پیکربندی الکترونیکی اتم - طرح ها و مدل ها. پیکربندی های الکترونیکی اتم های عناصر دوره های کوچک

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

چرا پیکربندی الکترونیکی عناصر را مطالعه می کنیم؟

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

چند الکترون در یک اتم وجود دارد؟

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

کجا به دنبال الکترون بگردیم؟

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

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

مداری

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

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

عدد کوانتومی مداری l

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

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

عدد کوانتومی مغناطیسی m l

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

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

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

عدد کوانتومی m s را بچرخانید

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

عدد کوانتومی اصلی n

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

عدد الکترون

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

ساختار لایه‌های الکترونی اتم‌های عناصر چهار دوره اول: عناصر $s-$، $p-$ و $d-$. پیکربندی الکترونیکی اتم حالت های زمینی و برانگیخته اتم ها

مفهوم اتم از دنیای باستانبرای تعیین ذرات ماده در زبان یونانی اتم به معنای «تقسیم ناپذیر» است.

الکترون ها

استونی فیزیکدان ایرلندی بر اساس آزمایشات به این نتیجه رسید که الکتریسیته توسط کوچکترین ذرات موجود در اتمهای همه عناصر شیمیایی حمل می شود. در 1891 دلار، استونی پیشنهاد نامگذاری این ذرات را داد الکترون هاکه در زبان یونانی به معنای "کهربا" است.

چند سال پس از نامگذاری الکترون، فیزیکدان انگلیسی جوزف تامسون و فیزیکدان فرانسوی ژان پرین ثابت کردند که الکترون ها دارای بار منفی هستند. این کوچکترین بار منفی است که در شیمی به عنوان واحد $(–1)$ در نظر گرفته می شود. تامسون حتی توانست سرعت الکترون (برابر سرعت نور - 300000 دلار کیلومتر بر ثانیه) و جرم الکترون (1836 دلار کمتر از جرم اتم هیدروژن) را تعیین کند.

تامسون و پرین قطب های یک منبع جریان را با دو صفحه فلزی - یک کاتد و یک آند که به یک لوله شیشه ای لحیم شده اند و هوا از آن تخلیه می شد - متصل کردند. هنگامی که ولتاژی حدود 10 هزار ولت به صفحات الکترود اعمال شد، تخلیه نورانی در لوله چشمک زد و ذرات از کاتد (قطب منفی) به آند (قطب مثبت) پرواز کردند که دانشمندان ابتدا آن را نامیدند. پرتوهای کاتدیو سپس متوجه شد که جریانی از الکترون است. برخورد الکترون ها با مواد خاصی که مثلاً به صفحه تلویزیون اعمال می شود، باعث درخشش می شود.

نتیجه گیری انجام شد: الکترون ها از اتم های ماده ای که کاتد از آن ساخته شده است فرار می کنند.

الکترون‌های آزاد یا شار آن‌ها را می‌توان به روش‌های دیگری نیز به‌دست آورد، به عنوان مثال، با گرم کردن یک سیم فلزی یا با تابش نور به فلزاتی که توسط عناصر زیرگروه اصلی گروه I جدول تناوبی (مثلاً سزیم) تشکیل شده‌اند.

وضعیت الکترون ها در یک اتم

وضعیت یک الکترون در یک اتم به عنوان مجموعه ای از اطلاعات در مورد درک می شود انرژیالکترون خاص در فضاکه در آن قرار دارد. ما قبلاً می دانیم که یک الکترون در یک اتم مسیر حرکتی ندارد، یعنی. فقط می توان در مورد صحبت کرد احتمالاتپیدا کردن آن در فضای اطراف هسته این می تواند در هر قسمت از این فضای اطراف هسته قرار گیرد و مجموع موقعیت های مختلف آن به عنوان یک ابر الکترونی با چگالی بار منفی معین در نظر گرفته می شود. به طور تصویری، می‌توان چنین تصور کرد: اگر می‌توان از موقعیت یک الکترون در یک اتم در صدم یا میلیونم ثانیه عکس گرفت، آن‌گاه الکترون در چنین عکس‌هایی به عنوان یک نقطه نشان داده می‌شد. هنگامی که با تعداد بی شماری از این عکس ها پوشانده شود، تصویری از یک ابر الکترونی به دست می آید بالاترین تراکمجایی که بیشترین امتیاز وجود دارد.

شکل "برش" چنین چگالی الکترونی را در اتم هیدروژنی که از هسته می گذرد را نشان می دهد، و خط چین کره ای را که احتمال یافتن الکترون در آن 90٪ دلار است، مشخص می کند. نزدیکترین کانتور به هسته، ناحیه ای از فضا را پوشش می دهد که احتمال یافتن الکترون در آن 10% دلار است، احتمال یافتن الکترون در داخل کانتور دوم از هسته 20% دلار، در داخل سوم - 30 دلار است. %$ و غیره مقداری عدم قطعیت در وضعیت الکترون وجود دارد. برای توصیف این حالت خاص، فیزیکدان آلمانی دبلیو هایزنبرگ مفهوم اصل عدم قطعیت، یعنی نشان داد که تعیین همزمان و دقیقاً انرژی و مکان الکترون غیرممکن است. هرچه انرژی یک الکترون دقیق تر تعیین شود، موقعیت آن نامشخص تر است و بالعکس، با تعیین موقعیت، تعیین انرژی الکترون غیرممکن است. منطقه احتمال آشکارسازی الکترون هیچ مرز مشخصی ندارد. با این حال، می توان فضایی را که در آن احتمال یافتن الکترون حداکثر است، مشخص کرد.

فضای اطراف هسته اتم که احتمال یافتن الکترون در آن بیشتر است، اوربیتال نامیده می شود.

تقریباً 90٪ دلار از ابر الکترونی را شامل می شود، به این معنی که حدود 90٪ دلار از زمانی که الکترون در این قسمت از فضا است. با توجه به شکل، $4$ از انواع اوربیتال های شناخته شده در حال حاضر متمایز می شوند که با حروف لاتین $s، p، d$ و $f$ نشان داده می شوند. تصویر گرافیکیبرخی از اشکال اوربیتال های الکترونی در شکل نشان داده شده است.

مهمترین ویژگی حرکت یک الکترون در مداری خاص، انرژی اتصال آن با هسته است. الکترون هایی با مقادیر انرژی مشابه یک واحد را تشکیل می دهند لایه الکترونیکی، یا سطح انرژی. سطوح انرژی با شروع از هسته شماره گذاری می شوند: 1، 2، 3، 4، 5، 6 دلار و 7 دلار.

یک عدد صحیح $n$ که نشان دهنده تعداد سطح انرژی است، عدد کوانتومی اصلی نامیده می شود.

این انرژی الکترون هایی را که سطح انرژی معینی را اشغال می کنند، مشخص می کند. الکترون های اولین سطح انرژی، نزدیک ترین به هسته، کمترین انرژی را دارند. در مقایسه با الکترون های سطح اول، الکترون های سطوح بعدی با مقدار زیادی انرژی مشخص می شوند. در نتیجه، الکترون های سطح بیرونی کمترین شدت را به هسته اتم متصل می کنند.

تعداد سطوح انرژی (لایه های الکترونیکی) در یک اتم برابر است با تعداد دوره در سیستم D.I. Mendeleev که عنصر شیمیایی به آن تعلق دارد: اتم های عناصر دوره اول دارای یک سطح انرژی هستند. دوره دوم - دو؛ دوره هفتم - هفتم.

بیشترین تعداد الکترون در سطح انرژی با فرمول تعیین می شود:

که در آن $N$ حداکثر تعداد الکترون است. $n$ عدد سطح یا عدد کوانتومی اصلی است. در نتیجه: اولین سطح انرژی نزدیک به هسته نمی تواند بیش از دو الکترون داشته باشد. در دوم - نه بیش از 8 دلار؛ در سوم - نه بیش از 18 دلار؛ در چهارم - بیش از 32 دلار. و به نوبه خود سطوح انرژی (لایه های الکترونیکی) چگونه مرتب می شوند؟

با شروع از سطح انرژی دوم $(n = 2)$، هر یک از سطوح به سطوح فرعی (زیرلایه ها) تقسیم می شوند که با انرژی اتصال با هسته کمی با یکدیگر متفاوت هستند.

تعداد سطوح فرعی برابر با مقدار عدد کوانتومی اصلی است:اولین سطح انرژی یک سطح فرعی دارد. دوم - دو؛ سوم - سه؛ چهارمی چهار است. سطوح فرعی نیز به نوبه خود توسط اوربیتال ها تشکیل می شوند.

هر مقدار $n$ مربوط به تعداد اوربیتال های برابر با $n^2$ است. با توجه به داده های ارائه شده در جدول، می توان رابطه بین عدد کوانتومی اصلی $n$ و تعداد سطوح فرعی، نوع و تعداد اوربیتال ها و حداکثر تعداد الکترون ها در هر زیرسطح و تراز را ردیابی کرد.

عدد کوانتومی اصلی، انواع و تعداد اوربیتال‌ها، حداکثر تعداد الکترون‌ها در سطوح فرعی و سطوح.

مرسوم است که سطوح فرعی را با حروف لاتین و همچنین شکل اوربیتال هایی که از آنها تشکیل شده است تعیین کنید: $s, p, d, f$. بنابراین:

• $s$-sublevel - اولین سطح فرعی هر سطح انرژی نزدیک به هسته اتم، از یک $s$-اوربیتال تشکیل شده است.
• $p$-sublevel - دومین سطح فرعی هر کدام، به جز سطح انرژی اول، از سه اوربیتال $p$ تشکیل شده است.
• $d$-sublevel - سومین سطح فرعی هر یک، که از سطح انرژی سوم شروع می شود، از پنج $d$-اوربیتال تشکیل شده است.
• زیرسطح $f$ هر یک، که از سطح انرژی چهارم شروع می شود، از هفت $f$-اوربیتال تشکیل شده است.

هسته اتم

اما نه تنها الکترون ها بخشی از اتم ها هستند. هانری بکرل فیزیکدان کشف کرد که یک ماده معدنی طبیعی حاوی نمک اورانیوم نیز تشعشعات ناشناخته ای از خود ساطع می کند و فیلم های عکاسی را که از نور بسته شده اند را روشن می کند. این پدیده نامیده شده است رادیواکتیویته.

سه نوع پرتوهای رادیواکتیو وجود دارد:

1. پرتوهای $α$، که از ذرات $α$ تشکیل شده‌اند که دارای باری ۲ دلاری بیشتر از بار الکترون، اما با علامت مثبت و جرمی ۴ دلاری بیشتر از جرم اتم هیدروژن هستند.
2. $β$-اشعه ها جریانی از الکترون ها هستند.
3. اشعه $γ$ امواج الکترومغناطیسی با جرم ناچیز هستند که بار الکتریکی ندارند.

در نتیجه، اتم ساختار پیچیده ای دارد - از یک هسته و الکترون با بار مثبت تشکیل شده است.

اتم چگونه مرتب شده است؟

در سال 1910 در کمبریج، در نزدیکی لندن، ارنست رادرفورد به همراه دانشجویان و همکارانش پراکندگی ذرات $α$ را که از ورق طلای نازک عبور می‌کردند و روی صفحه می‌افتادند، مطالعه کردند. ذرات آلفا معمولاً فقط یک درجه از جهت اصلی منحرف می شوند و به نظر می رسد یکنواختی و یکنواختی خواص اتم های طلا را تأیید می کنند. و ناگهان محققان متوجه شدند که برخی از ذرات $α$- به طور ناگهانی جهت مسیر خود را تغییر دادند، گویی با نوعی مانع برخورد می کنند.

با قرار دادن صفحه نمایش در مقابل فویل، رادرفورد توانست حتی موارد نادری را که ذرات $α$- منعکس شده از اتم های طلا، در جهت مخالف پرواز می کردند، تشخیص دهد.

محاسبات نشان داد که اگر کل جرم اتم و تمام بار مثبت آن در یک هسته مرکزی کوچک متمرکز شود، پدیده های مشاهده شده می توانند رخ دهند. شعاع هسته، همانطور که مشخص شد، 100000 برابر کوچکتر از شعاع کل اتم است، ناحیه ای که در آن الکترون هایی وجود دارند که بار منفی دارند. اگر یک مقایسه مجازی اعمال کنیم، کل حجم اتم را می توان به استادیوم در لوژنیکی تشبیه کرد، و هسته - توپ فوتبالواقع در مرکز میدان

اتم هر کدام عنصر شیمیاییقابل مقایسه با کوچک منظومه شمسی. بنابراین، چنین مدلی از اتم که توسط رادرفورد ارائه شده است، سیاره ای نامیده می شود.

پروتون ها و نوترون ها

به نظر می رسد که هسته اتمی کوچک، که کل جرم اتم در آن متمرکز است، از ذرات دو نوع - پروتون و نوترون تشکیل شده است.

پروتون هادارای باری برابر با بار الکترون ها، اما مخالف علامت $(+1)$، و جرمی برابر با جرم اتم هیدروژن (در شیمی به عنوان یک واحد پذیرفته شده است). پروتون ها با $↙(1)↖(1)p$ (یا $р+$) نشان داده می شوند. نوترون هاحامل بار نیستند، آنها خنثی هستند و جرمی برابر با جرم یک پروتون دارند، یعنی. 1 دلار نوترون ها با $↙(0)↖(1)n$ (یا $n^0$) نشان داده می شوند.

پروتون و نوترون در مجموع نامیده می شوند نوکلئون ها(از لات هسته- هسته).

مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های یک اتم نامیده می شود عدد جرمی. به عنوان مثال، عدد جرمی یک اتم آلومینیوم:

از آنجایی که جرم الکترون که ناچیز است را می توان نادیده گرفت، بدیهی است که کل جرم اتم در هسته متمرکز شده است. الکترون ها به صورت زیر نشان داده می شوند: $e↖(-)$.

از آنجایی که اتم از نظر الکتریکی خنثی است، بدیهی است که که تعداد پروتون ها و الکترون های یک اتم یکسان است. برابر با عدد اتمی عنصر شیمیایی استدر جدول تناوبی به آن اختصاص داده شده است. به عنوان مثال، هسته یک اتم آهن حاوی 26 دلار پروتون است و الکترون های 26 دلاری به دور هسته می چرخند. و چگونه می توان تعداد نوترون ها را تعیین کرد؟

همانطور که می دانید جرم یک اتم مجموع جرم پروتون و نوترون است. دانستن عدد ترتیبی عنصر $(Z)$، i.e. تعداد پروتون ها و عدد جرمی $(A)$ برابر با مجموعتعداد پروتون ها و نوترون ها، می توانید تعداد نوترون های $(N)$ را با استفاده از فرمول پیدا کنید:

به عنوان مثال، تعداد نوترون های یک اتم آهن:

$56 – 26 = 30$.

جدول مشخصات اصلی ذرات بنیادی را نشان می دهد.

ویژگی های اساسی ذرات بنیادی

ایزوتوپ ها

انواع اتم های یک عنصر که دارای بار هسته ای یکسان اما اعداد جرمی متفاوت هستند، ایزوتوپ نامیده می شوند.

کلمه ایزوتوپاز دو کلمه یونانی تشکیل شده است: isos- همان و توپوس- مکان، به معنای اشغال یک مکان (سلول) در سیستم تناوبی عناصر است.

عناصر شیمیایی موجود در طبیعت مخلوطی از ایزوتوپ ها هستند. بنابراین کربن دارای سه ایزوتوپ با جرم 12، 13، 14 دلار است. اکسیژن - سه ایزوتوپ با جرم 16، 17، 18 دلار و غیره.

معمولاً در سیستم تناوبی، جرم اتمی نسبی یک عنصر شیمیایی، مقدار متوسط ​​جرم اتمی یک مخلوط طبیعی از ایزوتوپ های یک عنصر معین است، با در نظر گرفتن فراوانی نسبی آنها در طبیعت، بنابراین، مقادیر توده های اتمی اغلب کسری هستند. برای مثال، اتم‌های کلر طبیعی مخلوطی از دو ایزوتوپ هستند - 35 دلار (در طبیعت 75٪ دلار وجود دارد) و 37 دلار (25٪ دلار وجود دارد). بنابراین، جرم اتمی نسبی کلر 35.5 دلار است. ایزوتوپ های کلر به صورت زیر نوشته می شوند:

$↖(35)↙(17)(Cl)$ و $↖(37)↙(17)(Cl)$

خواص شیمیایی ایزوتوپ های کلر دقیقاً مشابه ایزوتوپ های اکثر عناصر شیمیایی مانند پتاسیم و آرگون است:

$↖(39)↙(19)(K)$ و $↖(40)↙(19)(K)$، $↖(39)↙(18)(Ar)$ و $↖(40)↙(18 )(ار)$

با این حال، ایزوتوپ های هیدروژن به دلیل افزایش برابری چشمگیر در جرم اتمی نسبی آنها، از نظر خواص بسیار متفاوت هستند. حتی به آنها اسامی فردی و علائم شیمیایی داده شد: پروتیوم - $↖(1)↙(1)(H)$; دوتریوم - $↖(2)↙(1)(H)$، یا $↖(2)↙(1)(D)$؛ تریتیوم - $↖(3)↙(1)(H)$، یا $↖(3)↙(1)(T)$.

حالا ما می توانیم مدرن، دقیق تر و تعریف علمیعنصر شیمیایی.

یک عنصر شیمیایی مجموعه ای از اتم ها با بار هسته ای یکسان است.

ساختار لایه های الکترونی اتم های عناصر چهار دوره اول

نگاشت تنظیمات الکترونیکی اتم های عناصر را با دوره های سیستم D.I. مندلیف در نظر بگیرید.

عناصر دوره اول.

طرح های ساختار الکترونیکی اتم ها توزیع الکترون ها را بر روی لایه های الکترونیکی (سطوح انرژی) نشان می دهد.

فرمول های الکترونیکی اتم ها توزیع الکترون ها را در سطوح انرژی و سطوح فرعی نشان می دهد.

فرمول های الکترونیکی گرافیکی اتم ها توزیع الکترون ها را نه تنها در سطوح و زیرسطح ها، بلکه در اوربیتال ها نیز نشان می دهد.

در یک اتم هلیوم، اولین لایه الکترونی کامل است - دارای الکترون های 2 دلاری است.

هیدروژن و هلیوم عناصر $s$ هستند، این اتم ها دارای اوربیتال $s$ پر از الکترون هستند.

عناصر دوره دوم.

برای همه عناصر دوره دوم، اولین لایه الکترونی پر می شود و الکترون ها اوربیتال های $s-$ و $p$ لایه الکترونی دوم را مطابق با اصل کمترین انرژی (اول $s$، سپس $p) پر می کنند. $) و قواعد پائولی و هوند.

در اتم نئون، لایه الکترونی دوم تکمیل شده است - دارای الکترون های 8 دلاری است.

عناصر دوره سوم.

برای اتم‌های عناصر دوره سوم، لایه‌های الکترونی اول و دوم تکمیل می‌شوند، بنابراین لایه الکترونی سوم پر می‌شود که در آن الکترون‌ها می‌توانند زیرسطح‌های 3s-، 3p- و 3d را اشغال کنند.

ساختار لایه های الکترونی اتم های عناصر دوره سوم.

یک اوربیتال الکترونی 3.5 دلاری در اتم منیزیم تکمیل می شود. $Na$ و $Mg$ عناصر $s$ هستند.

برای آلومینیوم و عناصر بعدی، سطح فرعی $3d$ با الکترون پر شده است.

$↙(18)(Ar)$ آرگون

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

در یک اتم آرگون، لایه بیرونی (لایه سوم الکترونی) دارای الکترون 8 دلاری است. همانطور که لایه بیرونی کامل شده است، اما همانطور که قبلاً می دانید، می تواند 18 الکترون در لایه الکترونی سوم وجود داشته باشد، به این معنی که عناصر دوره سوم دارای اوربیتال $3d$ پر نشده هستند.

همه عناصر از $Al$ تا $Ar$ - $p$ -عناصر.

$s-$ و $r$ -عناصرفرم زیر گروه های اصلیدر سیستم تناوبی

عناصر دوره چهارم.

اتم های پتاسیم و کلسیم دارای یک لایه الکترونی چهارم هستند، زیرسطح $4s$ پر شده است، زیرا انرژی کمتری نسبت به زیرسطح $3d$ دارد. برای ساده کردن فرمول های الکترونیکی گرافیکی اتم های عناصر دوره چهارم:

1. ما به صورت مشروط فرمول الکترونیکی گرافیکی آرگون را به صورت زیر نشان می دهیم: $Ar$;
2. ما سطوح فرعی که برای این اتم ها پر نشده اند را به تصویر نخواهیم کشید.

$K، Ca$ - $s$ -عناصر،در زیر گروه های اصلی گنجانده شده است. برای اتم های $Sc$ تا $Zn$، سطح فرعی 3d با الکترون ها پر شده است. اینها عناصر $3d$ هستند. شامل می شوند زیر گروه های جانبی،لایه الکترونی خارجی آنها پر شده است، به آنها اشاره می شود عناصر انتقالی

به ساختار لایه های الکترونی اتم های کروم و مس توجه کنید. "شکست" یک الکترون از سطح فرعی $4s-$ تا $3d$ در آنها رخ می دهد، که با پایداری انرژی بیشتر پیکربندی های الکترونیکی $3d^5$ و $3d^(10)$ توضیح داده می شود:

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

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

نماد عنصر، شماره سریال، نام	نمودار ساختار الکترونیکی	فرمول الکترونیکی	فرمول الکترونیکی گرافیکی
$↙(19)(K)$ پتاسیم		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1$
$↙(20)(C)$ کلسیم		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2$
$↙(21)(Sc)$ اسکاندیم		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^1$ یا $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^1(4)s^1$
$↙(22)(Ti)$ تیتانیوم		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^2$ یا $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^2(4)s^2$
$↙(23)(V)$ وانادیوم		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^3$ یا $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^3(4)s^2$
$↙(24)(Cr)$ Chrome		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^5$ یا $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^5(4)s^1$
$↙(29)(Сu)$ Chromium		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^(10)$ یا $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^1$
$↙(30)(Zn)$ روی		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)$ یا $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^2$
$↙(31)(Ga)$ گالیم		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^(1)$ یا $1s^2(2) s^2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^(1)$
$↙(36)(Kr)$ کریپتون		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^6$ یا $1s^2(2)s^ 2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^6$

در اتم روی، لایه سوم الکترونی کامل است - تمام سطوح فرعی $3، 3p$ و $3d$ در آن پر شده است، در مجموع 18 دلار الکترون روی آنها وجود دارد.

در عناصر بعد از روی، لایه الکترونی چهارم، زیرسطح $4p$، همچنان پر می شود. عناصر از $Ga$ تا $Kr$ - $r$ -عناصر.

لایه بیرونی (چهارم) یک اتم کریپتون کامل شده است، 8 دلار الکترون دارد. اما همانطور که می‌دانید فقط در لایه چهارم الکترون می‌تواند 32 دلار الکترون وجود داشته باشد. اتم کریپتون هنوز دارای سطوح فرعی $4d-$ و $4f$ پر نشده است.

عناصر دوره پنجم سطوح فرعی را به ترتیب زیر پر می کنند: $5s → 4d → 5р$. و همچنین استثناهایی مربوط به "شکست" الکترون ها وجود دارد، برای $↙(41)Nb$، $↙(42)Mo$، $↙(44)Ru$، $↙(45)Rh$، $↙( 46) Pd$، $↙(47)Ag$. $f$ در دوره های ششم و هفتم ظاهر می شود -عناصر، یعنی عناصری که زیرسطحهای $4f-$ و $5f$-از سومین لایه الکترونیکی بیرونی به ترتیب در حال پر شدن هستند.

$4f$ -عناصرتماس گرفت لانتانیدها

$5f$ -عناصرتماس گرفت اکتینیدها

ترتیب پر کردن سطوح فرعی الکترونیکی در اتم های عناصر دوره ششم: $↙(55)Cs$ و $↙(56)Ba$ - $6s$-عناصر. $↙(57)La ... 6s^(2)5d^(1)$ - $5d$-element; $↙(58)Ce$ – $↙(71)Lu - 4f$-elements; $↙(72)Hf$ – $↙(80)Hg - عناصر 5d$; $↙(81)Т1$ – $↙(86)Rn - 6d$-elements. اما در اینجا نیز عناصری وجود دارند که در آنها ترتیب پر شدن اوربیتال های الکترونی نقض می شود که به عنوان مثال با پایداری انرژی بیشتر زیرسطح های زیرسطح $f$ نیم و کاملاً پر شده همراه است، یعنی. $nf^7$ و $nf^(14)$.

بسته به اینکه آخرین سطح اتم با الکترون ها پر شده باشد، همه عناصر، همانطور که قبلاً فهمیدید، به چهار خانواده یا بلوک الکترونیکی تقسیم می شوند:

1. $s$ -عناصر؛زیرسطح $s$ با الکترون ها پر شده است سطح خارجیاتم عناصر $s$ شامل هیدروژن، هلیوم و عناصر زیرگروه های اصلی گروه های I و II هستند.
2. $r$ -عناصر؛زیرسطح $p$ سطح بیرونی اتم با الکترون پر شده است. عناصر $p$ شامل عناصر زیر گروه های اصلی گروه های III-VIII هستند.
3. $d$ -عناصر؛زیرسطح $d$ سطح پیش خارجی اتم با الکترون پر شده است. عناصر $d$ شامل عناصر زیرگروه‌های ثانویه گروه‌های I-VIII هستند، یعنی. عناصر دهه های درهم تنیده از دوره های بزرگ که بین عناصر $s-$ و $p-$ قرار دارند. آنها نیز نامیده می شوند عناصر انتقال؛
4. F$ -عناصر؛سطح فرعی $f-$ سطح سوم اتم در خارج با الکترون پر شده است. اینها شامل لانتانیدها و اکتینیدها هستند.

پیکربندی الکترونیکی اتم حالت های زمینی و برانگیخته اتم ها

فیزیکدان سوئیسی دبلیو پاولی در 1925 دلار آن را ثابت کرد یک اتم می تواند حداکثر دو الکترون در یک اوربیتال داشته باشد.داشتن اسپین های مخالف (ضد موازی) (از انگلیسی به عنوان دوک ترجمه شده است)، یعنی. دارای چنین خصوصیاتی است که به طور مشروط می تواند به عنوان چرخش یک الکترون به دور محور فرضی خود در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت تصور شود. این اصل نامیده می شود اصل پائولی

اگر یک الکترون در یک اوربیتال وجود داشته باشد، آن را می نامند جفت نشده، اگر دو، پس این الکترون های جفت شده، یعنی الکترون با اسپین مخالف

در شکل نموداری از تقسیم سطوح انرژی به سطوح فرعی نشان داده شده است.

$s-$ مداریهمانطور که می دانید شکل کروی دارد. الکترون اتم هیدروژن $(n = 1)$ روی این اوربیتال قرار دارد و جفت نشده است. با توجه به این او فرمول الکترونیکی، یا پیکربندی الکترونیکی، به این صورت نوشته می شود: $1s^1$. در فرمول های الکترونیکی، عدد سطح انرژی با عدد مقابل حرف $ (1 ...) $ نشان داده می شود. حرف لاتینسطح فرعی (نوع مداری) را نشان می دهد و عددی که در سمت راست بالای حرف نوشته شده است (به عنوان یک توان)، تعداد الکترون های سطح فرعی را نشان می دهد.

برای یک اتم هلیوم He که دارای دو الکترون جفت در یک اوربیتال $s-$ است، این فرمول است: $1s^2$. لایه الکترونی اتم هلیوم کامل و بسیار پایدار است. هلیم یک گاز نجیب است. سطح انرژی دوم $(n = 2)$ دارای چهار اوربیتال، یک $s$ و سه $p$ است. الکترون‌های مداری سطح دوم $s$ (اوربیتال‌های $2s$) انرژی بالاتری دارند، زیرا در فاصله بیشتری از هسته نسبت به الکترون های $1s$-اوربیتال $(n = 2)$ قرار دارند. به طور کلی، برای هر مقدار $n$ یک اوربیتال $s-$ وجود دارد، اما با مقدار متناظری از انرژی الکترون روی آن و بنابراین، با قطر متناظر، به عنوان مقدار $n$.$s- رشد می کند. همانطور که می دانید، $Orbital افزایش می یابد، شکل کروی دارد. الکترون اتم هیدروژن $(n = 1)$ روی این اوربیتال قرار دارد و جفت نشده است. بنابراین فرمول الکترونیکی آن یا پیکربندی الکترونیکی آن به صورت زیر نوشته می شود: $1s^1$. در فرمول های الکترونیکی، تعداد سطح انرژی با عدد جلوی حرف $ (1 ...) $، سطح فرعی (نوع مداری) با حرف لاتین و عددی که به عدد نوشته می شود نشان داده می شود. سمت راست حرف (به عنوان یک توان) تعداد الکترون ها را در سطح فرعی نشان می دهد.

برای یک اتم هلیوم $He$، که دارای دو الکترون جفت در یک اوربیتال $s-$ است، این فرمول است: $1s^2$. لایه الکترونی اتم هلیوم کامل و بسیار پایدار است. هلیم یک گاز نجیب است. سطح انرژی دوم $(n = 2)$ دارای چهار اوربیتال، یک $s$ و سه $p$ است. الکترونهای $s-$orbitals سطح دوم ($2s$-orbitals) انرژی بالاتری دارند، زیرا در فاصله بیشتری از هسته نسبت به الکترون های $1s$-اوربیتال $(n = 2)$ قرار دارند. به طور کلی، برای هر مقدار $n$ یک اوربیتال $s-$ وجود دارد، اما با مقدار متناظر انرژی الکترونی روی آن و بنابراین با قطر متناظر، با افزایش مقدار $n$ رشد می‌کند.

$r-$ مداریشکل دمبل یا حجم هشت را دارد. هر سه اوربیتال $p$ به طور متقابل در امتداد مختصات فضایی ترسیم شده از هسته اتم در اتم قرار دارند. باز هم باید تاکید کرد که هر سطح انرژی (لایه الکترونیکی) که از $n=2$ شروع می شود، دارای سه اوربیتال $p$ است. با افزایش مقدار $n$، الکترون‌ها اوربیتال‌های $p$ را اشغال می‌کنند که در فواصل زیادی از هسته قرار دارند و در امتداد محورهای $x، y، z$ هدایت می‌شوند.

برای عناصر دوره دوم $(n = 2)$، ابتدا یک $s$-اوربیتال و سپس سه $p$-اوربیتال پر می شود. فرمول الکترونیکی $Li: 1s^(2)2s^(1)$. الکترون $2s^1$ کمتر به هسته اتم متصل است، بنابراین یک اتم لیتیوم می تواند به راحتی آن را از بین ببرد (همانطور که احتمالاً به یاد دارید، این فرآیند اکسیداسیون نامیده می شود) و به یون لیتیوم $Li^+$ تبدیل می شود.

در اتم بریلیوم Be، الکترون چهارم نیز در مدار $2s$ قرار می گیرد: $1s^(2)2s^(2)$. دو الکترون بیرونی اتم بریلیم به راحتی جدا می شوند - $B^0$ به کاتیون $Be^(2+)$ اکسید می شود.

الکترون پنجم اتم بور اوربیتال $2p$ را اشغال می کند: $1s^(2)2s^(2)2p^(1)$. سپس، اوربیتال‌های $2p$ اتم‌های $C، N، O، F$ پر می‌شوند، که با گاز نجیب نئونی خاتمه می‌یابد: $1s^(2)2s^(2)2p^(6)$.

برای عناصر دوره سوم، اوربیتال های $3s-$ و $3p$ به ترتیب پر می شوند. پنج اوربیتال $d$ از سطح سوم آزاد می مانند:

$↙(11)Na 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(1)$،

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

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

گاهی اوقات، در نمودارهایی که توزیع الکترون ها در اتم ها را نشان می دهند، فقط تعداد الکترون ها در هر سطح انرژی نشان داده می شود، یعنی. بر خلاف فرمول های الکترونیکی کامل بالا، فرمول های الکترونیکی مختصر اتم های عناصر شیمیایی را بنویسید، به عنوان مثال:

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

برای عناصر دوره های بزرگ (چهارم و پنجم)، دو الکترون اول به ترتیب $4s-$ و $5s$-اوربیتال ها را اشغال می کنند: $↙(19)K 2, 8, 8, 1;$ $↙(38)Sr 2 , 8, 18, 8, 2$. با شروع از عنصر سوم هر دوره بزرگ، ده الکترون بعدی به ترتیب به اوربیتال های $3d-$ و $4d-$ قبلی خواهند رفت (برای عناصر زیر گروه های ثانویه): $↙(23)V 2, 8, 11 , 2;$ $↙( 26)Fr 2, 8, 14, 2;$ $↙(40)Zr 2, 8, 18, 10, 2;$ $↙(43)Tc 2, 8, 18, 13, 2 دلار به عنوان یک قاعده، وقتی زیرسطح $d$ قبلی پر می شود، زیرسطح خارجی (به ترتیب $4p-$ و $5p-$) $p-$ شروع به پر شدن می کند: $↙(33) به عنوان 2، 8، 18, 5;$ $ ↙(52)Te 2, 8, 18, 18, 6$.

برای عناصر دوره های بزرگ - ششمین و هفتمین ناقص - سطوح و سطوح فرعی الکترونیکی به طور معمول با الکترون ها پر می شوند: دو الکترون اول وارد زیرسطح $s-$ خارجی می شوند: $↙(56)Ba 2, 8 , 18, 18, 8, 2;$ $↙(87)Fr 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1$; الکترون بعدی (برای $La$ و $Ca$) به زیرسطح $d$ قبلی: $↙(57)La 2، 8، 18، 18، 9، 2$ و $↙(89)Ac 2، 8، 18، 32، 18، 9، 2 دلار.

سپس الکترون‌های 14 دلاری بعدی از بیرون وارد سومین سطح انرژی خواهند شد، اوربیتال‌های 4f$ و 5f$ لانتونیدها و اکتینیدها، به ترتیب: $↙(64)Gd 2, 8, 18, 25, 9, 2 ;$ $↙(92 )U 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2$.

سپس دومین سطح انرژی خارجی ($d$-زیرسطح) مجدداً برای عناصر زیر گروه‌های جانبی ایجاد می‌شود: $↙(73)Ta 2, 8, 18, 32, 11, 2;$ $↙(104) Rf 2، 8، 18، 32، 32، 10، 2$. و در نهایت، تنها پس از اینکه زیرسطح $d$ کاملاً با ده الکترون پر شد، زیرسطح $p$ دوباره پر خواهد شد: $↙(86)Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8$.

اغلب، ساختار پوسته های الکترونی اتم ها با استفاده از انرژی یا سلول های کوانتومی به تصویر کشیده می شود - آنها به اصطلاح را یادداشت می کنند. فرمول های الکترونیکی گرافیکی. برای این رکورد، از نماد زیر استفاده می شود: هر سلول کوانتومی با یک سلول نشان داده می شود که مربوط به یک مدار است. هر الکترون با یک فلش مربوط به جهت اسپین نشان داده می شود. هنگام نوشتن فرمول الکترونیکی گرافیکی، باید دو قانون را به خاطر بسپارید: اصل پائولیطبق آن یک سلول (اوربیتال) نمی تواند بیش از دو الکترون داشته باشد، اما با اسپین های ضد موازی، و F. قانون هوند، طبق آن الکترون ها ابتدا سلول های آزاد را یک به یک اشغال می کنند و در همان زمان دارای ارزش اسپین یکسان هستند و فقط پس از آن جفت می شوند ، اما اسپین ها طبق اصل پائولی قبلاً جهت مخالف خواهند بود.

توزیع الکترون ها بر روی AO های مختلف نامیده می شود پیکربندی الکترونیکی یک اتم. پیکربندی الکترونیکی با کمترین انرژی مطابقت دارد حالت اولیهاتم، پیکربندی های باقی مانده به آن اشاره دارد حالت های هیجان زده.

پیکربندی الکترونیکی یک اتم به دو صورت به تصویر کشیده می شود - به شکل فرمول های الکترونیکی و نمودارهای پراش الکترون. هنگام نوشتن فرمول های الکترونیکی، از اعداد کوانتومی اصلی و مداری استفاده می شود. سطح فرعی با عدد کوانتومی اصلی (عدد) و عدد کوانتومی مداری (حرف مربوطه) نشان داده می شود. تعداد الکترون‌ها در یک سطح فرعی، بالانویس را مشخص می‌کند. به عنوان مثال، برای حالت پایه اتم هیدروژن، فرمول الکترونیکی این است: 1 س 1 .

ساختار سطوح الکترونیکی را می‌توان با استفاده از نمودارهای پراش الکترونی، که در آن توزیع بر روی سطوح فرعی به شکل سلول‌های کوانتومی نشان داده می‌شود، به طور کامل‌تر توصیف کرد. در این مورد، مدار به طور متعارف به عنوان یک مربع به تصویر کشیده می شود که در نزدیکی آن نام سطح فرعی الصاق می شود. سطوح فرعی در هر سطح باید کمی از نظر ارتفاع منحرف شوند، زیرا انرژی آنها تا حدودی متفاوت است. بسته به علامت عدد کوانتومی اسپین، الکترون ها با فلش یا ↓ نشان داده می شوند. نمودار پراش الکترونی اتم هیدروژن:

اصل ساخت پیکربندی های الکترونیکی اتم های چندالکترونی، افزودن پروتون ها و الکترون ها به اتم هیدروژن است. توزیع الکترون ها بر روی سطوح انرژی و سطوح فرعی از قوانین قبلاً در نظر گرفته شده پیروی می کند: اصل حداقل انرژی، اصل پائولی و قانون هوند.

با در نظر گرفتن ساختار پیکربندی الکترونیکی اتم ها، تمام عناصر شناخته شده، مطابق با مقدار عدد کوانتومی مداری آخرین سطح فرعی پر شده، را می توان به چهار گروه تقسیم کرد: س-عناصر، پ-عناصر، د-عناصر، f-عناصر.

در اتم هلیوم He (Z=2) الکترون دوم 1 را اشغال می کند س-اوربیتال، فرمول الکترونیکی آن: 1 س 2. نمودار الکترونیکی:

هلیوم اولین کوتاه ترین دوره جدول تناوبی عناصر را به پایان می رساند. پیکربندی الکترونیکی هلیوم نشان داده شده است.

دوره دوم لیتیوم لی (Z=3) را باز می کند، فرمول الکترونیکی آن:
نمودار الکترونیکی:

در زیر نمودارهای پراش الکترونی ساده شده اتم‌های عناصری که اوربیتال‌های سطح انرژی یکسان آن‌ها در ارتفاع یکسان قرار دارند آمده است. سطوح فرعی داخلی و کاملاً پر شده نشان داده نمی شوند.

پس از لیتیوم بریلیم Be (Z=4) قرار می گیرد که در آن الکترون اضافی 2 را پر می کند س- مداری فرمول الکترونیکی: 2 س 2

در حالت پایه، الکترون بور بعدی B (z=5) 2 را اشغال می کند آر-اوربیتال، V:1 س 2 2س 2 2پیک ؛ الگوی پراش الکترونی آن:

پنج عنصر زیر دارای تنظیمات الکترونیکی هستند:

ج (Z=6): 2 س 2 2پ 2N (Z=7): 2 س 2 2پ 3

O (Z=8): 2 س 2 2پ 4 F (Z=9): 2 س 2 2پ 5

Ne (Z=10): 2 س 2 2پ 6

تنظیمات الکترونیکی داده شده توسط قانون هوند تعیین می شود.

سطح انرژی اول و دوم نئون کاملا پر شده است. بیایید پیکربندی الکترونیکی آن را تعیین کنیم و از ادامه برای ثبت مختصر فرمول های الکترونیکی اتم های عناصر استفاده خواهیم کرد.

سدیم سدیم (Z=11) و منیزیم (Z=12) دوره سوم را باز می کنند. الکترون های بیرونی 3 را اشغال می کنند س-اوربیتال:

Na (Z=11): 3 س 1

Mg (Z=12): 3 س 2

سپس با شروع آلومینیوم (Z=13)، 3 آر-سطح فرعی دوره سوم با آرگون Ar (Z=18) به پایان می رسد:

ال (Z=13): 3 س 2 3پ 1

Ar (Z=18): 3 س 2 3پ 6

تفاوت عناصر دوره سوم با عناصر دوم در این است که 3 آزاد دارند د-اوربیتال هایی که می توانند در تشکیل یک پیوند شیمیایی شرکت کنند. این حالت های ظرفیت نشان داده شده توسط عناصر را توضیح می دهد.

در دوره چهارم طبق قاعده ( n+ل)، در پتاسیم K (Z=19) و کلسیم کلسیم (Z=20) الکترون 4 را اشغال می کند. س- سطح فرعی، نه 3 د. شروع با اسکاندیم Sc (Z=21) و پایان دادن به روی روی (Z=30)، 3 د- سطح فرعی:

فرمول های الکترونیکی د-عناصر را می توان به شکل یونی نشان داد: سطوح فرعی به ترتیب صعودی عدد کوانتومی اصلی و به صورت ثابت فهرست می شوند. n- به ترتیب افزایش عدد کوانتومی مداری. به عنوان مثال، برای Zn چنین ورودی به شکل زیر است:
هر دوی این ورودی ها معادل هستند، اما فرمول روی که قبلا داده شد به درستی ترتیب پر شدن سطوح فرعی را نشان می دهد.

ردیف 3 دعناصر در کروم کروم (Z=24) انحراف از قانون وجود دارد ( n+ل). طبق این قانون، پیکربندی Cr باید به شکل زیر باشد:
پیکربندی واقعی آن پیدا شده است
گاهی اوقات این اثر "شکست" الکترون نامیده می شود. اثرات مشابه با افزایش پایداری به نصف توضیح داده می شود ( پ 3 , د 5 , f 7) و به طور کامل ( پ 6 , د 10 , f 14) سطوح فرعی را تکمیل کرد.

انحراف از قانون ( n+ل) در سایر عناصر نیز مشاهده می شود (جدول 2). این به دلیل این واقعیت است که با افزایش عدد کوانتومی اصلی، تفاوت بین انرژی‌های سطوح فرعی کاهش می‌یابد.

بعد پر کردن 4 می آید پزیرسطح (Ga - Kr). دوره چهارم فقط شامل 18 عنصر است. به همین ترتیب، 5 را پر کنید س-, 4د- و 5 پ- سطوح فرعی از 18 عنصر دوره پنجم. توجه داشته باشید که انرژی 5 س- و 4 د-سطوح فرعی بسیار نزدیک هستند و یک الکترون با 5 س- سطح فرعی می تواند به راحتی به 4 برود د-سطح فرعی در 5 س- Nb، Mo، Tc، Ru، Rh، Ag تنها یک الکترون دارد. در شرایط اولیه 5 س- سطح فرعی Pd پر نشده است. "شیب" دو الکترون مشاهده می شود.

جدول 2

استثنائات از ( n+ل) – قوانین برای 86 عنصر اول

در دوره ششم پس از پر کردن 6 س-زیرسطح سزیم Cs (55=Z) و باریم Ba (56=Z) الکترون بعدی طبق قانون ( n+ل) باید 4 را مصرف کند f-سطح فرعی اما در لانتانیم La (Z=57) یک الکترون وارد 5 می شود د-سطح فرعی نیمه پر شده (4 f 7) 4f-sublevel پایداری را افزایش داده است، بنابراین، گادولینیم Gd (Z=64)، به دنبال یوروپیوم Eu (Z=63)، تا 4 f-سطح فرعی تعداد الکترون های قبلی (7) را حفظ می کند و الکترون جدید به 5 می رسد دزیرسطح، نقض قانون ( n+ل). در تربیوم Tb (Z=65)، الکترون بعدی 4 را اشغال می کند f-سطح فرعی و انتقال الکترونی از 5 وجود دارد د- سطح فرعی (پیکربندی 4 f 9 6س 2). پر کردن 4 f-سطح فرعی به ایتربیوم Yb ختم می شود (Z=70). الکترون بعدی اتم لوتتیوم Lu 5 را اشغال می کند د-سطح فرعی پیکربندی الکترونیکی آن با اتم لانتانیم تنها با پر شدن کامل با 4 متفاوت است. f-سطح فرعی

در حال حاضر، در سیستم دوره ای عناصر D.I. مندلیف، تحت اسکاندیم Sc و ایتریم Y، لوتتیوم (به جای لانتانیم) گاهی اوقات به عنوان اولین قرار می گیرد. دعنصر، و تمام 14 عنصر جلوی آن، از جمله لانتانیم، قرار دادن آن در یک گروه خاص لانتانیدهافراتر از جدول تناوبی عناصر

خواص شیمیایی عناصر عمدتاً توسط ساختار سطوح الکترونیکی بیرونی تعیین می شود. تغییر در تعداد الکترون های سوم بیرونی 4 f- سطح فرعی تأثیر کمی بر خواص شیمیایی عناصر دارد. پس هر 4 fعناصر از نظر خواص مشابه هستند. سپس در دوره ششم پر کردن 5 وجود دارد دزیرسطح (Hf - Hg) و 6 پزیرسطح (Tl - Rn).

در دوره هفتم 7 سزیرسطح برای فرانسیم Fr (Z=87) و رادیوم Ra (Z=88) پر شده است. اکتینیم دارای انحراف از قانون است ( n+ل) و الکترون بعدی 6 را پر می کند د- سطح فرعی، نه 5 f. پس از آن گروهی از عناصر (Th - No) با پر کردن 5 دنبال می شود f- سطوح فرعی که یک خانواده را تشکیل می دهند اکتینیدها. توجه داشته باشید که 6 د- و 5 f- سطوح فرعی آنقدر انرژی نزدیک دارند که پیکربندی الکترونیکی اتم‌های اکتینید اغلب از قانون پیروی نمی‌کند. n+ل). اما در این حالت مقدار دقیق پیکربندی 5 است f تی 5د متر چندان مهم نیست، زیرا تأثیر نسبتاً ضعیفی بر خواص شیمیایی عنصر دارد.

لارنسیم Lr (Z=103) دارای یک الکترون جدید در 6 است د-سطح فرعی این عنصر گاهی اوقات در جدول تناوبی تحت لوتسیم قرار می گیرد. دوره هفتم تکمیل نشده است. عناصر 104 - 109 ناپایدار هستند و خواص آنها کمی شناخته شده است. بنابراین، با افزایش بار هسته، ساختارهای الکترونیکی مشابه سطوح بیرونی به طور دوره ای تکرار می شوند. در این راستا باید انتظار تغییرات دوره ای در خواص مختلف عناصر را نیز داشت.

تغییر دوره ای در خواص اتم های عناصر شیمیایی

خواص شیمیایی اتم های عناصر در اثر متقابل آنها آشکار می شود. انواع پیکربندی سطوح انرژی خارجی اتم ها ویژگی های اصلی رفتار شیمیایی آنها را تعیین می کند.

ویژگی های اتم هر عنصر که رفتار آن را در واکنش های شیمیایی تعیین می کند، انرژی یونیزاسیون، میل الکترون، الکترونگاتیوی است.

انرژی یونیزاسیون انرژی مورد نیاز برای جدا کردن و حذف یک الکترون از اتم است. هر چه انرژی یونیزاسیون کمتر باشد، قدرت کاهشی اتم بیشتر است. بنابراین، انرژی یونیزاسیون معیاری برای سنجش توانایی کاهشی یک اتم است.

انرژی یونیزاسیون مورد نیاز برای جدا کردن اولین الکترون اولین انرژی یونیزاسیون I 1 نامیده می شود. انرژی لازم برای جدا شدن الکترون دوم را انرژی یونیزاسیون دوم I 2 و غیره می نامند که در این حالت نابرابری زیر صورت می گیرد.

من 1< I 2 < I 3 .

جدا شدن و حذف یک الکترون از یک اتم خنثی راحت تر از یک یون باردار اتفاق می افتد.

حداکثر مقدار انرژی یونیزاسیون مربوط به گازهای نجیب است. فلزات قلیایی حداقل مقدار انرژی یونیزاسیون را دارند.

در یک دوره، انرژی یونیزاسیون به طور غیر یکنواخت تغییر می کند. در ابتدا، هنگام حرکت از عناصر s به اولین عناصر p کاهش می یابد. سپس در عناصر p بعدی افزایش می یابد.

در یک گروه، با افزایش تعداد ترتیبی عنصر، انرژی یونیزاسیون کاهش می یابد که به دلیل افزایش فاصله بین سطح خارجی و هسته است.

میل الکترونی انرژی (که با E نشان داده می شود) است که با اتصال الکترون به اتم آزاد می شود. وقتی یک اتم یک الکترون را می پذیرد، تبدیل به یک یون با بار منفی می شود. میل الکترون در یک دوره افزایش می یابد، در حالی که در یک گروه، به عنوان یک قاعده، کاهش می یابد.

هالوژن ها بیشترین میل ترکیبی الکترونی را دارند. با اتصال الکترون از دست رفته برای تکمیل پوسته، آنها پیکربندی کامل یک اتم گاز نجیب را به دست می آورند.

الکترونگاتیوی مجموع انرژی یونیزاسیون و میل ترکیبی الکترون است

الکترونگاتیوی با یک دوره افزایش می یابد و با یک زیر گروه کاهش می یابد.

اتم ها و یون ها به دلیل ماهیت موجی الکترون مرزهای کاملا مشخصی ندارند. بنابراین، شعاع اتم ها و یون ها به صورت مشروط تعیین می شود.

بیشترین افزایش در شعاع اتم ها در عناصر دوره های کوچک مشاهده می شود که در آنها فقط سطح انرژی بیرونی پر می شود که برای عناصر s و p معمولی است. برای عناصر d و f، افزایش هموارتر در شعاع با افزایش بار هسته ای مشاهده می شود.

در یک زیر گروه، شعاع اتمی با افزایش تعداد سطوح انرژی افزایش می یابد.

در ابتدا، عناصر موجود در جدول تناوبی عناصر شیمیایی توسط D.I. مندلیف مطابق با جرم اتمی و خواص شیمیایی آنها مرتب شده بودند، اما در واقع معلوم شد که این جرم اتم نیست که نقش تعیین کننده ای دارد، بلکه بار هسته و بر این اساس، تعداد الکترون های موجود در اتم است. اتم خنثی

پایدارترین حالت الکترون در اتم یک عنصر شیمیایی مربوط به حداقل انرژی آن است و هر حالت دیگری را برانگیخته می گویند که در آن الکترون می تواند خود به خود به سطحی با انرژی کمتر حرکت کند.

بیایید در نظر بگیریم که چگونه الکترون ها در یک اتم در امتداد اوربیتال ها توزیع می شوند، یعنی. پیکربندی الکترونیکی یک اتم چند الکترون در حالت پایه برای ساخت پیکربندی الکترونیکیاز اصول زیر برای پر کردن اوربیتال ها با الکترون استفاده کنید:

- اصل پائولی (ممنوعیت) - در یک اتم نمی توان دو الکترون با یک مجموعه از هر 4 عدد کوانتومی وجود داشته باشد.

- اصل کمترین انرژی (قوانین کلچکوفسکی) - اوربیتال ها به ترتیب افزایش انرژی اوربیتال ها با الکترون ها پر می شوند (شکل 1).

برنج. 1. توزیع انرژی اوربیتال های یک اتم هیدروژن مانند. n عدد کوانتومی اصلی است.

انرژی یک اوربیتال به مجموع (n + l) بستگی دارد. اوربیتال ها با الکترون ها به ترتیب صعودی جمع (n + l) برای این ارتتوتال ها پر می شوند. بنابراین، برای سطوح فرعی 3d و 4s، مجموع (n + l) به ترتیب برابر با 5 و 4 خواهد بود که در نتیجه ابتدا اوربیتال 4s پر می شود. اگر مجموع (n + l) برای دو اوربیتال یکسان باشد، ابتدا اوربیتالی با مقدار کوچکتر n پر می شود. بنابراین، برای اوربیتال های 3d و 4p، مجموع (n + l) برای هر اوربیتال برابر با 5 خواهد بود، اما ابتدا اوربیتال 3d پر می شود. با توجه به این قوانین، ترتیب پر کردن اوربیتال ها به شرح زیر خواهد بود:

1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<5d<4f<6p<7s<6d<5f<7p

خانواده یک عنصر با توجه به انرژی با آخرین اوربیتال پر از الکترون تعیین می شود. با این حال، فرمول های الکترونیکی را نمی توان مطابق با سری انرژی نوشت.

41 Nb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 3 5s 2 2 2 P 6 3s

41 Nb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 3 ورودی پیکربندی الکترونیکی نادرست

برای پنج عنصر d اول، ظرفیت (یعنی الکترون‌هایی که مسئول تشکیل پیوند شیمیایی هستند) مجموع الکترون‌های d و s هستند که با آخرین الکترون‌ها پر شده‌اند. برای عناصر p، ظرفیت مجموع الکترون هایی است که در سطوح فرعی s و p قرار دارند. برای عناصر s، ظرفیت ها الکترون هایی هستند که در سطح فرعی s سطح انرژی بیرونی قرار دارند.

- قانون هوند - در یک مقدار l، الکترون ها اوربیتال ها را به گونه ای پر می کنند که اسپین کل حداکثر باشد (شکل 2).

برنج. 2. تغییر انرژی در اوربیتالهای 1s -، 2s - 2p - اتمهای دوره دوم سیستم تناوبی.

نمونه هایی از ساخت پیکربندی های الکترونیکی اتم ها

نمونه هایی از ساخت پیکربندی های الکترونیکی اتم ها در جدول 1 آورده شده است.

جدول 1. نمونه هایی از ساخت پیکربندی های الکترونیکی اتم ها

پیکربندی الکترونیکیاتم فرمولی است که آرایش الکترون ها را در لایه های الکترونی مختلف یک اتم یک عنصر شیمیایی توصیف می کند. تعداد الکترون های یک اتم خنثی از نظر عددی برابر با بار هسته و بنابراین با شماره سریال جدول تناوبی برابر است.

با افزایش تعداد الکترون ها در یک اتم، آنها زیرسطح های مختلف لایه الکترونی اتم را پر می کنند. هر سطح فرعی از پوسته الکترونی، هنگامی که پر شود، حاوی تعداد زوج الکترون است:

- s-sublevelشامل یک اوربیتال منفرد است که به گفته پائولی، حداکثر می تواند حاوی دو الکترون باشد.

- p-sublevelشامل سه اوربیتال است و بنابراین می تواند حداکثر 6 الکترون داشته باشد.

- d-sublevelحاوی 5 اوربیتال است، بنابراین می تواند تا 10 الکترون داشته باشد.

- f-sublevelدارای 7 اوربیتال است، بنابراین می تواند تا 14 الکترون داشته باشد.

اوربیتال های الکترونیکی به ترتیب صعودی عدد کوانتومی اصلی (عدد سطح) شماره گذاری می شوند که با عدد دوره منطبق است. اوربیتال ها با انرژی صعودی پر می شوند (اصل حداقل انرژی): 1 س, 2س, 2پ, 3س, 3پ, 4س, 3د, 4پ, 5س, 4د, 5پ, 6س, 4f, 5د, 6پ, 7س, 5f, 6د, 7پ.اگر ترتیب پر شدن اوربیتال ها را بدانید و بدانید که هر اتم بعدی از یک عنصر در جدول تناوبی یک الکترون بیشتر از اتم قبلی دارد، به راحتی می توانید آنها را مطابق با تعداد الکترون های اتم پر کنید.

فقط الکترون های سطح بیرونی اتم، الکترون های ظرفیت، در تبدیلات شیمیایی شرکت می کنند. عناصری که دوره های جدول تناوبی را کامل می کنند، گازهای بی اثر که دارای اوربیتال های الکترونی کاملاً پر شده اند، از نظر شیمیایی بسیار پایدار هستند. برای نوشتن پیکربندی الکترونیکی کوتاه اتم A، کافی است نماد شیمیایی نزدیکترین گاز بی اثر با تعداد الکترون کمتری نسبت به اتم A در پرانتز بنویسید و سپس پیکربندی سطوح فرعی مداری بعدی را اضافه کنید.

نمایش گرافیکی پیکربندی الکترونیکی آرایش الکترون ها را در سلول های کوانتومی نشان می دهد. سلول های کوانتومی باید با در نظر گرفتن انرژی اوربیتال ها نسبت به یکدیگر قرار گیرند. سلول های اوربیتال های منحط انرژی در همان سطح قرار دارند، از نظر انرژی مطلوب تر - پایین، کمتر مطلوب - در بالا. جدول پیکربندی الکترونیکی اتم آرسنیک را نشان می دهد. پر شده مثل نیمه پر د-سطوح فرعی انرژی مداری کمتری نسبت به s-سطوح فرعی، بنابراین در زیر ترسیم شده است. جدول 2 پیکربندی اتم آرسنیک را نشان می دهد.

جدول 2. پیکربندی الکترونیکی اتم آرسنیک به عنوان

برای پیکربندی الکترونیکی اتم ها در حالت انرژی زمین استثناهایی وجود دارد، به عنوان مثال: کروم (3 د 5 4سیک)؛ مس (3 د 10 4سیک)؛ مو (4 د 5 5سیک)؛ Ag (4 د 10 5سیک)؛ آئو (4 f 14 5د 10 6س 1 .

پیوند شیمیایی

خواص یک ماده با ترکیب شیمیایی آن، ترتیب اتصال اتم ها به مولکول ها و شبکه های کریستالی و تأثیر متقابل آنها تعیین می شود. ساختار الکترونیکی هر اتم مکانیسم تشکیل پیوندهای شیمیایی، نوع و ویژگی های آن را از پیش تعیین می کند.