Muundo wa viwango vya elektroniki vya atomi. Muundo wa atomiki, uhusiano wa kemikali, valency na muundo wa Masi

(Maelezo ya hotuba)

Muundo wa atomi. Utangulizi.

Kitu cha utafiti katika kemia ni vipengele vya kemikali na misombo yao. Kipengele cha kemikali inayoitwa mkusanyiko wa atomi zenye chaji sawa sawa. Atomu-Hii chembe ndogo zaidi kipengele cha kemikali, kuihifadhi Tabia za kemikali. Kuunganishwa na kila mmoja, atomi za moja au vipengele tofauti kuunda chembe ngumu zaidi - molekuli. Mkusanyiko wa atomi au molekuli huunda vitu vya kemikali. Kila dutu ya kemikali ya mtu binafsi ina sifa ya seti ya mali ya mtu binafsi, kama vile pointi za kuchemsha na za kuyeyuka, wiani, conductivity ya umeme na mafuta, nk.

1. Muundo wa atomiki na Jedwali la Vipengee la Muda

DI. Mendeleev.

Ujuzi na uelewa wa sheria za utaratibu wa kujaza Jedwali la Vipengee la Vipengee D.I. Mendeleev inaruhusu sisi kuelewa yafuatayo:

1. kiini cha kimwili cha kuwepo kwa vipengele fulani katika asili,

2. asili ya valency ya kemikali ya kipengele,

3. uwezo na "wepesi" wa kipengele kutoa au kukubali elektroni wakati wa kuingiliana na kipengele kingine;

4. asili ya vifungo vya kemikali ambavyo kipengele kilichopewa kinaweza kuunda wakati wa kuingiliana na vipengele vingine, muundo wa anga wa molekuli rahisi na ngumu, nk, nk.

Muundo wa atomi.

Atomu ni mfumo changamano wa vitu katika mwendo na kuingiliana na kila mmoja chembe za msingi.

Mwishoni mwa karne ya 19 na mwanzoni mwa karne ya 20, iligunduliwa kuwa atomi huundwa na chembe ndogo: nyutroni, protoni na elektroni, chembe mbili za mwisho ni chembe za kushtakiwa, protoni hubeba chaji chanya, elektroni malipo hasi. Kwa kuwa atomi za kipengele katika hali ya ardhi hazina upande wowote wa umeme, hii ina maana kwamba idadi ya protoni katika atomi ya kipengele chochote ni sawa na idadi ya elektroni. Uzito wa atomi imedhamiriwa na jumla ya wingi wa protoni na neutroni, idadi ambayo ni sawa na tofauti kati ya wingi wa atomi na nambari yake ya serial katika meza ya mara kwa mara DI. Mendeleev.

Mnamo 1926, Schrödinger alipendekeza kuelezea harakati za chembe ndogo kwenye atomi ya kitu kwa kutumia mlingano wa wimbi alilotoa. Wakati wa kutatua mlingano wa wimbi la Schrödinger kwa atomi ya hidrojeni, nambari tatu kamili za quantum zinaonekana: n, ℓ Na m ℓ , ambayo inaashiria hali ya elektroni ndani nafasi tatu-dimensional katika uwanja wa kati wa kiini. Nambari za Quantum n, ℓ Na m ℓ kuchukua maadili kamili. Kitendaji cha wimbi kinafafanuliwa na nambari tatu za quantum n, ℓ Na m ℓ na kupatikana kama matokeo ya kutatua mlinganyo wa Schrödinger inaitwa orbital. Obitali ni eneo la nafasi ambayo elektroni ina uwezekano mkubwa wa kupatikana, mali ya atomi ya kipengele cha kemikali. Kwa hivyo, kutatua equation ya Schrödinger kwa atomi ya hidrojeni husababisha kuonekana kwa nambari tatu za quantum, maana ya kimwili ambayo ni kwamba zina sifa za aina tatu tofauti za obiti ambazo atomi inaweza kuwa nazo. Wacha tuangalie kwa karibu kila nambari ya quantum.

Nambari kuu ya quantum n inaweza kuchukua maadili yoyote chanya ya integer: n = 1,2,3,4,5,6,7 ... Ni sifa ya nishati ya kiwango cha elektroni na ukubwa wa "wingu" la elektroni. Ni tabia kwamba idadi ya nambari kuu ya quantum inafanana na idadi ya kipindi ambacho kipengele iko.

Nambari ya azimuthal au orbital quantumℓ inaweza kuchukua nambari kamili kutoka ℓ = 0….to n - 1 na huamua wakati wa mwendo wa elektroni, i.e. sura ya orbital. Kwa mbalimbali maadili ya nambariℓ tumia nukuu ifuatayo: ℓ = 0, 1, 2, 3, na zinaonyeshwa na alama s, uk, d, f, kwa mtiririko huo ℓ = 0, 1, 2 na 3. Katika jedwali la mara kwa mara la vipengele hakuna vipengele vilivyo na nambari ya spin. ℓ = 4.

Nambari ya quantum ya magneticm ℓ inaashiria mpangilio wa anga wa obiti za elektroni na, kwa hivyo, mali ya sumakuumeme ya elektroni. Inaweza kuchukua maadili kutoka - ℓ kwa + ℓ , ikiwa ni pamoja na sifuri.

Umbo, au kwa usahihi zaidi, sifa za ulinganifu wa obiti za atomiki hutegemea nambari za quantum. ℓ Na m ℓ . "Wingu la elektroniki" sambamba s- orbitals zina, zina sura ya mpira (wakati huo huo ℓ = 0).

Mtini.1. 1s ya obiti

Mizunguko inayofafanuliwa na nambari za quantum ℓ = 1 na m ℓ = -1, 0 na +1 huitwa p-orbitals. Kwa kuwa m ℓ katika kesi hii ina tatu maana tofauti, basi atomi ina p-orbitals tatu zinazolingana kwa nguvu (nambari kuu ya quantum kwao ni sawa na inaweza kuwa na thamani n = 2,3,4,5,6 au 7). p-Orbitals zina ulinganifu wa axial na zinafanana na nane za umbo la pande tatu, zikielekezwa kando ya shoka za x, y na z katika uga wa nje (Mchoro 1.2). Kwa hivyo asili ya ishara p x , p y na p z .

Mtini.2. p x, p y na p z obiti

Aidha, kuna d- na f- obiti za atomiki, kwa ℓ ya kwanza = 2 na m ℓ = -2, -1, 0, +1 na +2, i.e. tano AOs, kwa wale wa pili ℓ = 3 na m ℓ = -3, -2, -1, 0, +1, +2 na +3, i.e. 7 JSC.

Kiasi cha nne m s inayoitwa nambari ya spin quantum, ilianzishwa kuelezea athari fulani za hila katika wigo wa atomi ya hidrojeni na Goudsmit na Uhlenbeck mnamo 1925. Spin ya elektroni ni kasi ya angular ya chembe ya msingi ya kushtakiwa ya elektroni, mwelekeo ambao ni quantized, i.e. madhubuti mdogo kwa pembe fulani. Mwelekeo huu umedhamiriwa na thamani ya nambari ya spin magnetic quantum (s), ambayo kwa elektroni ni sawa na ½ , kwa hiyo kwa elektroni kulingana na sheria za quantization m s = ± ½. Katika suala hili, kwa seti ya nambari tatu za quantum tunapaswa kuongeza nambari ya quantum m s . Hebu tusisitize tena kwamba nambari nne za quantum huamua utaratibu wa ujenzi wa meza ya mara kwa mara ya Mendeleev ya vipengele na kueleza kwa nini kuna vipengele viwili tu katika kipindi cha kwanza, nane katika pili na tatu, 18 katika nne, nk. Ili kuelezea muundo wa atomi za elektroni nyingi, mpangilio wa kujaza viwango vya elektroniki wakati malipo chanya ya atomi yanaongezeka, haitoshi kuwa na wazo la nambari nne za quantum ambazo "hudhibiti" tabia ya elektroni wakati. kujaza obiti za elektroni, lakini unahitaji kujua zaidi sheria rahisi, yaani, Kanuni ya Pauli, utawala wa Hund na sheria za Kleczkowski.

Kulingana na kanuni ya Pauli Katika hali hiyo hiyo ya quantum, inayoonyeshwa na maadili fulani ya nambari nne za quantum, haiwezi kuwa na elektroni zaidi ya moja. Hii ina maana kwamba elektroni moja inaweza, kimsingi, kuwekwa katika obiti yoyote ya atomiki. Elektroni mbili zinaweza kuwa katika obiti sawa ya atomiki ikiwa tu zina nambari tofauti za spin quantum.

Wakati wa kujaza p-AO tatu, d-AO tano na f-AO saba na elektroni, mtu anapaswa kuongozwa, pamoja na kanuni ya Pauli, na utawala wa Hund: Kujazwa kwa obiti ya subshell moja katika hali ya chini hutokea na elektroni zilizo na spins zinazofanana.

Wakati wa kujaza ganda ndogo (uk, d, f)thamani kamili ya jumla ya mizunguko lazima iwe ya juu zaidi.

Utawala wa Klechkovsky. Kulingana na sheria ya Klechkovsky, wakati wa kujazad Na felektroni orbital lazima iheshimiwekanuni ya kiwango cha chini cha nishati. Kwa mujibu wa kanuni hii, elektroni katika hali ya chini hujaza orbitals na viwango vya chini nishati. Nishati ya kiwango kidogo imedhamiriwa na jumla ya nambari za quantumn + ℓ = E .

Sheria ya kwanza ya Klechkovsky: Kwanza, sublevels hizo ambazon + ℓ = E Ndogo.

Utawala wa pili wa Klechkovsky: katika kesi ya usawan + ℓ kwa viwango vidogo kadhaa, kiwango kidogo ambacho hujazwan Ndogo .

Hivi sasa, vipengele 109 vinajulikana.

2. Nishati ya ionization, mshikamano wa elektroni na uwezo wa elektroni.

Sifa muhimu zaidi za usanidi wa kielektroniki wa atomi ni nishati ya ionization (IE) au uwezo wa ionization (IP) na mshikamano wa elektroni wa atomi (EA). Nishati ya ionization ni mabadiliko ya nishati wakati wa kuondolewa kwa elektroni kutoka kwa atomi ya bure kwa 0 K: A = + + ē . Utegemezi wa nishati ya ionization kwenye nambari ya atomiki Z ya kipengele na saizi ya radius ya atomiki ina herufi ya muda inayojulikana.

Mshikamano wa elektroni (EA) ni badiliko la nishati linaloambatana na kuongezwa kwa elektroni kwenye atomi iliyotengwa na kuunda ioni hasi katika 0 K: A + ē = A. - (atomu na ion ziko katika hali zao za ardhini). Katika kesi hii, elektroni inachukua obiti ya atomiki ya chini kabisa (LUAO) ikiwa VZAO inamilikiwa na elektroni mbili. SE inategemea sana usanidi wao wa kielektroniki wa obiti.

Mabadiliko katika EI na SE yanahusiana na mabadiliko katika sifa nyingi za vipengele na misombo yao, ambayo hutumiwa kutabiri sifa hizi kutoka kwa maadili ya EI na SE. Ya juu zaidi thamani kamili Halojeni zina uhusiano wa elektroni. Katika kila kikundi meza ya mara kwa mara vipengele, uwezo wa ionization au EI hupungua kwa kuongezeka kwa nambari ya kipengele, ambayo inahusishwa na ongezeko la radius ya atomiki na ongezeko la idadi ya tabaka za elektroniki na ambayo inahusiana vizuri na ongezeko la nguvu ya kupunguza ya kipengele.

Jedwali la 1 la Jedwali la Vipengee la Muda linaonyesha thamani za EI na SE katika eV/kwa kila atomi. Kumbuka hilo maadili halisi SEs zinajulikana kwa atomi chache tu; maadili yao yameangaziwa katika Jedwali 1.

Jedwali 1

Nishati ya ionization ya kwanza (EI), mshikamano wa elektroni (EA) na elektronegativity χ) ya atomi katika jedwali la upimaji.

0.747

2. 1 0

0, 3 7

1,2 2

0.54

1. 55

-0.3

1. 1 3

0.2

0. 91

1.2 5

-0. 1

0, 55

1.47

0. 59

3.45

0. 64

1 ,60

0. 7 4

1. 89

-0.3

1 . 3 1

1 . 6 0

0. 6

1.63

0.7

2.07

3.61

2.3 6

- 0 .6

1.26(α)

-0.9

1 . 39

0. 18

1.2

0. 6

2.07

3.36

2.4 8

-0.6

1 . 56

0. 2

2.2

2.6 7

2, 2 1

KUHUSUs

χ - uwezo wa kielektroniki kulingana na Pauling

r- radius ya atomiki, (kutoka "Maabara na madarasa ya semina kwa ujumla na kemia isokaboni", N.S. Akhmetov, M.K. Azizova, L.I. Badygina)

Elektroni

Wazo la atomi liliibuka ulimwengu wa kale kuteua chembe za maada. Imetafsiriwa kutoka atomi ya Kigiriki ina maana "isiyogawanyika".

Mwanafizikia wa Ireland Stoney, kwa msingi wa majaribio, alifikia hitimisho kwamba umeme hubebwa na chembe ndogo zaidi zilizopo kwenye atomi zote. vipengele vya kemikali. Mnamo 1891, Stoney alipendekeza kuziita chembe hizi elektroni, ambayo inamaanisha "amber" kwa Kigiriki. Miaka michache baada ya elektroni kupata jina lake, Mwanafizikia wa Kiingereza Joseph Thomson na mwanafizikia wa Ufaransa Jean Perrin walithibitisha kuwa elektroni hubeba malipo hasi. Hii ndiyo malipo hasi ndogo zaidi, ambayo katika kemia inachukuliwa kama moja (-1). Thomson hata imeweza kuamua kasi ya elektroni (kasi ya elektroni katika obiti ni kinyume sawia na idadi ya obiti n. Radi ya obiti huongezeka kwa uwiano wa mraba wa namba ya obiti. Katika obiti ya kwanza ya obiti. atomi ya hidrojeni (n=1; Z=1) kasi ni ≈ 2.2 · 106 m/s, yaani, karibu mara mia chini ya kasi ya mwanga c = 3 · 108 m/s) na wingi wa elektroni. (ni karibu mara 2000 chini ya wingi wa atomi ya hidrojeni).

Hali ya elektroni katika atomi

Hali ya elektroni katika atomi inaeleweka kama seti ya habari kuhusu nishati ya elektroni fulani na nafasi ambayo iko. Elektroni katika atomi haina trajectory ya mwendo, i.e. tunaweza tu kuzungumza juu uwezekano wa kuipata katika nafasi karibu na kiini.

Inaweza kuwa katika sehemu yoyote ya nafasi hii inayozunguka kiini, na jumla ya nafasi zake tofauti huzingatiwa kama wingu la elektroni na msongamano fulani. malipo hasi. Kwa mfano, hii inaweza kufikiria hivi: ikiwa ingewezekana kupiga picha nafasi ya elektroni katika atomi baada ya mia moja au milioni ya sekunde, kama katika kumaliza picha, basi elektroni kwenye picha kama hizo ingewakilishwa kama dots. Ikiwa picha nyingi kama hizo zingewekwa juu zaidi, picha hiyo ingekuwa ya wingu la elektroni lenye msongamano mkubwa zaidi ambapo kungekuwa na alama nyingi zaidi.

Nafasi karibu kiini cha atomiki, ambayo elektroni ina uwezekano mkubwa wa kupatikana inaitwa orbital. Ina takriban 90% ya wingu la elektroniki, na hii ina maana kwamba karibu 90% ya wakati elektroni iko katika sehemu hii ya nafasi. Wanatofautishwa na sura Aina 4 za obiti zinazojulikana kwa sasa, ambazo zimeteuliwa na Kilatini herufi s, p, d na f. Picha ya mchoro Aina fulani za obiti za elektroni zinaonyeshwa kwenye takwimu.

Tabia muhimu zaidi ya mwendo wa elektroni katika orbital fulani ni nishati ya uhusiano wake na kiini. Elektroni zilizo na maadili sawa ya nishati huunda safu moja ya elektroni, au kiwango cha nishati. Viwango vya nishati vinahesabiwa kuanzia kwenye kiini - 1, 2, 3, 4, 5, 6 na 7.

Nambari kamili n, inayoonyesha idadi ya kiwango cha nishati, inaitwa nambari kuu ya quantum. Ni sifa ya nishati ya elektroni zinazochukua kiwango fulani cha nishati. Elektroni za kiwango cha kwanza cha nishati, karibu na kiini, zina nishati ya chini zaidi. Ikilinganishwa na elektroni za kiwango cha kwanza, elektroni za viwango vifuatavyo zitaonyeshwa na usambazaji mkubwa wa nishati. Kwa hivyo, elektroni hufungamana kidogo sana na kiini cha atomi ngazi ya nje.

Idadi kubwa ya elektroni katika kiwango cha nishati imedhamiriwa na formula:

N = 2n 2 ,

ambapo N - idadi ya juu elektroni; n ni nambari ya kiwango, au nambari kuu ya quantum. Kwa hivyo, katika kiwango cha kwanza cha nishati karibu na kiini hakuwezi kuwa na zaidi ya elektroni mbili; kwa pili - si zaidi ya 8; juu ya tatu - si zaidi ya 18; ya nne - si zaidi ya 32.

Kuanzia ngazi ya pili ya nishati (n = 2), kila ngazi imegawanywa katika sublevels (sublayers), tofauti kidogo kutoka kwa kila mmoja katika nishati ya kumfunga na kiini. Idadi ya viwango vidogo ni sawa na thamani ya nambari kuu ya quantum: ngazi ya kwanza ya nishati ina sublevel moja; pili - mbili; tatu - tatu; nne - sublevels nne. Viwango vidogo, kwa upande wake, vinaundwa na orbital. Kila thamanin inalingana na idadi ya obiti sawa na n.

Viwango vidogo kawaida huteuliwa na herufi za Kilatini, pamoja na sura ya obiti ambazo zinajumuishwa: s, p, d, f.

Protoni na Neutroni

Atomi ya kipengele chochote cha kemikali inalinganishwa na mfumo mdogo wa jua. Kwa hiyo, mfano huu wa atomi, uliopendekezwa na E. Rutherford, unaitwa sayari.

Nucleus ya atomiki, ambayo molekuli nzima ya atomi imejilimbikizia, ina chembe za aina mbili - protoni na neutroni.

Protoni zina malipo sawa na malipo elektroni, lakini kinyume katika ishara (+1), na wingi, sawa na wingi atomi ya hidrojeni (inachukuliwa kama kitengo cha kemia). Neutroni hazibeba malipo, hazina upande wowote na zina misa sawa na wingi wa protoni.

Protoni na nyutroni kwa pamoja huitwa nukleoni (kutoka kiini cha Kilatini - nucleus). Jumla ya idadi ya protoni na neutroni katika atomi inaitwa nambari ya molekuli. Kwa mfano, idadi kubwa ya atomi ya alumini ni:

13 + 14 = 27

idadi ya protoni 13, idadi ya neutroni 14, nambari ya misa 27

Kwa kuwa wingi wa elektroni, ambayo ni ndogo sana, inaweza kupuuzwa, ni dhahiri kwamba molekuli nzima ya atomi imejilimbikizia kwenye kiini. Elektroni huteuliwa e - .

Tangu atomi upande wowote wa umeme, basi ni dhahiri pia kwamba idadi ya protoni na elektroni katika atomi ni sawa. Ni sawa nambari ya serial kipengele kemikali kwa ajili yake katika Jedwali Periodic. Uzito wa atomi unajumuisha wingi wa protoni na neutroni. Kujua nambari ya atomiki ya kitu (Z), i.e. idadi ya protoni, na nambari ya misa (A), sawa na jumla idadi ya protoni na neutroni, unaweza kupata idadi ya nyutroni (N) kwa kutumia formula:

N = A - Z

Kwa mfano, idadi ya neutroni katika atomi ya chuma ni:

56 — 26 = 30

Isotopu

Aina za atomi za kipengele sawa ambazo zina malipo sawa viini lakini nambari tofauti za misa huitwa isotopu. Vipengele vya kemikali vinavyopatikana katika asili ni mchanganyiko wa isotopu. Kwa hivyo, kaboni ina isotopu tatu na raia 12, 13, 14; oksijeni - isotopu tatu zilizo na misa 16, 17, 18, nk. Kiasi cha atomi cha jamaa cha kipengele cha kemikali ambacho kawaida hupewa katika Jedwali la Periodic ni thamani ya wastani ya wingi wa atomiki ya mchanganyiko wa asili wa isotopu. ya kipengele hiki kwa kuzingatia wingi wao wa jamaa katika asili. Sifa za kemikali za isotopu za vitu vingi vya kemikali ni sawa kabisa. Hata hivyo, isotopu za hidrojeni hutofautiana sana katika mali kutokana na ongezeko kubwa la wingi wa wingi wao wa atomiki; hata hupewa majina binafsi na alama za kemikali.

Vipengele vya kipindi cha kwanza

Mchoro wa muundo wa elektroniki wa atomi ya hidrojeni:

Michoro ya muundo wa kielektroniki wa atomi inaonyesha usambazaji wa elektroni kwenye tabaka za elektroniki (viwango vya nishati).

Fomula ya kielektroniki ya mchoro ya atomi ya hidrojeni (inaonyesha usambazaji wa elektroni kwa viwango vya nishati na viwango vidogo):

Njia za elektroniki za picha za atomi zinaonyesha usambazaji wa elektroni sio tu kati ya viwango na viwango vidogo, lakini pia kati ya obiti.

Katika atomi ya heliamu, safu ya kwanza ya elektroni imekamilika - ina elektroni 2. Hidrojeni na heliamu ni s-elements; S-orbital ya atomi hizi imejazwa na elektroni.

Kwa vipengele vyote vya kipindi cha pili safu ya kwanza ya elektroniki imejaa, na elektroni hujaza s- na p-orbitals ya safu ya elektroni ya pili kwa mujibu wa kanuni ya nishati ndogo (kwanza s na kisha p) na sheria za Pauli na Hund.

Katika atomi ya neon, safu ya pili ya elektroni imekamilika - ina elektroni 8.

Kwa atomi za vipengele vya kipindi cha tatu, tabaka za kwanza na za pili za elektroniki zimekamilika, hivyo safu ya tatu ya elektroniki imejazwa, ambayo elektroni zinaweza kuchukua 3s-, 3p- na 3d-sublevels.

Atomu ya magnesiamu inakamilisha obiti yake ya elektroni 3. Na na Mg ni vitu vya s.

Katika alumini na vipengele vinavyofuata, sublevel ya 3p imejaa elektroni.

Vipengele vya kipindi cha tatu vina obiti za 3d ambazo hazijajazwa.

Vipengele vyote kutoka Al hadi Ar ni vipengele vya p. Vipengee vya s na p vinaunda vikundi vidogo katika Jedwali la Vipindi.

Vipengele vya vipindi vya nne - saba

Safu ya nne ya elektroni inaonekana katika atomi za potasiamu na kalsiamu, na sublevel ya 4 imejaa, kwa kuwa ina nishati ya chini kuliko 3d sublevel.

K, Ca - s-vipengele vilivyojumuishwa katika vikundi vidogo. Kwa atomi kutoka Sc hadi Zn, kiwango kidogo cha 3d kinajazwa na elektroni. Hizi ni vipengele vya 3d. Zimejumuishwa katika vikundi vidogo vya sekondari, safu yao ya nje ya kielektroniki imejazwa, na imeainishwa kama vipengele vya mpito.

Makini na muundo makombora ya elektroni chromium na atomi za shaba. Ndani yao, elektroni moja "inashindwa" kutoka kwa 4 hadi 3d sublevel, ambayo inaelezewa na utulivu mkubwa wa nishati ya usanidi wa elektroniki unaosababishwa 3d 5 na 3d 10:

Katika atomi ya zinki, safu ya tatu ya elektroni imekamilika - sublevels zote 3s, 3p na 3d zimejaa ndani yake, na jumla ya elektroni 18. Katika vipengele vinavyofuata zinki, safu ya nne ya elektroni, sublevel 4p, inaendelea kujazwa.

Vipengele kutoka Ga hadi Kr ni vipengele vya p.

Atomu ya kryptoni ina safu ya nje (ya nne) ambayo imekamilika na ina elektroni 8. Lakini kunaweza kuwa na jumla ya elektroni 32 katika safu ya nne ya elektroni; atomi ya kryptoni bado ina viwango vidogo vya 4d na 4f ambavyo havijajazwa kwa vipengele vya kipindi cha tano, viwango vidogo vinajazwa kwa utaratibu ufuatao: 5s - 4d - 5p. Na pia kuna tofauti zinazohusiana na " kushindwa» elektroni, y 41 Nb, 42 Mo, 44 Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.

Katika kipindi cha sita na cha saba, vipengele vya f vinaonekana, yaani, vipengele ambavyo 4f- na 5f-subblevels ya safu ya tatu ya nje ya elektroniki hujazwa, kwa mtiririko huo.

Vipengele 4f huitwa lanthanides.

Vipengele 5f huitwa actinides.

Utaratibu wa kujaza viwango vidogo vya elektroniki katika atomi za vipengele vya kipindi cha sita: 55 Cs na 56 Ba - 6s vipengele; 57 La … 6s 2 5d x - 5d kipengele; 58 Ce - 71 Lu - vipengele 4f; 72 Hf - 80 Hg - vipengele 5d; 81 T1 - 86 Rn - vipengele 6d. Lakini hapa, pia, kuna mambo ambayo utaratibu wa kujaza obiti za elektroniki "umekiukwa," ambayo, kwa mfano, inahusishwa na utulivu mkubwa wa nishati ya nusu na f-sublevels iliyojaa kikamilifu, i.e. nf 7 na nf 14. Kulingana na kiwango gani cha atomi kilichojazwa na elektroni mwisho, vitu vyote vimegawanywa katika familia nne za elektroni, au vizuizi:

s-vipengele. S-sublevel ya ngazi ya nje ya atomi imejaa elektroni; s-vipengele ni pamoja na hidrojeni, heliamu na vipengele vya vikundi vidogo vya vikundi vya I na II.

p-vipengele. P-sublevel ya ngazi ya nje ya atomi imejaa elektroni; p-vipengele vinajumuisha vipengele vya vikundi vidogo vya vikundi vya III-VIII.

d-vipengele. D-sublevel ya ngazi ya kabla ya nje ya atomi imejaa elektroni; d-vipengele vinajumuisha vipengele vya vikundi vidogo vya sekondari vya vikundi vya I-VIII, yaani vipengele vya miongo ya programu-jalizi ya vipindi vikubwa vilivyo kati ya s- na p-elements. Pia huitwa vipengele vya mpito.

f-vipengele. F-sublevel ya ngazi ya tatu ya nje ya atomi imejaa elektroni; hizi ni pamoja na lanthanides na antinoids.

Mwanafizikia wa Uswizi W. Pauli mnamo 1925 aligundua kuwa katika atomi katika obiti moja kunaweza kuwa na si zaidi ya elektroni mbili zilizo na mizunguko ya kinyume (iliyotafsiriwa kutoka Kiingereza kama "spindle"), i.e., kuwa na mali kama hizo ambazo zinaweza kufikiria kwa masharti. kama mzunguko wa elektroni kuzunguka mhimili wake wa kuwaza: mwendo wa saa au kinyume cha saa.

Kanuni hii inaitwa Kanuni ya Pauli. Ikiwa kuna elektroni moja kwenye orbital, basi inaitwa isiyo na paired; ikiwa kuna mbili, basi hizi ni elektroni zilizooanishwa, i.e. elektroni zilizo na spins tofauti. Takwimu inaonyesha mchoro wa mgawanyiko wa viwango vya nishati katika viwango vidogo na utaratibu ambao hujazwa.

Mara nyingi, muundo wa makombora ya elektroniki ya atomi huonyeshwa kwa kutumia seli za nishati au quantum - kinachojulikana kama fomula za elektroniki za picha zimeandikwa. Kwa nukuu hii, nukuu ifuatayo inatumika: kila seli ya quantum imeteuliwa na seli inayolingana na obiti moja; Kila elektroni inaonyeshwa na mshale unaofanana na mwelekeo wa spin. Wakati wa kuandika formula ya elektroniki ya picha, unapaswa kukumbuka sheria mbili: Kanuni ya Pauli na utawala wa F. Hund, kulingana na ambayo elektroni huchukua seli za bure kwanza moja kwa wakati na wakati huo huo zina thamani sawa nyuma, na kisha tu mwenzi, lakini migongo, kulingana na kanuni ya Pauli, tayari itakuwa katika mwelekeo tofauti.

Utawala wa Hund na kanuni ya Pauli

Utawala wa Hund- kanuni kemia ya quantum, ambayo huamua utaratibu wa kujaza obiti ya sublayer fulani na imeundwa kwa njia ifuatayo: jumla ya thamani idadi ya spin quantum ya elektroni ya safu ndogo iliyopewa inapaswa kuwa ya juu zaidi. Iliyoundwa na Friedrich Hund mnamo 1925.

Hii ina maana kwamba katika kila obiti ya sublayer, elektroni moja imejazwa kwanza, na tu baada ya orbitals isiyojazwa imechoka, elektroni ya pili huongezwa kwa orbital hii. Katika kesi hii, orbital moja ina elektroni mbili na mizunguko ya nusu-jumla ishara kinyume, ambayo jozi (huunda wingu la elektroni mbili) na, kwa sababu hiyo, jumla ya spin ya orbital inakuwa sawa na sifuri.

Maneno mengine: Nishati ya chini ni neno la atomiki ambalo hali mbili huridhika.

Wingi ni upeo
Vizidishi vinapolingana, kasi ya jumla ya obiti L ni ya juu zaidi.

Wacha tuchambue sheria hii kwa kutumia mfano wa kujaza obiti za p-sublevel uk-vipengele vya kipindi cha pili (yaani, kutoka boroni hadi neon (katika mchoro hapa chini, mistari ya usawa inaonyesha orbitals, mishale ya wima inaonyesha elektroni, na mwelekeo wa mshale unaonyesha mwelekeo wa spin).

Utawala wa Klechkovsky

Utawala wa Klechkovsky - Kadiri jumla ya idadi ya elektroni katika atomi inavyoongezeka (pamoja na kuongezeka kwa chaji ya viini vyake, au nambari za serial za elementi za kemikali), obiti za atomiki huwekwa kwa njia ambayo kuonekana kwa elektroni katika obiti na zaidi. nishati ya juu inategemea tu nambari kuu ya quantum n na haitegemei nambari zingine zote za quantum, pamoja na l. Kimwili, hii inamaanisha kuwa katika atomi-kama hidrojeni (bila kukosekana kwa kurudisha nyuma kwa elektroni), nishati ya obiti ya elektroni imedhamiriwa tu na umbali wa anga wa wiani wa malipo ya elektroni kutoka kwa kiini na haitegemei sifa zake. mwendo katika uwanja wa kiini.

Utawala wa nguvu wa Klechkovsky na mpango wa kuagiza unaofuata kutoka kwake unapingana kwa kiasi fulani na mlolongo halisi wa nishati ya obiti za atomiki tu katika hali mbili zinazofanana: kwa atomi Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au. , kuna "kutofaulu" kwa elektroni iliyo na s -sublevel ya safu ya nje hadi d-sublevel ya safu ya awali, ambayo husababisha zaidi kwa nguvu. hali thabiti atomi, yaani: baada ya kujaza orbital 6 na elektroni mbili s

Muundo wa molekuli. Hiyo ni, ni atomi gani huunda molekuli, kwa kiasi gani, na kwa vifungo gani atomi hizi zimeunganishwa. Yote hii huamua mali ya molekuli, na ipasavyo mali ya dutu ambayo molekuli hizi huunda.

Kwa mfano, mali ya maji: uwazi, fluidity, na uwezo wa kusababisha kutu ni kutokana na kuwepo kwa atomi mbili za hidrojeni na atomi moja ya oksijeni.

Kwa hivyo, kabla ya kuanza kusoma mali ya molekuli (ambayo ni, mali ya vitu), tunahitaji kuzingatia "vitalu vya ujenzi" ambavyo molekuli hizi huundwa. Kuelewa muundo wa atomi.

Je, atomi imeundwaje?

Atomu ni chembe ambazo huchanganyika na kila mmoja kuunda molekuli.

Atomu yenyewe inajumuisha kiini chenye chaji chanya (+) Na ganda la elektroni lenye chaji hasi (-). Kwa ujumla, atomi haina upande wowote wa umeme. Hiyo ni, malipo ya kiini ni sawa kwa thamani kamili kwa malipo ya shell ya elektroni.

Nucleus huundwa na chembe zifuatazo:

Protoni. Protoni moja hubeba malipo ya +1. Uzito wake ni 1 amu (kitengo cha misa ya atomiki). Chembe hizi lazima ziwepo kwenye kiini.

Neutroni. Neutron haina malipo (chaji = 0). Uzito wake ni 1 amu. Kunaweza kuwa hakuna neutroni kwenye kiini. Sio sehemu muhimu ya kiini cha atomiki.

Kwa hivyo, protoni zinawajibika kwa malipo ya jumla ya kiini. Kwa kuwa neutroni moja ina chaji ya +1, malipo ya kiini ni sawa na idadi ya protoni.

Ganda la elektroni, kama jina linavyopendekeza, huundwa na chembe zinazoitwa elektroni. Ikiwa tunalinganisha kiini cha atomi na sayari, basi elektroni ni satelaiti zake. Inazunguka kwenye kiini (kwa sasa hebu fikiria kwamba katika obiti, lakini kwa kweli katika orbitals), huunda shell ya elektroni.

Elektroni- Hii ni chembe ndogo sana. Uzito wake ni mdogo sana kwamba inachukuliwa kama 0. Lakini malipo ya elektroni ni -1. Hiyo ni, modulo sawa na malipo protoni, hutofautiana katika ishara. Kwa kuwa elektroni moja hubeba malipo -1, malipo ya jumla ya shell ya elektroni ni sawa na idadi ya elektroni ndani yake.

Tokeo moja muhimu ni kwamba kwa kuwa atomi ni chembe ambayo haina malipo (chaji ya kiini na malipo ya ganda la elektroni ni sawa kwa ukubwa, lakini kinyume kwa ishara), ambayo ni, isiyo na umeme, kwa hivyo, idadi ya elektroni katika atomi ni sawa na idadi ya protoni.

Je, atomi za vipengele tofauti vya kemikali hutofautianaje kutoka kwa kila mmoja?

Atomi za vipengele tofauti vya kemikali hutofautiana kutoka kwa kila mmoja katika malipo ya kiini (yaani, idadi ya protoni, na, kwa hiyo, idadi ya elektroni).

Jinsi ya kujua malipo ya kiini cha atomi ya kitu? Mwanakemia mahiri wa nyumbani D.I. Mendeleev, akiwa amegundua sheria ya mara kwa mara, na kwa kutengeneza meza iliyopewa jina lake, ilitupa fursa ya kufanya hivyo. Ugunduzi wake ulikuwa mbele sana. Wakati muundo wa atomi haujajulikana bado, Mendeleev alipanga vitu kwenye jedwali ili kuongeza malipo ya nyuklia.

Hiyo ni, nambari ya serial ya kipengele katika jedwali la upimaji ni malipo ya kiini cha atomi ya kipengele fulani. Kwa mfano, oksijeni ina nambari ya serial ya 8, kwa hivyo malipo kwenye kiini cha atomi ya oksijeni ni +8. Ipasavyo, idadi ya protoni ni 8, na idadi ya elektroni ni 8.

Ni elektroni katika shell ya elektroni ambayo huamua Tabia za kemikali atomu, lakini zaidi juu ya hilo baadaye kidogo.

Sasa hebu tuzungumze juu ya misa.

Protoni moja ni kitengo cha misa, neutroni moja pia ni kitengo cha misa. Kwa hivyo, jumla ya neutroni na protoni kwenye kiini huitwa idadi ya wingi. (Elektroni haziathiri misa kwa njia yoyote, kwani tunapuuza misa yake na tunazingatia kuwa sawa na sifuri).

Kitengo cha atomiki misa (a.m.u.) - maalum wingi wa kimwili ili kuashiria wingi mdogo wa chembe zinazounda atomi.

Atomu hizi zote tatu ni atomi za kipengele kimoja cha kemikali - hidrojeni. Kwa sababu wana malipo sawa ya nyuklia.

Watakuwa tofauti vipi? Atomi hizi zina idadi tofauti ya wingi (kutokana na nambari tofauti neutroni). Atomu ya kwanza ina idadi kubwa ya 1, ya pili ina 2, na ya tatu ina 3.

Atomi za kitu kimoja ambacho hutofautiana katika idadi ya neutroni (na kwa hivyo nambari za misa) huitwa isotopu.

Isotopu za hidrojeni zilizowasilishwa hata zina majina yao wenyewe:

Isotopu ya kwanza (yenye wingi wa nambari 1) inaitwa protium.
Isotopu ya pili (iliyo na nambari ya 2) inaitwa deuterium.
Isotopu ya tatu (yenye wingi namba 3) inaitwa tritium.

Sasa swali linalofuata la busara: kwa nini ikiwa idadi ya neutroni na protoni kwenye kiini ni nambari kamili, misa yao ni 1 amu, basi katika mfumo wa upimaji wingi wa atomi ni. nambari ya sehemu. Kwa sulfuri, kwa mfano: 32.066.

Jibu: kipengele kina isotopu kadhaa, hutofautiana kutoka kwa kila mmoja kwa idadi ya wingi. Kwa hivyo, misa ya atomiki kwenye jedwali la upimaji ni thamani ya wastani ya misa ya atomiki ya isotopu zote za kitu, kwa kuzingatia kutokea kwao kwa asili. Misa hii, iliyoonyeshwa kwenye jedwali la mara kwa mara, inaitwa misa ya atomiki ya jamaa.

Kwa mahesabu ya kemikali, viashiria vya "atomi ya wastani" kama hiyo hutumiwa. Misa ya atomiki imezungushwa hadi nambari nzima iliyo karibu zaidi.

Muundo wa shell ya elektroni.

Sifa za kemikali za atomi zimedhamiriwa na muundo wa ganda lake la elektroni. Elektroni karibu na kiini hazipatikani kwa vyovyote vile. Elektroni zimewekwa ndani ya obiti za elektroni.

Electron orbital- nafasi karibu na kiini cha atomiki ambapo uwezekano wa kupata elektroni ni mkubwa zaidi.

Elektroni ina parameta moja ya quantum inayoitwa spin. Ikiwa unachukua ufafanuzi wa classic kutoka mechanics ya quantum, Hiyo spin-Hii wakati mwenyewe kasi ya chembe. Katika fomu iliyorahisishwa, hii inaweza kuwakilishwa kama mwelekeo wa mzunguko wa chembe kuzunguka mhimili wake.

Elektroni ni chembe iliyo na msokoto wa nusu-jumla; elektroni inaweza kuwa na + ½ au -½ spin. Kwa kawaida, hii inaweza kuwakilishwa kama mzunguko wa saa na kinyume cha saa.

Obiti ya elektroni moja inaweza kuwa na si zaidi ya elektroni mbili zilizo na mizunguko tofauti.

Jina linalokubalika kwa jumla la makazi ya kielektroniki ni seli au kistari. Elektroni huteuliwa kwa mshale: mshale wa juu ni elektroni yenye mzunguko chanya +½, mshale wa chini ↓ ni elektroni yenye mzunguko hasi -½.

Elektroni pekee katika orbital inaitwa haijaoanishwa. Elektroni mbili ziko kwenye obiti sawa zinaitwa vilivyooanishwa.

Orbital za elektroniki zimegawanywa katika aina nne kulingana na sura yao: s, p, d, f. Orbital umbo sawa kuunda ngazi ndogo. Idadi ya obiti kwenye kiwango kidogo imedhamiriwa na nambari chaguzi zinazowezekana eneo katika nafasi.

s-orbital.

S-orbital ina umbo la mpira:

Katika nafasi, s-orbital inaweza kupatikana kwa njia moja tu:

Kwa hivyo, sublevel ya s huundwa na s moja tu ya obiti.

p-obitali.

P-orbital ina umbo la dumbbell:

Katika nafasi, p-orbital inaweza kupatikana kwa njia tatu tu:

Kwa hiyo, p-sublevel huundwa na p-orbitals tatu.

d-orbital.

d-orbital ina sura tata:

Katika nafasi, d-orbital inaweza kupangwa katika tano njia tofauti. Kwa hiyo, d sublevel huundwa na tano d orbitals.

f-orbital

F orbital ina umbo changamano zaidi. Katika nafasi, f orbital inaweza kupatikana kwa njia saba tofauti. Kwa hivyo, f sublevel huundwa na obiti saba za f.

Ganda la elektroni la atomi ni kama bidhaa ya keki ya puff. Pia ina tabaka. Elektroni ziko kwenye tabaka tofauti zina nguvu tofauti: kwenye tabaka zilizo karibu na kiini zina nishati kidogo, kwenye tabaka za mbali zaidi kutoka kwa kiini zina nishati zaidi. Tabaka hizi huitwa viwango vya nishati.

Kujaza obiti za elektroni.

Kiwango cha kwanza cha nishati kina s-sublevel tu:

Katika kiwango cha pili cha nishati kuna s-sublevel na p-sublevel inaonekana:

Katika kiwango cha tatu cha nishati kuna s-sublevel, p-sublevel, na d-subblevel inaonekana:

Katika kiwango cha nne cha nishati, kimsingi, f-sublevel huongezwa. Lakini katika kozi ya shule Mizunguko ya f haijajazwa, kwa hivyo sio lazima kuchora f sublevel:

Idadi ya viwango vya nishati katika atomi ya kipengele ni nambari ya kipindi. Wakati wa kujaza obiti za elektroni, lazima ufuate kanuni zifuatazo:

Kila elektroni hujaribu kuchukua nafasi katika atomi ambapo nishati yake ni ndogo. Hiyo ni, kwanza ngazi ya kwanza ya nishati imejaa, kisha ya pili, na kadhalika.

Fomula ya elektroniki pia hutumiwa kuelezea muundo wa ganda la elektroni. Fomula ya kielektroniki ni muhtasari mfupi wa mstari mmoja wa usambazaji wa elektroni kwenye viwango vidogo.

Katika ngazi ndogo, kila elektroni kwanza hujaza obiti tupu. Na kila moja ina spin +½ (mshale wa juu).

Na tu baada ya kila obiti ndogo kuwa na elektroni moja, elektroni inayofuata inaunganishwa - ambayo ni, inachukua orbital ambayo tayari ina elektroni:

D-sublevel imejazwa kwa njia maalum.

Ukweli ni kwamba nishati ya d-sublevel ni kubwa kuliko nishati ya s-sublevel ya safu ya nishati NEXT. Na kama tunavyojua, elektroni hujaribu kuchukua nafasi hiyo katika atomi ambapo nishati yake itakuwa ndogo.

Kwa hiyo, baada ya kujaza 3p sublevel, 4s sublevel imejaa kwanza, baada ya hapo 3d sublevel imejaa.

Na tu baada ya kiwango cha chini cha 3d kujazwa kabisa, kiwango cha chini cha 4p kinajazwa.

Vile vile huenda kwa kiwango cha nishati 4. Baada ya kujaza kiwango kidogo cha 4p, kiwango kidogo cha 5s kinajazwa ijayo, ikifuatiwa na kiwango kidogo cha 4d. Na baada yake 5p tu.

Na kuna hoja moja zaidi, sheria moja kuhusu kujaza d-sublevel.

Kisha jambo hutokea kuitwa kushindwa. Ikiwa kuna hitilafu, elektroni moja kutoka kwa s-sublevel ya ngazi inayofuata ya nishati, katika kihalisi huanguka kwa d-electron.

Majimbo ya ardhini na ya msisimko ya atomi.

atomi, usanidi wa kielektroniki ambayo tumeunda sasa inaitwa atomi ndani hali ya msingi. Hiyo ni, hii ni hali ya kawaida, ya asili, ikiwa unapenda, hali.

Wakati atomi inapokea nishati kutoka nje, msisimko unaweza kutokea.

Msisimko ni mpito wa elektroni iliyooanishwa hadi kwenye obiti tupu, ndani ya kiwango cha nishati ya nje.

Kwa mfano, kwa atomi ya kaboni:

Kusisimua ni tabia ya atomi nyingi. Hii lazima ikumbukwe kwa sababu msisimko huamua uwezo wa atomi kushikamana na kila mmoja. Jambo kuu la kukumbuka ni hali ambayo msisimko unaweza kutokea: elektroni iliyounganishwa na orbital tupu kwenye ngazi ya nishati ya nje.

Kuna atomi ambazo zina hali kadhaa za msisimko:

Usanidi wa elektroniki wa ion.

Ioni ni chembe ambazo atomi na molekuli hugeuka kwa kupata au kupoteza elektroni. Chembe hizi zina malipo kwa sababu zina "ukosefu" wa elektroni au ziada yao. Ioni zilizochajiwa vyema huitwa cations, hasi - anions.

Atomu ya klorini (haina malipo) hupata elektroni. Elektroni ina malipo ya 1- (moja minus), na ipasavyo chembe huundwa ambayo ina malipo hasi ya ziada. Anion ya klorini:

Cl 0 + 1e → Cl -

Atomu ya lithiamu (pia haina malipo) inapoteza elektroni. Elektroni ina malipo ya 1+ (moja pamoja), chembe hutengenezwa kwa ukosefu wa malipo hasi, yaani, ina malipo mazuri. Lithium cation:

Li 0 – 1e → Li +

Kubadilika kuwa ioni, atomi hupata usanidi kiasi kwamba kiwango cha nishati ya nje inakuwa "nzuri," ambayo ni, kujazwa kabisa. Usanidi huu ndio thabiti zaidi wa hali ya joto, kwa hivyo kuna sababu ya atomi kugeuka kuwa ioni.

Na kwa hivyo atomi za vitu Kikundi cha VIII-A(kikundi cha nane kikundi kidogo), kama ilivyoonyeshwa katika aya inayofuata, hizi ni gesi nzuri na hazifanyi kazi kwa kemikali. Hali yao ya msingi ina muundo wafuatayo: ngazi ya nje ya nishati imejaa kabisa. Atomi zingine zinaonekana kujitahidi kupata usanidi wa gesi hizi nzuri zaidi, na kwa hivyo hubadilika kuwa ioni na kuunda vifungo vya kemikali.

Jedwali la mara kwa mara la vipengele vya Mendeleev. Muundo wa atomi.

MFUMO WA KIPINDI WA MENDELEEV WA VITU - uainishaji wa kemikali. vipengele vilivyoundwa na Kirusi. mwanasayansi D. I. Mendeleev kwa misingi ya periodicity iliyogunduliwa na yeye (mnamo 1869). sheria.

Kisasa uundaji wa mara kwa mara sheria: sifa za vipengele (zinazoonyeshwa katika misombo rahisi na misombo) hupatikana katika vipindi vya mara kwa mara. kulingana na malipo ya viini vya atomi zao.

Chaji ya kiini cha atomiki Z ni sawa na nambari ya atomiki (ya kawaida) ya kemikali. kipengele katika P. s. e. M. Ukipanga vipengele vyote katika mpangilio wa kupanda Z. (hidrojeni H, Z = 1; heliamu He, Z = 2; lithiamu Li, Z == 3; berili Beri, Z = 4, nk), basi hutengeneza. 7 vipindi. Katika kila moja ya vipindi hivi, mabadiliko ya mara kwa mara katika mali ya vipengele huzingatiwa, kutoka kwa kipengele cha kwanza cha kipindi (chuma cha alkali) hadi mwisho (gesi yenye heshima). Kipindi cha kwanza kina vipengele 2, 2 na 3 - vipengele 8 kila mmoja, 4 na 5 - 18, 6 - 32. Katika kipindi cha 7, vipengele 19 vinajulikana. Vipindi vya 2 na 3 kawaida huitwa ndogo, vipindi vyote vinavyofuata huitwa kubwa. Ikiwa unapanga vipindi kwa namna ya safu za usawa, basi kusababisha jedwali litaonyesha mistari 8 wima. nguzo; Hizi ni vikundi vya vipengele ambavyo vinafanana katika mali zao.

Mali ya vipengele ndani ya vikundi pia hubadilika kwa kawaida kulingana na ongezeko la Z. Kwa mfano, katika kikundi Li - Na - K - Rb - Cs - Fr, maudhui ya kemikali huongezeka. shughuli ya chuma inaimarishwa na asili ya oksidi na hidroksidi.

Kutoka kwa nadharia ya muundo wa atomiki inafuata kwamba upimaji wa mali ya vipengele imedhamiriwa na sheria za malezi ya shells za elektroni karibu na kiini. Kadiri Z ya kipengele inavyoongezeka, atomi inakuwa ngumu zaidi - idadi ya elektroni zinazozunguka kiini huongezeka, na wakati unakuja wakati kujazwa kwa ganda la elektroni kumalizika na malezi ya inayofuata, ganda la nje huanza. Katika mfumo wa Mendeleev, hii inafanana na mwanzo wa kipindi kipya. Vipengele vilivyo na elektroni 1, 2, 3, nk katika shell mpya ni sawa katika mali zao na vipengele ambavyo pia vilikuwa na 1, 2, 3, nk elektroni za nje, ingawa idadi yao ni ya ndani. kulikuwa na shells moja (au kadhaa) chache za elektroni: Na ni sawa na Li (elektroni moja ya nje), Mg ni sawa na Be (2 elektroni za nje); A1 - kwa B (3 elektroni za nje), nk Kwa nafasi ya kipengele katika P. s. e. M. zinahusishwa na kemikali yake. na mengine mengi kimwili St.

Chaguzi nyingi za picha (takriban 1000) zimependekezwa. picha za P.s. e. M. Lahaja 2 za kawaida za P. s. e. M. - meza fupi na ndefu; k.-l. tofauti ya kimsingi hakuna kati yao. Kiambatisho kina moja ya chaguzi fupi za meza. Katika jedwali, nambari za kipindi hutolewa kwenye safu ya kwanza (iliyoonyeshwa na nambari za Kiarabu 1 - 7). Nambari za kikundi zimeonyeshwa juu na nambari za Kirumi I - VIII. Kila kundi limegawanywa katika vikundi viwili - a na b. Seti ya vipengele vinavyoongozwa na vipengele vya vipindi vidogo, wakati mwingine huitwa. vikundi vidogo vidogo ni a-m na (Li anaongoza kikundi kidogo madini ya alkali. F - halojeni, Yeye - gesi ajizi na kadhalika.). Katika kesi hii, vikundi vidogo vilivyobaki vya vipengele vya vipindi vikubwa vinaitwa. madhara.

Vipengele vilivyo na Z = 58 - 71 kwa sababu ya ukaribu maalum wa muundo wa atomi zao na kufanana kwa kemia yao. Mtakatifu hufanya familia ya lanthanide, ambayo imejumuishwa katika kikundi cha III, lakini kwa urahisi huwekwa chini ya meza. Vipengele vilivyo na Z = 90 - 103 mara nyingi huwekwa katika familia ya actinide kwa sababu sawa. Zinafuatwa na kipengele kilicho na Z = 104 - curchatovy na kipengele kilicho na Z = 105 (tazama Nilsborium). Mnamo Julai 1974 Bundi. wanafizikia waliripoti ugunduzi wa kipengele chenye Z = 106, na mnamo Januari. 1976 - vipengele vilivyo na Z = 107. Vipengele vya baadaye vilivyo na Z = 108 na 109 viliunganishwa. Chini. mpaka wa P. s. e. M. inajulikana - inatolewa na hidrojeni, kwani hawezi kuwa na kipengele kilicho na malipo ya nyuklia chini ya moja. Swali ni nini kikomo cha juu P.S. e. M., i.e. ni kwa thamani gani sanaa inaweza kufikia. awali ya vipengele bado haijatatuliwa. (Viini vizito si thabiti, kwa hivyo americium iliyo na Z = 95 na vitu vinavyofuata havipatikani kwa asili, lakini hupatikana kwa athari za nyuklia; hata hivyo, katika eneo la vipengele vya mbali zaidi vya transuranium, kuonekana kwa kinachojulikana. visiwa vya utulivu, hasa kwa Z = 114.) Katika sanaa. usanisi wa vipengele vipya mara kwa mara. sheria na P.s. e. M. jukumu la msingi. Sheria na mfumo wa Mendeleev ni kati ya jumla muhimu zaidi ya sayansi ya asili na huunda msingi wa sayansi ya kisasa. mafundisho kuhusu muundo wa kisiwa.

Muundo wa elektroniki wa atomi.

Aya hii na inayofuata inazungumza juu ya mifano ya ganda la elektroni la atomi. Ni muhimu kuelewa hilo tunazungumzia hasa kuhusu mifano. Atomi halisi, bila shaka, ni ngumu zaidi na bado hatujui kila kitu juu yao. Walakini, ya kisasa mfano wa kinadharia muundo wa elektroniki wa atomi hufanya iwezekanavyo kuelezea kwa mafanikio na hata kutabiri mali nyingi za vipengele vya kemikali, kwa hiyo hutumiwa sana katika sayansi ya asili.

Kuanza, hebu tuchunguze kwa undani zaidi mfano wa "sayari" uliopendekezwa na N. Bohr (Mchoro 2-3 c).

Mchele. 2-3 c. Mfano wa "sayari" wa Bohr.

Mwanafizikia wa Denmark N. Bohr mwaka wa 1913 alipendekeza kielelezo cha atomi ambamo chembe za elektroni huzunguka kiini cha atomiki kwa takriban njia sawa na sayari zinazozunguka Jua. Bohr alipendekeza kuwa elektroni katika atomi zinaweza kuwepo kwa uthabiti tu katika mizunguko iliyoondolewa kwenye kiini kwa umbali fulani madhubuti. Aliita njia hizi za stationary. Nje ya obiti za stationary, elektroni haiwezi kuwepo. Kwa nini hii ilikuwa hivyo, Bohr hakuweza kueleza wakati huo. Lakini alionyesha kuwa mfano huo unaruhusu mtu kuelezea ukweli mwingi wa majaribio (hii inajadiliwa kwa undani zaidi katika aya ya 2.7).

Mizunguko ya elektroni katika mfano wa Bohr zinaonyeshwa na nambari 1, 2, 3, ... n, kuanzia ile iliyo karibu na msingi. Katika kile kinachofuata tutaita obiti kama hizo viwango. Ili kuelezea muundo wa elektroniki wa atomi ya hidrojeni, viwango vya pekee vinatosha. Lakini zaidi atomi tata, kama ilivyotokea, viwango vinajumuisha nguvu zinazofanana ngazi ndogo. Kwa mfano, kiwango cha 2 kinajumuisha viwango vidogo viwili (2s na 2p). Ngazi ya tatu ina ngazi ndogo 3 (3s, 3p na 3d), kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 2-6. Ngazi ya nne (haikufaa katika takwimu) inajumuisha sublevels 4s, 4p, 4d, 4f. Katika aya ya 2.7 tutakuambia ni wapi hasa majina haya ya ngazi ndogo yalitoka na kuhusu majaribio ya kimwili, ambayo ilifanya iwezekane "kuona" viwango vya kielektroniki na viwango vidogo katika atomi.

Mchele. 2-6. Mfano wa Bohr wa atomi ngumu zaidi kuliko atomi ya hidrojeni. Mchoro sio wa kiwango - kwa kweli, viwango vya chini vya kiwango sawa viko karibu zaidi rafiki wa karibu kwa rafiki.

Kuna elektroni nyingi katika ganda la elektroni la atomi yoyote kama vile kuna protoni kwenye kiini chake, kwa hivyo atomi kwa ujumla haina upande wa umeme. Elektroni katika atomi hujaza viwango na viwango vidogo vilivyo karibu na kiini kwa sababu katika hali hii nishati yao ni ndogo kuliko ikiwa zilijaa viwango vya mbali zaidi. Kila ngazi na sublevel inaweza tu kushikilia idadi fulani ya elektroni.

Viwango vidogo, kwa upande wake, vinajumuisha nishati sawa orbitals(hazionyeshwa kwenye Mchoro 2-6). Kwa njia ya mfano, ikiwa wingu la elektroni la atomi linalinganishwa na jiji au barabara ambapo elektroni zote za atomi fulani "huishi", basi kiwango kinaweza kulinganishwa na nyumba, ngazi ndogo ya ghorofa, na obiti kwa atomi. chumba cha elektroni. Obiti zote za ngazi ndogo yoyote zina nishati sawa. Katika s-sublevel kuna "chumba" kimoja tu - orbital. P-subblevel ina obiti 3, d-subblevel ina 5, na f-subblevel ina obiti nyingi kama 7. Elektroni moja au mbili zinaweza "kuishi" katika kila "chumba" cha obiti. Marufuku ya elektroni kuwa na zaidi ya mbili katika obiti moja inaitwa Marufuku ya Pauli- jina lake baada ya mwanasayansi ambaye aligundua hili kipengele muhimu muundo wa atomi. Kila elektroni katika atomi ina "anwani" yake, ambayo imeandikwa kama seti ya nambari nne zinazoitwa "quantum". Nambari za quantum zitajadiliwa kwa undani katika sehemu ya 2.7. Hapa tutataja jambo kuu tu nambari ya quantum n(tazama Mchoro 2-6), ambayo katika "anwani" ya elektroni inaonyesha idadi ya kiwango ambacho elektroni hii iko.

©2015-2019 tovuti
Haki zote ni za waandishi wao. Tovuti hii haidai uandishi, lakini hutoa matumizi bila malipo.
Tarehe ya kuundwa kwa ukurasa: 2016-08-20

Kila kitu ulimwenguni kimeundwa na atomi. Lakini zilitoka wapi, na zimeundwa na nini? Leo tunajibu maswali haya rahisi na ya msingi. Baada ya yote, watu wengi wanaoishi kwenye sayari wanasema kwamba hawaelewi muundo wa atomi ambazo wao wenyewe wameundwa.

Kwa kawaida, msomaji mpendwa anaelewa kuwa katika makala hii tunajaribu kuwasilisha kila kitu kwa kiwango rahisi na cha kuvutia zaidi, ili tusi "kupakia" masharti ya kisayansi. Kwa wale ambao wanataka kusoma suala hilo kwa undani zaidi ngazi ya kitaaluma, tunapendekeza kusoma fasihi maalumu. Walakini, habari katika nakala hii inaweza kusaidia huduma nzuri katika masomo yako na kukufanya uwe msomi zaidi.

Atomu ni chembe ya maada ukubwa wa microscopic na wingi, sehemu ndogo zaidi ya kipengele cha kemikali ambacho ni carrier wa mali zake. Kwa maneno mengine, hii chembe ndogo zaidi dutu ambayo inaweza kuingia katika athari za kemikali.

Historia ya uvumbuzi na muundo

Wazo la atomi lilijulikana huko Ugiriki ya Kale. Atomu - nadharia ya kimwili, ambayo inasema kwamba vitu vyote vya nyenzo vinajumuisha chembe zisizogawanyika. Pamoja na Ugiriki ya Kale, mawazo ya atomi pia yalikuzwa sambamba katika India ya Kale.

Haijulikani ikiwa wageni waliwaambia wanafalsafa wa wakati huo juu ya atomi, au ikiwa walifikiria wenyewe, lakini inaweza kuthibitishwa kwa majaribio. nadharia hii wanakemia waliweza kufanya hivyo baadaye sana - tu katika karne ya kumi na saba, wakati Ulaya iliibuka kutoka kwenye shimo la Uchunguzi na Zama za Kati.

Kwa muda mrefu, wazo kuu la muundo wa atomi lilikuwa wazo la kuwa ni chembe isiyoweza kugawanyika. Ukweli kwamba atomi bado inaweza kugawanywa ulionekana wazi tu mwanzoni mwa karne ya ishirini. Rutherford, shukrani kwa wake uzoefu maarufu kwa mchepuko wa chembe za alpha, iligundua kuwa atomi ina kiini ambacho elektroni huzunguka. Mfano wa sayari ya atomi ilipitishwa, kulingana na ambayo elektroni huzunguka kiini, kama sayari zetu. mfumo wa jua karibu na nyota.

Uwakilishi wa kisasa maendeleo mengi yamefanywa kuhusu muundo wa atomi. Nucleus ya atomi, kwa upande wake, inajumuisha chembe ndogo ndogo, au nucleons - protoni na neutroni. Ni nucleons zinazounda wingi wa atomi. Kwa kuongezea, protoni na neutroni pia sio chembe zisizogawanyika, na inajumuisha chembe za msingi - quarks.

Nucleus ya atomi ina chanya malipo ya umeme, na elektroni zinazozunguka katika obiti ni hasi. Kwa hivyo, atomi haina upande wowote wa umeme.

Hapo chini tunatoa mchoro wa msingi wa muundo wa atomi ya kaboni.

Tabia za atomi

Uzito

Uzito wa atomi kawaida hupimwa katika vitengo vya molekuli ya atomiki - a.m.u. Sehemu ya molekuli ya atomiki ni misa ya 1/12 ya atomi ya kaboni iliyopumzika kwa uhuru katika hali yake ya chini.

Katika kemia, dhana hutumika kupima wingi wa atomi "nondo". Mole 1 ni kiasi cha dutu ambayo ina idadi ya atomi sawa na nambari Avogadro.

Ukubwa

Saizi za atomi ni ndogo sana. Kwa hivyo, atomi ndogo zaidi ni atomi ya Heliamu, radius yake ni picometers 32. Wengi atomi kubwa- atomi ya cesium yenye eneo la picometers 225. Kiambishi awali pico kinamaanisha kumi hadi toa nguvu ya kumi na mbili! Hiyo ni, ikiwa tunapunguza mita 32 kwa mara bilioni elfu, tunapata ukubwa wa radius ya atomi ya heliamu.

Wakati huo huo, ukubwa wa mambo ni kwamba, kwa kweli, atomi ni 99% tupu. Nucleus na elektroni huchukua sehemu ndogo sana ya ujazo wake. Kwa uwazi, fikiria mfano huu. Ikiwa unafikiria atomi kwa namna ya uwanja wa Olimpiki huko Beijing (au labda sio Beijing, fikiria tu uwanja mkubwa), basi kiini cha atomi hii itakuwa cherry iko katikati ya shamba. Mizunguko ya elektroni ingekuwa mahali fulani kwa kiwango cha sehemu za juu, na cherry ingekuwa na uzito wa tani milioni 30. Inavutia, sivyo?

Atomu hutoka wapi?

Kama unavyojua, sasa atomi mbalimbali zilizowekwa katika jedwali la mara kwa mara. Kuna 118 ndani yake (na ikiwa na wale waliotabiriwa, lakini bado vipengele wazi- 126) vipengele, bila kuhesabu isotopu. Lakini hii haikuwa hivyo kila wakati.

Mwanzoni mwa uundaji wa Ulimwengu, hakukuwa na atomi, na hata zaidi, kulikuwa na chembe za msingi tu ambazo ziliingiliana chini ya ushawishi wa joto kubwa. Kama mshairi angesema, ilikuwa apotheosis halisi ya chembe. Katika dakika tatu za kwanza za uwepo wa Ulimwengu, kwa sababu ya kupungua kwa joto na bahati mbaya ya rundo zima la mambo, mchakato wa nucleosynthesis ya msingi ulianza, wakati vitu vya kwanza vilionekana kutoka kwa chembe za msingi: hidrojeni, heliamu, lithiamu na. deuterium (hidrojeni nzito). Ilikuwa kutoka kwa vipengele hivi kwamba nyota za kwanza ziliundwa, katika kina chake athari za nyuklia, kama matokeo ambayo hidrojeni na heliamu "zilichomwa", na kutengeneza vipengele vizito. Ikiwa nyota ilikuwa kubwa ya kutosha, basi ilimaliza maisha yake na mlipuko unaoitwa "supernova", kama matokeo ambayo atomi zilitupwa kwenye nafasi inayozunguka. Hivi ndivyo jedwali zima la upimaji lilivyotokea.

Kwa hiyo, tunaweza kusema kwamba atomi zote ambazo tumetengenezwa zilikuwa sehemu ya nyota za kale.

Kwa nini kiini cha atomi hakiozi?

Kuna aina nne katika fizikia mwingiliano wa kimsingi kati ya chembe na miili wanayotunga. Hizi ni mwingiliano wenye nguvu, dhaifu, wa kielektroniki na wa mvuto.

Shukrani kwa mwingiliano wenye nguvu, ambayo hujidhihirisha kwa ukubwa wa viini vya atomiki na inawajibika kwa mvuto kati ya nukleoni, atomi hiyo ni "nati ngumu sana kupasuka."

Sio zamani sana, watu waligundua kuwa wakati viini vya atomi viligawanyika, nishati kubwa ilitolewa. Mgawanyiko wa viini vizito vya atomiki ndio chanzo cha nishati katika vinu vya nyuklia na silaha za nyuklia.

Kwa hiyo, marafiki, baada ya kukujulisha kwa muundo na misingi ya muundo wa atomi, tunaweza tu kukukumbusha kwamba tuko tayari kuja kukusaidia wakati wowote. Haijalishi, unahitaji kukamilisha diploma fizikia ya nyuklia, au udhibiti mdogo zaidi - hali ni tofauti, lakini kuna njia ya nje ya hali yoyote. Fikiria juu ya ukubwa wa Ulimwengu, agiza kazi kutoka kwa Zaochnik na ukumbuke - hakuna sababu ya kuwa na wasiwasi.