomul de heliu 2He, numerele cuantice n- 1, / = 0 și m(-0 sunt aceleași pentru ambii electroni ai săi, dar numărul cuantic m3 este diferit. Proiecțiile spinului electronilor cu heliu pot fi mt = + V2 și ms = - V2 Structura învelișului de electroni a Atomul de heliu 2He poate fi reprezentat ca Is-2 sau, ceea ce este același, 1S Și Să descriem structura învelișurilor de electroni a cinci atomi de elemente din a doua perioadă a tabelului periodic: Că învelișurile de electroni 6N, 7N și BO trebuie completat cu precizie. Deci, nu este evident în avans. Aranjamentul dat al spinurilor este determinat de așa-numita regulă a lui Hund (formulată pentru prima dată în 1927 de către fizicianul german F. Hund). regula lui Hund. La o valoare dată a lui I (adică într-un anumit subnivel), electronii sunt aranjați în așa fel încât suta totală* este maximă. Dacă, de exemplu, trei electroni trebuie să fie distribuiți în trei /^-celule ale unui atom de azot, atunci fiecare va fi localizat într-o celulă separată, adică plasați pe trei orbitali p diferiți: în acest caz, spinul total este egală cu 3/2, întrucât proiecția sa este egală cu m3 - 4-1/2 + A/2+1/2 = 3/2* Acești trei electroni nu pot fi aranjați astfel: 2p NI pentru că atunci proiecția a spinului total tm = +1/2 - 1/2+ + 1/2=1/2. Din acest motiv, electronii din atomii de carbon, azot și oxigen sunt localizați exact așa cum este descris mai sus. Să luăm în continuare în considerare configurațiile electronice ale atomilor din următoarea a treia perioadă. Începând cu sodiu uNa, al treilea nivel de energie cu numărul cuantic principal n-3 este umplut. Atomii primelor opt elemente din perioada a treia au următoarele configurații electronice: Să luăm acum în considerare configurația electronică a primului atom din perioada a patra, potasiu 19K. Primii 18 electroni umplu următorii orbitali: ls12s22p63s23p6. S-ar părea; că al nouăsprezecelea electron al atomului de potasiu ar trebui să cadă pe subnivelul 3d, care corespunde cu n = 3 și 1 = 2. Cu toate acestea, de fapt, electronul de valență al atomului de potasiu este situat în orbitalul 4s. Umplerea ulterioară a cochiliilor după al 18-lea element nu are loc în aceeași succesiune ca în primele două perioade. Electronii din atomi sunt aranjați în conformitate cu principiul Pauli și cu regula lui Hund, dar astfel încât energia lor să fie minimă. Principiul energiei minime (cea mai mare contribuție la dezvoltarea acestui principiu a fost făcută de omul de știință V.M. Klechkovsky) - într-un atom, fiecare electron este situat astfel încât energia sa să fie minimă (ceea ce corespunde celei mai mari conexiuni cu nucleul) . Energia electronului este determinată în principal de numărul cuantic principal n și numărul cuantic secundar /, astfel încât mai întâi sunt completate acele subnivele pentru care suma valorilor numerelor cuantice pi/ este cea mai mică. De exemplu, energia unui electron la subnivelul 4s este mai mică decât la subnivelul 3d, deoarece în primul caz n+/=4+0=4, iar în al doilea n+/=3+2= 5; la subnivelul 5* (n+ /=5+0=5) energia este mai mică decât la Ad (l + /=4+ 4-2=6); cu 5p (l+/=5 +1 = 6) energia este mai mică decât cu 4/(l-f/= =4+3=7), etc. V.M Klechkovsky a fost cel care a formulat pentru prima dată în 1961 pozitia generala, care afirmă că în starea fundamentală electronul ocupă un nivel nu cu valoarea minimă posibilă a lui n, ci cu cea mai mică valoare a sumei n+/« În cazul în care pentru două subniveluri sumele valorilor lui n/ sunt egale, subnivelul cu valoarea mai mică a lui n este completat. De exemplu, la subnivelurile 3d, Ap, 5s, suma valorilor lui pi/ este egală cu 5. În acest caz, subnivelurile cu valori mai mici. ​din l sunt umplute mai întâi, adică 3dAp-5s, etc. În sistemul periodic de elemente Mendeleev, succesiunea nivelurilor și subnivelurilor de umplere cu electroni arată astfel (Fig. 2.4). Distribuția electronilor în atomi. Schema de umplere a nivelurilor și subnivelurilor de energie cu electroni În consecință, conform principiului energiei minime, în multe cazuri este mai favorabil din punct de vedere energetic ca un electron să ocupe un subnivel al nivelului „supraiacent”, deși subnivelul nivelului „inferior”. nu este umplut: Acesta este motivul pentru care în a patra perioadă se umple mai întâi subnivelul 4s și numai după aceea subnivelul 3d.

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 rapid și ușor să spună cititorului câți orbitali de electroni are un atom, precum și să determine numărul de electroni din fiecare orbital. După ce ați citit acest articol, veți stăpâni metoda de întocmire a configurațiilor electronice.

Pași

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

Găsiți numărul atomic al atomului dvs. Fiecare atom are un anumit număr electronii asociati cu acesta. 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 ai unui 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 sarcină -1 va avea un electron în plus in plus la numărul său atomic de bază 11. Cu alte cuvinte, atomul va avea un total de 12 electroni.
• Dacă vorbim despre un atom de sodiu cu o sarcină de +1, un electron trebuie scăzut din numărul atomic de bază 11. Astfel, atomul va avea 10 electroni.

1. Amintiți-vă lista de bază a orbitalilor. Pe măsură ce numărul de electroni dintr-un atom crește, aceștia umplu diferitele subniveluri ale învelișului de electroni a atomului în conformitate cu o anumită secvență. Fiecare subnivel al învelișului de electroni, atunci când este umplut, conține un număr par de electroni. Există următoarele subniveluri:

   Înțelegeți notația configurației electronice. Configurațiile electronice sunt scrise pentru a arăta 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 ia 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 unui atom de neon neutru (numărul atomic al neonului este 10).

2. Amintiți-vă ordinea orbitalilor. Rețineți că orbitalii electronilor sunt numerotați în ordinea creșterii numărului învelișului de electroni, dar aranjați în ordinea crescătoare a energiei. De exemplu, un orbital 4s 2 umplut are o energie mai mică (sau o mobilitate mai mică) decât un orbital 3d 10 parțial umplut sau umplut, astfel încât orbitalul 4s este scris primul. Odată ce cunoașteți ordinea orbitalilor, îi puteți umple cu ușurință în funcție de numărul de electroni din atom. Ordinea de umplere a orbitalilor 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 fi următoarea: 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 14 5d 5d 107 6p 14 6d 10 7p 6
   • Rețineți că intrarea de mai sus, când toți orbitalii sunt umpluți, este configurația electronică a elementului Uuo (ununoctium) 118, atomul cel mai mare numerotat din tabelul periodic. Prin urmare, această configurație electronică conține toate subnivelurile electronice cunoscute în prezent ale unui atom încărcat neutru.

3. Umpleți 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.

   • Umpleți 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, 2p va avea șase, cei 3 vor avea doi, 3p va avea 6 și cei 4 vor 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 aranjați în ordinea creșterii energiei. De exemplu, când sunteți gata să treceți la al 4-lea nivel de energie, 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 de electroni în configurațiile electronice. De exemplu, atomii din a doua coloană din stânga se termină întotdeauna cu „s 2”, iar atomii de pe marginea dreaptă a părții subțiri din mijloc se termină întotdeauna cu „d 10”, etc. Utilizați tabelul periodic ca ghid vizual pentru scrierea configurațiilor - modul în care ordinea în care adăugați la orbitali corespunde poziției dvs. în tabel. Vezi mai jos:

   • Mai exact, 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 jumătatea inferioară conține atomi care se termină în orbitali f.
   • De exemplu, când scrieți 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 al tabelul periodic. Prin urmare, configurația sa electronică se va termina în. ..3p 5
   • Rețineți că elementele din regiunea orbitală d și f a tabelului sunt caracterizate de 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 a 4-a perioadă, iar primul rând de elemente cu orbitali f corespunde unui orbital 4f, deși se află în a 6-a. perioadă.

5. Aflați abrevieri pentru scrierea configurațiilor electronice lungi. Se numesc atomii de pe marginea 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, pur și simplu scrieți simbolul chimic al celui mai apropiat gaz nobil cu mai puțini electroni decât atomul dvs. între paranteze drepte 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 care include gazul 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 o parte din configurația electronică pentru zinc cu simbolul chimic pentru argon între paranteze drepte (.)
   • Deci, configurația electronică a zincului, scrisă în formă prescurtată, are forma: 4s 2 3d 10 .
   • Vă rugăm să rețineți că, dacă scrieți configurația electronică a unui gaz nobil, să spunem argon, nu o puteți scrie! Trebuie să folosiți abrevierea pentru gazul nobil care precede acest element; pentru argon va fi neon ().

   Folosind tabelul periodic AOMAH

   1. Stăpânește tabelul periodic AOMAH. Această metodăînregistrarea configurației electronice nu necesită memorare, ci necesită un tabel periodic modificat, deoarece în tabelul periodic tradițional, începând din a patra perioadă, numărul perioadei nu corespunde învelișului de electroni. Găsiți tabelul periodic ADOMAH - un tip special de tabel periodic dezvoltat 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 și așa-numitele „cascade” (linii diagonale care se conectează blocurile s,p,dși f) corespund perioadelor.
      • Heliul este mutat spre hidrogen, deoarece ambele elemente sunt caracterizate de un orbital 1s. Blocurile de perioadă (s,p,d și f) sunt afișate cu partea dreaptă, iar numerele de nivel sunt date la bază. Elementele sunt reprezentate în casete numerotate de la 1 la 120. Aceste numere sunt numere atomice obișnuite, care reprezintă numărul total de electroni dintr-un atom neutru.

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

      • Notați numerele de la 1 la 8 din partea de jos a tabelului. Acestea sunt numere de nivele electronice sau numere de coloane. Ignorați coloanele care conțin numai elemente tăiate. Pentru erbiu rămân coloanele numerotate 1,2,3,4,5 și 6.

   3. Numără subnivelurile orbitale până la elementul tău. Privind simbolurile bloc afișate în dreapta tabelului (s, p, d și f) și numerele coloanelor afișate la bază, ignorați liniile diagonale dintre blocuri și împărțiți coloanele în blocuri de coloane, listându-le în ordine de jos în sus. Din nou, ignorați blocurile care au toate elementele 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 de mai sus a lui Er este scrisă în ordinea crescătoare a numărului subnivelului de electroni. Poate fi scris și în ordinea umplerii orbitalilor. Pentru a face acest lucru, urmați cascadele de jos în sus, mai degrabă decât coloanele, 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 de electroni. Numărați elementele din fiecare bloc de coloană care nu au fost tăiate, atașând câte un electron de la fiecare element și scrieți numărul lor lângă simbolul bloc pentru fiecare bloc de coloană astfel: 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 care se referă la configurațiile electronice ale atomilor în starea cea mai scăzută de energie, numită și starea energiei fundamentale. Ei nu se supun regula generala numai în ultimele două-trei poziţii ocupate de electroni. În acest caz, configurația electronică reală presupune că electronii sunt într-o stare cu o 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 de configurație 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 greșiți la test.
   • Nu există stabilitate la subnivelul „pe jumătate plin”. Aceasta este o simplificare. Orice stabilitate care este atribuită subnivelurilor „pe jumătate umplute” are loc deoarece fiecare orbital este ocupat de un electron, astfel încât repulsia dintre electroni este redusă la minimum.
   • Fiecare atom tinde spre o stare stabilă, iar cele mai stabile configurații au subnivelurile s și p umplute (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 (pentru a pierde șase, inclusiv electronii de subnivelul s, necesită mai multă energie, deci pierderea a patru este mai ușoară). Și dacă configurația se termină în 4d 3, atunci pentru a obține o stare stabilă trebuie să piardă trei electroni. În plus, subnivelurile pe jumătate umplute (s1, p3, d5..) sunt mai stabile decât, de exemplu, p4 sau p2; cu toate acestea, s2 și p6 vor fi și mai stabile.
   • Când aveți de-a face cu un ion, aceasta înseamnă că numărul de protoni nu este egal cu numărul de electroni. În acest caz, sarcina atomului va fi reprezentată în dreapta sus (de obicei) a simbolului chimic. Prin urmare, un atom de antimoniu cu sarcină +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 s-a schimbat în 5p 1 . Aveți grijă când configurația atomului neutru se termină în 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 în 4s 2 3d 7 și atomul primește o sarcină de +2, atunci configurația se va termina în 4s 0 3d 7. Vă rugăm să rețineți că 3d 7 Nu modificări, electronii din orbitalul s se pierd în schimb.
   • Există condiții când un electron este forțat să „trece la un nivel de energie mai înalt”. Când un subnivel este cu un electron mai scurt decât să fie jumătate sau plin, luați un electron de la cel mai apropiat subnivel s sau p și mutați-l la subnivelul care are nevoie de electron.
   • Există două opțiuni pentru înregistrarea configurației electronice. Ele pot fi scrise în ordinea crescătoare a numerelor nivelului de energie sau în ordinea umplerii orbitalilor electronilor, așa cum sa arătat mai sus pentru erbiu.
   • De asemenea, puteți scrie configurația electronică a unui element scriind doar configurația de valență, care reprezintă 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. Omite două niveluri și urmează același model, în funcție de unde ai început și de cât de mare este numărul de electroni.