Khái niệm “nguyên tử” đã quen thuộc với nhân loại từ thời xa xưa. Hy Lạp cổ đại. Theo câu nói của các nhà triết học cổ đại, nguyên tử là hạt nhỏ nhất, là một phần của chất.
Cấu trúc điện tử của nguyên tử
Nguyên tử bao gồm một hạt nhân tích điện dương chứa proton và neutron. Các electron chuyển động theo các quỹ đạo xung quanh hạt nhân, mỗi quỹ đạo có thể được đặc trưng bởi một bộ bốn số lượng tử: chính (n), quỹ đạo (l), từ tính (ml) và spin (ms hoặc s).
Số lượng tử chính xác định năng lượng của electron và kích thước của các đám mây điện tử. Năng lượng của electron chủ yếu phụ thuộc vào khoảng cách từ electron đến hạt nhân: electron càng gần hạt nhân thì năng lượng của nó càng thấp. Nói cách khác, số lượng tử chính xác định vị trí của electron ở một mức năng lượng cụ thể (lớp lượng tử). Số lượng tử chính có các giá trị của dãy số nguyên từ 1 đến vô cùng.
Số lượng tử quỹ đạo đặc trưng cho hình dạng của đám mây điện tử. hình dạng khác nhau các đám mây điện tử gây ra sự thay đổi năng lượng của các điện tử trong một mức năng lượng, tức là chia nó thành các mức năng lượng. Số lượng tử quỹ đạo có thể có các giá trị từ 0 đến (n-1), với tổng số n giá trị. Các mức năng lượng phụ được ký hiệu bằng các chữ cái:
Số lượng tử từ tính cho biết hướng của quỹ đạo trong không gian. Nó chấp nhận bất kỳ số nguyên nào giá trị số từ (+l) đến (-l), kể cả số 0. Con số giá trị có thể số lượng tử từ bằng (2l+1).
Một electron chuyển động trong trường hạt nhân nguyên tử, ngoài xung lượng góc quỹ đạo, còn có xung lượng góc riêng, đặc trưng cho chuyển động quay hình trục chính của nó xung quanh. trục riêng. Tính chất này của electron được gọi là spin. Độ lớn và hướng của spin được đặc trưng bởi số lượng tử spin, có thể lấy các giá trị (+1/2) và (-1/2). tích cực và giá trị âm mặt sau có liên quan đến hướng của nó.
Trước khi tất cả những điều trên được biết đến và xác nhận bằng thực nghiệm, đã có một số mô hình về cấu trúc của nguyên tử. Một trong những mô hình đầu tiên về cấu trúc nguyên tử được đề xuất bởi E. Rutherford, người trong các thí nghiệm về sự tán xạ của hạt alpha đã chỉ ra rằng gần như toàn bộ khối lượng của nguyên tử tập trung vào một thể tích rất nhỏ - một hạt nhân tích điện dương . Theo mô hình của ông, các electron chuyển động xung quanh hạt nhân ở một khoảng cách đủ lớn, và số lượng của chúng sao cho, về tổng thể, nguyên tử trung hòa về điện.
Mô hình cấu trúc nguyên tử của Rutherford được phát triển bởi N. Bohr, người trong nghiên cứu của mình cũng kết hợp những lời dạy của Einstein về lượng tử ánh sáng và thuyết lượng tử Bức xạ Planck. Hoàn thành những gì chúng tôi đã bắt đầu và giới thiệu nó với thế giới mô hình hiện đại cấu trúc nguyên tử của nguyên tố hóa học Louis de Broglie và Schrödinger.
Ví dụ về giải quyết vấn đề
VÍ DỤ 1
| Bài tập | Cho biết số proton và neutron có trong hạt nhân nitơ ( số nguyên tử 14), silicon (số nguyên tử 28) và bari (số nguyên tử 137). |
| Giải pháp | Số proton trong hạt nhân nguyên tử của một nguyên tố hóa học được xác định bởi số seri trong Bảng tuần hoàn, và số neutron là hiệu giữa số khối (M) và điện tích của hạt nhân (Z). Nitơ: n(N)= M -Z = 14-7 = 7. Silicon: n(Si)= M -Z = 28-14 = 14. Bari: n(Ba)= M -Z = 137-56 = 81. |
| Trả lời | Số proton trong hạt nhân nitơ là 7, neutron - 7; trong hạt nhân nguyên tử silicon có 14 proton và 14 neutron; Trong hạt nhân của nguyên tử bari có 56 proton và 81 neutron. |
VÍ DỤ 2
| Bài tập | Sắp xếp các mức năng lượng theo thứ tự chúng chứa đầy các electron: a) 3p, 3d, 4s, 4p; b) 4d , 5s, 5p, 6s; c) 4f , 5 giây , 6r; 4ngày , 6 giây; d) 5d, 6s, 6p, 7s, 4f . |
|
| Giải pháp | Các cấp độ năng lượng chứa đầy các electron theo quy tắc của Klechkovsky. Điều kiện bắt buộc là giá trị tối thiểu tổng số lượng tử chính và số lượng tử quỹ đạo. Cấp con s được đặc trưng bởi các số 0, p - 1, d - 2 và f-3. Điều kiện thứ hai là cấp độ con với giá trị thấp nhất số lượng tử chính. | |
| Trả lời | a) Các quỹ đạo 3p, 3d, 4s, 4p sẽ tương ứng với các số 4, 5, 4 và 5. Do đó, sự lấp đầy electron sẽ xảy ra trong trình tự tiếp theo: 3p, 4s, 3d, 4p. b) quỹ đạo 4d , 5s, 5p, 6s sẽ tương ứng với các số 7, 5, 6 và 6. Do đó, việc lấp đầy electron sẽ diễn ra theo trình tự sau: 5s, 5p, 6s, 4d. c) Quỹ đạo 4f , 5 giây , 6r; 4ngày , 6s sẽ tương ứng với các số 7, 5, 76 và 6. Do đó, việc lấp đầy electron sẽ diễn ra theo trình tự sau: 5s, 4d , 6s, 4f, 6r. d) Các quỹ đạo 5d, 6s, 6p, 7s, 4f sẽ tương ứng với các số 7, 6, 7, 7 và 7. Do đó, quá trình lấp đầy electron sẽ diễn ra theo trình tự sau: 6s, 4f, 5d, 6p, 7s. |
Cấu hình electron của nguyên tử là một công thức thể hiện sự sắp xếp các electron trong nguyên tử theo cấp độ và cấp độ phụ. Sau khi nghiên cứu bài viết, bạn sẽ biết các electron ở đâu và như thế nào, làm quen với các số lượng tử và có thể xây dựng cấu hình điện tử nguyên tử theo số lượng của nó; ở cuối bài viết có bảng các nguyên tố.
Tại sao phải nghiên cứu cấu hình electron của các nguyên tố?
Nguyên tử giống như một bộ xây dựng: có một số phần nhất định, chúng khác nhau, nhưng hai phần cùng loại thì hoàn toàn giống nhau. Nhưng bộ xây dựng này thú vị hơn nhiều so với bộ nhựa và đây là lý do. Cấu hình thay đổi tùy thuộc vào người ở gần. Ví dụ, oxy bên cạnh hydro Có lẽ
biến thành nước, khi ở gần natri nó biến thành khí, và khi ở gần sắt nó biến hoàn toàn thành rỉ sét.
Để trả lời câu hỏi tại sao điều này xảy ra và dự đoán hành vi của một nguyên tử bên cạnh nguyên tử khác, cần phải nghiên cứu cấu hình điện tử, điều này sẽ được thảo luận dưới đây.
Có bao nhiêu electron trong một nguyên tử?
Một nguyên tử bao gồm một hạt nhân và các electron quay xung quanh nó; hạt nhân bao gồm các proton và neutron. Ở trạng thái trung hòa, mỗi nguyên tử có số electron bằng số proton trong hạt nhân của nó. Số lượng proton được biểu thị bằng số nguyên tử của nguyên tố, ví dụ lưu huỳnh có 16 proton - nguyên tố thứ 16 trong bảng tuần hoàn. Vàng có 79 proton - nguyên tố thứ 79 trong bảng tuần hoàn. Theo đó, lưu huỳnh có 16 electron ở trạng thái trung tính, còn vàng có 79 electron.
- Tìm electron ở đâu?
- Bằng cách quan sát hành vi của electron, một số mẫu nhất định đã được rút ra; chúng được mô tả bằng số lượng tử, tổng cộng có bốn mẫu:
- Số lượng tử chính
- Số lượng tử quỹ đạo
Số lượng tử từ
Số lượng tử spin quỹ đạo Hơn nữa, thay vì từ quỹ đạo, chúng ta sẽ sử dụng thuật ngữ "quỹ đạo", quỹ đạo là
hàm sóng
đại khái, electron là vùng mà electron dành 90% thời gian của nó.
cấp độ N
L - vỏ
M l - số quỹ đạo
Kết quả nghiên cứu đám mây điện tử, họ phát hiện ra rằng tùy thuộc vào mức năng lượng, đám mây có bốn dạng chính: một quả bóng, quả tạ và hai dạng khác phức tạp hơn.
Theo thứ tự tăng dần năng lượng, các dạng này được gọi là vỏ s-, p-, d- và f.
Mỗi lớp vỏ này có thể có quỹ đạo 1 (trên s), 3 (trên p), 5 (trên d) và 7 (trên f). Số lượng tử quỹ đạo là lớp vỏ chứa các quỹ đạo. Số lượng tử quỹ đạo cho các quỹ đạo s,p,d và f lần lượt lấy các giá trị 0,1,2 hoặc 3.
Có một quỹ đạo trên lớp vỏ s (L=0) - hai electron
Có ba quỹ đạo trên lớp vỏ p (L=1) - sáu electron
Có năm quỹ đạo trên lớp vỏ d (L=2) - mười electron
Có bảy quỹ đạo trên lớp vỏ f (L=3) - mười bốn electron
Số lượng tử từ m l
Có ba quỹ đạo trên lớp vỏ p, chúng được ký hiệu bằng các số từ -L đến +L, nghĩa là đối với lớp vỏ p (L=1) có các quỹ đạo “-1”, “0” và “1” .
Số lượng tử từ được ký hiệu bằng chữ m l.
Bên trong lớp vỏ, các electron sẽ dễ dàng nằm ở các quỹ đạo khác nhau hơn, do đó, các electron đầu tiên sẽ lấp đầy một electron trong mỗi quỹ đạo, sau đó một cặp electron được thêm vào mỗi quỹ đạo.
Hãy xem xét d-shell:
Lớp vỏ d tương ứng với giá trị L=2, tức là 5 quỹ đạo (-2,-1,0,1 và 2), 5 electron đầu tiên lấp đầy lớp vỏ lấy các giá trị M l =-2, M l =-1, M l =0 , M l =1,M l =2.
Số lượng tử spin ms Spin là chiều quay của electron quanh trục của nó, có hai chiều nên số lượng tử spin có hai giá trị: +1/2 và -1/2. Một phân lớp năng lượng chỉ có thể chứa hai electron có spin ngược nhau. Số lượng tử spin được ký hiệu là ms Số lượng tử chính n Số lượng tử chính là mức năng lượng tại ngay bây giờ
bảy người đã biết
Vì vậy, bất kỳ electron nào cũng có thể được mô tả bằng bốn số lượng tử, sự kết hợp của các số này là duy nhất cho mỗi vị trí của electron, lấy electron đầu tiên, mức năng lượng thấp nhất là N = 1, ở mức thứ nhất có một lớp vỏ, là Lớp vỏ đầu tiên ở mọi cấp độ đều có hình quả bóng (s -shell), tức là. L=0, số lượng tử từ chỉ có thể nhận một giá trị M l = 0 và spin sẽ bằng +1/2.
Nếu chúng ta lấy electron thứ năm (trong bất kỳ nguyên tử nào), thì các số lượng tử chính của nó sẽ là: N=2, L=1, M=-1, spin 1/2.
Thuật toán soạn công thức điện tử của một phần tử:
1. Xác định số electron trong nguyên tử bằng Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học D.I. Mendeleev.
2. Căn cứ vào số chu kỳ mà nguyên tố đó tồn tại để xác định số mức năng lượng; số lượng electron ở cấp độ điện tử cuối cùng tương ứng với số nhóm.
3. Chia các cấp thành các cấp con và quỹ đạo và lấp đầy chúng bằng các electron theo quy tắc điền quỹ đạo: Cần phải nhớ rằng cấp độ đầu tiên chứa tối đa 2 electron 1 giây 2 , vào ngày thứ hai - tối đa là 8 (hai S và sáu r: 2s 2 2p 6 , vào ngày thứ hai - tối đa là 8 (hai), vào ngày thứ ba - tối đa là 18 (hai , sáu P , và mười).
- d: 3s 2 3p 6 3d 10 Số lượng tử chính N
- nên ở mức tối thiểu. Đầu tiên điền vào S- cấp dưới thìр-, d- b f-
- cấp dưới.
- Các electron lấp đầy các quỹ đạo theo thứ tự tăng dần năng lượng của các quỹ đạo (quy tắc Klechkovsky).
- Trong một phân lớp, trước tiên các electron lần lượt chiếm giữ các quỹ đạo tự do và chỉ sau đó chúng tạo thành cặp (quy tắc Hund).
Không thể có nhiều hơn hai electron trong một quỹ đạo (nguyên lý Pauli).
Ví dụ. 1. Hãy tạo công thức điện tử của nitơ. TRONG bảng tuần hoàn
nitơ ở số 7.
2. Hãy tạo công thức điện tử cho argon. Argon là số 18 trên bảng tuần hoàn..
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
3. Hãy lập công thức điện tử của crom. Crom là số 24 trong bảng tuần hoàn. 2 1 giây 2 2 giây 6 2p 2 3 giây 6 3p 1 4 giây 5
3d
Sơ đồ năng lượng của kẽm.
4. Hãy tạo một công thức điện tử cho kẽm. Kẽm đứng thứ 30 trong bảng tuần hoàn.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
Xin lưu ý rằng một phần của công thức điện tử, cụ thể là 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6, là công thức điện tử của argon.
Công thức điện tử của kẽm có thể được biểu diễn dưới dạng:
Bảng tuần hoàn các nguyên tố của Mendeleev. Cấu trúc của nguyên tử.
Hiện đại công thức định kỳ định luật: tính chất của các nguyên tố (biểu hiện ở dạng đơn giản, hợp chất) được tìm thấy trong những chu kì tuần hoàn. phụ thuộc vào điện tích hạt nhân nguyên tử của chúng.
Thù lao hạt nhân nguyên tử Z bằng số nguyên tử (thứ tự) của hóa chất. phần tử trong P. s. đ. M. Nếu bạn sắp xếp tất cả các nguyên tố theo thứ tự tăng dần Z. (hydro H, Z = 1; helium He, Z = 2; lithium Li, Z == 3; berili Be, Z = 4, v.v.), thì chúng tạo thành 7 tiết. Trong mỗi thời kỳ này có sự thay đổi tự nhiên về tính chất của các nguyên tố, từ nguyên tố đầu tiên của thời kỳ (kim loại kiềm) đến nguyên tố cuối cùng ( khí hiếm). Chu kỳ đầu tiên chứa 2 nguyên tố, chu kỳ thứ 2 và thứ 3 - mỗi nguyên tố có 8 nguyên tố, chu kỳ thứ 4 và thứ 5 - 18, nguyên tố thứ 6 - 32. Trong chu kỳ thứ 7, 19 nguyên tố đã được biết đến. Thời kỳ thứ 2 và thứ 3 thường được gọi là thời kỳ nhỏ, tất cả các thời kỳ tiếp theo được gọi là thời kỳ lớn. Nếu bạn sắp xếp các khoảng thời gian theo dạng hàng ngang thì kết quả bảng sẽ hiển thị 8 đường thẳng đứng. cột; Đây là những nhóm yếu tố có tính chất tương tự nhau.
Tính chất của các nguyên tố trong nhóm cũng thay đổi một cách tự nhiên tùy theo sự tăng lên của Z. Ví dụ, trong nhóm Li - Na - K - Rb - Cs - Fr, hàm lượng hóa học tăng lên. hoạt động của kim loại được tăng cường bởi bản chất của oxit và hydroxit.
Từ lý thuyết về cấu trúc nguyên tử, tính tuần hoàn của các tính chất của các nguyên tố được xác định bởi quy luật hình thành lớp vỏ electron xung quanh hạt nhân. Khi Z của nguyên tố tăng lên, nguyên tử trở nên phức tạp hơn - số lượng electron xung quanh hạt nhân tăng lên và một thời điểm xảy ra khi việc lấp đầy một lớp vỏ electron kết thúc và sự hình thành lớp vỏ ngoài tiếp theo bắt đầu. Trong hệ thống Mendeleev, điều này trùng hợp với sự bắt đầu của một thời kỳ mới. Các nguyên tố có 1, 2, 3, v.v. ở lớp vỏ mới có tính chất tương tự như các nguyên tố có 1, 2, 3, v.v. ở lớp vỏ ngoài, mặc dù số lượng của chúng là ở bên trong. có ít hơn một (hoặc một số) lớp vỏ electron: Na tương tự Li (một electron bên ngoài), Mg tương tự Be (2 electron bên ngoài); A1 - đến B (3 electron lớp ngoài), v.v. Với vị trí của nguyên tố trong P. s. đ. M. được kết nối bởi hóa chất của nó. và nhiều hơn nữa thuộc vật chất St.
Nhiều tùy chọn đồ họa (khoảng 1000) đã được đề xuất. hình ảnh của P.s. đ. M. 2 biến thể phổ biến nhất của P. s. đ. M. - bàn ngắn và bàn dài; k.-l. sự khác biệt cơ bản không có gì giữa họ. Phụ lục chứa một trong các tùy chọn bảng ngắn. Trong bảng, số chu kỳ được cho ở cột đầu tiên (được biểu thị bằng chữ số Ả Rập 1 - 7). Số nhóm được ghi ở trên cùng bằng chữ số La Mã I - VIII. Mỗi nhóm được chia thành hai nhóm nhỏ - a và b. Một tập hợp các phần tử đứng đầu là các phần tử có chu kỳ nhỏ, đôi khi được gọi là. chủ yếu nhóm con a-m và (Li đứng đầu nhóm nhỏ kim loại kiềm. F - halogen, He - khí trơ, v.v.). Trong trường hợp này, các nhóm con còn lại của các phần tử có chu kỳ lớn được gọi. tác dụng phụ.
Các nguyên tố có Z = 58 - 71 do sự gần gũi đặc biệt về cấu trúc nguyên tử và sự giống nhau về tính chất hóa học của chúng. St. tạo nên họ lanthanide, được xếp vào nhóm III, nhưng để thuận tiện, nó được xếp ở cuối bảng. Các nguyên tố có Z = 90 - 103 thường được xếp vào họ Actinide vì những lý do tương tự. Theo sau chúng là phần tử có Z = 104 - curchatovy và phần tử có Z = 105 (xem Nilsborium). Vào tháng 7 năm 1974 Owls. các nhà vật lý đã báo cáo việc phát hiện ra một nguyên tố có Z = 106, và vào tháng 1. 1976 - các nguyên tố có Z = 107. Sau này các nguyên tố có Z = 108 và 109 được tổng hợp thấp hơn. biên giới của P. s. đ. M. đã được biết - nó được tạo ra bởi hydro, vì không thể có một nguyên tố có điện tích hạt nhân nhỏ hơn một. Câu hỏi là cái gì giới hạn trên tái bút đ. M., tức là giá trị cực độ mà nghệ thuật có thể đạt tới. tổng hợp các nguyên tố vẫn chưa được giải quyết. (Hạt nhân nặng không ổn định, do đó americi có Z = 95 và các nguyên tố tiếp theo không được tìm thấy trong tự nhiên, nhưng thu được ở dạng phản ứng hạt nhân; tuy nhiên, trong khu vực có các nguyên tố siêu uranium xa hơn, cái gọi là xuất hiện. đảo ổn định, đặc biệt đối với Z = 114.) Trong nghệ thuật. tổng hợp các nguyên tố mới một cách định kỳ. pháp luật và P. s. đ. M. đóng vai trò chính. Định luật và hệ thống của Mendeleev là một trong những khái quát hóa quan trọng nhất của khoa học tự nhiên và tạo thành nền tảng của khoa học hiện đại. giảng dạy về cấu trúc của hòn đảo.
Cấu trúc điện tử của nguyên tử.
Đoạn này và đoạn tiếp theo nói về mô hình vỏ electron của nguyên tử. Điều quan trọng là phải hiểu rằng chúng ta đang nói về chính xác về mô hình. Tất nhiên, các nguyên tử thực phức tạp hơn và chúng ta vẫn chưa biết mọi thứ về chúng. Tuy nhiên hiện đại mô hình lý thuyết cấu trúc điện tử nguyên tử có thể giải thích thành công và thậm chí dự đoán nhiều tính chất nguyên tố hóa học, do đó được sử dụng rộng rãi trong khoa học tự nhiên.
Để bắt đầu, chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn mô hình “hành tinh” do N. Bohr đề xuất (Hình 2-3 c).
Cơm. 2-3 c. Mô hình “hành tinh” của Bohr.
Nhà vật lý người Đan Mạch N. Bohr vào năm 1913 đã đề xuất một mô hình nguyên tử trong đó các hạt electron quay quanh hạt nhân nguyên tử gần giống như cách các hành tinh quay quanh Mặt trời. Bohr cho rằng các electron trong nguyên tử chỉ có thể tồn tại ổn định trong những quỹ đạo cách xa hạt nhân ở những khoảng cách nhất định. Ông gọi những quỹ đạo này là cố định. Ngoài quỹ đạo cố định electron không thể tồn tại Tại sao lại như vậy, lúc đó Bohr không thể giải thích được. Nhưng ông đã chỉ ra rằng một mô hình như vậy cho phép người ta giải thích nhiều sự kiện thực nghiệm (điều này sẽ được thảo luận chi tiết hơn ở đoạn 2.7).
Các quỹ đạo của electron trong mô hình Bohr được ký hiệu bằng các số nguyên 1, 2, 3, ... Số lượng tử chính, bắt đầu từ cái gần lõi nhất. Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ gọi những quỹ đạo như vậy cấp độ. Để mô tả cấu trúc điện tử của nguyên tử hydro, chỉ cần mức độ là đủ. Nhưng hơn thế nữa nguyên tử phức tạp, hóa ra, các cấp độ bao gồm các năng lượng tương tự cấp dưới. Ví dụ: cấp 2 bao gồm hai cấp độ con (2s và 2p). Cấp độ thứ ba bao gồm 3 cấp độ phụ (3s, 3p và 3d), như trong Hình 2. 2-6. Cấp độ thứ tư (không vừa trong hình) bao gồm các cấp độ phụ 4s, 4p, 4d, 4f. Trong đoạn 2.7, chúng tôi sẽ cho bạn biết chính xác những tên cấp độ phụ này đến từ đâu và về đâu thí nghiệm vật lý, điều này cho phép chúng tôi “nhìn thấy” cấp độ điện tử và các cấp dưới trong nguyên tử.
Cơm. 2-6. Mô hình Bohr cho các nguyên tử phức tạp hơn nguyên tử hydro. Bản vẽ không theo tỷ lệ - trên thực tế, các cấp độ phụ cùng cấp gần hơn nhiều người bạn thân thiết hơn cho một người bạn.
Có chính xác số electron trong lớp vỏ electron của bất kỳ nguyên tử nào cũng như số proton trong hạt nhân của nó, do đó nguyên tử nói chung là trung hòa về điện. Các electron trong nguyên tử cư trú ở các cấp độ và cấp độ phụ gần hạt nhân nhất vì trong trường hợp này năng lượng của chúng thấp hơn so với khi chúng cư trú ở các cấp độ xa hơn. Mỗi cấp độ và cấp độ phụ chỉ có thể chứa một số lượng electron nhất định.
Các cấp dưới lần lượt bao gồm năng lượng bằng nhau quỹ đạo(chúng không được hiển thị trong Hình 2-6). Nói một cách hình tượng, nếu so sánh đám mây điện tử của một nguyên tử với một thành phố hoặc đường phố nơi tất cả các điện tử của một nguyên tử nhất định “sống” thì một cấp độ có thể được so sánh với một ngôi nhà, một cấp độ phụ với một căn hộ và một quỹ đạo với một căn hộ. chỗ cho các electron. Tất cả các quỹ đạo của bất kỳ cấp độ con nào đều có cùng năng lượng. Ở cấp độ phụ s chỉ có một “phòng” - quỹ đạo. Cấp con p có 3 quỹ đạo, cấp con d có 5 quỹ đạo và cấp con f có tới 7 quỹ đạo. Một hoặc hai electron có thể “sống” trong mỗi quỹ đạo “phòng”. Việc cấm các electron có nhiều hơn hai trong một quỹ đạo được gọi là lệnh cấm của Pauli- được đặt theo tên của nhà khoa học đã phát hiện ra điều này tính năng quan trọng cấu trúc của nguyên tử. Mỗi electron trong nguyên tử có một “địa chỉ” riêng, được viết dưới dạng một bộ bốn số gọi là “lượng tử”. Số lượng tử sẽ được thảo luận chi tiết ở phần 2.7. Ở đây chúng ta sẽ chỉ đề cập đến số lượng tử chính Số lượng tử chính(xem Hình 2-6), trong “địa chỉ” của electron cho biết số cấp mà electron này tồn tại.
©2015-2019 trang web
Tất cả các quyền thuộc về tác giả của họ. Trang web này không yêu cầu quyền tác giả nhưng cung cấp quyền sử dụng miễn phí.
Ngày tạo trang: 20-08-2016
Từ khi nào phản ứng hóa học hạt nhân của các nguyên tử phản ứng không thay đổi (trừ sự biến đổi phóng xạ) thì tính chất hóa học nguyên tử phụ thuộc vào cấu trúc lớp vỏ electron của chúng. Lý thuyết cấu trúc điện tử của nguyên tửđược xây dựng trên cơ sở bộ máy cơ học lượng tử. Như vậy, cấu trúc của các mức năng lượng nguyên tử có thể thu được trên cơ sở tính toán cơ học lượng tử về xác suất tìm thấy electron trong không gian xung quanh hạt nhân nguyên tử ( cơm. 4,5).
Cơm. 4,5. Sơ đồ phân chia mức năng lượng thành các mức dưới
Cơ sở lý thuyết về cấu trúc điện tử của nguyên tử được rút gọn thành các quy định sau: trạng thái của mỗi electron trong nguyên tử được đặc trưng bởi bốn số lượng tử: số lượng tử chính n = 1, 2, 3,; quỹ đạo (phương vị) l=0,1,2, n–1; từ tính tôi tôi –1,0,1, tôi= –l, từ tính , vào ngày thứ hai - tối đa là 8 (hai = -1/2, 1/2 .
; quay Theo nguyên tắc Pauli tôi , trong cùng một nguyên tử không thể có hai electron có cùng bộ bốn số lượng tử , vào ngày thứ hai - tối đa là 8 (hai n, l, m , tôi; tập hợp các electron có cùng số lượng tử chính n tạo thành các lớp electron hoặc mức năng lượng của nguyên tử, được đánh số từ hạt nhân và ký hiệu là Số lượng tử chính K, L, M, N, O, P, Q , và trong lớp năng lượng có giá trị cho trước 2 không thể nhiều hơn Số lượng tử chính 2n tôi, hình thành các cấp độ con, được chỉ định khi chúng di chuyển ra khỏi lõi như s, p, d, f.
Việc xác định xác suất vị trí của electron trong không gian xung quanh hạt nhân nguyên tử tương ứng với nguyên lý bất định Heisenberg. Theo các khái niệm cơ học lượng tử, một electron trong nguyên tử không có quỹ đạo chuyển động cụ thể và có thể nằm ở bất kỳ phần nào của không gian xung quanh hạt nhân và các vị trí khác nhau của nó được coi là một đám mây điện tử có mật độ điện tích âm nhất định. Vùng không gian xung quanh hạt nhân trong đó có khả năng tìm thấy electron nhất được gọi là quỹ đạo. Nó chứa khoảng 90% đám mây điện tử. Mỗi cấp độ phụ 1s, 2s, 2p vân vân. tương ứng với một số quỹ đạo nhất định có hình dạng nhất định. Ví dụ, 3. Hãy lập công thức điện tử của crom. Crom là số 24 trong bảng tuần hoàn.- Và 2s- quỹ đạo có dạng hình cầu và 2 giây-quỹ đạo ( 2 giây x , 2p y , 2p z-orbitals) được định hướng theo hướng vuông góc lẫn nhau và có hình dạng của một quả tạ ( cơm. 4.6).
Cơm. 4.6. Hình dạng và hướng của quỹ đạo điện tử.
Trong các phản ứng hóa học, hạt nhân nguyên tử không trải qua những thay đổi; chỉ có lớp vỏ điện tử của nguyên tử thay đổi, cấu trúc của nó giải thích nhiều tính chất của các nguyên tố hóa học. Dựa trên lý thuyết về cấu trúc điện tử của nguyên tử, ý nghĩa vật lý sâu sắc của định luật tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Mendeleev được xác lập và lý thuyết về liên kết hóa học ra đời.
Sự biện minh về mặt lý thuyết của hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học bao gồm dữ liệu về cấu trúc của nguyên tử, xác nhận sự tồn tại của mối liên hệ giữa tính tuần hoàn của các thay đổi tính chất của các nguyên tố hóa học và sự lặp lại định kỳ của các loại cấu hình điện tử tương tự của nguyên tử của chúng.
Dưới ánh sáng của học thuyết về cấu trúc của nguyên tử, việc Mendeleev chia tất cả các nguyên tố thành bảy chu kỳ trở nên hợp lý: số chu kỳ tương ứng với số mức năng lượng của các nguyên tử chứa đầy electron. Trong những khoảng thời gian ngắn, khi điện tích dương của hạt nhân nguyên tử tăng lên, số electron trên mỗi cấp độ bên ngoài(từ 1 đến 2 ở thời kỳ thứ nhất, và từ 1 đến 8 ở thời kỳ thứ hai và thứ ba), điều này giải thích sự thay đổi tính chất của các nguyên tố: ở đầu thời kỳ (trừ thời kỳ thứ nhất) có chất kiềm kim loại, sau đó quan sát thấy sự suy yếu dần dần của các tính chất kim loại và sự gia tăng các tính chất phi kim loại. Mô hình này có thể được truy tìm cho các phần tử của chu kỳ thứ hai trong bảng 4.2.
Bảng 4.2.
Trong những chu kỳ lớn, khi điện tích của hạt nhân tăng lên, việc lấp đầy các mức electron sẽ khó khăn hơn, điều này giải thích sự thay đổi tính chất của các nguyên tố phức tạp hơn so với các nguyên tố có chu kỳ nhỏ.
Bản chất giống nhau về tính chất của các nguyên tố hóa học trong các phân nhóm được giải thích bằng cấu trúc tương tự của mức năng lượng bên ngoài, như thể hiện trong bàn 4.3, minh họa trình tự lấp đầy các mức năng lượng bằng electron cho các nhóm con kim loại kiềm.
Bảng 4.3.
Số nhóm thường chỉ ra số lượng electron trong nguyên tử có thể tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học. Đây là ý nghĩa vật lý của số nhóm. Ở bốn vị trí của bảng tuần hoàn, các nguyên tố không được sắp xếp theo thứ tự khối lượng nguyên tử tăng dần: Ar 2n K,có 2n Ni,Te 2n TÔI,Th 2n Pa. Những sai lệch này được coi là thiếu sót của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Học thuyết về cấu trúc nguyên tử đã giải thích những sai lệch này. Thí nghiệm xác định điện tích hạt nhân cho thấy sự sắp xếp của các nguyên tố này tương ứng với sự tăng điện tích của hạt nhân chúng. Ngoài ra, việc xác định bằng thực nghiệm điện tích của hạt nhân nguyên tử giúp xác định số lượng nguyên tố giữa hydro và uranium, cũng như số lượng nguyên tố nhóm Lantan. Bây giờ tất cả các vị trí trong bảng tuần hoàn được điền vào khoảng từ Z=1ĐẾN Z=114, Tuy nhiên bảng tuần hoàn chưa hoàn thành, có thể phát hiện ra các nguyên tố siêu urani mới.