سيناريو الهيكل الإلكتروني للذرة. هيكل ذرات العناصر الكيميائية

كل شيء في العالم مصنوع من الذرات. ولكن من أين أتوا، ومما يتكونون؟ اليوم نجيب على هذه الأسئلة البسيطة والأساسية. بعد كل شيء، يقول العديد من الأشخاص الذين يعيشون على هذا الكوكب أنهم لا يفهمون بنية الذرات التي يتكونون منها.

وبطبيعة الحال، يفهم عزيزي القارئ أننا نحاول في هذا المقال تقديم كل شيء على المستوى الأبسط والأكثر إثارة للاهتمام، لذلك لا نقوم "بالتحميل" المصطلحات العلمية. بالنسبة لأولئك الذين يرغبون في دراسة هذه القضية بمزيد من التفصيل المستوى المهنيننصح بقراءة الأدبيات المتخصصة. ومع ذلك، فإن المعلومات الواردة في هذه المقالة قد تساعد خدمة جيدةفي دراستك وببساطة تجعلك أكثر معرفة.

الذرة هي جسيم من المادة الحجم المجهريوالكتلة، أصغر جزء من العنصر الكيميائي الذي يحمل خصائصه. وبعبارة أخرى، هذا أصغر جسيممادة يمكن أن تدخل في التفاعلات الكيميائية.

تاريخ الاكتشاف والهيكل

لقد كان مفهوم الذرة معروفا في الماضي اليونان القديمة. الذرية – النظرية الفيزيائيةوالتي تنص على أن جميع الأشياء المادية تتكون من جزيئات غير قابلة للتجزئة. جنبا إلى جنب مع اليونان القديمة، تطورت فكرة الذرية أيضًا بالتوازي في الهند القديمة.

من غير المعروف ما إذا كان الفضائيون قد أخبروا فلاسفة ذلك الوقت عن الذرات، أم أنهم فكروا في الأمر بأنفسهم، ولكن يمكن التأكد من ذلك تجريبياً هذه النظريةولم يتمكن الكيميائيون من القيام بهذا إلا في وقت لاحق ـ فقط في القرن السابع عشر، عندما خرجت أوروبا من هاوية محاكم التفتيش والعصور الوسطى.

لفترة طويلة، كانت الفكرة السائدة عن بنية الذرة هي فكرة أنها جسيم غير قابل للتجزئة. ولم تتضح حقيقة إمكانية تقسيم الذرة إلا في بداية القرن العشرين. رذرفورد، وذلك بفضل له تجربة مشهورةومن خلال انحراف جسيمات ألفا، علم أن الذرة تتكون من نواة تدور حولها الإلكترونات. وتم اعتماد النموذج الكوكبي للذرة، والذي بموجبه تدور الإلكترونات حول النواة، مثل كواكب نظامنا الشمسي حول نجم.

التمثيلات الحديثةلقد تم إحراز تقدم كبير بشأن بنية الذرة. وتتكون نواة الذرة بدورها الجسيمات دون الذريةأو النيوكليونات - البروتونات والنيوترونات. إنها النيوكليونات التي تشكل الجزء الأكبر من الذرة. علاوة على ذلك، فإن البروتونات والنيوترونات ليست كذلك جزيئات غير قابلة للتجزئةوتتكون من جسيمات أساسية - الكواركات.

نواة الذرة لها إيجابية الشحنة الكهربائيةوالإلكترونات التي تدور في المدار تكون سالبة. وبالتالي فإن الذرة متعادلة كهربائيا.

نعطي أدناه مخططًا أوليًا لبنية ذرة الكربون.

خصائص الذرات

وزن

تقاس كتلة الذرات عادة بوحدات الكتلة الذرية - a.m.u. الوحدة الذريةالكتلة هي كتلة 1/12 من ذرة الكربون الساكنة بحرية في الحالة الأرضية.

في الكيمياء، يتم استخدام هذا المفهوم لقياس كتلة الذرات "حشرة العتة". 1 مول هو كمية المادة التي تحتوي على عدد الذرات يساوي العددأفوجادرو.

مقاس

أحجام الذرات صغيرة للغاية. إذن، أصغر ذرة هي ذرة الهيليوم، ونصف قطرها 32 بيكومترًا. معظم ذرة كبيرة- ذرة سيزيوم نصف قطرها 225 بيكومتر. البادئة بيكو تعني عشرة مرفوعة للقوة الثانية عشر! أي أننا إذا قللنا 32 مترًا ألف مليار مرة، فسنحصل على حجم نصف قطر ذرة الهيليوم.

وفي الوقت نفسه، فإن حجم الأشياء يكون، في الواقع، الذرة فارغة بنسبة 99٪. تشغل النواة والإلكترونات جزءًا صغيرًا للغاية من حجمها. من أجل الوضوح، فكر في هذا المثال. إذا تخيلت ذرة على شكل الملعب الأولمبي في بكين (أو ربما ليس في بكين، فقط تخيل ملعبًا كبيرًا)، فإن نواة هذه الذرة ستكون عبارة عن حبة كرز تقع في وسط الملعب. وستكون مدارات الإلكترون في مكان ما على مستوى المدرجات العلوية، وسيزن الكرز 30 مليون طن. مثير للإعجاب، أليس كذلك؟

من أين تأتي الذرات؟

كما تعلمون الآن ذرات مختلفةمجمعة في الجدول الدوري. هناك 118 فيه (وإذا كان مع تلك المتوقعة، ولكن ليس بعد عناصر مفتوحة- 126) العناصر عدا النظائر. ولكن هذا ليس هو الحال دائما.

في بداية تكوين الكون، لم تكن هناك ذرات، بل وأكثر من ذلك، لم تكن هناك سوى جزيئات أولية تتفاعل مع بعضها البعض تحت تأثير درجات الحرارة الهائلة. كما يقول الشاعر، كان تأليه حقيقي للجسيمات. في الدقائق الثلاث الأولى من وجود الكون، وبسبب انخفاض درجة الحرارة وتزامن مجموعة كاملة من العوامل، بدأت عملية التخليق النووي الأولي، عندما ظهرت العناصر الأولى من الجسيمات الأولية: الهيدروجين والهيليوم والليثيوم و الديوتيريوم (الهيدروجين الثقيل). ومن هذه العناصر تشكلت النجوم الأولى، التي في أعماقها التفاعلات النووية الحراريةونتيجة لذلك "يحترق" الهيدروجين والهيليوم لتكوين عناصر أثقل. وإذا كان النجم كبيرا بما فيه الكفاية، فقد أنهى حياته بما يسمى بانفجار "المستعر الأعظم"، ونتيجة لذلك تم إلقاء الذرات في الفضاء المحيط. هكذا ظهر الجدول الدوري بأكمله.

لذلك، يمكننا القول أن جميع الذرات التي نتكون منها كانت في يوم من الأيام جزءًا من النجوم القديمة.

لماذا لا تتحلل نواة الذرة؟

هناك أربعة أنواع في الفيزياء التفاعلات الأساسيةبين الجزيئات والأجسام التي تتكون منها. هذه هي التفاعلات القوية والضعيفة والكهرومغناطيسية والجاذبية.

شكرا ل تفاعل قوي، والذي يتجلى على نطاق النوى الذرية والمسؤول عن التجاذب بين النيوكليونات، فإن الذرة هي مثل "جوز صعب الكسر".

منذ وقت ليس ببعيد، أدرك الناس أنه عندما تنقسم نواة الذرات، يتم إطلاق طاقة هائلة. انشطار النوى الذرية الثقيلة هو مصدر للطاقة المفاعلات النوويةوالأسلحة النووية.

لذا، أيها الأصدقاء، بعد أن عرفناكم على بنية الذرة وأساسياتها، لا يسعنا إلا أن نذكركم بأننا على استعداد لمساعدتكم في أي وقت. لا يهم ما إذا كنت بحاجة إلى إكمال دبلوم في الفيزياء النووية، أو أصغر اختبار - المواقف مختلفة، ولكن هناك طريقة للخروج من أي موقف. فكر في حجم الكون، واطلب العمل من Zaochnik وتذكر - لا يوجد سبب للقلق.

ذرة - أصغر جسيممواد. بدأت دراستها في اليونان القديمة، عندما جذبت بنية الذرة انتباه ليس فقط العلماء، ولكن أيضا الفلاسفة. ما هو التركيب الإلكتروني للذرة، وما المعلومات الأساسية المعروفة عن هذا الجسيم؟

التركيب الذري

لقد خمن العلماء اليونانيون القدماء بالفعل وجود أصغر الجزيئات الكيميائية التي يتكون منها أي كائن أو كائن حي. وإذا كان في القرنين السابع عشر والثامن عشر. كان الكيميائيون على يقين من أن الذرة هي جسيم أولي غير قابل للتجزئة مطلع التاسع عشر إلى العشرينلعدة قرون، كان من الممكن تجريبيا إثبات أن الذرة ليست غير قابلة للتجزئة.

الذرة، كونها جسيمًا مجهريًا من المادة، تتكون من نواة وإلكترونات. النواة أصغر بـ 10000 مرة من الذرة، لكن كتلتها كلها تقريبًا تتركز في النواة. السمة الرئيسية النواة الذرية، هو ما لديه شحنة موجبةويتكون من البروتونات والنيوترونات. البروتونات مشحونة بشكل إيجابي، في حين أن النيوترونات ليس لها شحنة (فهي محايدة).

إنهم متصلون ببعضهم البعض من خلال قوي التفاعل النووي. وكتلة البروتون تساوي تقريبا كتلة النيوترون ولكن 1840 مرة المزيد من الكتلةإلكترون. البروتونات والنيوترونات موجودة في الكيمياء اسم شائع- النيوكليونات. الذرة نفسها محايدة كهربائيا.

يمكن تحديد ذرة أي عنصر بواسطة صيغة إلكترونية وصيغة رسومية إلكترونية:

أرز. 1. الصيغة الرسومية الإلكترونية للذرة.

العنصر الكيميائي الوحيد في الجدول الدوري الذي لا يحتوي على نيوترونات في نواته هو الهيدروجين الخفيف (البروتيوم).

الإلكترون هو جسيم سالب الشحنة. يتكون الغلاف الإلكتروني من إلكترونات تتحرك حول النواة. تتمتع الإلكترونات بخاصية الانجذاب إلى النواة، وتتأثر ببعضها البعض تفاعل كولوم. للتغلب على جاذبية النواة، يجب أن تتلقى الإلكترونات الطاقة منها مصدر خارجي. كلما ابتعد الإلكترون عن النواة، قلّت الحاجة إلى الطاقة.

نماذج الذرة

لفترة طويلة، سعى العلماء إلى فهم طبيعة الذرة. على مرحلة مبكرةقدم الفيلسوف اليوناني القديم ديموقريطس مساهمة كبيرة. على الرغم من أن نظريته تبدو الآن مبتذلة وبسيطة للغاية بالنسبة لنا، في وقت أصبحت فيه الأفكار حول الجسيمات الأوليةلقد بدأت للتو في الظهور، وقد تم أخذ نظريته حول قطع المادة على محمل الجد. يعتقد ديموقريطس أن خصائص أي مادة تعتمد على شكل الذرات وكتلتها وخصائصها الأخرى. لذلك، على سبيل المثال، يعتقد أن النار تحتوي على ذرات حادة - ولهذا السبب تحترق النار؛ يحتوي الماء على ذرات ملساء، لذلك يمكنه التدفق؛ وفي الأجسام الصلبة، في رأيه، تكون الذرات خشنة.

يعتقد ديموقريطس أن كل شيء يتكون من ذرات، حتى الروح البشرية.

في عام 1904، اقترح جي جي طومسون نموذجه للذرة. تتلخص الأحكام الرئيسية للنظرية في حقيقة أن الذرة تم تمثيلها كجسم موجب الشحنة، بداخله إلكترونات ذات شحنة سالبة. تم دحض هذه النظرية لاحقًا بواسطة E. Rutherford.

أرز. 2. نموذج طومسون للذرة.

أيضا في عام 1904 فيزيائي يابانياقترح H. Nagaoka نموذجًا كوكبيًا مبكرًا للذرة عن طريق القياس مع كوكب زحل. ووفقا لهذه النظرية، تتحد الإلكترونات في حلقات وتدور حول نواة موجبة الشحنة. وتبين أن هذه النظرية خاطئة.

في عام 1911، خلص إي. رذرفورد، بعد أن أجرى سلسلة من التجارب، إلى أن الذرة في بنيتها تشبه الذرة نظام الكواكب. ففي نهاية المطاف، تتحرك الإلكترونات، مثل الكواكب، في مدارات حول نواة ثقيلة موجبة الشحنة. إلا أن هذا الوصف تناقض الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية. ثم قدم الفيزيائي الدنماركي نيلز بور افتراضات في عام 1913، كان جوهرها أن الإلكترون موجود في بعض شروط خاصة، لا تنبعث منها الطاقة. وهكذا أظهرت مسلمات البورون ذلك بالنسبة للذرات الميكانيكا الكلاسيكيةغير قابل للتطبيق. النموذج الكوكبي الذي وصفه رذرفورد وأكمله بور كان يسمى نموذج بور-رذرفورد الكوكبي.

أرز. 3. نموذج بور-رذرفورد الكوكبي.

أدت الدراسة الإضافية للذرة إلى إنشاء قسم مثل ميكانيكا الكم، والتي تم من خلالها شرح الكثير حقائق علمية. الأفكار الحديثة حول الذرة تطورت من نموذج بور-رذرفورد الكوكبي. تقييم التقرير

متوسط ​​تقييم: 4.4. إجمالي التقييمات المستلمة: 469.

كان مفهوم "الذرة" مألوفًا للبشرية منذ زمن اليونان القديمة. وبحسب قول الفلاسفة القدماء، فإن الذرة هي أصغر جسيم جزء من المادة.

البنية الإلكترونية للذرة

تتكون الذرة من نواة موجبة الشحنة تحتوي على بروتونات ونيوترونات. تتحرك الإلكترونات في مدارات حول النواة، ويمكن تمييز كل منها بمجموعة من أربعة أرقام كمومية: العدد الرئيسي (n)، المداري (l)، المغناطيسي (ml)، واللف المغزلي (ms أو s).

ويحدد رقم الكم الرئيسي طاقة الإلكترون وحجم السحب الإلكترونية. تعتمد طاقة الإلكترون بشكل أساسي على بعد الإلكترون عن النواة: كلما اقترب الإلكترون من النواة، انخفضت طاقته. بمعنى آخر، يحدد رقم الكم الرئيسي موقع الإلكترون عند مستوى طاقة معين (الطبقة الكمومية). يحتوي رقم الكم الرئيسي على قيم سلسلة من الأعداد الصحيحة من 1 إلى ما لا نهاية.

يحدد رقم الكم المداري شكل السحابة الإلكترونية. شكل مختلفتسبب السحب الإلكترونية تغيرا في طاقة الإلكترونات ضمن مستوى طاقة واحد أي. تقسيمها إلى مستويات فرعية للطاقة. يمكن أن يكون للعدد الكمي المداري قيم من صفر إلى (n-1)، ليصبح المجموع n قيمًا. يتم تحديد مستويات الطاقة الفرعية بالحروف:

يوضح رقم الكم المغناطيسي اتجاه المدار في الفضاء. فهو يقبل أي عدد صحيح قيمة عدديةمن (+l) إلى (-l)، بما في ذلك الصفر. رقم القيم الممكنةعدد الكم المغناطيسي يساوي (2l+1).

إن الإلكترون الذي يتحرك في مجال النواة الذرية، بالإضافة إلى الزخم الزاوي المداري، له أيضًا اللحظات الخاصةالدافع، الذي يميز دورانه على شكل مغزل حوله المحور الخاص. تسمى خاصية الإلكترون هذه بالدوران. يتم تحديد حجم واتجاه الدوران بواسطة عدد الكم المغزلي، والذي يمكن أن يأخذ القيم (+1/2) و (-1/2). إيجابية و القيم السلبيةويرتبط الظهر باتجاهه.

وقبل أن يعرف كل ما سبق ويثبت تجريبيا، كانت هناك عدة نماذج لبنية الذرة. تم اقتراح أحد النماذج الأولى لبنية الذرة بواسطة E. Rutherford، الذي أظهر في تجاربه على تشتت جسيمات ألفا أن كتلة الذرة بأكملها تقريبًا تتركز في حجم صغير جدًا - نواة موجبة الشحنة . وفقا لنموذجه، تتحرك الإلكترونات حول النواة على مسافة كبيرة بما فيه الكفاية، وعددها بحيث تكون الذرة محايدة كهربائيا بشكل عام.

تم تطوير نموذج رذرفورد لبنية الذرة على يد ن. بور، الذي جمع في بحثه أيضًا بين تعاليم أينشتاين حول الكمات الخفيفة والكميات الضوئية. نظرية الكمإشعاع بلانك. أنهينا ما بدأناه وقدمناه للعالم نموذج حديثهيكل ذرة العنصر الكيميائي لويس دي برولي وشرودنجر.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

يمارس	وضح عدد البروتونات والنيوترونات الموجودة في نوى النيتروجين ( العدد الذري 14)، والسيليكون (العدد الذري 28)، والباريوم (العدد الذري 137).
حل	يتم تحديد عدد البروتونات الموجودة في نواة ذرة العنصر الكيميائي من خلال العدد الذري لها الجدول الدوريوعدد النيوترونات هو الفرق بين العدد الكتلي (M) والشحنة النووية (Z). نتروجين: ن(ن)= م -ز = 14-7 = 7. السيليكون: ن(سي)= م -ض = 28-14 = 14. الباريوم: ن (با)= م -ض = 137-56 = 81.
إجابة	عدد البروتونات في نواة النيتروجين هو 7، النيوترونات - 7؛ يوجد في نواة ذرة السيليكون 14 بروتونًا و14 نيوترونًا؛ يوجد في نواة ذرة الباريوم 56 بروتونًا و81 نيوترونًا.

مثال 2

يمارس	رتب مستويات الطاقة الفرعية حسب ترتيب امتلاءها بالإلكترونات: أ) 3p، 3d، 4s، 4p؛ ب) 4 د , 5ث، 5ع، 6ث؛ ج) 4و , 5s , 6ر؛ 4 د , 6 ثانية؛ د) 5 د، 6 ث، 6 ع، 7 ث، 4 و .
حل	تمتلئ مستويات الطاقة الفرعية بالإلكترونات وفقًا لقواعد كليتشكوفسكي. الشرط المطلوبيكون الحد الأدنى للقيمةمجموع أرقام الكم الرئيسية والمدارية. يتميز المستوى الفرعي s بالرقم 0 و p - 1 و d - 2 و f-3. الشرط الثاني هو أن المستوى الفرعي مع أدنى قيمةعدد الكم الرئيسي.
إجابة	أ) المدارات 3p، 3d، 4s، 4p سوف تتوافق مع الأرقام 4، 5، 4 و 5. وبالتالي، سيحدث الامتلاء بالإلكترونات في التسلسل التالي: 3p، 4s، 3d، 4p. ب) المدارات 4D , 5s، 5p، 6s سوف تتوافق مع الأرقام 7، 5، 6 و 6. لذلك، سيحدث الملء بالإلكترونات بالتسلسل التالي: 5s، 5p، 6s، 4d. ج) المدارات 4و , 5s , 6ر؛ 4 د , 6s سوف تتوافق مع الأرقام 7، 5، 76 و 6. لذلك، فإن الامتلاء بالإلكترونات سيحدث بالتسلسل التالي: 5s، 4d , 6S، 4F، 6R. د) المدارات 5d، 6s، 6p، 7s، 4f سوف تتوافق مع الأرقام 7، 6، 7، 7 و 7. وبالتالي، سيحدث الملء بالإلكترونات بالتسلسل التالي: 6s، 4f، 5d، 6p، 7s.

نشأ مفهوم الذرة في العالم القديمللدلالة على جزيئات المادة. مترجم من الذرة اليونانيةيعني "غير قابل للتجزئة".

الإلكترونات

توصل الفيزيائي الأيرلندي ستوني، بناءً على التجارب، إلى نتيجة مفادها أن الكهرباء تحملها أصغر الجسيمات الموجودة في ذرات جميع الكائنات. العناصر الكيميائية. في عام 1891، اقترح السيد ستوني تسمية هذه الجسيمات الإلكتروناتوالتي تعني "العنبر" باللغة اليونانية.

وبعد سنوات قليلة من حصول الإلكترون على اسمه، فيزيائي إنجليزيأثبت جوزيف طومسون والفيزيائي الفرنسي جان بيرين أن الإلكترونات تحمل شحنة سالبة. هذه هي أصغر شحنة سالبة، والتي يتم أخذها في الكيمياء كوحدة $(-1)$. حتى أن طومسون تمكن من تحديد سرعة الإلكترون (وهي تساوي سرعة الضوء - 300000 دولار كم/ثانية) وكتلة الإلكترون (وهي أقل بـ 1836 دولارًا من كتلة ذرة الهيدروجين).

قام طومسون وبيرين بتوصيل قطبي المصدر الحالي بلوحتين معدنيتين - الكاثود والأنود، ملحومين في أنبوب زجاجي تم إخلاء الهواء منه. عندما تم تطبيق جهد يبلغ حوالي 10 آلاف فولت على ألواح القطب، يومض تفريغ مضيء في الأنبوب، وتطايرت الجزيئات من الكاثود (القطب السالب) إلى القطب الموجب (القطب الموجب)، وهو ما أطلق عليه العلماء لأول مرة أشعة الكاثودثم اكتشف أنه كان تيارًا من الإلكترونات. تتسبب الإلكترونات التي تصطدم بمواد خاصة، مثل تلك الموجودة على شاشة التلفزيون، في حدوث توهج.

تم التوصل إلى الاستنتاج: تهرب الإلكترونات من ذرات المادة التي يتكون منها الكاثود.

يمكن الحصول على الإلكترونات الحرة أو تدفقها بطرق أخرى، على سبيل المثال، عن طريق توهج سلك معدني أو تسليط الضوء على المعادن، تشكلت من العناصر المجموعة الفرعية الرئيسيةالمجموعة الأولى من الجدول الدوري (على سبيل المثال، السيزيوم).

حالة الإلكترونات في الذرة

تُفهم حالة الإلكترون في الذرة على أنها مجموع المعلومات حولها طاقةإلكترون معين في فضاء، الذي يقع فيه. نحن نعلم بالفعل أن الإلكترون الموجود في الذرة ليس له مسار للحركة، أي. يمكننا أن نتحدث فقط عن الاحتمالاتموقعها في الفضاء المحيط بالنواة. ويمكن أن تتواجد في أي جزء من هذا الفضاء المحيط بالنواة، وتعتبر مجموعة المواضع المختلفة بمثابة سحابة إلكترونية ذات كثافة شحنة سالبة معينة. مجازيًا، يمكن تخيل ذلك بهذه الطريقة: إذا كان من الممكن تصوير موضع الإلكترون في الذرة بعد جزء من مائة أو جزء من مليون من الثانية، كما هو الحال في الصورة النهائية، فسيتم تمثيل الإلكترون في مثل هذه الصور كنقطة. إذا تم تركيب عدد لا يحصى من هذه الصور، فستكون النتيجة صورة لسحابة إلكترونية بها أعلى كثافةحيث هذه النقاط هي الأكثر عددا.

يوضح الشكل "قطع" مثل هذا كثافة الإلكتروناتفي ذرة هيدروجين تمر عبر النواة، ويحدد الخط المتقطع الكرة التي يكون احتمال العثور على إلكترون فيها $90%$. يغطي الكفاف الأقرب إلى النواة منطقة من الفضاء يكون فيها احتمال اكتشاف إلكترون $10%$، واحتمال اكتشاف إلكترون داخل الكفاف الثاني من النواة $20%$، داخل الكفاف الثالث $≈30% $، الخ. هناك بعض عدم اليقين في حالة الإلكترون. لتوصيف هذا حالة خاصة, عالم فيزياء ألمانيقدم دبليو هايزنبرغ مفهوم مبدأ عدم اليقين، أي. أظهر أنه من المستحيل تحديد طاقة وموقع الإلكترون في وقت واحد وبدقة. كلما تم تحديد طاقة الإلكترون بدقة أكبر، كلما كان موضعه غير مؤكد، والعكس صحيح، بعد تحديد الموضع، من المستحيل تحديد طاقة الإلكترون. نطاق الاحتمال لاكتشاف الإلكترون ليس له حدود واضحة. ومع ذلك، من الممكن اختيار مساحة يكون فيها احتمال العثور على إلكترون هو الحد الأقصى.

يُطلق على الفضاء المحيط بالنواة الذرية والذي من المرجح أن يوجد فيه الإلكترون اسم المدار.

يحتوي على ما يقرب من 90%$ من السحابة الإلكترونية، مما يعني أن حوالي 90%$ من الوقت الذي يتواجد فيه الإلكترون في هذا الجزء من الفضاء. بناءً على شكلها، هناك أربعة أنواع معروفة من المدارات، والتي يُشار إليها بالأحرف اللاتينية $s وp وd$ و$f$. صورة بيانيةتظهر في الشكل بعض أشكال مدارات الإلكترون.

إن أهم خاصية لحركة الإلكترون في مدار معين هي طاقة ارتباطه بالنواة. تشكل الإلكترونات ذات قيم الطاقة المماثلة مفردة طبقة الإلكترون، أو مستوى الطاقة . يتم ترقيم مستويات الطاقة بدءاً من النواة: 1 دولار، 2، 3، 4، 5، 6 دولار، و7 دولار.

العدد الصحيح $n$ الذي يشير إلى رقم مستوى الطاقة يسمى رقم الكم الرئيسي.

وهو يميز طاقة الإلكترونات التي تشغل مستوى طاقة معين. تمتلك إلكترونات مستوى الطاقة الأول، الأقرب إلى النواة، أدنى طاقة. بالمقارنة مع إلكترونات المستوى الأول، تتميز إلكترونات المستويات اللاحقة بكمية كبيرة من الطاقة. وبالتالي، فإن إلكترونات المستوى الخارجي هي الأقل ارتباطًا بالنواة الذرية.

عدد مستويات الطاقة (الطبقات الإلكترونية) في الذرة يساوي عدد الفترة في نظام D. I. Mendeleev الذي ينتمي إليه العنصر الكيميائي: ذرات عناصر الفترة الأولى لها مستوى طاقة واحد؛ الفترة الثانية - اثنان؛ الفترة السابعة - سبعة.

يتم تحديد أكبر عدد من الإلكترونات عند مستوى الطاقة بالصيغة:

حيث $N$ هو الحد الأقصى لعدد الإلكترونات؛ $n$ هو رقم المستوى، أو رقم الكم الرئيسي. وبالتالي: عند مستوى الطاقة الأول الأقرب إلى النواة، لا يمكن أن يكون هناك أكثر من إلكترونين؛ في الثانية - ما لا يزيد عن 8 دولارات؛ وفي الثالث - ما لا يزيد عن 18 دولارًا؛ في الرابع - ما لا يزيد عن 32 دولارًا. وكيف يتم ترتيب مستويات الطاقة (الطبقات الإلكترونية) بدورها؟

بدءًا من مستوى الطاقة الثاني $(n = 2)$، ينقسم كل مستوى من المستويات إلى مستويات فرعية (طبقات فرعية)، تختلف قليلاً عن بعضها البعض في طاقة الارتباط مع النواة.

عدد المستويات الفرعية يساوي قيمة رقم الكم الرئيسي:مستوى الطاقة الأول له مستوى فرعي واحد؛ الثاني - اثنان؛ الثالث - ثلاثة؛ الرابع - أربعة. وتتكون المستويات الفرعية بدورها من المدارات.

كل قيمة $n$ تتوافق مع عدد من المدارات يساوي $n^2$. وفقا للبيانات الواردة في الجدول، يمكن تتبع العلاقة بين عدد الكم الرئيسي $n$ وعدد المستويات الفرعية، ونوع وعدد المدارات، والحد الأقصى لعدد الإلكترونات في المستوى الفرعي والمستوى.

عدد الكم الرئيسي، أنواع وعدد المدارات، الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في المستويات الفرعية والمستويات.

مستوى الطاقة $(ن)$	عدد المستويات الفرعية يساوي $n$	النوع المداري	عدد المدارات		أقصى عددالإلكترونات
			في المستوى الفرعي	في مستوى يساوي $n^2$	في المستوى الفرعي	عند مستوى يساوي $n^2$
$K(ن=1)$	$1$	$1s$	$1$	$1$	$2$	$2$
$L(ن=2)$	$2$	$2 دولار	$1$	$4$	$2$	$8$
		$2 ب $	$3$		$6$
$م(ن=3)$	$3$	$3$	$1$	$9$	$2$	$18$
		$3 ب $	$3$		$6$
		$3D$	$5$		$10$
$ن(ن=4)$	$4$	4 دولارات دولار	$1$	$16$	$2$	$32$
		$4 ب $	$3$		$6$
		4 د دولار	$5$		$10$
		4 دولارات أمريكية	$7$		$14$

يُشار إلى المستويات الفرعية عادةً بأحرف لاتينية، بالإضافة إلى شكل المدارات التي تتكون منها: $s, p, d, f$. لذا:

• $s$-المستوى الفرعي - المستوى الفرعي الأول من كل مستوى طاقة الأقرب إلى النواة الذرية، ويتكون من مدار $s$ واحد؛
• $p$-المستوى الفرعي - المستوى الفرعي الثاني لكل مستوى، باستثناء مستوى الطاقة الأول، يتكون من ثلاثة مدارات $p$؛
• $d$-المستوى الفرعي - المستوى الفرعي الثالث لكل منهما، بدءًا من المستوى الثالث، مستوى الطاقة، يتكون من خمسة مدارات $d$؛
• يتكون المستوى الفرعي $f$ لكل منها، بدءًا من مستوى الطاقة الرابع، من سبعة مدارات $f$.

النواة الذرية

ولكن ليست الإلكترونات فقط هي جزء من الذرات. اكتشف ذلك الفيزيائي هنري بيكريل المعدنية الطبيعية، التي تحتوي على أملاح اليورانيوم، تبعث أيضًا إشعاعات غير معروفة، مما يعرض أفلامًا فوتوغرافية محمية من الضوء. وسميت هذه الظاهرة النشاط الإشعاعي.

هناك ثلاثة أنواع من الأشعة المشعة:

1. أشعة $α$، والتي تتكون من جسيمات $α$ ذات شحنة أكبر بمقدار 2$ من شحنة الإلكترون، ولكن بإشارة موجبة، وكتلة أكبر بـ 4$ مرات من كتلة ذرة الهيدروجين؛
2. تمثل أشعة $β$ تدفقًا للإلكترونات؛
3. $γ$-أشعة - موجات كهرومغناطيسيةذات كتلة ضئيلة، ولا تحمل شحنة كهربائية.

وبالتالي، فإن الذرة لها بنية معقدة - فهي تتكون من نواة وإلكترونات موجبة الشحنة.

كيف يتم هيكلة الذرة؟

في عام 1910، في كامبريدج، بالقرب من لندن، درس إرنست رذرفورد وطلابه وزملاؤه تشتت جسيمات $α$ التي تمر عبر رقائق الذهب الرقيقة وتسقط على الشاشة. عادة ما تنحرف جسيمات ألفا عن الاتجاه الأصلي بدرجة واحدة فقط، مما يؤكد على ما يبدو تجانس وتوحيد خصائص ذرات الذهب. وفجأة لاحظ الباحثون أن بعض جزيئات $α$ غيرت اتجاه مسارها فجأة، كما لو أنها تواجه نوعًا ما من العوائق.

ومن خلال وضع الشاشة أمام الرقاقة، تمكن رذرفورد من اكتشاف تلك الأشياء حالات نادرة، عندما طارت جسيمات $α$، المنعكسة من ذرات الذهب، في الاتجاه المعاكس.

أظهرت الحسابات أن الظواهر المرصودة يمكن أن تحدث إذا تركزت كتلة الذرة بأكملها وشحنتها الموجبة في نواة مركزية صغيرة. اتضح أن نصف قطر النواة أصغر بمقدار 100000 مرة من نصف قطر الذرة بأكملها، وهي المنطقة التي توجد فيها الإلكترونات ذات الشحنة السالبة. إذا قمت بتقديم الطلب مقارنة مجازية، فيمكن تشبيه الحجم الكامل للذرة بملعب لوجنيكي، والنواة بكرة القدم الموجودة في وسط الملعب.

ذرة أي عنصر كيميائي يمكن مقارنتها بذرة صغيرة النظام الشمسي. ولذلك، فإن هذا النموذج للذرة، الذي اقترحه رذرفورد، يسمى كوكبي.

البروتونات والنيوترونات

اتضح أن النواة الذرية الصغيرة، التي تتركز فيها كتلة الذرة بأكملها، تتكون من نوعين من الجزيئات - البروتونات والنيوترونات.

البروتوناتلديك تهمة يساوي تهمةالإلكترونات، ولكن عكس ذلك في الإشارة $(+1)$، والكتلة، يساوي الكتلةذرة الهيدروجين (تُعتبر وحدة في الكيمياء). يتم تحديد البروتونات بالعلامة $↙(1)↖(1)p$ (أو $p+$). النيوتروناتلا تحمل شحنة، فهي محايدة ولها كتلة تساوي كتلة البروتون، أي. $1$. يتم تحديد النيوترونات بالعلامة $↙(0)↖(1)n$ (أو $n^0$).

تسمى البروتونات والنيوترونات معًا النيوكليونات(من اللات. نواة- جوهر).

يسمى مجموع عدد البروتونات والنيوترونات الموجودة في الذرة عدد جماعي. على سبيل المثال، العدد الكتلي لذرة الألومنيوم هو:

وبما أن كتلة الإلكترون، وهي صغيرة بشكل لا يذكر، يمكن إهمالها، فمن الواضح أن كتلة الذرة بأكملها تتركز في النواة. يتم تعيين الإلكترونات على النحو التالي: $e↖(-)$.

وبما أن الذرة متعادلة كهربائيًا، فمن الواضح أيضًا ذلك أن عدد البروتونات والإلكترونات في الذرة متساوي. وهو يساوي العدد الذري للعنصر الكيميائي، المكلف به في الجدول الدوري. على سبيل المثال، تحتوي نواة ذرة الحديد على 26 دولارًا من البروتونات، ويدور حول النواة 26 دولارًا من الإلكترونات. كيفية تحديد عدد النيوترونات؟

وكما هو معروف فإن كتلة الذرة تتكون من كتلة البروتونات والنيوترونات. معرفة رقم سريالعنصر $(Z)$، أي عدد البروتونات، والعدد الكتلي $(A)$، يساوي المبلغأعداد البروتونات والنيوترونات، يمكنك العثور على عدد النيوترونات $(N)$ باستخدام الصيغة:

على سبيل المثال، عدد النيوترونات في ذرة الحديد هو:

$56 – 26 = 30$.

يعرض الجدول الخصائص الرئيسية للجزيئات الأولية.

الخصائص الأساسية للجسيمات الأولية.

النظائر

تسمى أنواع ذرات العنصر نفسه التي لها نفس الشحنة النووية ولكن بأعداد كتلية مختلفة بالنظائر.

كلمة النظائريتكون من اثنين الكلمات اليونانية:iso- متطابقة و توبوس- المكان يعني "شاغل مكان واحد" (الخلية) في الجدول الدوري للعناصر.

العناصر الكيميائية الموجودة في الطبيعة عبارة عن خليط من النظائر. وبالتالي، فإن الكربون له ثلاثة نظائر كتلتها 12، 13، 14 دولارًا؛ الأكسجين - ثلاثة نظائر كتلتها 16 دولارًا، و17، و18 دولارًا، وما إلى ذلك.

الكتلة الذرية النسبية للعنصر الكيميائي الواردة عادةً في الجدول الدوري هي متوسط ​​قيمة الكتل الذرية لخليط طبيعي من النظائر من هذا العنصرمع الأخذ في الاعتبار وفرتها النسبية في الطبيعة، فإن قيم الكتل الذرية غالبًا ما تكون كسرية. على سبيل المثال، ذرات الكلور الطبيعي عبارة عن خليط من نظيرين - $35$ (يوجد 75%$ في الطبيعة) و$37$ (يوجد 25%$ في الطبيعة)؛ وبالتالي فإن الكتلة الذرية النسبية للكلور هي 35.5 دولارًا. يتم كتابة نظائر الكلور على النحو التالي:

$↖(35)↙(17)(Cl)$ و $↖(37)↙(17)(Cl)$

الخواص الكيميائية لنظائر الكلور هي نفسها تمامًا، وكذلك نظائر معظم العناصر الكيميائية، على سبيل المثال البوتاسيوم والأرجون:

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

ومع ذلك، تختلف نظائر الهيدروجين بشكل كبير في خصائصها بسبب الزيادة الحادة المتعددة في نسبها الكتلة الذرية; حتى أنهم يتم إعطاؤهم أسماء فردية و علامات كيميائية: البروتينيوم - $↖(1)↙(1)(H)$; الديوتيريوم - $↖(2)↙(1)(H)$ أو $↖(2)↙(1)(D)$; التريتيوم - $↖(3)↙(1)(H)$ أو $↖(3)↙(1)(T)$.

الآن يمكننا أن نعطي حديثة وأكثر صرامة و التعريف العلميعنصر كيميائي.

العنصر الكيميائي عبارة عن مجموعة من الذرات لها نفس الشحنة النووية.

هيكل الأصداف الإلكترونية لذرات عناصر الفترات الأربع الأولى

لنفكر في عرض التكوينات الإلكترونية لذرات العناصر وفقًا لفترات نظام D. I. Mendeleev.

عناصر الفترة الأولى.

توضح الرسوم البيانية للبنية الإلكترونية للذرات توزيع الإلكترونات عبر الطبقات الإلكترونية (مستويات الطاقة).

توضح الصيغ الإلكترونية للذرات توزيع الإلكترونات عبر مستويات الطاقة والمستويات الفرعية.

توضح الصيغ الإلكترونية الرسومية للذرات توزيع الإلكترونات ليس فقط عبر المستويات والمستويات الفرعية، ولكن أيضًا عبر المدارات.

في ذرة الهيليوم، تكتمل طبقة الإلكترون الأولى، وتحتوي على 2 دولار من الإلكترونات.

الهيدروجين والهيليوم عنصران $s$، ومدار $s$ لهذه الذرات مملوء بالإلكترونات.

عناصر الفترة الثانية.

بالنسبة لجميع عناصر الدورة الثانية، تمتلئ طبقة الإلكترون الأولى، وتملأ الإلكترونات مدارات $s-$ و $p$ لطبقة الإلكترون الثانية وفقًا لمبدأ الطاقة الأقل (أول $s$ ثم $p$ ) وقواعد باولي وهوند.

في ذرة النيون، تكتمل طبقة الإلكترون الثانية، وتحتوي على 8 دولارات من الإلكترونات.

عناصر الفترة الثالثة.

بالنسبة لذرات عناصر الفترة الثالثة، تكتمل طبقتا الإلكترون الأولى والثانية، فتمتلئ طبقة الإلكترون الثالثة، حيث يمكن للإلكترونات أن تشغل المستويات الفرعية 3s و3p و3d.

هيكل الأصداف الإلكترونية لذرات عناصر الفترة الثالثة.

تكمل ذرة المغنسيوم مدارها الإلكتروني الذي تبلغ قيمته 3.5$. $Na$ و$Mg$ هما عنصران $s$.

في الألومنيوم والعناصر اللاحقة، يمتلئ المستوى الفرعي $3d$ بالإلكترونات.

$↙(18)(Ar)$ أرجون

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

تحتوي ذرة الأرجون على 8 دولارات من الإلكترونات في طبقتها الخارجية (طبقة الإلكترون الثالثة). بما أن الطبقة الخارجية قد اكتملت، ولكن في المجمل في طبقة الإلكترون الثالثة، كما تعلم بالفعل، يمكن أن يكون هناك 18 إلكترونًا، مما يعني أن عناصر الدورة الثالثة قد امتلأت بمدارات $3d$.

جميع العناصر من $Al$ إلى $Ar$ هي $r$ -عناصر.

$s-$ و$p$ -عناصراستمارة المجموعات الفرعية الرئيسيةفي الجدول الدوري.

عناصر الفترة الرابعة.

تحتوي ذرات البوتاسيوم والكالسيوم على طبقة إلكترونية رابعة والمستوى الفرعي $4s$ مملوء، لأن لديها طاقة أقل من المستوى الفرعي $3d$. لتبسيط الصيغ الإلكترونية الرسومية لذرات عناصر الدورة الرابعة:

1. دعونا نشير إلى الصيغة الإلكترونية الرسومية التقليدية للأرجون على النحو التالي: $Ar$;
2. لن نصور المستويات الفرعية غير المملوءة بهذه الذرات.

$K، Ca$ - $s$ -عناصر،المدرجة في المجموعات الفرعية الرئيسية. بالنسبة للذرات من $Sc$ إلى $Zn$، فإن المستوى الفرعي ثلاثي الأبعاد مملوء بالإلكترونات. هذه هي عناصر $3d$. يتم تضمينها في مجموعات فرعية جانبية,تمتلئ طبقة الإلكترون الخارجية الخاصة بهم، ويتم تصنيفها على أنها العناصر الانتقالية.

انتبه إلى بنية الأصداف الإلكترونية لذرات الكروم والنحاس. فيها، "يفشل" إلكترون واحد من $4s-$ إلى المستوى الفرعي $3d$، وهو ما يفسره استقرار الطاقة الأكبر الناتج عن التكوينات الإلكترونية $3d^5$ و$3d^(10)$:

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

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

رمز العنصر، الرقم التسلسلي، الاسم	مخطط الهيكل الإلكتروني	الصيغة الإلكترونية	الصيغة الإلكترونية الرسومية
$↙(19)(ك)$ بوتاسيوم		$1s^2(2)s^2(2)ص^6(3)ص^6(4)s^1$
$↙(20)(C)$ كالسيوم		$1s^2(2)s^2(2)ص^6(3)ص^6(4)s^2$
$↙(21)(العلوم)$ سكانديوم		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^1$ أو $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)ص^6(3)د^1(4)ث^1$
$↙(22)(Ti)$ تيتانيوم		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^2$ أو $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)ص^6(3)د^2(4)ث^2$
$↙(23)(V)$ الفاناديوم		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^3$ أو $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)ص^6(3)د^3(4)ث^2$
$↙(24)(كر)$ كروم		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^5$ أو $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)ص^6(3)د^5(4)ث^1$
$↙(29)(النحاس)$ كروم		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^(10)$ أو $1s^2(2)s^2(2) )p^6(3)p^6(3)د^(10)(4)s^1$
$↙(30)(الزنك)$ زنك		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)$ أو $1s^2(2)s^2(2) )p^6(3)p^6(3)د^(10)(4)s^2$
$↙(31)(جا)$ جاليوم		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^(1)$ أو $1s^2(2) ق^2(2)ص^6(3)ص^6(3)د^(10)(4)ث^(2)4ف^(1)$
$↙(36)(كر)$ كريبتون		$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^6$ أو $1s^2(2)s^ 2(2)ص^6(3)ص^6(3)د^(10)(4)ث^(2)4ف^6$

في ذرة الزنك، تكون طبقة الإلكترون الثالثة مكتملة - حيث تمتلئ جميع المستويات الفرعية $3s و3p$ و$3d$ فيها، بإجمالي 18$ إلكترونًا.

في العناصر التالية للزنك، تستمر طبقة الإلكترون الرابعة، وهي المستوى الفرعي $4p$، في الامتلاء. العناصر من $Ga$ إلى $Кr$ - $pr$ -عناصر.

الطبقة الخارجية (الرابعة) من ذرة الكريبتون مكتملة وتحتوي على 8 دولارات من الإلكترونات. لكن في المجمل في طبقة الإلكترون الرابعة، كما تعلم، يمكن أن يكون هناك 32$ إلكترونًا؛ لا تزال ذرة الكريبتون خالية من المستويات الفرعية $4d-$ و$4f$.

بالنسبة لعناصر الفترة الخامسة، يتم ملء المستويات الفرعية بالترتيب التالي: $5s → 4d → 5p$. وهناك أيضًا استثناءات مرتبطة بـ "فشل" الإلكترونات في $↙(41)Nb$, $↙(42)Mo$, $↙(44)Ru$, $↙(45)Rh$, $↙(46) ) Pd$، $↙(47)Ag$. يظهر $f$ في الفترتين السادسة والسابعة -عناصر، أي. العناصر التي يتم ملء المستويات الفرعية $4f-$ و $5f$ للطبقة الإلكترونية الخارجية الثالثة، على التوالي.

4 دولارات أمريكية -عناصرمُسَمًّى اللانثانيدات.

5 دولارات أمريكية -عناصرمُسَمًّى الأكتينيدات.

إجراء التعبئة المستويات الفرعية الإلكترونيةفي ذرات عناصر الدورة السادسة: عناصر $↙(55)Cs$ و$↙(56)Ba$ - $6s$؛ $↙(57)La ... 6s^(2)5d^(1)$ - $5d$-element; $↙(58)Се$ – $↙(71)لو - 4f$-عناصر؛ $↙(72)هف$ - $↙(80)زئبق - 5d$-عناصر؛ $↙(81)T1$ – $↙(86)Rn - 6d$-العناصر. ولكن هنا أيضًا هناك عناصر يتم فيها انتهاك ترتيب ملء المدارات الإلكترونية، والذي، على سبيل المثال، يرتبط بزيادة استقرار الطاقة بمقدار النصف والمستويات الفرعية $f$ المملوءة بالكامل، أي. $nf^7$ و $nf^(14)$.

اعتمادًا على المستوى الفرعي للذرة المملوء بالإلكترونات أخيرًا، يتم تقسيم جميع العناصر، كما فهمت بالفعل، إلى أربع عائلات أو كتل إلكترونية:

1. $س$ -عناصر؛المستوى الفرعي $s$ مملوء بالإلكترونات المستوى الخارجيذرة؛ $s$-تشمل العناصر الهيدروجين والهيليوم وعناصر المجموعات الفرعية الرئيسية للمجموعتين الأولى والثانية؛
2. $p$ -عناصر؛يمتلئ المستوى الفرعي $p$ للمستوى الخارجي للذرة بالإلكترونات؛ تتضمن عناصر $p$-عناصر المجموعات الفرعية الرئيسية للمجموعات من الثالث إلى الثامن؛
3. $د$ -عناصر؛يمتلئ المستوى الفرعي $d$ للمستوى ما قبل الخارجي للذرة بالإلكترونات؛ $d$-تشمل العناصر عناصر المجموعات الفرعية الثانوية من المجموعات من الأول إلى الثامن، أي. عناصر العقود المقحمة لفترات كبيرة تقع بين عناصر $s-$ و$p-$. ويطلق عليهم أيضا العناصر الانتقالية
4. $و$ -عناصر؛تملأ الإلكترونات المستوى الفرعي $f-$ للمستوى الخارجي الثالث للذرة؛ وتشمل هذه اللانثانيدات والأكتينيدات.

التكوين الإلكتروني للذرة. حالات الذرات الأرضية والمثارة

وجد الفيزيائي السويسري دبليو باولي ذلك في عام 1925 لا يمكن للذرة أن تحتوي على أكثر من إلكترونين في مدار واحد، وجود ظهورين متقابلين (مضادين للتوازي) (مترجم من الإنجليزية على أنه مغزل)، أي. تمتلك خصائص يمكن تصورها بشكل تقليدي على أنها دوران الإلكترون حول محوره التخيلي في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة. ويسمى هذا المبدأ مبدأ باولي.

إذا كان هناك إلكترون واحد في المدار، فإنه يسمى غير مقترنفإن كان اثنان فهذا الإلكترونات المقترنة، أي. إلكترونات ذات دوران معاكس.

يوضح الشكل مخططًا لتقسيم مستويات الطاقة إلى مستويات فرعية.

$س-$ مداري، كما تعلمون، له شكل كروي. يقع إلكترون ذرة الهيدروجين $(n = 1)$ في هذا المدار وهو غير متزاوج. لهذا السبب صيغة إلكترونية، أو التكوين الإلكترونية ، مكتوب بهذا الشكل: $1s^1$. في الصيغ الإلكترونية يتم الإشارة إلى رقم مستوى الطاقة بالرقم الذي يسبق الحرف $(1...)$، حرف لاتينيتشير إلى مستوى فرعي (نوع المداري)، والرقم المكتوب على اليمين فوق الحرف (كأس) يوضح عدد الإلكترونات في المستوى الفرعي.

بالنسبة لذرة الهيليوم He، التي تحتوي على إلكترونين مقترنين في مدار $s-$ واحد، هذه الصيغة هي: $1s^2$. الغلاف الإلكتروني لذرة الهيليوم مكتمل ومستقر للغاية. الهيليوم هو غاز نبيل. في مستوى الطاقة الثاني $(n = 2)$ هناك أربعة مدارات، واحد $s$ وثلاثة $p$. تحتوي إلكترونات المدار $s$ من المستوى الثاني (المدار $2s$) على المزيد طاقة عالية، لأن تكون على مسافة أكبر من النواة من إلكترونات المدار $1s$ $(n = 2)$. بشكل عام، لكل قيمة $n$ هناك مدار $s-$ واحد، ولكن مع إمداد مماثل من طاقة الإلكترون عليه، وبالتالي، مع قطر مناظر، ينمو مع زيادة قيمة $n$. s-$Orbital، كما تعلمون، له شكل كروي. يقع إلكترون ذرة الهيدروجين $(n = 1)$ في هذا المدار وهو غير متزاوج. لذلك، يتم كتابة الصيغة الإلكترونية، أو التكوين الإلكتروني، على النحو التالي: $1s^1$. في الصيغ الإلكترونية يشار إلى عدد مستوى الطاقة بالرقم الموجود أمام الحرف $(1...)$، ويشير الحرف اللاتيني إلى المستوى الفرعي (نوع المداري)، والرقم المكتوب على اليمين فوق الحرف (كأس) يوضح عدد الإلكترونات في المستوى الفرعي.

بالنسبة لذرة الهيليوم $He$، التي تحتوي على إلكترونين مقترنين في مدار $s-$ واحد، هذه الصيغة هي: $1s^2$. الغلاف الإلكتروني لذرة الهيليوم مكتمل ومستقر للغاية. الهيليوم هو غاز نبيل. في مستوى الطاقة الثاني $(n = 2)$ هناك أربعة مدارات، واحد $s$ وثلاثة $p$. تتمتع إلكترونات مدارات $s-$ من المستوى الثاني (مدارات $2s$) بطاقة أعلى، لأن تكون على مسافة أكبر من النواة من إلكترونات المدار $1s$ $(n = 2)$. بشكل عام، لكل قيمة $n$ هناك مدار $s-$ واحد، ولكن مع إمداد مماثل من طاقة الإلكترون عليه، وبالتالي، مع قطر مناظر، ينمو مع زيادة قيمة $n$.

$p-$ مداريله شكل الدمبل، أو الرقم الضخم ثمانية. تقع المدارات الثلاثة $p$ في الذرة بشكل متعامد بشكل متبادل الإحداثيات المكانية، يتم عبر نواة الذرة. ويجب التأكيد مرة أخرى على أن كل مستوى طاقة (الطبقة الإلكترونية)، بدءًا من $n=2$، يحتوي على ثلاثة مدارات $p$. ومع زيادة قيمة $n$، تشغل الإلكترونات مدارات $p$ الموجودة عليها مسافات طويلةمن القلب وتوجيهه على طول المحاور $x، y، z$.

بالنسبة لعناصر الفترة الثانية $(n = 2)$، يتم ملء مدار $s$ الأول، ثم ثلاثة مدارات $p$؛ الصيغة الإلكترونية $Li: 1s^(2)2s^(1)$. يرتبط الإلكترون $2s^1$ بشكل أضعف بنواة الذرة، لذلك يمكن لذرة الليثيوم أن تتخلى عنه بسهولة (كما تتذكر بوضوح، تسمى هذه العملية بالأكسدة)، وتتحول إلى أيون الليثيوم $Li^+$ .

في ذرة البريليوم Be، يقع الإلكترون الرابع أيضًا في المدار $2s$: $1s^(2)2s^(2)$. يمكن فصل الإلكترونين الخارجيين لذرة البريليوم بسهولة - يتأكسد $B^0$ إلى الكاتيون $Be^(2+)$.

في ذرة البورون، يحتل الإلكترون الخامس المدار $2p$: $1s^(2)2s^(2)2p^(1)$. بعد ذلك، تمتلئ ذرات $C وN وO وF$ بمدارات $2p$، والتي تنتهي عند الغاز النبيلنيون: $1s^(2)2s^(2)2p^(6)$.

بالنسبة لعناصر الفترة الثالثة، يتم ملء المدارات $3s-$ و $3p$، على التوالي. تظل خمسة مدارات $d$ من المستوى الثالث مجانية:

$↙(11)نا 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(1)$,

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

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

في بعض الأحيان في المخططات التي تصور توزيع الإلكترونات في الذرات، يتم الإشارة فقط إلى عدد الإلكترونات عند كل مستوى طاقة، أي. كتابة صيغ إلكترونية مختصرة لذرات العناصر الكيميائية، على عكس الصيغ الإلكترونية الكاملة المذكورة أعلاه، على سبيل المثال:

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

بالنسبة للعناصر ذات الدورة الكبيرة (الرابعة والخامسة)، يشغل أول إلكترونين مدارات $4s-$ و$5s$، على التوالي: $↙(19)K 2, 8, 8, 1;$ $↙(38)Sr 2 , 8, 18, 8, 2$. ابتداء من العنصر الثالث لكل منهما فترة طويلة، ستنتقل الإلكترونات العشرة التالية إلى المدارات $3d-$ و $4d-$ السابقة، على التوالي (لعناصر المجموعات الفرعية الجانبية): $↙(23)V 2, 8, 11, 2;$ $↙(26) الأب 2، 8، 14، 2؛$ $↙(40)Zr 2، 8، 18، 10، 2؛$ $↙(43)Tc 2، 8، 18، 13، 2$. كقاعدة عامة، عندما يتم ملء المستوى الفرعي $d$-السابق، سيبدأ ملء المستوى الفرعي الخارجي ($4r-$ و$5rr-$، على التوالي) $pr-$: $↙(33)كـ 2، 8 , 18, 5;$ $ ↙(52)تي 2, 8, 18, 18, 6$.

بالنسبة لعناصر الفترات الكبيرة - السادس وغير المكتمل السابع - تمتلئ المستويات الإلكترونية والمستويات الفرعية بالإلكترونات، كقاعدة عامة، على النحو التالي: يدخل أول إلكترونين إلى المستوى الفرعي $s-$ الخارجي: $↙(56)Ba 2, 8 , 18, 18, 8, 2;$ $↙(87)الأب 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1$; الإلكترون التالي (لـ $La$ و $Ca$) إلى المستوى الفرعي $d$ السابق: $↙(57)La 2, 8, 18, 18, 9, 2$ و$↙(89)Ac 2, 8، 18، 32، 18، 9، 2 دولار.

ثم ستنتقل الإلكترونات التالية بقيمة 14$ إلى مستوى الطاقة الخارجي الثالث، إلى مدارات $4f$ و $5f$ للانثانيدات والأكتينيدات، على التوالي: $↙(64)Gd 2, 8, 18, 25, 9, 2; $ $↙(92)ش 2، 8، 18، 32، 21، 9، 2$.

ثم سيبدأ مستوى الطاقة الخارجي الثاني ($d$-المستوى الفرعي) لعناصر المجموعات الفرعية الجانبية في التراكم مرة أخرى: $↙(73)Ta 2, 8, 18, 32, 11, 2;$ $↙(104)Rf 2، 8، 18، 32، 32، 10، 2 ​​دولار. وأخيرًا، فقط بعد امتلاء المستوى الفرعي $d$-تمامًا بعشرة إلكترونات، سيتم ملء المستوى الفرعي $p$-مرة أخرى: $↙(86)Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8$.

في كثير من الأحيان يتم تصوير بنية الأغلفة الإلكترونية للذرات باستخدام الطاقة أو الخلايا الكمومية - ما يسمى الصيغ الإلكترونية الرسومية. بالنسبة لهذا الترميز، يتم استخدام الترميز التالي: يتم تحديد كل خلية كمية بواسطة خلية تتوافق مع مدار واحد؛ تتم الإشارة إلى كل إلكترون بسهم يتوافق مع اتجاه الدوران. عند كتابة صيغة إلكترونية رسومية، يجب أن تتذكر قاعدتين: مبدأ باولي، والتي بموجبها لا يمكن أن يكون هناك أكثر من إلكترونين في الخلية (المدارية)، ولكن مع دوران مضاد للتوازي، و واو قاعدة هوندوالتي بموجبها تشغل الإلكترونات الخلايا الحرة أولاً في كل مرة وفي نفس الوقت نفس القيمةمرة أخرى، وعندها فقط تتزاوج، ولكن الظهر، وفقا لمبدأ باولي، سيكون بالفعل في اتجاهين متعاكسين.

تتكون أي مادة من جزيئات صغيرة جدًا تسمى الذرات . الذرة هي أصغر جسيم من العنصر الكيميائي الذي يحتفظ به كله خصائص مميزة. ولتخيل حجم الذرة، يكفي أن نقول إنه إذا أمكن وضعها بالقرب من بعضها البعض، فإن مليون ذرة ستشغل مسافة 0.1 ملم فقط.

أظهر التطوير الإضافي لعلم بنية المادة أن الذرة لها أيضًا بنية معقدة وتتكون من إلكترونات وبروتونات. هكذا نشأت نظرية الإلكترونهيكل المادة.

في العصور القديمة تم اكتشاف أن هناك نوعين من الكهرباء: الإيجابية والسلبية. أصبحت كمية الكهرباء الموجودة في الجسم تسمى الشحنة. اعتمادًا على نوع الكهرباء التي يمتلكها الجسم، يمكن أن تكون الشحنة موجبة أو سالبة.

كما ثبت تجريبيًا أن الشحنات المتشابهة تتنافر، والشحنات المتباينة تتجاذب.

دعونا نفكر البنية الإلكترونية للذرة. تتكون الذرات من جسيمات أصغر منها تسمى الإلكترونات.

تعريف:الإلكترون هو أصغر جسيم من المادة يحمل أصغر شحنة كهربائية سالبة.

تدور الإلكترونات حول نواة مركزية تتكون من واحد أو أكثر البروتوناتو النيوترونات، في مدارات متحدة المركز. الإلكترونات هي جسيمات سالبة الشحنة، والبروتونات مشحونة بشكل إيجابي، والنيوترونات محايدة (الشكل 1.1).

تعريف:البروتون هو أصغر جسيم من المادة له أصغر شحنة كهربائية موجبة.

إن وجود الإلكترونات والبروتونات أمر لا شك فيه. لم يكتف العلماء بتحديد كتلة وشحنة وحجم الإلكترونات والبروتونات، بل جعلوها تعمل في مختلف أجهزة الهندسة الكهربائية والراديو.

كما وجد أن كتلة الإلكترون تعتمد على سرعة حركته وأن الإلكترون لا يتحرك للأمام في الفضاء فحسب، بل يدور حول محوره أيضًا.

أبسطها في البنية هي ذرة الهيدروجين (الشكل 1.1). يتكون من نواة بروتون ودوارة سرعة هائلةحول نواة الإلكترون، التي تشكل الغلاف الخارجي (المدار) للذرة. أكثر ذرات معقدةلها عدة قذائف تدور من خلالها الإلكترونات.

تمتلئ هذه الأغلفة بالإلكترونات بشكل تسلسلي من النواة (الشكل 1.2).

الآن دعونا ننظر في الأمر . تسمى القشرة الخارجية التكافؤ، ويسمى عدد الإلكترونات الموجودة فيه تكافؤ. كلما كان أبعد عن الجوهر التكافؤ مدار،وبالتالي، تقل قوة الجذب التي يواجهها كل إلكترون تكافؤ من النواة. وهكذا تزيد الذرة من قدرتها على ربط الإلكترونات بنفسها في حالة عدم امتلاء غلاف التكافؤ وتواجدها بعيدًا عن النواة، أو فقدانها.
يمكن لإلكترونات الغلاف الخارجي الحصول على الطاقة. إذا كانت الإلكترونات الموجودة في غلاف التكافؤ تتلقى مستوى الطاقة المطلوب منها قوى خارجيةفيمكنها أن تنفصل عنها وتترك الذرة، أي تصبح إلكترونات حرة. الإلكترونات الحرة قادرة على التحرك بشكل عشوائي من ذرة إلى ذرة. تسمى تلك المواد التي تحتوي على عدد كبير من الإلكترونات الحرة الموصلات .

العوازل ، هو عكس الموصلات. أنها تمنع التسرب التيار الكهربائي. العوازل مستقرة لأن إلكترونات التكافؤ لبعض الذرات تملأ أغلفة التكافؤ للذرات الأخرى، وتنضم إليها. وهذا يمنع تكوين الإلكترونات الحرة.
تحتل موقعا وسطا بين العوازل والموصلات أشباه الموصلات ، لكننا سنتحدث عنهم لاحقًا
دعونا نفكر خصائص الذرة. الذرة التي لديها نفس الرقمالإلكترونات والبروتونات، متعادلة كهربائيا. الذرة التي تكتسب إلكترونًا أو أكثر تصبح سالبة الشحنة وتسمى الأيونات السالبة. إذا فقدت الذرة إلكترونًا أو أكثر فإنها تصبح أيونًا موجبًا، أي تصبح موجبة الشحنة.