Dünyadaki her şey atomlardan yapılmıştır. Peki nereden geldiler ve neden yapıldılar? Bugün bu basit ve temel soruları cevaplıyoruz. Sonuçta gezegende yaşayan birçok insan, kendilerini oluşturan atomların yapısını anlamadıklarını söylüyor.
Elbette sevgili okuyucu, bu yazıda her şeyi en basit ve en ilginç düzeyde sunmaya çalıştığımızı anlıyor, bu yüzden “yüklemiyoruz”. bilimsel terimler. Konuyu daha detaylı incelemek isteyenler için profesyonel seviye, özel literatürü okumanızı öneririz. Ancak bu makaledeki bilgiler yardımcı olabilir iyi hizmetÇalışmalarınızda sizi daha bilgili yapar.
Atom maddenin bir parçacığıdır mikroskobik boyut ve kütle, bir kimyasal elementin özelliklerinin taşıyıcısı olan en küçük kısmı. Başka bir deyişle, bu en küçük parçacık kimyasal reaksiyonlara girebilen bir madde.
Keşif geçmişi ve yapısı
Atom kavramı eskiden biliniyordu Antik Yunanistan. Atomizm – fiziksel teori Bu, tüm maddi nesnelerin bölünmez parçacıklardan oluştuğunu belirtir. Antik Yunan ile birlikte Antik Hindistan'da da paralel olarak atomizm düşüncesi gelişmiştir.
Uzaylıların o zamanın filozoflarına atom hakkında bilgi verip vermediği veya bunu kendilerinin mi düşündüğü bilinmiyor ancak deneysel olarak doğrulanabilir. bu teori kimyagerler bunu çok daha sonra yapabildiler - ancak on yedinci yüzyılda, Avrupa Engizisyon ve Orta Çağ uçurumundan çıktığında.
Uzun bir süre atomun yapısına ilişkin hakim fikir, onun bölünemez bir parçacık olduğu fikriydi. Atomun hala bölünebileceği gerçeği ancak yirminci yüzyılın başında netleşti. Rutherford sayesinde ünlü deneyim Alfa parçacıklarının sapması ile bir atomun, çevresinde elektronların döndüğü bir çekirdekten oluştuğunu öğrendi. Güneş sistemimizdeki gezegenlerin bir yıldızın etrafında dönmesi gibi, elektronların çekirdeğin etrafında döndüğü atomun gezegen modeli benimsendi.
Modern temsiller Atomun yapısı konusunda çok ilerleme kaydedildi. Bir atomun çekirdeği sırasıyla oluşur atom altı parçacıklar veya nükleonlar - protonlar ve nötronlar. Atomun büyük kısmını oluşturan nükleonlardır. Üstelik protonlar ve nötronlar da bölünmez parçacıklar ve temel parçacıklardan (kuarklar) oluşur.
Atomun çekirdeği pozitiftir elektrik yükü ve yörüngede dönen elektronlar negatiftir. Bu nedenle atom elektriksel olarak nötrdür.
Aşağıda karbon atomunun yapısının temel bir diyagramını veriyoruz.
Atomların özellikleri
Ağırlık
Atomların kütlesi genellikle atomik kütle birimleri (a.m.u) cinsinden ölçülür. Atom birimi kütle, temel durumda serbestçe dinlenen karbon atomunun 1/12'sinin kütlesidir.
Kimyada bu kavram atomların kütlesini ölçmek için kullanılır. "güve". 1 mol atom sayısını içeren madde miktarıdır sayıya eşit Avogadro.
Boyut
Atomların boyutları son derece küçüktür. Yani en küçük atom Helyum atomudur, yarıçapı 32 pikometredir. En büyük atom– yarıçapı 225 pikometre olan bir sezyum atomu. Pico öneki on üzeri eksi onikinci kuvvet anlamına gelir! Yani 32 metreyi bin milyar kere küçültürsek helyum atomunun yarıçapı kadar büyüklüğe ulaşırız.
Aynı zamanda işin ölçeği öyledir ki aslında atomun %99'u boştur. Çekirdek ve elektronlar hacminin çok küçük bir kısmını kaplar. Netlik sağlamak için bu örneği düşünün. Pekin'deki Olimpiyat stadyumu şeklinde bir atom hayal ederseniz (ya da belki Pekin'de değil, sadece büyük bir stadyum hayal edin), o zaman bu atomun çekirdeği, sahanın ortasında bulunan bir kiraz olacaktır. Elektron yörüngeleri üstteki standların hizasında bir yerde olacak ve kirazın ağırlığı 30 milyon ton olacaktı. Etkileyici, değil mi?
Atomlar nereden geliyor?
Bildiğiniz gibi artık çeşitli atomlar periyodik tabloda gruplandırılmıştır. İçinde 118 tane var (ve tahmin edilenlerle birlikte, ancak henüz değil) açık elemanlar- 126) elementler, izotopları saymaz. Ancak bu her zaman böyle değildi.
Evrenin oluşumunun başlangıcında atom yoktu ve dahası, yalnızca muazzam sıcaklıkların etkisi altında birbirleriyle etkileşime giren temel parçacıklar vardı. Bir şairin söyleyeceği gibi, bu, parçacıkların gerçek bir tanrılaştırılmasıydı. Evrenin varlığının ilk üç dakikasında, sıcaklığın azalması ve bir dizi faktörün çakışması nedeniyle, birincil nükleosentez süreci, temel parçacıklardan ilk elementlerin ortaya çıkmasıyla başladı: hidrojen, helyum, lityum ve döteryum (ağır hidrojen). Derinliklerinde ilk yıldızlar bu elementlerden oluştu. termonükleer reaksiyonlar Bunun sonucunda hidrojen ve helyum "yandı" ve daha ağır elementler oluştu. Yıldız yeterince büyükse, süpernova patlaması adı verilen bir patlamayla hayatına son verdi ve bunun sonucunda atomlar çevredeki boşluğa fırlatıldı. Periyodik tablonun tamamı bu şekilde ortaya çıktı.
Yani bizi oluşturan atomların tamamının bir zamanlar eski yıldızların parçası olduğunu söyleyebiliriz.
Atom çekirdeği neden bozunmuyor?
Fizikte dört tür vardır temel etkileşimler Parçacıklar ve onların oluşturduğu cisimler arasında. Bunlar güçlü, zayıf, elektromanyetik ve yerçekimsel etkileşimlerdir.
Sayesinde güçlü etkileşim Kendini atom çekirdeği ölçeğinde gösteren ve nükleonlar arasındaki çekimden sorumlu olan atom, "kırılması zor bir cevizdir."
Çok uzun zaman önce insanlar, atom çekirdekleri bölündüğünde muazzam bir enerjinin açığa çıktığını fark ettiler. Ağır atom çekirdeklerinin bölünmesi bir enerji kaynağıdır. nükleer reaktörler ve nükleer silahlar.
İşte arkadaşlar, sizi atomun yapısı ve yapısının temelleriyle tanıştırdıktan sonra, her an yardımınıza koşmaya hazır olduğumuzu hatırlatmak isteriz. Nükleer fizik alanında bir diplomayı mı yoksa en küçük testi mi tamamlamanız gerektiği önemli değil - durumlar farklıdır, ancak her durumdan bir çıkış yolu vardır. Evrenin ölçeğini düşünün, Zaochnik'ten iş sipariş edin ve unutmayın - endişelenmenize gerek yok.
Atom – en küçük parçacık maddeler. Çalışması, atomun yapısının sadece bilim adamlarının değil aynı zamanda filozofların da dikkatini çektiği Antik Yunan'da başladı. Atomun elektronik yapısı nedir ve bu parçacık hakkında hangi temel bilgiler bilinmektedir?
Atomik yapı
Zaten eski Yunan bilim adamları, herhangi bir nesneyi ve organizmayı oluşturan en küçük kimyasal parçacıkların varlığını tahmin ediyorlardı. Ve XVII-XVIII yüzyıllarda ise. kimyagerler atomun bölünemez bir temel parçacık olduğundan emindiler, o zaman XIX-XX'in dönüşü yüzyıllar boyunca atomun bölünmez olmadığının deneysel olarak kanıtlanması mümkün olmuştur.
Maddenin mikroskobik bir parçacığı olan atom, çekirdek ve elektronlardan oluşur. Çekirdek atomdan 10.000 kat daha küçüktür, ancak kütlesinin neredeyse tamamı çekirdekte yoğunlaşmıştır. Ana karakteristik atom çekirdeği, sahip olduğu şey bu pozitif yük ve proton ve nötronlardan oluşur. Protonlar pozitif yüklüdür, nötronların ise yükü yoktur (nötrdürler).
Birbirlerine güçlü bir bağla bağlılar nükleer etkileşim. Protonun kütlesi yaklaşık olarak nötronun kütlesine eşittir ancak 1840 katıdır. daha fazla kütle elektron. Protonlar ve nötronlar kimyada var ortak ad– nükleonlar. Atomun kendisi elektriksel olarak nötrdür.
Herhangi bir elementin atomu, elektronik bir formül ve elektronik grafik formülle gösterilebilir:
Pirinç. 1. Atomun elektronik grafik formülü.
Periyodik tablodaki çekirdeğinde nötron içermeyen tek kimyasal element hafif hidrojendir (protium).
Elektron negatif yüklü bir parçacıktır. Elektron kabuğu çekirdeğin etrafında hareket eden elektronlardan oluşur. Elektronlar çekirdeğe çekilme özelliğine sahiptir ve birbirlerinden etkilenirler. Coulomb etkileşimi. Çekirdeğin çekiciliğini yenmek için elektronların çekirdekten enerji alması gerekir. harici kaynak. Elektron çekirdeğe ne kadar uzaksa, o kadar az enerjiye ihtiyaç duyulur.
Atom modelleri
Uzun zamandır bilim insanları atomun doğasını anlamaya çalışıyorlardı. Açık erken aşama Antik Yunan filozofu Demokritos'un büyük katkısı oldu. Her ne kadar şu anda teorisi bize sıradan ve çok basit görünse de, temel parçacıklar Maddenin parçalarına ilişkin teorisi henüz yeni ortaya çıkmaya başladığından oldukça ciddiye alındı. Demokritos, herhangi bir maddenin özelliklerinin atomların şekline, kütlesine ve diğer özelliklerine bağlı olduğuna inanıyordu. Yani, örneğin ateşin keskin atomlara sahip olduğuna inanıyordu; ateş bu yüzden yanıyordu; Suyun düzgün atomları vardır, dolayısıyla akabilir; Ona göre katı nesnelerdeki atomlar kabaydı.
Demokritos, her şeyin, hatta insan ruhunun bile atomlardan oluştuğuna inanıyordu.
1904'te J. J. Thomson atom modelini önerdi. Teorinin ana hükümleri, atomun, içinde negatif yüklü elektronların bulunduğu pozitif yüklü bir cisim olarak temsil edildiği gerçeğine dayanıyordu. Bu teori daha sonra E. Rutherford tarafından yalanlandı.
Pirinç. 2. Thomson'un atom modeli.
Ayrıca 1904'te Japon fizikçi H. Nagaoka, Satürn gezegenine benzeterek atomun erken bir gezegen modelini önerdi. Bu teoriye göre elektronlar halkalar halinde birleşmişlerdir ve pozitif yüklü bir çekirdeğin etrafında dönmektedir. Bu teorinin yanlış olduğu ortaya çıktı.
1911 yılında bir dizi deney gerçekleştiren E. Rutherford, yapısındaki atomun benzer olduğu sonucuna vardı. gezegen sistemi. Sonuçta elektronlar da gezegenler gibi ağır, pozitif yüklü bir çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde hareket ederler. Ancak bu açıklama çelişiyordu klasik elektrodinamik. Daha sonra Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, 1913'te özü bir elektronun bazı durumlarda var olduğu varsayımlarını ortaya attı. özel koşullar, enerji yaymaz. Böylece borun postülatları atomlar için şunu gösterdi: klasik mekanik uygulanamaz. Rutherford tarafından açıklanan ve Bohr tarafından desteklenen gezegen modeline Bohr-Rutherford gezegen modeli adı verildi.
Pirinç. 3. Bohr-Rutherford gezegen modeli.
Atomun daha ileri düzeyde incelenmesi, böyle bir bölümün oluşturulmasına yol açtı: kuantum mekaniği birçoğunun yardımıyla açıklandı bilimsel gerçekler. Bohr-Rutherford gezegen modelinden geliştirilen atomla ilgili modern fikirler.Raporun değerlendirilmesi
Ortalama derecelendirme: 4.4. Alınan toplam puan: 469.
“Atom” kavramı Antik Yunan'dan beri insanlığa aşinadır. Antik filozofların ifadesine göre atom, bir maddenin parçası olan en küçük parçacıktır.
Atomun elektronik yapısı
Bir atom, proton ve nötronları içeren pozitif yüklü bir çekirdekten oluşur. Elektronlar çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde hareket eder ve bunların her biri dört kuantum sayısıyla karakterize edilebilir: temel (n), yörünge (l), manyetik (ml) ve spin (ms veya s).
Temel kuantum sayısı elektronun enerjisini ve elektron bulutlarının boyutunu belirler. Bir elektronun enerjisi esas olarak elektronun çekirdeğe olan uzaklığına bağlıdır: Elektron çekirdeğe ne kadar yakınsa enerjisi de o kadar düşük olur. Başka bir deyişle, temel kuantum sayısı elektronun belirli bir enerji seviyesindeki (kuantum katmanı) konumunu belirler. Baş kuantum sayısı, 1'den sonsuza kadar bir dizi tam sayının değerlerine sahiptir.
Yörünge kuantum sayısı elektron bulutunun şeklini karakterize eder. Çeşitli şekil Elektron bulutları, bir enerji seviyesindeki elektronların enerjisinde bir değişikliğe neden olur; onu enerji alt seviyelerine böler. Yörünge kuantum sayısı, toplam n değer için sıfırdan (n-1)'e kadar değerlere sahip olabilir. Enerji alt seviyeleri harflerle belirtilir:
Manyetik kuantum sayısı, yörüngenin uzaydaki yönünü gösterir. Herhangi bir tamsayıyı kabul eder sayısal değer sıfır dahil (+l)'den (-l)'ye. Sayı olası değerler manyetik kuantum sayısı (2l+1)'e eşittir.
Yörünge açısal momentumuna ek olarak atom çekirdeğinin alanında hareket eden bir elektronun da kendi anları etrafında iğ şeklindeki dönüşünü karakterize eden dürtü kendi ekseni. Elektronun bu özelliğine spin denir. Spinin büyüklüğü ve yönü, (+1/2) ve (-1/2) değerlerini alabilen spin kuantum sayısı ile karakterize edilir. Olumlu ve negatif değerler arka yönü ile ilgilidir.
Yukarıdakilerin tümü bilinmeden ve deneysel olarak onaylanmadan önce, atomun yapısına ilişkin birkaç model vardı. Atomun yapısının ilk modellerinden biri, alfa parçacıklarının saçılması üzerine yapılan deneylerde atomun neredeyse tüm kütlesinin çok küçük bir hacimde - pozitif yüklü bir çekirdekte - yoğunlaştığını gösteren E. Rutherford tarafından önerildi. . Modeline göre elektronlar çekirdeğin etrafında yeterince büyük bir mesafede hareket ederler ve sayıları genel olarak atomun elektriksel olarak nötr olmasını sağlayacak kadardır.
Rutherford'un atomun yapısına ilişkin modeli, araştırmasında Einstein'ın ışık kuantumu ve ışık kuantumu hakkındaki öğretilerini de birleştiren N. Bohr tarafından geliştirildi. kuantum teorisi Planck radyasyonu. Başladığımız işi bitirdik ve dünyaya sunduk modern model Bir kimyasal elementin atomunun yapısı Louis de Broglie ve Schrödinger.
Problem çözme örnekleri
ÖRNEK 1
| Egzersiz yapmak | Azot çekirdeğinde bulunan proton ve nötron sayısını belirtin ( atom numarası 14), silikon (atom numarası 28) ve baryum (atom numarası 137). |
| Çözüm | Bir kimyasal elementin atomunun çekirdeğindeki proton sayısı, atom numarasıyla belirlenir. periyodik tablo ve nötron sayısı kütle numarası (M) ile nükleer yük (Z) arasındaki farktır. Azot: n(N)= M-Z = 14-7 = 7. Silikon: n(Si)= M-Z = 28-14 = 14. Baryum: n(Ba)= M-Z = 137-56 = 81. |
| Cevap | Nitrojen çekirdeğindeki proton sayısı 7, nötronlar - 7; bir silikon atomunun çekirdeğinde 14 proton ve 14 nötron vardır; Baryum atomunun çekirdeğinde 56 proton ve 81 nötron bulunmaktadır. |
ÖRNEK 2
| Egzersiz yapmak | Enerji alt düzeylerini elektronlarla doldurulma sırasına göre düzenleyin: a) 3p, 3d, 4s, 4p; b) 4d , 5'ler, 5'ler, 6'lar; c) 4f , 5'ler , 6r; 4 gün , 6'lar; d) 5d, 6s, 6p, 7s, 4f . |
|
| Çözüm | Enerji alt seviyeleri Klechkovsky kurallarına uygun olarak elektronlarla doldurulur. Gerekli koşulöyle minimum değer temel ve yörünge kuantum sayılarının toplamı. S-alt düzeyi 0, p - 1, d - 2 ve f-3 sayılarıyla karakterize edilir. İkinci koşul ise alt seviyenin en düşük değer baş kuantum sayısı | |
| Cevap | a) 3p, 3d, 4s, 4p yörüngeleri 4, 5, 4 ve 5 sayılarına karşılık gelecektir. Sonuç olarak elektronlarla dolum meydana gelecektir. sonraki sıra: 3p, 4s, 3d, 4p. b) 4d yörüngeler , 5s, 5p, 6s, 7, 5, 6 ve 6 sayılarına karşılık gelecektir. Dolayısıyla elektronlarla dolum şu sırayla gerçekleşecektir: 5s, 5p, 6s, 4d. c) Yörüngeler 4f , 5'ler , 6r; 4 gün , 6'lar 7, 5, 76 ve 6 sayılarına karşılık gelecektir. Bu nedenle elektronlarla dolum şu sırayla gerçekleşecektir: 5s, 4d , 6s, 4f, 6r. d) 5d, 6s, 6p, 7s, 4f yörüngeleri 7, 6, 7, 7 ve 7 sayılarına karşılık gelecektir. Sonuç olarak elektronlarla dolum şu sırayla gerçekleşecektir: 6s, 4f, 5d, 6p, 7s. |
Atom kavramı ortaya çıktı antik dünya Madde parçacıklarını belirtmek için. Çeviren: Yunan atomu"bölünmez" anlamına gelir.
Elektronlar
İrlandalı fizikçi Stoney, deneylere dayanarak elektriğin tüm atomlarda bulunan en küçük parçacıklar tarafından taşındığı sonucuna vardı. kimyasal elementler. 1891 $'da Bay Stoney bu parçacıklara "parçacıklar" adını vermeyi önerdi. elektronlar Yunanca'da "kehribar" anlamına gelen.
Elektron adını aldıktan birkaç yıl sonra, İngiliz fizikçi Joseph Thomson ve Fransız fizikçi Jean Perrin elektronların taşındığını kanıtladı negatif yük. Bu, kimyada $(–1)$ birimi olarak alınan en küçük negatif yüktür. Thomson, elektronun hızını (ışık hızına eşittir - 300.000 km/s) ve elektronun kütlesini (hidrojen atomunun kütlesinden 1836$ kat daha azdır) bile belirlemeyi başardı.
Thomson ve Perrin, bir akım kaynağının kutuplarını, havanın boşaltıldığı bir cam tüpe lehimlenmiş iki metal plakayla (bir katot ve bir anot) bağladılar. Elektrot plakalarına yaklaşık 10 bin volt voltaj uygulandığında, tüpte parlak bir deşarj parladı ve parçacıklar katottan (negatif kutup) bilim adamlarının ilk kez adlandırdığı anoda (pozitif kutup) uçtu. katot ışınları ve sonra bunun bir elektron akışı olduğunu keşfetti. Televizyon ekranındakiler gibi özel maddelere çarpan elektronlar bir parıltıya neden olur.
Sonuç çıkarıldı: Elektronlar, katodun yapıldığı malzemenin atomlarından kaçar.
Serbest elektronlar veya bunların akışı başka yollarla da elde edilebilir; örneğin metal bir telin ısıtılması veya metallerin üzerine ışık tutulması. elementlerden oluşan ana alt grup Periyodik tablonun I. Grubu (örneğin sezyum).
Bir atomdaki elektronların durumu
Bir atomdaki bir elektronun durumu, onun hakkındaki bilgilerin toplamı olarak anlaşılır. enerji belirli bir elektron uzay, bulunduğu yer. Bir atomdaki elektronun bir hareket yörüngesine sahip olmadığını zaten biliyoruz. sadece hakkında konuşabiliriz olasılıklarçekirdeğin etrafındaki boşluktaki konumu. Çekirdeği çevreleyen bu alanın herhangi bir yerine yerleştirilebilir ve çeşitli konumlarının toplamı, belirli bir negatif yük yoğunluğuna sahip bir elektron bulutu olarak kabul edilir. Mecazi olarak, bu şu şekilde hayal edilebilir: Bir atomdaki bir elektronun konumunu, fotofinişte olduğu gibi saniyenin yüzde biri veya milyonda biri sonra fotoğraflamak mümkün olsaydı, o zaman bu tür fotoğraflardaki elektron bir nokta olarak temsil edilirdi. Eğer bu türden sayısız fotoğraf üst üste bindirilseydi, sonuç, bir elektron bulutunun resmi olurdu. en yüksek yoğunluk bu noktaların en çok olduğu yer.
Şekil bunun gibi bir “kesiği” göstermektedir elektron yoğunluğuçekirdekten geçen bir hidrojen atomunda ve kesikli çizgi, içinde bir elektron bulma olasılığının %90$ olduğu küreyi tasvir ediyor. Çekirdeğe en yakın kontur, bir elektronu tespit etme olasılığının $%10$ olduğu, çekirdekten gelen ikinci konturun içinde bir elektronu tespit etme olasılığının $%20$ olduğu, üçüncü konturun içinde - $≈%30 olduğu uzayın bir bölgesini kapsar. $ vb. Elektronun durumunda bazı belirsizlikler vardır. Bunu karakterize etmek için özel durum, Alman fizikçi W. Heisenberg kavramını tanıttı belirsizlik ilkesi, yani Bir elektronun enerjisini ve konumunu aynı anda ve doğru bir şekilde belirlemenin imkansız olduğunu gösterdi. Bir elektronun enerjisi ne kadar kesin olarak belirlenirse konumu o kadar belirsiz olur ve bunun tersi de konumu belirledikten sonra elektronun enerjisini belirlemek imkansızdır. Bir elektronu tespit etmek için olasılık aralığının net sınırları yoktur. Ancak elektron bulma olasılığının maksimum olduğu bir uzayı seçmek mümkündür.
Atom çekirdeğinin etrafındaki elektronun bulunma olasılığının en yüksek olduğu boşluğa yörünge denir.
Yaklaşık %90$$ tutarında elektron bulutu içerir, bu da elektronun uzayın bu kısmında bulunduğu zamanın yaklaşık %90$$'ı anlamına gelir. Şekillerine göre, $s, p, d$ ve $f$ Latin harfleriyle gösterilen bilinen dört yörünge türü vardır. Grafik gösterimiŞekilde elektron yörüngelerinin bazı biçimleri gösterilmektedir.
Bir elektronun belirli bir yörüngedeki hareketinin en önemli özelliği çekirdeğe bağlanma enerjisidir. Benzer enerji değerlerine sahip elektronlar tek bir yapı oluşturur elektron katmanı, veya enerji seviyesi . Enerji seviyeleri çekirdekten başlayarak numaralandırılır: 1 $, 2, 3, 4, 5, 6$ ve 7$.
Enerji düzeyi sayısını ifade eden $n$ tamsayısına baş kuantum sayısı denir.
Belirli bir enerji seviyesini işgal eden elektronların enerjisini karakterize eder. Çekirdeğe en yakın olan birinci enerji seviyesindeki elektronlar en düşük enerjiye sahiptir. Birinci seviyedeki elektronlarla karşılaştırıldığında, sonraki seviyelerdeki elektronlar büyük miktarda enerji ile karakterize edilir. Sonuç olarak, dış seviyedeki elektronlar atom çekirdeğine en az sıkı bir şekilde bağlanır.
Bir atomdaki enerji seviyelerinin (elektronik katmanlar) sayısı, kimyasal elementin ait olduğu D.I. Mendeleev sistemindeki periyot sayısına eşittir: ilk periyodun elementlerinin atomları bir enerji seviyesine sahiptir; ikinci periyot - iki; yedinci dönem - yedi.
Bir enerji seviyesindeki en fazla elektron sayısı aşağıdaki formülle belirlenir:
burada $N$ maksimum elektron sayısıdır; $n$ seviye numarası veya ana kuantum numarasıdır. Sonuç olarak: çekirdeğe en yakın birinci enerji seviyesinde ikiden fazla elektron olamaz; ikincisinde - en fazla 8$$; üçüncüsünde - en fazla 18$$; dördüncüsünde - en fazla 32$$. Peki enerji seviyeleri (elektronik katmanlar) nasıl düzenlenir?
İkinci enerji seviyesinden $(n = 2)$ başlayarak, seviyelerin her biri çekirdeğe bağlanma enerjisinde birbirinden biraz farklı olan alt seviyelere (alt katmanlara) ayrılır.
Alt seviyelerin sayısı ana kuantum sayısının değerine eşittir: birinci enerji seviyesinin bir alt seviyesi vardır; ikincisi - iki; üçüncü - üç; dördüncü - dört. Alt seviyeler ise yörüngeler tarafından oluşturulur.
$n$'ın her değeri, $n^2$'a eşit sayıda yörüngeye karşılık gelir. Tabloda sunulan verilere göre, $n$ baş kuantum sayısı ile alt düzey sayısı, yörünge türü ve sayısı ve alt düzey ve düzeydeki maksimum elektron sayısı arasındaki bağlantı izlenebilir.
Ana kuantum sayısı, yörünge türleri ve sayısı, alt düzey ve düzeylerdeki maksimum elektron sayısı.
| Enerji seviyesi $(n)$ | $n$'a eşit alt düzey sayısı | Yörünge tipi | Yörünge sayısı | Maksimum sayı elektronlar | ||
| alt seviyede | $n^2$'a eşit seviyede | alt seviyede | $n^2$'a eşit bir seviyede | |||
| $K(n=1)$ | $1$ | $1s$ | $1$ | $1$ | $2$ | $2$ |
| $L(n=2)$ | $2$ | $2s$ | $1$ | $4$ | $2$ | $8$ |
| $2p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $M(n=3)$ | $3$ | $3s$ | $1$ | $9$ | $2$ | $18$ |
| $3p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $3d$ | $5$ | $10$ | ||||
| $N(n=4)$ | $4$ | $4s$ | $1$ | $16$ | $2$ | $32$ |
| $4p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $4d$ | $5$ | $10$ | ||||
| $4f$ | $7$ | $14$ | ||||
Alt seviyeler genellikle Latin harfleriyle ve oluştukları yörüngelerin şekliyle gösterilir: $s, p, d, f$. Bu yüzden:
- $s$-alt düzey - atom çekirdeğine en yakın her enerji düzeyinin ilk alt düzeyi, bir $s$-orbitalinden oluşur;
- $p$-alt düzey - birinci enerji düzeyi dışında her birinin ikinci alt düzeyi üç $p$-orbitalinden oluşur;
- $d$-alt seviye - üçüncü enerji seviyesinden başlayarak her birinin üçüncü alt seviyesi beş $d$-orbitalden oluşur;
- Dördüncü enerji seviyesinden başlayarak her birinin $f$-alt seviyesi yedi $f$-orbitalinden oluşur.
Atom çekirdeği
Ancak atomların parçası olan yalnızca elektronlar değildir. Fizikçi Henri Becquerel bunu keşfetti doğal mineral Uranyum tuzu içeren bu film aynı zamanda bilinmeyen bir radyasyon yayarak ışıktan korunan fotoğraf filmlerini açığa çıkarır. Bu fenomene çağrıldı radyoaktivite.
Üç tür radyoaktif ışın vardır:
- $α$-ışınları, bir elektronun yükünden 2$ kat daha fazla yüke sahip, ancak pozitif işaretli ve bir hidrojen atomunun kütlesinden 4$ kat daha büyük bir kütleye sahip $α$-parçacıklarından oluşur;
- $β$-ışınları bir elektron akışını temsil eder;
- $γ$-ışınları - elektromanyetik dalgalar ihmal edilebilir kütleye sahip, elektrik yükü taşımayan.
Sonuç olarak atom karmaşık bir yapıya sahiptir; pozitif yüklü bir çekirdek ve elektronlardan oluşur.
Atomun yapısı nasıldır?
1910'da, Londra yakınlarındaki Cambridge'de Ernest Rutherford ile öğrencileri ve meslektaşları, ince altın folyodan geçen ve ekrana düşen $α$ parçacıklarının saçılımını incelediler. Alfa parçacıkları genellikle orijinal yönden yalnızca bir derece saptı, bu da görünüşte altın atomlarının özelliklerinin tek biçimliliğini ve homojenliğini doğruluyor. Ve aniden araştırmacılar bazı $α$ parçacıklarının sanki bir tür engelle karşılaşmış gibi aniden yollarının yönünü değiştirdiğini fark ettiler.
Rutherford, ekranı folyonun önüne yerleştirerek bunları bile tespit edebildi. nadir vakalar altın atomlarından yansıyan $α$ parçacıkları ters yönde uçtuğunda.
Hesaplamalar, atomun tüm kütlesinin ve tüm pozitif yükünün küçük bir merkezi çekirdekte yoğunlaşması durumunda gözlemlenen olayların meydana gelebileceğini gösterdi. Çekirdeğin yarıçapının, negatif yüklü elektronların bulunduğu bölge olan tüm atomun yarıçapından 100.000 kat daha küçük olduğu ortaya çıktı. Eğer başvurursan mecazi karşılaştırma o zaman atomun tüm hacmi Luzhniki stadyumuna, çekirdek ise sahanın ortasında bulunan bir futbol topuna benzetilebilir.
Herhangi bir kimyasal elementin atomu çok küçük bir atomla karşılaştırılabilir. güneş sistemi. Bu nedenle Rutherford'un önerdiği bu atom modeline gezegen denir.
Protonlar ve Nötronlar
Atomun tüm kütlesinin yoğunlaştığı minik atom çekirdeğinin iki tür parçacıktan (protonlar ve nötronlar) oluştuğu ortaya çıktı.
Protonlar bir ücreti var şarja eşit elektronlar, ancak $(+1)$ işaretinin tersi ve kütle, kütleye eşit hidrojen atomu (kimyada birim olarak alınır). Protonlar $↙(1)↖(1)p$ (veya $p+$) işaretiyle gösterilir. Nötronlar yük taşımazlar, nötrdürler ve bir protonun kütlesine eşit bir kütleye sahiptirler; 1$$. Nötronlar $↙(0)↖(1)n$ (veya $n^0$) işaretiyle gösterilir.
Proton ve nötronların toplamına denir nükleonlar(lat. çekirdek- çekirdek).
Bir atomdaki proton ve nötron sayılarının toplamına ne ad verilir? kütle numarası. Örneğin bir alüminyum atomunun kütle numarası:
İhmal edilebilecek kadar küçük olan elektronun kütlesi ihmal edilebileceğinden, atomun tüm kütlesinin çekirdekte toplandığı açıktır. Elektronlar şu şekilde tanımlanır: $e↖(-)$.
Atom elektriksel olarak nötr olduğundan, şu da açıktır ki bir atomdaki proton ve elektron sayısının aynı olmasıdır. Kimyasal elementin atom numarasına eşittir, kendisine tahsis edilen Periyodik tablo. Örneğin, bir demir atomunun çekirdeğinde 26$ değerinde proton bulunur ve çekirdeğin etrafında 26$ değerinde elektron döner. Nötron sayısı nasıl belirlenir?
Bilindiği gibi bir atomun kütlesi proton ve nötronların kütlesinden oluşur. bilmek seri numarası$(Z)$ öğesi, yani. proton sayısı ve kütle numarası $(A)$, toplamına eşit proton ve nötron sayısını öğrenmek için nötron sayısını $(N)$ aşağıdaki formülü kullanarak bulabilirsiniz:
Örneğin bir demir atomundaki nötron sayısı:
$56 – 26 = 30$.
Tablo temel parçacıkların temel özelliklerini sunmaktadır.
Temel parçacıkların temel özellikleri.
İzotoplar
Aynı elementin aynı nükleer yüke sahip ancak farklı kütle numaralarına sahip atom çeşitlerine izotoplar denir.
Kelime izotop ikiden oluşur Yunanca kelimeler:ISO'lar- aynı ve topo- yer, Periyodik Element Tablosunda “tek bir yeri işgal etmek” (hücre) anlamına gelir.
Doğada bulunan kimyasal elementler izotopların bir karışımıdır. Dolayısıyla karbonun kütleleri 12, 13, 14$ olan üç izotopu vardır; oksijen - kütleleri 16, 17, 18 vb. olan üç izotop.
Periyodik Tabloda genellikle verilen bir kimyasal elementin bağıl atom kütlesi, doğal bir izotop karışımının atom kütlelerinin ortalama değeridir. bu elementin doğadaki göreceli bollukları dikkate alındığında, atom kütlelerinin değerleri sıklıkla kesirlidir. Örneğin, doğal klor atomları iki izotopun bir karışımıdır - $35$ (doğada $75$ bulunur) ve $37$ (doğada $25$$ bulunur); bu nedenle klorun bağıl atom kütlesi 35,5$'dır. Klorun izotopları şu şekilde yazılır:
$↖(35)↙(17)(Cl)$ ve $↖(37)↙(17)(Cl)$
Klor izotoplarının kimyasal özellikleri, çoğu kimyasal elementin (örneğin potasyum, argon) izotopları ile tamamen aynıdır:
$↖(39)↙(19)(K)$ ve $↖(40)↙(19)(K)$, $↖(39)↙(18)(Ar)$ ve $↖(40)↙(18 )(Ar)$
Bununla birlikte, hidrojen izotoplarının özellikleri, göreceli olarak keskin bir çoklu artış nedeniyle büyük ölçüde farklılık gösterir. atom kütlesi; hatta onlara bireysel isimler bile veriliyor ve kimyasal işaretler: protium - $↖(1)↙(1)(H)$; döteryum - $↖(2)↙(1)(H)$ veya $↖(2)↙(1)(D)$; trityum - $↖(3)↙(1)(H)$ veya $↖(3)↙(1)(T)$.
Artık daha modern, daha katı ve bilimsel tanım kimyasal element.
Kimyasal element, aynı nükleer yüke sahip atomların topluluğudur.
İlk dört periyodun element atomlarının elektronik kabuklarının yapısı
Elementlerin atomlarının elektronik konfigürasyonlarının D.I. Mendeleev sisteminin dönemlerine göre gösterimini ele alalım.
İlk dönemin unsurları.
Atomların elektronik yapısının diyagramları, elektronların elektronik katmanlar (enerji seviyeleri) arasındaki dağılımını gösterir.
Atomların elektronik formülleri, elektronların enerji seviyeleri ve alt seviyeler arasındaki dağılımını gösterir.
Atomların grafik elektronik formülleri, elektronların yalnızca düzeyler ve alt düzeyler arasında değil, aynı zamanda yörüngeler arasındaki dağılımını da gösterir.
Helyum atomunda ilk elektron katmanı tamamlandı; 2 $ elektron içeriyor.
Hidrojen ve helyum $s$ elementleridir; bu atomların $s$ yörüngesi elektronlarla doludur.
İkinci dönemin unsurları.
Tüm ikinci periyot elementleri için, birinci elektron katmanı doldurulur ve elektronlar, en az enerji ilkesine göre (önce $s$ ve sonra $p$) ikinci elektron katmanının $s-$ ve $p$ yörüngelerini doldurur. ) ve Pauli ve Hund kuralları.
Neon atomunda ikinci elektron katmanı tamamlandı; 8 $ değerinde elektron içeriyor.
Üçüncü periyodun unsurları.
Üçüncü periyodun elementlerinin atomları için, birinci ve ikinci elektron katmanları tamamlanır, böylece elektronların 3s-, 3p- ve 3d-alt düzeylerini işgal edebildiği üçüncü elektron katmanı doldurulur.
Üçüncü periyodun elementlerinin atomlarının elektronik kabuklarının yapısı.
Magnezyum atomu 3,5$ değerindeki elektron yörüngesini tamamlıyor. $Na$ ve $Mg$ $s$-elementleridir.
Alüminyum ve sonraki elementlerde $3d$ alt seviyesi elektronlarla doludur.
| $↙(18)(Ar)$ Argon |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)s^2(3)p^6$ |  |
Bir argon atomunun dış katmanında (üçüncü elektron katmanı) 8$ elektronu vardır. Dış katman tamamlandığında, ancak toplamda üçüncü elektron katmanında, bildiğiniz gibi, 18 elektron olabilir, bu da üçüncü periyodun elemanlarının doldurulmamış $3d$ yörüngeleri olduğu anlamına gelir.
$Al$ ile $Ar$ arasındaki tüm öğeler $р$'dır -elementler.
$s-$ ve $p$ -elementler biçim ana alt gruplar Periyodik Tabloda.
Dördüncü periyodun unsurları.
Potasyum ve kalsiyum atomları dördüncü bir elektron katmanına sahiptir ve $4s$ alt seviyesi doludur, çünkü $3d$ alt seviyesinden daha düşük enerjiye sahiptir. Dördüncü periyodun elementlerinin atomlarının grafiksel elektronik formüllerini basitleştirmek için:
- Argonun geleneksel grafiksel elektronik formülünü şu şekilde gösterelim: $Ar$;
- Bu atomlarla doldurulmayan alt seviyeleri tasvir etmeyeceğiz.
$K, Ca$ - $s$ -elementler, ana alt gruplara dahildir. $Sc$'dan $Zn$'a kadar olan atomlar için 3d alt seviyesi elektronlarla doldurulur. Bunlar $3d$ öğeleridir. Onlar dahil yan alt gruplar, dış elektron katmanları doludur ve şu şekilde sınıflandırılırlar: geçiş elemanları.
Krom ve bakır atomlarının elektronik kabuklarının yapısına dikkat edin. Bunlarda, bir elektron $4s-$ seviyesinden $3d$ alt seviyesine kadar “başarısız olur”; bu durum, ortaya çıkan $3d^5$ ve $3d^(10)$ elektronik konfigürasyonlarının daha yüksek enerji kararlılığıyla açıklanır:
$↙(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)…$ 
| Eleman sembolü, seri numarası, adı | Elektronik yapı şeması | Elektronik formül | Grafiksel elektronik formül |
| $↙(19)(K)$ Potasyum |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1$ | |
| $↙(20)(C)$ Kalsiyum |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2$ | |
| $↙(21)(Sc)$ Skandiyum |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^1$ veya $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^1(4)s^1$ |  |
| $↙(22)(Ti)$ Titanyum |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^2$ veya $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^2(4)s^2$ |  |
| $↙(23)(V)$ Vanadyum |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^3$ veya $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^3(4)s^2$ |  |
| $↙(24)(Cr)$ Krom |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^5$ veya $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^5(4)s^1$ |  |
| $↙(29)(Cu)$ Krom |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^(10)$ veya $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^1$ |  |
| $↙(30)(Zn)$ Çinko |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)$ veya $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^2$ |  |
| $↙(31)(Ga)$ Galyum |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^(1)$ veya $1s^2(2) s^2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^(1)$ |  |
| $↙(36)(Kr)$ Kripton |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^6$ veya $1s^2(2)s^ 2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^6$ |  |
Çinko atomunda üçüncü elektron katmanı tamamlandı - tüm $3s, 3p$ ve $3d$ alt seviyeleri toplam 18$ elektronla dolu.
Çinkoyu takip eden elementlerde dördüncü elektron katmanı olan $4p$ alt seviyesi dolmaya devam ediyor. $Ga$'dan $Kr$ - $р$'a kadar olan elementler -elementler.
Kripton atomunun dış (dördüncü) katmanı tamamlandı ve 8 $ elektrona sahip. Ama toplamda dördüncü elektron katmanında bildiğiniz gibi 32$$ elektron olabilir; Kripton atomu hâlâ doldurulmamış $4d-$ ve $4f$ alt seviyelerine sahip.
Beşinci periyodun elemanları için alt seviyeler şu sırayla doldurulur: $5s → 4d → 5p$. Ayrıca $↙(41)Nb$, $↙(42)Mo$, $↙(44)Ru$, $↙(45)Rh$, $↙(46) içindeki elektronların “başarısızlığı” ile ilgili istisnalar da vardır. ) Pd$, $↙(47)Ag$. $f$ altıncı ve yedinci periyotlarda görünür -elementler yani Üçüncü dış elektronik katmanın sırasıyla $4f-$ ve $5f$ alt seviyelerinin doldurulduğu öğeler.
$4f$ -elementler isminde lantanitler.
5$$ -elementler isminde aktinit.
Doldurma prosedürü elektronik alt seviyeler altıncı periyodun elementlerinin atomlarında: $↙(55)Cs$ ve $↙(56)Ba$ - $6s$ elementleri; $↙(57)La ... 6s^(2)5d^(1)$ - $5d$-eleman; $↙(58)Се$ – $↙(71)Lu - 4f$-elemanları; $↙(72)Hf$ – $↙(80)Hg - 5d$-elemanları; $↙(81)T1$ – $↙(86)Rn - 6d$-elemanları. Ancak burada da elektronik yörüngelerin doldurulma sırasının ihlal edildiği unsurlar vardır; bu, örneğin yarı ve tamamen dolu $f$ alt seviyelerinin daha fazla enerji kararlılığıyla ilişkilidir, yani. $nf^7$ ve $nf^(14)$.
Atomun hangi alt seviyesinin en son elektronlarla doldurulduğuna bağlı olarak, zaten anladığınız gibi tüm elementler dört elektron ailesine veya bloğuna ayrılır:
- $s$ -elementler;$s$-alt seviyesi elektronlarla doludur harici seviye atom; $s$-elementleri hidrojen, helyum ve grup I ve II'nin ana alt gruplarının elementlerini içerir;
- $p$ -elementler; atomun dış seviyesinin $p$-alt seviyesi elektronlarla doludur; $p$-elemanları III-VIII gruplarının ana alt gruplarının elemanlarını içerir;
- $d$ -elementler; atomun ön-dış düzeyinin $d$-alt düzeyi elektronlarla doludur; $d$-elemanları, I-VIII gruplarının ikincil alt gruplarının elemanlarını içerir; $s-$ ve $p-$elemanları arasında yer alan onlarca yıllık büyük periyotların interkalar elemanları. Onlara da denir geçiş elemanları;
- $f$ -elementler; elektronlar atomun üçüncü dış seviyesinin $f-$alt seviyesini doldurur; bunlar lantanitleri ve aktinitleri içerir.
Bir atomun elektronik konfigürasyonu. Atomların zemin ve uyarılmış halleri
İsviçreli fizikçi W. Pauli 1925 yılında şunu buldu: Bir atomun bir yörüngede ikiden fazla elektronu olamaz, zıt (antiparalel) sırtlara sahip (İngilizce'den mil olarak çevrilmiştir), yani. geleneksel olarak bir elektronun hayali ekseni etrafında saat yönünde veya saat yönünün tersine dönmesi olarak hayal edilebilecek özelliklere sahiptir. Bu ilkeye denir Pauli ilkesi.
Bir yörüngede bir elektron varsa buna denir. eşleştirilmemiş, eğer iki ise, o zaman bu eşleşmiş elektronlar yani Zıt spinli elektronlar.
Şekilde enerji seviyelerini alt seviyelere ayıran bir diyagram gösterilmektedir.
$s-$ Orbital, bildiğiniz gibi küresel bir şekle sahiptir. Hidrojen atomunun $(n = 1)$ elektronu bu yörüngede bulunur ve eşleşmemiştir. Bu nedenle elektronik formül, veya elektronik konfigürasyon , şu şekilde yazılır: $1s^1$. Elektronik formüllerde enerji seviyesi numarası $(1...)$ harfinin önündeki rakamla gösterilir, Latince harf bir alt seviyeyi (yörünge tipini), harfin sağında yazılan sayı ise (üs olarak) alt seviyedeki elektron sayısını gösterir.
Bir $s-$orbitalinde iki eşleştirilmiş elektrona sahip bir helyum atomu He için bu formül şöyledir: $1s^2$. Helyum atomunun elektron kabuğu tam ve oldukça kararlıdır. Helyum soylu bir gazdır. İkinci enerji seviyesinde $(n = 2)$ dört yörünge vardır; bir $s$ ve üç $p$. İkinci seviyenin $s$-orbitalindeki ($2s$-orbital) elektronlar daha fazlasına sahiptir. yüksek enerji, Çünkü çekirdeğe $1s$ yörüngesindeki $(n = 2)$ elektronlarından daha uzaktadır. Genel olarak, her $n$ değeri için bir $s-$yörüngesi vardır, ancak üzerinde karşılık gelen bir elektron enerjisi kaynağı vardır ve bu nedenle, $n$ değeri arttıkça karşılık gelen bir çap da büyür. s-$Orbital, bildiğiniz gibi küresel bir şekle sahiptir. Hidrojen atomunun $(n = 1)$ elektronu bu yörüngede bulunur ve eşleşmemiştir. Bu nedenle elektronik formülü veya elektronik konfigürasyonu şu şekilde yazılır: $1s^1$. Elektronik formüllerde enerji seviyesi numarası $(1...)$ harfinin önündeki rakamla, Latin harfi alt seviyeyi (yörünge tipini) ve sağ üstte yazılan rakamla belirtilir. harf (üs olarak) alt seviyedeki elektronların sayısını gösterir.
Bir $s-$orbitalinde iki eşleştirilmiş elektrona sahip olan bir helyum atomu $He$ için bu formül şöyledir: $1s^2$. Helyum atomunun elektron kabuğu tam ve oldukça kararlıdır. Helyum soylu bir gazdır. İkinci enerji seviyesinde $(n = 2)$ dört yörünge vardır; bir $s$ ve üç $p$. İkinci seviyedeki $s-$orbitallerin ($2s$-orbitaller) elektronları daha yüksek enerjiye sahiptir, çünkü çekirdeğe $1s$ yörüngesindeki $(n = 2)$ elektronlarından daha uzaktadır. Genel olarak, her $n$ değeri için bir $s-$yörüngesi vardır, ancak üzerinde karşılık gelen bir elektron enerjisi kaynağı bulunur ve bu nedenle karşılık gelen bir çap, $n$ değeri arttıkça büyür. 
$p-$ Orbital bir dambıl veya hacimli bir sekiz rakamı şeklindedir. Üç $p$-orbitalinin tümü atomda birbirine dik olarak yerleştirilmiştir. mekansal koordinatlar, bir atomun çekirdeği boyunca taşınır. $n= 2$'dan başlayarak her enerji seviyesinin (elektronik katman) üç $p$-orbitalinin bulunduğunu bir kez daha vurgulamak gerekir. $n$'ın değeri arttıkça, elektronlar üzerinde bulunan $p$-orbitallerini işgal eder. uzun mesafelerçekirdekten ve $x, y, z$ eksenleri boyunca yönlendirilir.
İkinci periyodun $(n = 2)$ elemanları için, önce bir $s$-orbital doldurulur ve ardından üç $p$-orbital doldurulur; elektronik formül $Li: 1s^(2)2s^(1)$. $2s^1$ elektronu atomun çekirdeğine daha zayıf bir şekilde bağlıdır, bu nedenle lityum atomu onu kolayca bırakabilir (belli ki hatırladığınız gibi, bu sürece oksidasyon denir), bir lityum iyonu $Li^+$'a dönüşebilir. .
Berilyum Be atomunda dördüncü elektron da $2s$ yörüngesinde bulunur: $1s^(2)2s^(2)$. Berilyum atomunun iki dış elektronu kolayca ayrılır - $B^0$, $Be^(2+)$ katyonuna oksitlenir.
Bor atomunda beşinci elektron $2p$ yörüngesinde yer alır: $1s^(2)2s^(2)2p^(1)$. Daha sonra, $C, N, O, F$ atomları $2p$-orbitalleri ile doldurulur ve bu da şu şekilde biter: asil gaz neon: $1s^(2)2s^(2)2p^(6)$.
Üçüncü periyodun elemanları için sırasıyla $3s-$ ve $3p$ yörüngeleri doldurulur. Üçüncü seviyedeki beş $d$-orbital serbest kalır:
$↙(11)Hayır 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(1)$,
$↙(17)Cl 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(5)$,
$↙(18)Ar 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)$.
Bazen elektronların atomlardaki dağılımını gösteren diyagramlarda yalnızca her enerji seviyesindeki elektron sayısı gösterilir; Yukarıda verilen tam elektronik formüllerin aksine, kimyasal elementlerin atomlarının kısaltılmış elektronik formüllerini yazın, örneğin:
$↙(11)Na 2, 8, 1;$ $↙(17)Cl 2, 8, 7;$ $↙(18)Ar 2, 8, 8$.
Büyük periyotlardaki (dördüncü ve beşinci) elementler için, ilk iki elektron sırasıyla $4s-$ ve $5s$ yörüngelerini işgal eder: $↙(19)K 2, 8, 8, 1;$ $↙(38)Sr 2 , 8, 18, 8, 2$. Her birinin üçüncü elemanından başlayarak uzun süre sonraki on elektron sırasıyla önceki $3d-$ ve $4d-$orbitallerine gidecektir (yan alt grupların elemanları için): $↙(23)V 2, 8, 11, 2;$ $↙(26) Fr 2, 8, 14, 2;$ $↙(40)Zr 2, 8, 18, 10, 2;$ $↙(43)Tc 2, 8, 18, 13, 2$. Kural olarak, önceki $d$-alt düzeyi doldurulduğunda, dıştaki (sırasıyla $4р-$ ve $5р-$) $р-$alt düzeyi doldurulmaya başlayacaktır: $↙(33)As 2, 8 , 18, 5;$ $ ↙(52)Te 2, 8, 18, 18, 6$.
Büyük periyotların elemanları için - altıncı ve tamamlanmamış yedinci - elektronik seviyeler ve alt seviyeler kural olarak şu şekilde elektronlarla doldurulur: ilk iki elektron dış $s-$alt seviyesine girer: $↙(56)Ba 2, 8 , 18, 18, 8, 2;$ $↙(87)Fr 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1$; sonraki bir elektron ($La$ ve $Ca$ için) önceki $d$-alt seviyesine: $↙(57)La 2, 8, 18, 18, 9, 2$ ve $↙(89)Ac 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2$.
Daha sonra sonraki 14$ elektronları üçüncü dış enerji seviyesine, sırasıyla lantanitlerin ve aktinitlerin $4f$ ve $5f$ yörüngelerine gidecek: $↙(64)Gd 2, 8, 18, 25, 9, 2; $ $↙(92 )U 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2$.
Daha sonra yan alt grupların elemanlarının ikinci dış enerji seviyesi ($d$-alt seviye) yeniden oluşmaya başlayacaktır: $↙(73)Ta 2, 8, 18, 32, 11, 2;$ $↙(104)Rf 2, 8, 18 , 32, 32, 10, 2$. Ve son olarak, ancak $d$-alt seviyesi tamamen on elektronla doldurulduktan sonra $p$-alt seviyesi tekrar doldurulacaktır: $↙(86)Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8$.
Çoğu zaman atomların elektronik kabuklarının yapısı enerji veya kuantum hücreleri kullanılarak tasvir edilir - sözde grafik elektronik formüller. Bu gösterim için aşağıdaki gösterim kullanılır: her kuantum hücresi, bir yörüngeye karşılık gelen bir hücre tarafından belirlenir; Her elektron, dönüş yönüne karşılık gelen bir okla gösterilir. Grafiksel bir elektronik formül yazarken iki kuralı hatırlamanız gerekir: Pauli ilkesi Buna göre bir hücrede (orbital) ikiden fazla elektron olamaz, ancak antiparalel dönüşlerle ve F. Hund'un kuralı Buna göre elektronlar serbest hücreleri birer birer işgal eder ve aynı zamanda aynı değer geri dönün ve ancak o zaman çiftleşin, ancak Pauli ilkesine göre sırtlar zaten zıt yönlerde olacaktır.
Herhangi bir madde adı verilen çok küçük parçacıklardan oluşur. atomlar . Atom, bir kimyasal elementin tamamını koruyan en küçük parçacığıdır karakteristik özellikler. Bir atomun büyüklüğünü hayal etmek için, eğer birbirine yakın yerleştirilebilselerdi, bir milyon atomun sadece 0,1 mm'lik bir mesafeyi kaplayacağını söylemek yeterlidir.
Maddenin yapısı biliminin daha da gelişmesi, atomun da karmaşık bir yapıya sahip olduğunu ve elektronlardan ve protonlardan oluştuğunu gösterdi. İşte böyle ortaya çıktı elektron teorisi maddenin yapısı.
Eski zamanlarda elektriğin pozitif ve negatif olmak üzere iki türü olduğu keşfedilmişti. Vücudun içerdiği elektrik miktarına yük denmeye başlandı. Vücudun sahip olduğu elektriğin türüne bağlı olarak yük pozitif veya negatif olabilir.
Aynı yüklerin birbirini ittiği, farklı yüklerin ise çektiği deneysel olarak kanıtlanmıştır.
düşünelim atomun elektronik yapısı. Atomlar kendilerinden bile daha küçük parçacıklardan oluşur. elektronlar.
TANIM:Elektron, maddenin en küçük negatif elektrik yüküne sahip en küçük parçacığıdır.
Elektronlar bir veya daha fazla sayıda atomdan oluşan merkezi bir çekirdeğin etrafında yörüngede dönerler. protonlar Ve nötronlar, eşmerkezli yörüngelerde. Elektronlar negatif yüklü parçacıklardır, protonlar pozitif, nötronlar ise nötrdür (Şekil 1.1).
TANIM:Proton, maddenin en küçük pozitif elektrik yüküne sahip en küçük parçacığıdır.
Elektron ve protonların varlığı şüphe götürmez. Bilim insanları elektronların ve protonların kütlesini, yükünü ve boyutunu belirlemekle kalmadı, hatta onları çeşitli elektrik ve radyo mühendisliği cihazlarında da çalıştırdı.
Ayrıca elektronun kütlesinin hareket hızına bağlı olduğu ve elektronun uzayda sadece ileri doğru hareket etmekle kalmayıp aynı zamanda kendi ekseni etrafında da döndüğü bulunmuştur.
Yapısı en basit olanı hidrojen atomudur (Şekil 1.1). Bir proton çekirdeği ve dönen bir çekirdekten oluşur. muazzam hız atomun dış kabuğunu (yörüngesini) oluşturan elektron çekirdeğinin etrafında. Daha karmaşık atomlar elektronların döndüğü birkaç kabukları vardır.
Bu kabuklar çekirdekten başlayarak sırayla elektronlarla doldurulur (Şekil 1.2).
Şimdi ona bakalım . En dıştaki kabuğa denir değerlik ve içerdiği elektron sayısına denir. değerlik. Çekirdekten ne kadar uzaksa değerlik kabuğu, bu nedenle, her değerlik elektronunun çekirdekten aldığı çekim kuvveti o kadar az olur. Böylece atomun değerlik kabuğunun dolmaması ve çekirdekten uzakta bulunması veya kaybolması durumunda kendine elektron bağlama yeteneği artar.
Dış kabuk elektronları enerji alabilir. Değerlik kabuğunda bulunan elektronlar gerekli enerji seviyesini dış kuvvetler ondan kopup atomu terk edebilirler, yani serbest elektron olabilirler. Serbest elektronlar rastgele bir atomdan atoma hareket edebilirler. Çok sayıda serbest elektron içeren maddelere denir. iletkenler
.
İzolatörler
, iletkenlerin tersidir. Sızıntıyı önlerler elektrik akımı. Yalıtkanlar kararlıdır çünkü bazı atomların değerlik elektronları diğer atomların değerlik kabuklarını doldurarak onları birleştirir. Bu serbest elektron oluşumunu engeller.
Yalıtkanlar ve iletkenler arasında bir ara pozisyonda bulunur yarı iletkenler
, ama onlar hakkında daha sonra konuşacağız
düşünelim atomun özellikleri. Sahip olan bir atom aynı numara elektronlar ve protonlar elektriksel olarak nötrdür. Bir veya daha fazla elektron kazanan atom negatif yüklü hale gelir ve denir. negatif iyon. Bir atom bir veya daha fazla elektronunu kaybederse pozitif iyon haline gelir, yani pozitif yüklü hale gelir.