Ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը. Տարրի էլեկտրոնային բանաձևը Տարրերի էլեկտրոնային կառուցվածքի աղյուսակ

ս- ՏարրերԱյն տարրերը, որոնց ատոմներում վերջին էլեկտրոնը մտնում է s-ենթամակարդակ կոչվում են: Նմանապես սահմանված է էջ- տարրեր,դ-տարրեր ևզ- տարրեր.

Յուրաքանչյուր շրջանի սկիզբը համապատասխանում է նոր էլեկտրոնային շերտի բացմանը։ Ժամանակահատվածի թիվը հավասար է բացվող էլեկտրոնային շերտի թվին: Յուրաքանչյուր շրջան, բացառությամբ առաջինի, ավարտվում է այս շրջանի սկզբում բացված շերտի p-ենթամակարդակի լրացմամբ։ Առաջին շրջանը պարունակում է միայն s-տարրեր (երկու): Չորրորդ և հինգերորդ շրջաններում s-տարրերի (երկու) և p-տարրերի (վեց) միջև կան d-տարրեր (տասը): Վեցերորդ և յոթերորդում, զույգ s-տարրերի հետևում կա (խախտելով Կլեչկովսկու կանոնները) մեկ d-տարր, այնուհետև տասնչորս f-տարր (դրանք դրված են սեղանի ներքևի մասում առանձին շարքերում՝ լանթանիդներ և ակտինիդներ) , այնուհետև ինը d-տարր և, ինչպես միշտ, կետերն ավարտվում են վեց p-տարրերով:

Աղյուսակը ուղղահայաց բաժանված է 8 խմբի, յուրաքանչյուր խումբ՝ հիմնական և երկրորդական ենթախմբի։ Հիմնական ենթախմբերը պարունակում են s- և p-տարրեր, իսկ երկրորդականները՝ d-տարրեր։ Հիմնական ենթախումբը հեշտ է որոշել՝ այն պարունակում է 1-3-րդ ժամանակաշրջանների տարրեր: Նրանցից խիստ ներքեւում են հիմնական ենթախմբի մնացած տարրերը։ Կողքի ենթախմբի տարրերը գտնվում են կողքին (ձախ կամ աջ):

Ատոմների վալենտություն

Դասական հայեցակարգում վալենտությունը որոշվում է ատոմների հիմքում կամ գրգռված վիճակում գտնվող չզույգված էլեկտրոնների քանակով։ Հողային վիճակ- ատոմի էլեկտրոնային վիճակը, որում նրա էներգիան նվազագույն է: Հուզված վիճակ- ատոմի էլեկտրոնային վիճակը, որը համապատասխանում է մեկ կամ մի քանի էլեկտրոնի անցմանը ավելի ցածր էներգիա ունեցող ուղեծրից դեպի ավելի բարձր էներգիա ունեցող ազատ ուղեծիր: s- և p-տարրերի համար էլեկտրոնային անցումը հնարավոր է միայն արտաքին էլեկտրոնային շերտի ներսում: d-տարրերի համար անցումներ հնարավոր են նախնական արտաքին շերտի d-ենթամակարդակում և արտաքին շերտի s- և p-ենթամակարդակում: f-տարրերի համար անցումները հնարավոր են (n-2)f-, (n-1)d-, ns- և np-ենթամակարդակներում, որտեղ n-ը արտաքին էլեկտրոնային շերտի թիվն է: Վալենտային էլեկտրոններկոչվում են էլեկտրոններ, որոնք որոշում են ատոմի վալենտականությունը նրա հիմքում կամ գրգռված վիճակում։ Վալենտային էլեկտրոնային շերտ- շերտ, որի վրա գտնվում են վալենտային էլեկտրոնները.

Քվանտային թվերի միջոցով նկարագրի՛ր ծծմբի ատոմի արտաքին շերտի էլեկտրոնները և երկաթի վալենտային էլեկտրոնները (հիմնական վիճակ): Նշեք այդ տարրերի ատոմների հնարավոր վալենտականությունները և օքսիդացման աստիճանները:

1). Ծծմբի ատոմ.

Ծծումբն ունի 16 սերիական համար: Այն գտնվում է երրորդ շրջանի, վեցերորդ խմբի հիմնական ենթախմբում: Հետևաբար, սա p-տարր է, արտաքին էլեկտրոնային շերտը երրորդն է, այն վալենտայինն է։ Այն ունի վեց էլեկտրոն։ Վալենտային շերտի էլեկտրոնային կառուցվածքն ունի ձև

   

Բոլոր էլեկտրոնների համար n=3, քանի որ դրանք գտնվում են երրորդ շերտի վրա։ Դիտարկենք դրանք հերթականությամբ.

 n=3, L=0 (էլեկտրոնը գտնվում է s-օրբիտալում), m l =0 (s-օրբիտալի համար հնարավոր է միայն մագնիսական քվանտային թվի այս արժեքը), m s =+1/2 (պտույտ շուրջը. իր սեփական առանցքը տեղի է ունենում ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ);

 n=3, L=0, m l =0 (այս երեք քվանտային թվերը նույնն են, ինչ առաջին էլեկտրոնի թվերը, քանի որ երկու էլեկտրոններն էլ նույն ուղեծրում են), m s = -1/2 (միայն այստեղ է երևում տարբերությունը, պահանջվում է Պաուլիի սկզբունքով);

 n=3, L=1 (սա p-էլեկտրոն է), m l =+1 (երեք հնարավոր արժեքներից m l = 1, 0 առաջին p-ուղեծրի համար մենք ընտրում ենք առավելագույնը, սա p x ուղեծիր է: ), մ վ = +1/ 2;

 n=3, L=1, m l = +1, m s =-1/2;

 n=3, L=1, m l = 0 (սա p y ուղեծր է), m s = +1/2;

 n=3, L=1, m l = -1 (սա p z ուղեծր է), m s = +1/2:

Դիտարկենք ծծմբի վալենտային և օքսիդացման վիճակները։ Վալենտական ​​շերտի վրա ատոմի հիմնական վիճակում կան երկու էլեկտրոնային զույգ, երկու չզույգված էլեկտրոն և հինգ ազատ ուղեծրեր։ Հետևաբար, այս վիճակում ծծմբի վալենտությունը II է: Ծծումբը ոչ մետաղ է։ Մինչև շերտը լրացնելը նրան պակասում է երկու էլեկտրոն, ուստի ավելի քիչ էլեկտրաբացասական տարրերի ատոմներով միացություններում, ինչպիսիք են մետաղները, այն կարող է ցուցաբերել նվազագույն օքսիդացման աստիճան -2: Էլեկտրոնային զույգերի զուգավորումը հնարավոր է, քանի որ այս շերտի վրա կան ազատ ուղեծրեր։ Հետևաբար, առաջին հուզված վիճակում (S *)

Ավելի էլեկտրաբացասական տարրերի ատոմներով միացություններում, ինչպիսին է թթվածինը, բոլոր վեց վալենտային էլեկտրոնները կարող են տեղաշարժվել ծծմբի ատոմներից, ուստի դրա առավելագույն օքսիդացման աստիճանը +6 է։

2). Երկաթ.

Երկաթի սերիական համարը 26 է։ Այն գտնվում է չորրորդ շրջանում՝ ութերորդ խմբում՝ երկրորդական ենթախումբ։ Սա d-տարր է, չորրորդ շրջանի d-տարրերի շարքից վեցերորդը: Երկաթի վալենտային էլեկտրոնները (ութ) գտնվում են 3d ենթամակարդակում (վեցը, ըստ իրենց դիրքի d տարրերի շարքում) և 4s ենթամակարդակում (երկու).

    

Դիտարկենք դրանք հերթականությամբ.

 n=3, L=2, m l = +2, m s = +1/2;

 n=3, L=2, m l = +2, m s = -1/2;

 n=3, L=2, m l = +1, m s = +1/2;

 n=3, L=2, m l = 0, m s = +1/2;

 n=3, L=2, m l = -1, m s = +1/2;

 n=3, L=2, m l = -2, m s = +1/2;

 n=4, L=0, m l = 0, m s = +1/2;

 n=4, L=0, m l = 0, m s = -1/2:

Վալանս

Արտաքին շերտում չկան չզույգված էլեկտրոններ, ուստի երկաթի (II) նվազագույն վալենտությունը հայտնվում է ատոմի գրգռված վիճակում.

Արտաքին շերտի էլեկտրոններն օգտագործելուց հետո 3d ենթմակարդակի 4 չզույգված էլեկտրոնները կարող են ներգրավվել քիմիական կապերի առաջացման մեջ։ Հետեւաբար, երկաթի առավելագույն վալենտությունը VI է:

Օքսիդացման վիճակ

Երկաթը մետաղ է, ուստի այն բնութագրվում է դրական օքսիդացման վիճակներով՝ +2-ից (ներառված են 4s ենթամակարդակի էլեկտրոններ) մինչև +6 (4s և բոլոր չզույգված 3d էլեկտրոնները ներգրավված են):

Քիմիական նյութերն այն են, ինչից կազմված է մեզ շրջապատող աշխարհը:

Յուրաքանչյուր քիմիական նյութի հատկությունները բաժանվում են երկու տեսակի՝ քիմիական, որը բնութագրում է այլ նյութեր ձևավորելու նրա կարողությունը և ֆիզիկական, որոնք օբյեկտիվորեն դիտարկվում են և կարող են դիտարկվել քիմիական փոխակերպումներից մեկուսացված։ Օրինակ, նյութի ֆիզիկական հատկություններն են նրա ագրեգացման վիճակը (պինդ, հեղուկ կամ գազային), ջերմային հաղորդունակությունը, ջերմային հզորությունը, լուծելիությունը տարբեր միջավայրերում (ջուր, սպիրտ և այլն), խտությունը, գույնը, համը և այլն։

Որոշ քիմիական նյութերի փոխակերպումը այլ նյութերի կոչվում են քիմիական երևույթներ կամ քիմիական ռեակցիաներ։ Հարկ է նշել, որ կան նաև ֆիզիկական երևույթներ, որոնք ակնհայտորեն ուղեկցվում են որևէ նյութի ֆիզիկական հատկությունների փոփոխությամբ՝ առանց դրա այլ նյութերի վերածվելու։ Ֆիզիկական երևույթները, օրինակ, ներառում են սառույցի հալվելը, ջրի սառեցումը կամ գոլորշիացումը և այլն։

Այն փաստը, որ պրոցեսի ընթացքում տեղի է ունենում քիմիական երևույթ, կարելի է եզրակացնել՝ դիտարկելով քիմիական ռեակցիաների բնորոշ նշաններ, ինչպիսիք են գունային փոփոխությունները, նստվածքների առաջացումը, գազի արտազատումը, ջերմության և (կամ) լույսի արտազատումը։

Օրինակ, քիմիական ռեակցիաների առաջացման մասին եզրակացություն կարելի է անել՝ դիտարկելով.

Ջուրը եռացնելու ժամանակ նստվածքի առաջացում, որն առօրյա կյանքում կոչվում է մասշտաբ;

Ջերմության և լույսի արտազատում, երբ կրակը այրվում է.

Օդի մեջ թարմ խնձորի կտրվածքի գույնի փոփոխություն;

Խմորի խմորման ժամանակ գազի պղպջակների առաջացում և այլն։

Նյութի ամենափոքր մասնիկները, որոնք քիմիական ռեակցիաների ընթացքում գործնականում չեն փոխվում, այլ միայն նոր ձևով են կապվում միմյանց հետ, կոչվում են ատոմներ:

Նյութի նման միավորների գոյության գաղափարը ծագել է Հին Հունաստանում հին փիլիսոփաների մտքերում, ինչը իրականում բացատրում է «ատոմ» տերմինի ծագումը, քանի որ «ատոմոսը» հունարենից բառացիորեն թարգմանվել է «անբաժանելի»:

Այնուամենայնիվ, հակառակ հին հույն փիլիսոփաների գաղափարին, ատոմները նյութի բացարձակ նվազագույնը չեն, այսինքն. նրանք իրենք ունեն բարդ կառուցվածք։

Յուրաքանչյուր ատոմ բաղկացած է այսպես կոչված ենթաատոմային մասնիկներից՝ պրոտոններից, նեյտրոններից և էլեկտրոններից, որոնք համապատասխանաբար նշանակվում են p +, n o և e - նշաններով: Օգտագործված նշման վերնագիրը ցույց է տալիս, որ պրոտոնն ունի միավոր դրական լիցք, էլեկտրոնը՝ միավոր բացասական լիցք, իսկ նեյտրոնը լիցք չունի։

Ինչ վերաբերում է ատոմի որակական կառուցվածքին, ապա յուրաքանչյուր ատոմում բոլոր պրոտոնները և նեյտրոնները կենտրոնացած են, այսպես կոչված, միջուկում, որի շուրջ էլեկտրոնները կազմում են էլեկտրոնային թաղանթ։

Պրոտոնն ու նեյտրոնն ունեն գրեթե նույն զանգվածները, այսինքն. m p ≈ m n, իսկ էլեկտրոնի զանգվածը գրեթե 2000 անգամ փոքր է նրանցից յուրաքանչյուրի զանգվածից, այսինքն. m p /m e ≈ m n /m e ≈ 2000 թ.

Քանի որ ատոմի հիմնական հատկությունը նրա էլեկտրական չեզոքությունն է, իսկ մեկ էլեկտրոնի լիցքը հավասար է մեկ պրոտոնի լիցքին, սրանից կարելի է եզրակացնել, որ ցանկացած ատոմում էլեկտրոնների թիվը հավասար է պրոտոնների թվին։

Օրինակ՝ ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս ատոմների հնարավոր կազմը.

Նույն միջուկային լիցքով ատոմների տեսակը, այսինքն. իրենց միջուկներում նույն քանակությամբ պրոտոններով կոչվում է քիմիական տարր: Այսպիսով, վերը նշված աղյուսակից կարող ենք եզրակացնել, որ ատոմ 1-ը և ատոմ 2-ը պատկանում են մեկ քիմիական տարրի, իսկ ատոմ 3-ը և ատոմ4-ը՝ մեկ այլ քիմիական տարրի:

Յուրաքանչյուր քիմիական տարր ունի իր անունն ու անհատական ​​խորհրդանիշը, որը կարդացվում է որոշակի ձևով։ Այսպիսով, օրինակ, ամենապարզ քիմիական տարրը, որի ատոմները միջուկում պարունակում են միայն մեկ պրոտոն, կոչվում է «ջրածին» և նշվում է «H» նշանով, որը կարդացվում է որպես «մոխիր», իսկ քիմիական տարրը՝ +7 միջուկային լիցքը (այսինքն՝ պարունակում է 7 պրոտոն)՝ «ազոտ», ունի «N» նշանը, որը կարդացվում է որպես «en»:

Ինչպես տեսնում եք վերը նշված աղյուսակից, մեկ քիմիական տարրի ատոմները կարող են տարբերվել իրենց միջուկներում նեյտրոնների քանակով:

Ատոմները, որոնք պատկանում են միևնույն քիմիական տարրին, բայց ունեն տարբեր քանակի նեյտրոններ և արդյունքում՝ զանգված, կոչվում են իզոտոպներ։

Օրինակ՝ ջրածին քիմիական տարրն ունի երեք իզոտոպ՝ 1 H, 2 H և 3 H: H խորհրդանիշի վերևում գտնվող 1, 2 և 3 ցուցանիշները նշանակում են նեյտրոնների և պրոտոնների ընդհանուր թիվը: Նրանք. Իմանալով, որ ջրածինը քիմիական տարր է, որը բնութագրվում է նրանով, որ նրա ատոմների միջուկներում կա մեկ պրոտոն, կարող ենք եզրակացնել, որ 1 H իզոտոպում ընդհանրապես նեյտրոններ չկան (1-1 = 0). 2 H իզոտոպը՝ 1 նեյտրոն (2-1=1), իսկ 3 H իզոտոպում՝ երկու նեյտրոն (3-1=2): Քանի որ, ինչպես արդեն նշվեց, նեյտրոնը և պրոտոնը ունեն նույն զանգվածները, և էլեկտրոնի զանգվածը նրանց համեմատ աննշանորեն փոքր է, դա նշանակում է, որ 2 H իզոտոպը գրեթե երկու անգամ ավելի ծանր է, քան 1 H իզոտոպը, իսկ 3-ը. H իզոտոպը նույնիսկ երեք անգամ ավելի ծանր է: Ջրածնի իզոտոպների զանգվածներում այդքան մեծ ցրվածության պատճառով 2 H և 3 H իզոտոպներին նույնիսկ առանձին առանձին անուններ և նշաններ են շնորհվել, ինչը բնորոշ չէ որևէ այլ քիմիական տարրի։ 2H իզոտոպը ստացել է դեյտերիում անվանումը և տրվել է D նշանը, իսկ 3H իզոտոպին տրվել է տրիտիում անունը և տրվել է T նշանը։

Եթե ​​պրոտոնի և նեյտրոնի զանգվածը վերցնենք մեկ, և անտեսենք էլեկտրոնի զանգվածը, իրականում վերին ձախ ինդեքսը, բացի ատոմի պրոտոնների և նեյտրոնների ընդհանուր թվից, կարելի է համարել նրա զանգվածը, և հետևաբար. Այս ինդեքսը կոչվում է զանգվածային թիվ և նշանակվում է A նշանով: Քանի որ ցանկացած պրոտոնի միջուկի լիցքը համապատասխանում է ատոմին, և յուրաքանչյուր պրոտոնի լիցքը պայմանականորեն համարվում է հավասար +1, ապա միջուկում պրոտոնների թիվը կոչվում է լիցքավորման համար (Z): Ատոմում նեյտրոնների թիվը N նշանակելով՝ զանգվածային թվի, լիցքի թվի և նեյտրոնների թվի միջև կապը մաթեմատիկորեն կարող է արտահայտվել հետևյալ կերպ.

Ժամանակակից հասկացությունների համաձայն էլեկտրոնն ունի երկակի (մասնիկ-ալիքային) բնույթ։ Այն ունի և՛ մասնիկի, և՛ ալիքի հատկություններ: Ինչպես մասնիկը, էլեկտրոնն ունի զանգված և լիցք, բայց միևնույն ժամանակ էլեկտրոնների հոսքը, ինչպես ալիքը, բնութագրվում է դիֆրակցիայի ունակությամբ։

Ատոմում էլեկտրոնի վիճակը նկարագրելու համար օգտագործվում են քվանտային մեխանիկայի հասկացությունները, որոնց համաձայն էլեկտրոնը չունի շարժման կոնկրետ հետագիծ և կարող է տեղակայվել տարածության ցանկացած կետում, բայց տարբեր հավանականություններով։

Միջուկի շուրջ տարածության այն հատվածը, որտեղ առավել հավանական է էլեկտրոն գտնելը կոչվում է ատոմային ուղեծր:

Ատոմային ուղեծրը կարող է ունենալ տարբեր ձևեր, չափեր և կողմնորոշումներ: Ատոմային ուղեծիրը կոչվում է նաև էլեկտրոնային ամպ։

Գրաֆիկորեն, մեկ ատոմային ուղեծրը սովորաբար նշվում է որպես քառակուսի բջիջ.

Քվանտային մեխանիկա ունի չափազանց բարդ մաթեմատիկական ապարատ, հետևաբար դպրոցական քիմիայի դասընթացի շրջանակներում դիտարկվում են միայն քվանտային մեխանիկական տեսության հետևանքները։

Ըստ այդ հետևանքների՝ ցանկացած ատոմային ուղեծր և նրանում տեղակայված էլեկտրոնն ամբողջությամբ բնութագրվում են 4 քվանտային թվերով։

• Հիմնական քվանտային թիվը՝ n, որոշում է էլեկտրոնի ընդհանուր էներգիան տվյալ ուղեծրում։ Հիմնական քվանտային թվի արժեքների միջակայքը բոլոր բնական թվերն են, այսինքն. n = 1,2,3,4, 5 և այլն:
• Ուղեծրային քվանտային թիվը - l - բնութագրում է ատոմային ուղեծրի ձևը և կարող է վերցնել ցանկացած ամբողջ արժեք 0-ից մինչև n-1, որտեղ n-ը, հիշեցնենք, հիմնական քվանտային թիվն է:

l = 0 ուղեծրերը կոչվում են ս- ուղեծրեր. s-Օրբիտալները գնդաձև են և տարածության մեջ չունեն ուղղորդվածություն.

l = 1 ուղեծրերը կոչվում են p-օրբիտալներ. Այս ուղեծրերն ունեն եռաչափ ութի ձև, այսինքն. ձև, որը ստացվում է ութ գործիչը սիմետրիայի առանցքի շուրջ պտտելով և արտաքուստ համր է հիշեցնում.

l = 2 ունեցող ուղեծրերը կոչվում են դ-օրբիտալներև l = 3-ով – f-օրբիտալներ. Նրանց կառուցվածքը շատ ավելի բարդ է։

3) Մագնիսական քվանտային թիվը – m l – որոշում է կոնկրետ ատոմային ուղեծրի տարածական կողմնորոշումը և արտահայտում է ուղեծրի անկյունային իմպուլսի պրոյեկցիան մագնիսական դաշտի ուղղությամբ: Մագնիսական քվանտային թիվը m l համապատասխանում է ուղեծրի կողմնորոշմանը արտաքին մագնիսական դաշտի ուժգնության վեկտորի ուղղության նկատմամբ և կարող է վերցնել ցանկացած ամբողջ արժեք –l-ից մինչև +l, ներառյալ 0-ը, այսինքն. հնարավոր արժեքների ընդհանուր թիվը (2լ+1): Այսպիսով, օրինակ, l = 0 մ լ = 0 (մեկ արժեք), l = 1 մ լ = -1, 0, +1 (երեք արժեք), l = 2 մ լ = -2, -1, 0, + 1, +2 (մագնիսական քվանտային թվի հինգ արժեք) և այլն:

Այսպիսով, օրինակ, p-orbitals, i.e. l = 1 ուղեծրային քվանտային թվով ուղեծրերը, որոնք ունեն «ութի եռաչափ գործչի» ձև, համապատասխանում են մագնիսական քվանտային թվի երեք արժեքներին (-1, 0, +1), որն իր հերթին. համապատասխանում են տարածության մեջ միմյանց ուղղահայաց երեք ուղղությունների.

4) Սպինի քվանտային թիվը (կամ պարզապես սպին) - m s - պայմանականորեն կարելի է համարել ատոմում էլեկտրոնի պտտման ուղղության համար, այն կարող է արժեքներ ընդունել։ Տարբեր պտույտներով էլեկտրոնները նշվում են ուղղահայաց սլաքներով, որոնք ուղղված են տարբեր ուղղություններով՝ ↓ և ։

Ատոմի բոլոր ուղեծրերի բազմությունը, որոնք ունեն նույն հիմնական քվանտային թիվը, կոչվում է էներգիայի մակարդակ կամ էլեկտրոնային թաղանթ: Ցանկացած կամայական էներգիայի մակարդակ որոշ n թվով բաղկացած է n 2 ուղեծրից:

Հիմնական քվանտային թվի և ուղեծրային քվանտային թվի նույն արժեքներով ուղեծրերի հավաքածուն ներկայացնում է էներգիայի ենթամակարդակ:

Յուրաքանչյուր էներգիայի մակարդակ, որը համապատասխանում է n հիմնական քվանտային թվին, պարունակում է n ենթամակարդակներ։ Իր հերթին, l ուղեծրային քվանտային թվով յուրաքանչյուր էներգիայի ենթամակարդակ բաղկացած է (2l+1) ուղեծրերից։ Այսպիսով, s ենթամակարդակը բաղկացած է մեկ s ուղեծրից, p ենթամակարդակը բաղկացած է երեք p ուղեծրից, d ենթամակարդակը բաղկացած է հինգ d ուղեծրից, իսկ f ենթամակարդակը բաղկացած է յոթ f ուղեծրից։ Քանի որ, ինչպես արդեն նշվեց, մեկ ատոմային ուղեծրը հաճախ նշվում է մեկ քառակուսի բջիջով, s-, p-, d- և f-ենթամակարդակները գրաֆիկորեն կարող են ներկայացվել հետևյալ կերպ.

Յուրաքանչյուր ուղեծր համապատասխանում է n, l և m l երեք քվանտային թվերի առանձին խստորեն սահմանված բազմությանը:

Էլեկտրոնների բաշխումը ուղեծրերի միջև կոչվում է էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա:

Ատոմային ուղեծրերի էլեկտրոններով լրացումը տեղի է ունենում երեք պայմանի համաձայն.

• Նվազագույն էներգիայի սկզբունքըԷլեկտրոնները լրացնում են ուղեծրերը՝ սկսած էներգիայի ամենացածր ենթամակարդակից: Ենթամակարդակների հաջորդականությունը իրենց էներգիաների մեծացման կարգով հետևյալն է՝ 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;

Էլեկտրոնային ենթամակարդակների լրացման այս հաջորդականությունը հիշելը հեշտացնելու համար շատ հարմար է հետևյալ գրաֆիկական նկարազարդումը.

• Պաուլիի սկզբունքըՅուրաքանչյուր ուղեծր կարող է պարունակել ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն:

Եթե ​​ուղեծրում մեկ էլեկտրոն կա, ապա այն կոչվում է չզույգված, իսկ եթե երկուսը, ապա դրանք կոչվում են էլեկտրոնային զույգ։

• Հունդի կանոնԱտոմի ամենակայուն վիճակն այն վիճակն է, երբ մեկ ենթամակարդակի սահմաններում ատոմն ունի չզույգված էլեկտրոնների առավելագույն հնարավոր քանակը: Ատոմի այս ամենակայուն վիճակը կոչվում է հիմնական վիճակ։

Փաստորեն, վերը նշվածը նշանակում է, որ, օրինակ, 1-ին, 2-րդ, 3-րդ և 4-րդ էլեկտրոնների տեղադրումը p-ենթամակարդակի երեք ուղեծրերում կիրականացվի հետևյալ կերպ.

Ատոմային ուղեծրերի լիցքավորումը ջրածնից, որն ունի 1 լիցքաթիվ, կրիպտոն (Kr)՝ 36 լիցքավորմամբ, կկատարվի հետևյալ կերպ.

Ատոմային ուղեծրերի լրացման կարգի նման ներկայացումը կոչվում է էներգետիկ դիագրամ։ Առանձին տարրերի էլեկտրոնային դիագրամների հիման վրա հնարավոր է գրել դրանց այսպես կոչված էլեկտրոնային բանաձեւերը (կոնֆիգուրացիաները): Այսպիսով, օրինակ, 15 պրոտոն ունեցող տարր և, որպես հետևանք, 15 էլեկտրոն, այսինքն. ֆոսֆորը (P) կունենա հետևյալ էներգետիկ դիագրամը.

Երբ փոխարկվում է էլեկտրոնային բանաձևի, ֆոսֆորի ատոմը կունենա հետևյալ ձևը.

15 P = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

Ենթամակարդակի խորհրդանիշի ձախ կողմում գտնվող նորմալ չափի համարները ցույց են տալիս էներգիայի մակարդակի թիվը, իսկ ենթամակարդակի խորհրդանիշից աջ կողմում գտնվող վերնագրերը՝ համապատասխան ենթամակարդակի էլեկտրոնների թիվը:

Ստորև բերված են պարբերական աղյուսակի առաջին 36 տարրերի էլեկտրոնային բանաձևերը D.I. Մենդելեևը.

Ինչպես արդեն նշվեց, իրենց հիմնական վիճակում ատոմային ուղեծրերում էլեկտրոնները տեղակայված են նվազագույն էներգիայի սկզբունքով։ Սակայն ատոմի հիմնական վիճակում գտնվող դատարկ p-օրբիտալների առկայության դեպքում, հաճախ, նրան ավելորդ էներգիա հաղորդելով, ատոմը կարող է փոխանցվել այսպես կոչված գրգռված վիճակի։ Օրինակ, բորի ատոմն իր հիմնական վիճակում ունի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա և էներգիայի դիագրամ հետևյալ ձևի.

Եվ հուզված վիճակում (*), այսինքն. Երբ որոշ էներգիա փոխանցվում է բորի ատոմին, նրա էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան և էներգիայի դիագրամը կունենան հետևյալ տեսքը.

Կախված նրանից, թե ատոմում որ ենթամակարդակն է լրացվում վերջինը, քիմիական տարրերը բաժանվում են s, p, d կամ f:

Աղյուսակում գտնելով s, p, d և f տարրերը Դ.Ի. Մենդելեև.

• S-տարրերն ունեն վերջին s-ենթամակարդակը, որը պետք է լրացվի: Այս տարրերը ներառում են I և II խմբերի հիմնական (աղյուսակի բջիջի ձախ կողմում) ենթախմբերի տարրերը:
• p-տարրերի համար լրացվում է p-ենթամակարդակը: p-տարրերը ներառում են յուրաքանչյուր շրջանի վերջին վեց տարրերը, բացառությամբ առաջին և յոթերորդ, ինչպես նաև III-VIII խմբերի հիմնական ենթախմբերի տարրեր։
• d-տարրերը գտնվում են s- և p-տարրերի միջև մեծ ժամանակահատվածներում:
• f-տարրերը կոչվում են լանթանիդներ և ակտինիդներ: Դրանք թվարկված են D.I. աղյուսակի ներքևում: Մենդելեևը.

Քանի որ քիմիական ռեակցիաների ժամանակ արձագանքող ատոմների միջուկները մնում են անփոփոխ (բացառությամբ ռադիոակտիվ փոխակերպումների), ատոմների քիմիական հատկությունները կախված են դրանց էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքից։ Տեսություն ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքըկառուցված քվանտային մեխանիկայի ապարատի հիման վրա։ Այսպիսով, ատոմային էներգիայի մակարդակների կառուցվածքը կարելի է ձեռք բերել ատոմային միջուկի շուրջ տարածության մեջ էլեկտրոններ գտնելու հավանականությունների քվանտային մեխանիկական հաշվարկների հիման վրա ( բրինձ. 4.5).

Բրինձ. 4.5. Էներգիայի մակարդակները ենթամակարդակների բաժանելու սխեմա

Ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքի տեսության հիմունքները հանգեցվում են հետևյալ դրույթներին. Ատոմում յուրաքանչյուր էլեկտրոնի վիճակը բնութագրվում է չորս քվանտային թվերով. հիմնական քվանտային թիվը. n = 1, 2, 3,; ուղեծրային (ազիմուտալ) l=0,1,2, n–1; մագնիսական մ լ = –l, –1,0,1,  լ; պտտել մ ս = -1/2, 1/2 .

Համաձայն Պաուլիի սկզբունքը, նույն ատոմում չի կարող լինել երկու էլեկտրոն, որոնք ունեն չորս քվանտային թվերի նույն բազմությունը n, l, m լ , մ ս; Նույն հիմնական քվանտային թվերով էլեկտրոնների հավաքածուները ձևավորում են էլեկտրոնային շերտեր կամ ատոմի էներգիայի մակարդակներ, որոնք համարակալված են միջուկից և նշվում են որպես K, L, M, N, O, P, Q, և էներգիայի շերտում՝ տրված արժեքով nկարող է լինել ոչ ավելի, քան 2n 2 էլեկտրոններ։ Նույն քվանտային թվերով էլեկտրոնների հավաքածուներ nԵվ լ, ձևավորել ենթամակարդակներ, որոնք նշանակվում են, երբ դրանք հեռանում են միջուկից որպես s, p, d, f.

Ատոմային միջուկի շուրջ տարածության մեջ էլեկտրոնի դիրքի հավանականական որոշումը համապատասխանում է Հայզենբերգի անորոշության սկզբունքին։ Ըստ քվանտային մեխանիկական հասկացությունների՝ ատոմում էլեկտրոնը չունի շարժման հատուկ հետագիծ և կարող է տեղակայվել միջուկի շուրջ տարածության ցանկացած մասում, և նրա տարբեր դիրքերը համարվում են որպես էլեկտրոնային ամպ՝ որոշակի բացասական լիցքի խտությամբ: Միջուկի շուրջ տարածությունը, որում ամենայն հավանականությամբ էլեկտրոն կգտնվի, կոչվում է ուղեծրային. Այն պարունակում է էլեկտրոնային ամպի մոտ 90%-ը։ Յուրաքանչյուր ենթամակարդակ 1s, 2s, 2pև այլն: համապատասխանում է որոշակի ձևի ուղեծրերի որոշակի քանակի։ Օրինակ, 1 վ- Եվ 2s-ուղեծրերը գնդաձև են և 2p- ուղեծրեր ( 2p x , 2 p y , 2 p զ- ուղեծրեր) ուղղված են փոխադարձ ուղղահայաց ուղղություններով և ունեն համրի ձև ( բրինձ. 4.6).

Բրինձ. 4.6. Էլեկտրոնային ուղեծրերի ձևը և կողմնորոշումը:

Քիմիական ռեակցիաների ժամանակ ատոմային միջուկը չի ենթարկվում փոփոխությունների, փոխվում են միայն ատոմների էլեկտրոնային թաղանթները, որոնց կառուցվածքը բացատրում է քիմիական տարրերի շատ հատկություններ։ Ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքի տեսության հիման վրա ստեղծվել է Մենդելեևի քիմիական տարրերի պարբերական օրենքի խորը ֆիզիկական իմաստը և ստեղծվել է քիմիական կապի տեսությունը։

Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգի տեսական հիմնավորումը ներառում է տվյալներ ատոմի կառուցվածքի վերաբերյալ, որոնք հաստատում են կապի առկայությունը քիմիական տարրերի հատկությունների փոփոխությունների պարբերականության և դրանց ատոմների էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաների նմանատիպ տեսակների պարբերական կրկնության միջև:

Ատոմի կառուցվածքի վարդապետության լույսի ներքո Մենդելեևի կողմից բոլոր տարրերի բաժանումը յոթ ժամանակաշրջանների արդարացված է դառնում. ժամանակահատվածի թիվը համապատասխանում է էլեկտրոններով լցված ատոմների էներգիայի մակարդակների քանակին: Փոքր ժամանակաշրջաններում, ատոմային միջուկների դրական լիցքի ավելացման հետ մեկտեղ, արտաքին մակարդակում էլեկտրոնների թիվը մեծանում է (առաջին շրջանում 1-ից 2, իսկ երկրորդ և երրորդ ժամանակաշրջաններում 1-ից 8), ինչը բացատրում է. Տարրերի հատկությունների փոփոխություն. ժամանակաշրջանի սկզբում (բացառությամբ առաջինի) առկա է ալկալի մետաղ, այնուհետև նկատվում է մետաղական հատկությունների աստիճանական թուլացում և ոչ մետաղական հատկությունների ուժեղացում։ Այս օրինակին կարելի է հետևել երկրորդ շրջանի տարրերի համար աղյուսակ 4.2.

Աղյուսակ 4.2.

Մեծ ժամանակաշրջաններում, քանի որ միջուկների լիցքը մեծանում է, մակարդակները էլեկտրոններով լցնելն ավելի դժվար է, ինչը բացատրում է տարրերի հատկությունների ավելի բարդ փոփոխությունը փոքր ժամանակաշրջանների տարրերի համեմատ:

Ենթախմբերում քիմիական տարրերի հատկությունների նույնական բնույթը բացատրվում է արտաքին էներգիայի մակարդակի նման կառուցվածքով, ինչպես ցույց է տրված. սեղան 4.3, որը ցույց է տալիս էներգիայի մակարդակները էլեկտրոններով լցնելու հաջորդականությունը ալկալային մետաղների ենթախմբերի համար։

Աղյուսակ 4.3.

Խմբի համարը սովորաբար ցույց է տալիս ատոմի էլեկտրոնների թիվը, որոնք կարող են մասնակցել քիմիական կապերի ձևավորմանը։ Սա խմբի համարի ֆիզիկական նշանակությունն է: Պարբերական աղյուսակի չորս տեղերում տարրերը դասավորված չեն ատոմային զանգվածի մեծացման հերթականությամբ. ԱրԵվ Կ,ԸնկԵվ Նի,ՏեԵվ Ի,ԹԵվ Պա. Այս շեղումները համարվում էին քիմիական տարրերի պարբերական աղյուսակի թերություններ։ Ատոմի կառուցվածքի ուսմունքը բացատրեց այս շեղումները։ Միջուկային լիցքերի փորձարարական որոշումը ցույց է տվել, որ այդ տարրերի դասավորությունը համապատասխանում է նրանց միջուկների լիցքերի ավելացմանը։ Բացի այդ, ատոմային միջուկների լիցքերի փորձարարական որոշումը հնարավորություն է տվել որոշել ջրածնի և ուրանի միջև եղած տարրերի քանակը, ինչպես նաև լանտանիդների քանակը։ Այժմ պարբերական աղյուսակի բոլոր տեղերը լրացվում են սկսած միջակայքում Z=1նախքան Z=114, սակայն, պարբերական համակարգը ամբողջական չէ, հնարավոր է նոր տրանսուրանի տարրերի հայտնաբերում։

Էլեկտրոններ

Ատոմ հասկացությունն առաջացել է հին աշխարհում՝ նյութի մասնիկները նշանակելու համար: Հունարենից թարգմանված ատոմ նշանակում է «անբաժանելի»։

Իռլանդացի ֆիզիկոս Սթոունին, հիմնվելով փորձերի վրա, եկել է այն եզրակացության, որ էլեկտրականությունը կրում են բոլոր քիմիական տարրերի ատոմներում գոյություն ունեցող ամենափոքր մասնիկները։ 1891 թվականին Սթոունին առաջարկեց այդ մասնիկները անվանել էլեկտրոններ, ինչը հունարեն նշանակում է «սաթ»: Էլեկտրոնի անվանումը ստանալուց մի քանի տարի անց անգլիացի ֆիզիկոս Ջոզեֆ Թոմսոնը և ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ժան Պերին ապացուցեցին, որ էլեկտրոնները կրում են բացասական լիցք։ Սա ամենափոքր բացասական լիցքն է, որը քիմիայում ընդունվում է որպես մեկ (-1): Թոմսոնին նույնիսկ հաջողվել է որոշել էլեկտրոնի արագությունը (ուղիղում գտնվող էլեկտրոնի արագությունը հակադարձ համեմատական ​​է n ուղեծրի թվին։ Ուղեծրերի շառավիղները մեծանում են ուղեծրի թվի քառակուսու համեմատ։ Ուղեծրի առաջին ուղեծրում։ ջրածնի ատոմ (n=1; Z=1) արագությունը ≈ 2,2·106 մ/վ է, այսինքն՝ մոտ հարյուր անգամ փոքր է լույսի արագությունից c = 3·108 մ/վրկ) և էլեկտրոնի զանգվածից։ (այն գրեթե 2000 անգամ փոքր է ջրածնի ատոմի զանգվածից)։

Էլեկտրոնների վիճակը ատոմում

Ատոմում էլեկտրոնի վիճակը հասկացվում է այսպես որոշակի էլեկտրոնի էներգիայի և այն տարածության մասին տեղեկատվության մի շարք, որտեղ այն գտնվում է. Ատոմում էլեկտրոնը շարժման հետագիծ չունի, այսինքն՝ կարելի է միայն խոսել միջուկի շուրջ տարածության մեջ այն գտնելու հավանականությունը.

Այն կարող է տեղակայվել միջուկը շրջապատող այս տարածության ցանկացած հատվածում, և նրա տարբեր դիրքերի ամբողջությունը դիտարկվում է որպես էլեկտրոնային ամպ՝ որոշակի բացասական լիցքի խտությամբ։ Պատկերավոր կերպով սա կարելի է պատկերացնել այսպես. եթե հնարավոր լիներ լուսանկարել էլեկտրոնի դիրքը ատոմում հարյուրերորդական կամ միլիոներորդական վայրկյանից հետո, ինչպես լուսանկարչական ավարտում, ապա այդպիսի լուսանկարներում էլեկտրոնը կներկայացվեր որպես կետեր: Եթե ​​նման անթիվ լուսանկարներ տեղադրվեին, ապա պատկերը կլիներ ամենամեծ խտությամբ էլեկտրոնային ամպը, որտեղ այդ կետերից շատերը կլինեն:

Ատոմային միջուկի շուրջ տարածությունը, որտեղ առավել հավանական է էլեկտրոն գտնելը, կոչվում է ուղեծր: Այն պարունակում է մոտավորապես 90% էլեկտրոնային ամպ, և դա նշանակում է, որ ժամանակի մոտ 90%-ում էլեկտրոնը գտնվում է տարածության այս հատվածում։ Նրանք տարբերվում են ձևով Ներկայումս հայտնի ուղեծրերի 4 տեսակներ, որոնք նշանակված են լատիներենով s, p, d և f տառերը. Էլեկտրոնային օրբիտալների որոշ ձևերի գրաֆիկական պատկերը ներկայացված է նկարում:

Որոշակի ուղեծրում էլեկտրոնի շարժման ամենակարևոր բնութագիրը միջուկի հետ իր կապի էներգիան. Նմանատիպ էներգիայի արժեքներով էլեկտրոնները կազմում են մեկ էլեկտրոնային շերտ կամ էներգիայի մակարդակ: Էներգիայի մակարդակները համարակալվում են միջուկից սկսած՝ 1, 2, 3, 4, 5, 6 և 7։

n ամբողջ թիվը, որը ցույց է տալիս էներգիայի մակարդակի թիվը, կոչվում է հիմնական քվանտային թիվ։ Այն բնութագրում է տվյալ էներգիայի մակարդակը զբաղեցնող էլեկտրոնների էներգիան։ Միջուկին ամենամոտ էներգիայի առաջին մակարդակի էլեկտրոններն ունեն ամենացածր էներգիան։Համեմատած առաջին մակարդակի էլեկտրոնների հետ, հաջորդ մակարդակների էլեկտրոնները կբնութագրվեն էներգիայի մեծ մատակարարմամբ: Հետևաբար, արտաքին մակարդակի էլեկտրոնները ամենաքիչ սերտորեն կապված են ատոմային միջուկի հետ։

Էներգետիկ մակարդակում էլեկտրոնների ամենամեծ թիվը որոշվում է բանաձևով.

N = 2n 2,

որտեղ N-ը էլեկտրոնների առավելագույն թիվն է. n-ը մակարդակի թիվն է կամ հիմնական քվանտային թիվը: Հետևաբար, միջուկին ամենամոտ էներգիայի առաջին մակարդակում կարող է լինել ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն. երկրորդում `ոչ ավելի, քան 8; երրորդում `ոչ ավելի, քան 18; չորրորդին `ոչ ավելի, քան 32:

Երկրորդ էներգիայի մակարդակից սկսած (n = 2) մակարդակներից յուրաքանչյուրը բաժանվում է ենթամակարդակների (ենթաշերտերի), որոնք մի փոքր տարբերվում են միմյանցից միջուկի հետ կապող էներգիայով։ Ենթամակարդակների թիվը հավասար է հիմնական քվանտային թվի արժեքին. առաջին էներգիայի մակարդակն ունի մեկ ենթամակարդակ. երկրորդը `երկու; երրորդ - երեք; չորրորդ - չորս ենթամակարդակ. Ենթամակարդակներն իրենց հերթին ձևավորվում են ուղեծրերով։ Յուրաքանչյուր արժեքn-ը համապատասխանում է n-ի հավասար ուղեծրերի թվին:

Ենթամակարդակները սովորաբար նշվում են լատինական տառերով, ինչպես նաև ուղեծրերի ձևով, որոնցից կազմված են՝ s, p, d, f։

Պրոտոններ և նեյտրոններ

Ցանկացած քիմիական տարրի ատոմը համեմատելի է փոքր արեգակնային համակարգի հետ: Ուստի Է.Ռադերֆորդի կողմից առաջարկված ատոմի այս մոդելը կոչվում է մոլորակային.

Ատոմային միջուկը, որի մեջ կենտրոնացած է ատոմի ամբողջ զանգվածը, բաղկացած է երկու տեսակի մասնիկներից. պրոտոններ և նեյտրոններ.

Պրոտոններն ունեն լիցք, որը հավասար է էլեկտրոնների լիցքին, բայց հակառակ նշանով (+1), և զանգվածը հավասար է ջրածնի ատոմի զանգվածին (քիմիայում այն ​​ընդունվում է որպես մեկ)։ Նեյտրոնները լիցք չեն կրում, դրանք չեզոք են և ունեն պրոտոնի զանգվածին հավասար զանգված։

Պրոտոններն ու նեյտրոնները միասին կոչվում են նուկլոններ (լատիներեն միջուկից՝ միջուկ)։ Ատոմում պրոտոնների և նեյտրոնների քանակի գումարը կոչվում է զանգվածային թիվ. Օրինակ՝ ալյումինի ատոմի զանգվածային թիվը հետևյալն է.

13 + 14 = 27

պրոտոնների թիվը՝ 13, նեյտրոնների թիվը՝ 14, զանգվածը՝ 27

Քանի որ էլեկտրոնի զանգվածը, որը աննշան փոքր է, կարելի է անտեսել, ակնհայտ է, որ ատոմի ողջ զանգվածը կենտրոնացած է միջուկում։ Էլեկտրոնները նշանակված են e - .

Քանի որ ատոմ էլեկտրականորեն չեզոք, ապա ակնհայտ է նաև, որ ատոմում պրոտոնների և էլեկտրոնների թիվը նույնն է։ Այն հավասար է Պարբերական աղյուսակում իրեն հատկացված քիմիական տարրի հերթական համարին: Ատոմի զանգվածը բաղկացած է պրոտոնների և նեյտրոնների զանգվածից։ Իմանալով (Z) տարրի ատոմային թիվը, այսինքն՝ պրոտոնների թիվը և զանգվածային թիվը (A), որը հավասար է պրոտոնների և նեյտրոնների թվերի գումարին, կարող եք գտնել նեյտրոնների թիվը (N)՝ օգտագործելով բանաձևը։ :

N = A - Z

Օրինակ, երկաթի ատոմում նեյտրոնների թիվը հետևյալն է.

56 — 26 = 30

Իզոտոպներ

Կոչվում են միևնույն տարրի ատոմների այն տեսակները, որոնք ունեն նույն միջուկային լիցքը, բայց տարբեր զանգվածային թվեր իզոտոպներ. Բնության մեջ հայտնաբերված քիմիական տարրերը իզոտոպների խառնուրդ են: Այսպիսով, ածխածինը ունի երեք իզոտոպ՝ 12, 13, 14 զանգվածներով; թթվածին - երեք իզոտոպներ 16, 17, 18 և այլն զանգվածներով: Քիմիական տարրի հարաբերական ատոմային զանգվածը սովորաբար տրված է Պարբերական աղյուսակում տվյալ տարրի իզոտոպների բնական խառնուրդի ատոմային զանգվածների միջին արժեքն է՝ հաշվի առնելով. նրանց հարաբերական առատությունը բնության մեջ: Քիմիական տարրերի մեծ մասի իզոտոպների քիմիական հատկությունները լրիվ նույնն են։ Այնուամենայնիվ, ջրածնի իզոտոպների հատկությունները մեծապես տարբերվում են դրանց հարաբերական ատոմային զանգվածի կտրուկ բազմակի աճի պատճառով. նրանց նույնիսկ տրվում են անհատական ​​անուններ և քիմիական նշաններ:

Առաջին շրջանի տարրեր

Ջրածնի ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքի դիագրամ.

Ատոմների էլեկտրոնային կառուցվածքի դիագրամները ցույց են տալիս էլեկտրոնների բաշխվածությունը էլեկտրոնային շերտերով (էներգիայի մակարդակները):

Ջրածնի ատոմի գրաֆիկական էլեկտրոնային բանաձևը (ցույց է տալիս էլեկտրոնների բաշխումն ըստ էներգիայի մակարդակների և ենթամակարդակների).

Ատոմների գրաֆիկական էլեկտրոնային բանաձևերը ցույց են տալիս էլեկտրոնների բաշխումը ոչ միայն մակարդակների և ենթամակարդակների միջև, այլ նաև ուղեծրերի միջև։

Հելիումի ատոմում առաջին էլեկտրոնային շերտը ամբողջական է՝ ունի 2 էլեկտրոն։ Ջրածինը և հելիումը s-տարրեր են; Այս ատոմների s-օրբիտալը լցված է էլեկտրոններով։

Երկրորդ շրջանի բոլոր տարրերի համար առաջին էլեկտրոնային շերտը լցված է, և էլեկտրոնները լրացնում են երկրորդ էլեկտրոնային շերտի s- և p- ուղեծրերը՝ համաձայն նվազագույն էներգիայի սկզբունքի (նախ s և ապա p) և Պաուլիի և Հունդի կանոնների համաձայն։

Նեոնի ատոմում երկրորդ էլեկտրոնային շերտը ամբողջական է՝ ունի 8 էլեկտրոն։

Երրորդ շրջանի տարրերի ատոմների համար լրացվում են առաջին և երկրորդ էլեկտրոնային շերտերը, ուստի լրացվում է երրորդ էլեկտրոնային շերտը, որում էլեկտրոնները կարող են զբաղեցնել 3s-, 3p- և 3d-ենթամակարդակները:

Մագնեզիումի ատոմը լրացնում է իր 3s էլեկտրոնային ուղեծրը։ Na-ն ու Mg-ը s-տարրեր են:

Ալյումինի և հետագա տարրերի մեջ 3p ենթամակարդակը լցված է էլեկտրոններով:

Երրորդ շրջանի տարրերն ունեն չլրացված 3d ուղեծրեր։

Al-ից Ar-ի բոլոր տարրերը p-տարրեր են: s- և p-տարրերը կազմում են Պարբերական աղյուսակի հիմնական ենթախմբերը:

Չորրորդ-յոթերորդ շրջանների տարրեր

Չորրորդ էլեկտրոնային շերտը հայտնվում է կալիումի և կալցիումի ատոմներում, և 4s ենթամակարդակը լցված է, քանի որ այն ավելի ցածր էներգիա ունի, քան 3d ենթամակարդակը։

K, Ca - հիմնական ենթախմբերում ընդգրկված s-տարրեր. Sc-ից Zn ատոմների համար 3d ենթամակարդակը լցված է էլեկտրոններով: Սրանք 3d տարրեր են: Դրանք ներառված են երկրորդական ենթախմբերում, դրանց ամենաարտաքին էլեկտրոնային շերտը լցված է և դասակարգվում են որպես անցումային տարրեր։

Ուշադրություն դարձրեք քրոմի և պղնձի ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքին։ Դրանցում մեկ էլեկտրոն «ձախողվում է» 4-ից մինչև 3d ենթամակարդակ, ինչը բացատրվում է ստացված էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաների ավելի մեծ էներգիայի կայունությամբ 3d 5 և 3d 10.

Ցինկի ատոմում երրորդ էլեկտրոնային շերտն ավարտված է. նրա մեջ լցված են բոլոր ենթամակարդակները՝ 3s, 3p և 3d՝ ընդհանուր 18 էլեկտրոններով։ Ցինկին հաջորդող տարրերում չորրորդ էլեկտրոնային շերտը՝ 4p ենթամակարդակը, շարունակում է լցվել։

Ga-ից Kr-ի տարրերը p-տարրեր են:

Կրիպտոնի ատոմն ունի արտաքին շերտ (չորրորդ), որն ամբողջական է և ունի 8 էլեկտրոն։ Բայց չորրորդ էլեկտրոնային շերտում կարող է լինել ընդհանուր 32 էլեկտրոն; Կրիպտոնի ատոմը դեռևս ունի չլրացված 4d և 4f ենթամակարդակներ։Հինգերորդ շրջանի տարրերի համար ենթամակարդակները լրացվում են հետևյալ հաջորդականությամբ՝ 5s - 4d - 5p։ Եվ կան նաև բացառություններ՝ կապված « ձախողում» էլեկտրոններ, y 41 Nb, 42 Mo, 44 ​​Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.

Վեցերորդ և յոթերորդ շրջաններում հայտնվում են f-տարրեր, այսինքն՝ տարրեր, որոնցում լրացվում են համապատասխանաբար երրորդ արտաքին էլեկտրոնային շերտի 4f- և 5f-ենթամակարդակները:

4f տարրերը կոչվում են լանտանիդներ:

5f տարրերը կոչվում են ակտինիդներ:

Վեցերորդ շրջանի տարրերի ատոմներում էլեկտրոնային ենթամակարդակների լրացման կարգը՝ 55 Cs և 56 Ba - 6s տարրեր; 57 La … 6s 2 5d x - 5d տարր; 58 Ce - 71 Lu - 4f տարրեր; 72 Hf - 80 Hg - 5d տարրեր; 81 T1 - 86 Rn - 6d տարրեր. Բայց այստեղ էլ կան տարրեր, որոնցում «խախտվում է» էլեկտրոնային ուղեծրերի լրացման կարգը, ինչը, օրինակ, կապված է կիսով չափ և լրիվ լցված f-ենթածավալների ավելի մեծ էներգիայի կայունության հետ, այսինքն՝ nf 7 և nf 14: Կախված նրանից, թե ատոմի որ ենթամակարդակը վերջինն է լցված էլեկտրոններով, բոլոր տարրերը բաժանվում են չորս էլեկտրոնային ընտանիքների կամ բլոկների.

• s-տարրեր. Ատոմի արտաքին մակարդակի s-ենթամակարդակը լցված է էլեկտրոններով. s-տարրերը ներառում են ջրածին, հելիում և I և II խմբերի հիմնական ենթախմբերի տարրեր:

• p-տարրեր. Ատոմի արտաքին մակարդակի p-ենթամակարդակը լցված է էլեկտրոններով. p-տարրերը ներառում են III-VIII խմբերի հիմնական ենթախմբերի տարրեր:

• d-տարրեր. Ատոմի նախնական արտաքին մակարդակի d-ենթամակարդակը լցված է էլեկտրոններով. d-տարրերը ներառում են I-VIII խմբերի երկրորդական ենթախմբերի տարրեր, այսինքն՝ s- և p-տարրերի միջև տեղակայված խոշոր ժամանակաշրջանների մի քանի տասնամյակների տարրեր: Դրանք նաև կոչվում են անցումային տարրեր։

• f-տարրեր. Ատոմի երրորդ արտաքին մակարդակի f-ենթամակարդակը լցված է էլեկտրոններով. դրանք ներառում են լանտանիդներ և հականոիդներ:

Շվեյցարացի ֆիզիկոս Վ. Պաուլին 1925 թվականին հաստատեց, որ մեկ ուղեծրի ատոմում չի կարող լինել ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն, որոնք ունեն հակադիր (հակ զուգահեռ) սպիններ (անգլերենից թարգմանաբար՝ «spindle»), այսինքն՝ ունենալով այնպիսի հատկություններ, որոնք պայմանականորեն կարելի է պատկերացնել։ ինչպես էլեկտրոնի պտույտը իր երևակայական առանցքի շուրջ՝ ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ կամ հակառակ ուղղությամբ:

Այս սկզբունքը կոչվում է Պաուլիի սկզբունքը. Եթե ​​ուղեծրում կա մեկ էլեկտրոն, ապա այն կոչվում է չզույգված, եթե դրանք երկուսն են, ապա դրանք զույգ էլեկտրոններ են, այսինքն՝ հակառակ սպիններով էլեկտրոններ։ Նկարում ներկայացված է էներգիայի մակարդակների ենթամակարդակների բաժանման դիագրամը և դրանց լրացման կարգը:

Շատ հաճախ ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը պատկերված է էներգիայի կամ քվանտային բջիջների միջոցով. գրվում են այսպես կոչված գրաֆիկական էլեկտրոնային բանաձևեր: Այս նշագրման համար օգտագործվում է հետևյալ նշումը. յուրաքանչյուր քվանտային բջիջ նշանակվում է մեկ բջիջով, որը համապատասխանում է մեկ ուղեծրի. Յուրաքանչյուր էլեկտրոն նշվում է սպինի ուղղությանը համապատասխանող սլաքով: Գրաֆիկական էլեկտրոնային բանաձև գրելիս պետք է հիշել երկու կանոն. Պաուլիի սկզբունքը և Ֆ.Հունդի կանոնը, ըստ որի էլեկտրոնները առաջինը մեկ առ մեկ գրավում են ազատ բջիջները և ունեն սպինի նույն արժեքը, և միայն դրանից հետո զույգվում են, բայց սպինները, ըստ Պաուլիի սկզբունքի, արդեն հակառակ ուղղորդված կլինեն։

Հունդի կանոնը և Պաուլիի սկզբունքը

Հունդի կանոն- քվանտային քիմիայի կանոն, որը որոշում է որոշակի ենթաշերտի ուղեծրերի լրացման կարգը և ձևակերպված է հետևյալ կերպ. տվյալ ենթաշերտի էլեկտրոնների սպինային քվանտային քանակի ընդհանուր արժեքը պետք է լինի առավելագույնը. Ձևակերպվել է Ֆրիդրիխ Հունդի կողմից 1925 թ.

Սա նշանակում է, որ ենթաշերտի ուղեծրերից յուրաքանչյուրում առաջինը լցվում է մեկ էլեկտրոն, և միայն չլցված օրբիտալները սպառվելուց հետո այս ուղեծրին ավելանում է երկրորդ էլեկտրոն։ Այս դեպքում մեկ ուղեծրում կա երկու էլեկտրոն՝ հակառակ նշանի կես ամբողջ թվով սպիններով, որոնք զույգվում են (կազմում են երկէլեկտրոնային ամպ) և արդյունքում ուղեծրի ընդհանուր սպինը հավասարվում է զրոյի։

Մեկ այլ ձևակերպումԷներգիայի մեջ ավելի ցածր է ատոմային տերմինը, որի համար երկու պայման է բավարարված:

1. Բազմակիությունը առավելագույնն է
2. Երբ բազմապատկությունները համընկնում են, ուղեծրի ընդհանուր իմպուլսը L առավելագույնն է։

Եկեք վերլուծենք այս կանոնը՝ օգտագործելով p-ենթամակարդակի ուղեծրերի լրացման օրինակը էջ-երկրորդ շրջանի տարրեր (այսինքն՝ բորից մինչև նեոն (ներքևի գծապատկերում հորիզոնական գծերը ցույց են տալիս ուղեծրերը, ուղղահայաց սլաքները ցույց են տալիս էլեկտրոնները, իսկ սլաքի ուղղությունը ցույց է տալիս սպինի կողմնորոշումը):

Կլեչկովսկու իշխանությունը

Կլեչկովսկու կանոնը.Ատոմներում էլեկտրոնների ընդհանուր քանակի աճով (նրանց միջուկների լիցքերի կամ քիմիական տարրերի սերիական թվերի ավելացմամբ), ատոմային ուղեծրերը բնակեցված են այնպես, որ ավելի մեծ էներգիա ունեցող ուղեծրում էլեկտրոնների հայտնվելը կախված է. միայն n հիմնական քվանտային թվից և կախված չէ մնացած բոլոր քվանտային թվերից, այդ թվում՝ l-ից։ Ֆիզիկապես սա նշանակում է, որ ջրածնի նման ատոմում (միջէլեկտրոնային վանման բացակայության դեպքում) էլեկտրոնի ուղեծրային էներգիան որոշվում է միայն միջուկից էլեկտրոնային լիցքի խտության տարածական հեռավորությամբ և կախված չէ դրա բնութագրերից։ շարժում միջուկի դաշտում.

Կլեչկովսկու էմպիրիկ կանոնը և դրանից բխող դասակարգման սխեման որոշակիորեն հակասում են ատոմային ուղեծրերի իրական էներգիայի հաջորդականությանը միայն երկու նմանատիպ դեպքերում՝ Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au ատոմների համար։ , տեղի է ունենում էլեկտրոնի «խափանում» s-ով, արտաքին շերտի ենթամակարդակը փոխարինվում է նախորդ շերտի d-ենթամակարդակով, ինչը հանգեցնում է ատոմի էներգետիկորեն ավելի կայուն վիճակի, այն է՝ ուղեծրը 6-ը երկուով լցնելուց հետո։ էլեկտրոններ ս

Ատոմը նյութի ամենափոքր մասնիկն է, որը բաղկացած է միջուկից և էլեկտրոններից։ Ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը որոշվում է Դ.Ի. Մենդելեևի Քիմիական տարրերի պարբերական աղյուսակում տարրի դիրքով:

Ատոմի էլեկտրոն և էլեկտրոնային թաղանթ

Ատոմը, որն ընդհանուր առմամբ չեզոք է, բաղկացած է դրական լիցքավորված միջուկից և բացասական լիցքավորված էլեկտրոնային թաղանթից (էլեկտրոնային ամպ), ընդ որում դրական և բացասական լիցքերի ընդհանուր արժեքը հավասար է բացարձակ արժեքի։ Հարաբերական ատոմային զանգվածը հաշվարկելիս հաշվի չի առնվում էլեկտրոնների զանգվածը, քանի որ այն աննշան է և 1840 անգամ պակաս պրոտոնի կամ նեյտրոնի զանգվածից։

Բրինձ. 1. Ատոմ.

Էլեկտրոնը լիովին եզակի մասնիկ է, որն ունի երկակի բնույթ՝ ունի և՛ ալիքի, և՛ մասնիկի հատկություններ: Նրանք անընդհատ շարժվում են միջուկի շուրջ:

Միջուկի շուրջ տարածությունը, որտեղ էլեկտրոն գտնելու հավանականությունը մեծ է, կոչվում է էլեկտրոնային ուղեծր կամ էլեկտրոնային ամպ։ Այս տարածությունն ունի որոշակի ձև, որը նշանակվում է s-, p-, d- և f- տառերով: S-էլեկտրոնային ուղեծիրն ունի գնդաձև ձև, p-ուղեծրը ունի համրի կամ եռաչափ ութի ձև, d- և f- ուղեծրերի ձևերը շատ ավելի բարդ են:

Բրինձ. 2. Էլեկտրոնային ուղեծրերի ձևեր.

Միջուկի շուրջ էլեկտրոնները դասավորված են էլեկտրոնային շերտերով։ Յուրաքանչյուր շերտը բնութագրվում է միջուկից իր հեռավորությամբ և էներգիայով, այդ իսկ պատճառով էլեկտրոնային շերտերը հաճախ կոչվում են էլեկտրոնային էներգիայի մակարդակներ: Որքան մոտ է մակարդակը միջուկին, այնքան ցածր է նրա մեջ էլեկտրոնների էներգիան։ Մի տարրը մյուսից տարբերվում է ատոմի միջուկի պրոտոնների քանակով և, համապատասխանաբար, էլեկտրոնների քանակով։ Հետևաբար, չեզոք ատոմի էլեկտրոնային թաղանթում էլեկտրոնների թիվը հավասար է այս ատոմի միջուկում պարունակվող պրոտոնների թվին։ Յուրաքանչյուր հաջորդ տարր ունի ևս մեկ պրոտոն իր միջուկում և ևս մեկ էլեկտրոն իր էլեկտրոնային թաղանթում:

Նոր մուտք գործող էլեկտրոնը զբաղեցնում է ամենացածր էներգիայով ուղեծիրը։ Այնուամենայնիվ, մեկ մակարդակի վրա էլեկտրոնների առավելագույն քանակը որոշվում է բանաձևով.

որտեղ N-ը էլեկտրոնների առավելագույն թիվն է, իսկ n-ը էներգիայի մակարդակի թիվն է:

Առաջին մակարդակը կարող է ունենալ միայն 2 էլեկտրոն, երկրորդը կարող է ունենալ 8 էլեկտրոն, երրորդը կարող է ունենալ 18 էլեկտրոն, իսկ չորրորդ մակարդակը կարող է ունենալ 32 էլեկտրոն: Ատոմի արտաքին մակարդակը չի կարող պարունակել ավելի քան 8 էլեկտրոն. հենց որ էլեկտրոնների թիվը հասնում է 8-ի, հաջորդ մակարդակը՝ միջուկից ավելի հեռու, սկսում է լցվել։

Ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը

Յուրաքանչյուր տարր կանգնած է որոշակի ժամանակահատվածում: Ժամանակահատվածը տարրերի հորիզոնական հավաքածու է, որոնք դասավորված են իրենց ատոմների միջուկների լիցքի ավելացման կարգով, որը սկսվում է ալկալային մետաղից և ավարտվում իներտ գազով։ Աղյուսակի առաջին երեք շրջանները փոքր են, իսկ հաջորդը՝ սկսած չորրորդ շրջանից, մեծ են՝ բաղկացած երկու շարքից։ Այն ժամանակաշրջանի թիվը, որում գտնվում է տարրը, ունի ֆիզիկական նշանակություն: Դա նշանակում է, թե քանի էլեկտրոնային էներգիայի մակարդակ կա տվյալ ժամանակաշրջանի ցանկացած տարրի ատոմում: Այսպիսով, քլոր Cl տարրը գտնվում է 3-րդ շրջանում, այսինքն՝ նրա էլեկտրոնային թաղանթն ունի երեք էլեկտրոնային շերտ։ Քլորը աղյուսակի VII խմբում է, իսկ հիմնական ենթախմբում։ Հիմնական ենթախումբը յուրաքանչյուր խմբի ներսում գտնվող սյունակն է, որը սկսվում է 1-ին կամ 2-րդ շրջանից:

Այսպիսով, քլորի ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների վիճակը հետևյալն է՝ քլորի տարրի ատոմային թիվը 17 է, ինչը նշանակում է, որ ատոմը միջուկում ունի 17 պրոտոն, իսկ էլեկտրոնային թաղանթում՝ 17 էլեկտրոն։ 1-ին մակարդակում կարող է լինել միայն 2 էլեկտրոն, 3-րդ մակարդակում՝ 7 էլեկտրոն, քանի որ քլորը VII խմբի հիմնական ենթախմբում է: Այնուհետև 2-րդ մակարդակում կան՝ 17-2-7 = 8 էլեկտրոն: