اتم- کوچکترین ذره یک ماده که از نظر شیمیایی غیر قابل تقسیم است. در قرن بیستم، ساختار پیچیده اتم روشن شد. اتم ها از بار مثبت تشکیل شده اند هسته هاو پوسته ای که توسط الکترون های با بار منفی تشکیل شده است. بار کل یک اتم آزاد صفر است، زیرا بارهای هسته و پوسته الکترونییکدیگر را متعادل کنند در این حالت، بار هسته برابر با تعداد عنصر جدول تناوبی است ( عدد اتمی) و برابر است با تعداد کل الکترونها (بار الکترون 1- است).

هسته اتم از بار مثبت تشکیل شده است پروتون هاو ذرات خنثی - نوترون هاکه شارژ ندارند ویژگی های تعمیم یافته ذرات بنیادی در ترکیب یک اتم را می توان در قالب یک جدول ارائه کرد:

تعداد پروتون ها برابر با بار هسته است، بنابراین برابر با عدد اتمی است. برای یافتن تعداد نوترون های یک اتم، باید بار هسته ای (تعداد پروتون ها) را از جرم اتمی (مجموع جرم پروتون ها و نوترون ها) کم کرد.

به عنوان مثال، در اتم سدیم 23 Na، تعداد پروتون ها p = 11، و تعداد نوترون ها n = 23 − 11 = 12 است.

تعداد نوترون ها در اتم های یک عنصر می تواند متفاوت باشد. چنین اتمی نامیده می شود ایزوتوپ ها .

لایه الکترونی اتم نیز ساختار پیچیده ای دارد. الکترون ها در سطوح انرژی (لایه های الکترونیکی) قرار دارند.

عدد سطح انرژی الکترون را مشخص می کند. این به دلیل این واقعیت است که ذرات بنیادی می توانند انرژی را نه در مقادیر کم خودسرانه، بلکه در بخش های خاصی - کوانتومی - منتقل و دریافت کنند. هر چه تراز بالاتر باشد، الکترون انرژی بیشتری دارد. از آنجایی که هر چه انرژی سیستم کمتر باشد، پایدارتر است (پایداری کم یک سنگ در بالای یک کوه که دارای انرژی پتانسیل زیادی است و موقعیت پایدار همان سنگ در دشت زیر، زمانی که انرژی بسیار کمتر است)، سطوح با انرژی الکترونی کم ابتدا پر می شوند و تنها پس از آن - بالا.

حداکثر تعداد الکترون هایی که یک تراز می تواند نگه دارد را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:
N \u003d 2n 2، که در آن N حداکثر تعداد الکترون ها در سطح است،
n - شماره سطح.

سپس برای سطح اول N = 2 1 2 = 2،

برای دومین N = 2 2 2 = 8 و غیره.

تعداد الکترون ها در سطح بیرونی برای عناصر زیرگروه اصلی (A) برابر با عدد گروه است.

در اکثر جداول تناوبی مدرن، آرایش الکترون ها بر اساس سطوح در سلول با عنصر نشان داده شده است. خیلی مهمدرک کنید که سطوح خوانده می شوند به سمت بالا، که با انرژی آنها مطابقت دارد. بنابراین، یک ستون از اعداد در یک سلول با سدیم:
1
8
2

در سطح 1 - 2 الکترون،

در سطح 2 - 8 الکترون،

در سطح 3 - 1 الکترون
مراقب باشید، یک اشتباه بسیار رایج!

توزیع الکترون ها در سطوح را می توان به صورت نمودار نشان داد:
11 نه)))
2 8 1

اگر جدول تناوبی توزیع الکترون ها را بر اساس سطوح نشان نمی دهد، می توانید از طریق زیر راهنمایی کنید:

• حداکثر تعداد الکترون: در سطح 1، حداکثر 2 e -
  در 2 - 8 e -
  در سطح خارجی - 8 e - ;
• تعداد الکترون ها در سطح بیرونی (برای 20 عنصر اول، همان عدد گروه است)

سپس برای سدیم سیر استدلال به شرح زیر خواهد بود:

1. تعداد کل الکترون ها 11 است، بنابراین، سطح اول پر شده و حاوی 2 e - ;
2. سومین سطح بیرونی شامل 1 e - (گروه I) است.
3. سطح دوم شامل الکترون های باقی مانده است: 11 − (2 + 1) = 8 (کاملاً پر)

* برای تمایز واضح‌تر بین یک اتم آزاد و یک اتم در یک ترکیب، تعدادی از نویسندگان استفاده از اصطلاح "اتم" را فقط برای اشاره به یک اتم آزاد (خنثی) و برای اشاره به همه اتم‌ها، از جمله اتم‌های موجود در ترکیبات پیشنهاد می‌کنند. آنها اصطلاح "ذرات اتمی" را پیشنهاد می کنند. زمان نشان خواهد داد که سرنوشت این اصطلاحات چگونه رقم خواهد خورد. از دیدگاه ما، اتم، بنا به تعریف، یک ذره است، بنابراین، عبارت «ذرات اتمی» را می توان به عنوان یک توتولوژی («روغن کره») در نظر گرفت.

2. وظیفه محاسبه مقدار ماده یکی از محصولات واکنش، در صورتی که جرم ماده شروع کننده مشخص باشد.
مثال:

در اثر برهمکنش روی با اسید کلریدریک به وزن 146 گرم چه مقدار ماده هیدروژنی آزاد می شود؟

راه حل:

1. معادله واکنش را می نویسیم: Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2
2. جرم مولی اسید هیدروکلریک را پیدا کنید: M (HCl) \u003d 1 + 35.5 \u003d 36.5 (g / mol)
   (ما در جدول تناوبی زیر علامت عنصر جرم مولی هر عنصر را که از نظر عددی برابر با جرم اتمی نسبی است نگاه می کنیم و آن را تا اعداد صحیح گرد می کنیم به جز کلر که 5/35 در نظر گرفته می شود)
3. مقدار ماده اسید کلریدریک را پیدا کنید: n (HCl) \u003d m / M \u003d 146 g / 36.5 g / mol \u003d 4 mol
4. ما داده های موجود را در بالای معادله واکنش می نویسیم و در زیر معادله - تعداد مول ها مطابق معادله (برابر ضریب مقابل ماده):
   4 مول x مول
   Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2
   2 مول 1 مول
5. نسبت می دهیم:
   4 مول - ایکسخال
   2 مول - 1 مول
   (یا با توضیح:
   از 4 مول اسید کلریدریک دریافت می کنید ایکسمول هیدروژن
   و از 2 مول - 1 مول)
6. ما پیدا می کنیم ایکس:
   ایکس= 4 مول 1 مول / 2 مول = 2 مول

پاسخ: 2 مول.

سخنرانی: ساختار لایه‌های الکترونی اتم‌های عناصر چهار دوره اول: عناصر s، p و d

ساختار اتم

قرن بیستم زمان اختراع "مدل ساختار اتم" است. بر اساس ساختار ارائه شده، می توان این فرضیه را ایجاد کرد: در اطراف هسته ای که از نظر حجم و اندازه به اندازه کافی کوچک است، الکترون ها حرکاتی مشابه حرکت سیارات به دور خورشید انجام می دهند. مطالعه بعدی اتم نشان داد که خود اتم و ساختار آن بسیار پیچیده‌تر از آنچه قبلاً ثابت شده بود است. و در حال حاضر، با فرصت های عظیم در زمینه علمی، اتم به طور کامل کشف نشده است. اجزایی مانند اتم و مولکول ها از اجسام ریز جهان در نظر گرفته می شوند. بنابراین شخص به تنهایی قادر به در نظر گرفتن این قسمت ها نیست. در این دنیا قوانین و قوانین کاملاً متفاوتی وضع شده است که با جهان کلان متفاوت است. بر این اساس، مطالعه اتم بر روی مدل آن انجام می شود.

به هر اتمی یک شماره سریال اختصاص داده شده است که در جدول تناوبی مندلیف D.I ثابت شده است. به عنوان مثال، شماره سریال اتم فسفر (P) 15 است.

بنابراین یک اتم از آن تشکیل شده است پروتون ها (پ + ) , نوترون ها (n 0 ) و الکترون ها (ه - ). پروتون ها و نوترون ها هسته یک اتم را تشکیل می دهند، بار مثبت دارد. و الکترون هایی که در اطراف هسته حرکت می کنند، پوسته الکترونی اتم را که بار منفی دارد، "ساخت" می کنند.

چند الکترون در یک اتم وجود دارد؟دانستن آن آسان است. کافی است به عدد ترتیبی عنصر در جدول نگاه کنید.

بنابراین، تعداد الکترون های موجود در فسفر است 15 . تعداد الکترون های موجود در پوسته یک اتم کاملاً برابر با تعداد پروتون های موجود در هسته است. بنابراین پروتون های موجود در هسته اتم فسفر 15 .

جرم پروتون ها و نوترون هایی که جرم هسته اتم را تشکیل می دهند یکسان است. و الکترون ها 2000 برابر کوچکتر هستند. این بدان معنی است که کل جرم اتم در هسته متمرکز شده است، جرم الکترون ها نادیده گرفته می شود. همچنین می توانیم جرم هسته اتم را از جدول دریابیم. به تصویر فسفر در جدول نگاه کنید. در زیر نام 30، 974 را می بینیم - این جرم هسته فسفر، جرم اتمی آن است. هنگام نوشتن، این رقم را گرد می کنیم. با توجه به موارد فوق، ساختار اتم فسفر را به صورت زیر می نویسیم:

(در پایین سمت چپ آنها بار هسته را نوشتند - 15، در بالا سمت چپ مقدار گرد جرم اتم - 31).

هسته اتم فسفر:

(در پایین سمت چپ بار را می نویسیم: پروتون ها باری برابر با 1+ دارند و نوترون ها باردار نیستند، یعنی بار 0 دارند؛ در بالا سمت چپ، جرم یک پروتون و یک نوترون برابر با 1 است. یک واحد متعارف جرم یک اتم؛ بار هسته یک اتم برابر است با تعداد پروتون های هسته، که به معنی p = 15 است، و تعداد نوترون ها باید محاسبه شود: بار را از جرم اتم کم کنید، یعنی. 31 - 15 = 16).

لایه الکترونی اتم فسفر است 15 الکترون های با بار منفی که پروتون های با بار مثبت را متعادل می کنند. بنابراین، اتم یک ذره خنثی الکتریکی است.

سطوح انرژی

عکس. 1

در مرحله بعد، ما باید به طور مفصل تجزیه و تحلیل کنیم که چگونه الکترون ها در یک اتم توزیع می شوند. حرکت آنها بی نظم نیست، بلکه تابع نظم خاصی است. برخی از الکترون های موجود با نیروی کافی بزرگ به سمت هسته جذب می شوند، در حالی که برخی دیگر، برعکس، ضعیف جذب می شوند. علت اصلی چنین رفتاری از الکترون ها در درجات مختلف دوری الکترون ها از هسته پنهان است. به این معنا که الکترونی که به هسته نزدیک‌تر است، با آن ارتباط بیشتری برقرار می‌کند. این الکترون ها به سادگی نمی توانند از پوسته الکترونی جدا شوند. هر چه الکترون از هسته دورتر باشد، "کشیدن" آن از پوسته آسان تر است. همچنین انرژی الکترون با دور شدن از هسته اتم افزایش می یابد. انرژی الکترون توسط عدد کوانتومی اصلی n تعیین می شود که برابر با هر عدد طبیعی (1،2،3،4...) است. الکترون‌هایی که همان مقدار n را دارند، یک لایه الکترونی را تشکیل می‌دهند، گویی الکترون‌هایی را که در فاصله‌ای دور حرکت می‌کنند، حصار می‌کشند. شکل 1 لایه های الکترونی موجود در پوسته الکترونی در مرکز هسته اتم را نشان می دهد.

می توانید متوجه شوید که چگونه حجم لایه با دور شدن از هسته افزایش می یابد. بنابراین، هر چه لایه از هسته دورتر باشد، الکترون های بیشتری در آن وجود دارد.

لایه الکترونی حاوی الکترون هایی است که از نظر انرژی مشابه هستند. به همین دلیل، چنین لایه هایی اغلب به عنوان سطوح انرژی شناخته می شوند. یک اتم می تواند چند سطح داشته باشد؟تعداد سطوح انرژی برابر است با تعداد دوره در جدول تناوبی D.I. که عنصر در آن قرار دارد. برای مثال فسفر (P) در دوره سوم قرار دارد، بنابراین اتم فسفر دارای سه سطح انرژی است.

برنج. 2

چگونه می توان حداکثر تعداد الکترون های واقع در یک لایه الکترونی را فهمید؟ برای این ما از فرمول استفاده می کنیم Nmax = 2n 2 ، جایی که n عدد سطح است.

دریافتیم که سطح اول فقط 2 الکترون دارد، دومی - 8، سومی - 18، چهارمی - 32.

هر سطح انرژی شامل سطوح فرعی است. نامه های آنها عبارتند از: s-، p-، d-و f-. به انجیر نگاه کنید 2:

سطوح انرژی با رنگ های مختلف و سطوح فرعی با نوارهایی با ضخامت های مختلف مشخص می شوند.

باریک ترین سطح فرعی با حرف s نشان داده می شود. 1s زیرسطح s سطح اول است، 2s زیرسطح s سطح دوم و غیره است.

سطح فرعی p در سطح انرژی دوم، زیرسطح d در سطح سوم و زیرسطح f در سطح چهارم ظاهر شد.

آنچه دیدید را به خاطر بسپارید: سطح انرژی اول شامل یک زیرسطح s، دومی دو زیرسطح s و p، سومین سه زیرسطح s، p و d، و سطح چهارم چهار زیرسطح s، p،، d و f است. .

در فقط 2 الکترون می توانند در زیرسطح s، حداکثر 6 الکترون در زیرسطح p، 10 الکترون در زیرسطح d و حداکثر 14 الکترون در زیرسطح f باشند.

اوربیتال های الکترونیکی

ناحیه (مکانی) که الکترون می تواند در آن قرار گیرد ابر الکترونی یا اوربیتال نامیده می شود. به خاطر داشته باشید که ما در مورد منطقه احتمالی که الکترون در آن قرار دارد صحبت می کنیم، زیرا سرعت حرکت آن صدها هزار بار بیشتر از سرعت سوزن یک چرخ خیاطی است. از نظر گرافیکی، این ناحیه به صورت یک سلول نمایش داده می شود:

یک سلول می تواند حاوی دو الکترون باشد. با قضاوت در شکل 2، می‌توان نتیجه گرفت که زیرسطح s، که شامل بیش از دو الکترون نمی‌شود، تنها می‌تواند حاوی یک اوربیتال s باشد که با یک سلول نشان داده می‌شود. زیرلایه p دارای سه اوربیتال p (3 شکاف)، زیر لایه d دارای پنج اوربیتال d (5 شکاف) و زیرلایه f دارای هفت اوربیتال f (7 شیار) است.

شکل اوربیتال بستگی دارد عدد کوانتومی مداری (l - el) اتم سطح انرژی اتمی از س- مداری که دارد ل= 0. اوربیتال ارائه شده دارای شکل کروی است. در سطوح بعد س- اوربیتال ها تشکیل می شوند پ- اوربیتال ها با ل = 1. پاوربیتال ها به شکل دمبل هستند. فقط سه اوربیتال با این شکل وجود دارد. هر اوربیتال ممکن حاوی بیش از 2 الکترون نیست. بعد ساختارهای پیچیده تر هستند. د-اوربیتال ها ( ل= 2) و بعد از آنها f-اوربیتال ها ( ل = 3).

برنج. 3 شکل اوربیتال ها

الکترون ها در اوربیتال ها به صورت فلش نشان داده می شوند. اگر اوربیتال ها هر کدام یک الکترون داشته باشند، یک جهته هستند - فلش رو به بالا:

اگر دو الکترون در اوربیتال وجود داشته باشد، آنها دو جهت دارند: یک فلش به سمت بالا و یک فلش پایین، یعنی. الکترون ها در جهت مخالف هستند:

این ساختار الکترون ها ظرفیت نامیده می شود.

سه شرط برای پر کردن اوربیتال های اتمی با الکترون وجود دارد:

1 شرط: اصل حداقل مقدار انرژی. پر شدن اوربیتال ها از سطح فرعی با حداقل انرژی شروع می شود. طبق این اصل، سطوح فرعی به ترتیب زیر پر می شوند: در یک سطح فرعی از یک سطح بالاتر جایی بگیرید، اگرچه سطح فرعی یک سطح پایین پر نشده باشد. برای مثال، پیکربندی ظرفیت یک اتم فسفر به شکل زیر است:

برنج. چهار

2 شرط: اصل پائولی یک اوربیتال شامل 2 الکترون (جفت الکترون) و نه بیشتر است. اما محتوای تنها یک الکترون نیز امکان پذیر است. به آن جفت نشده می گویند.

3 شرط: قانون هوندهر اوربیتال یک سطح فرعی ابتدا با یک الکترون پر می شود، سپس الکترون دوم به آنها اضافه می شود. در زندگی، وضعیت مشابهی را دیده‌ایم که مسافران اتوبوس ناآشنا ابتدا تمام صندلی‌های آزاد را یکی یکی اشغال می‌کنند و سپس دو صندلی می‌گیرند.

پیکربندی الکترونیکی یک اتم در حالت زمین و برانگیخته

انرژی یک اتم در حالت پایه آن کمترین مقدار است. اگر اتم ها از خارج شروع به دریافت انرژی کنند، مثلاً وقتی یک ماده گرم می شود، از حالت پایه به حالت برانگیخته می گذرد. این انتقال در حضور اوربیتال های آزاد که الکترون ها می توانند به سمت آنها حرکت کنند امکان پذیر است. اما این موقتی است، انرژی می دهد، اتم برانگیخته به حالت اولیه خود باز می گردد.

بیایید دانش خود را با یک مثال تثبیت کنیم. پیکربندی الکترونیکی را در نظر بگیرید، یعنی. غلظت الکترون ها در اوربیتال های اتم فسفر در زمین (حالت تحریک نشده). اجازه دهید دوباره به شکل. 4. بنابراین، به یاد داشته باشید که اتم فسفر دارای سه سطح انرژی است که با نیم قوس نشان داده می شوند: +15)))

بیایید 15 الکترون موجود را در این سه سطح انرژی توزیع کنیم:

چنین فرمول هایی را پیکربندی الکترونیکی می نامند. همچنین الکترونیکی - گرافیکی وجود دارد، آنها قرار دادن الکترون ها در داخل سطوح انرژی را نشان می دهند. پیکربندی الکترونیکی گرافیکی فسفر به این صورت است: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 (در اینجا اعداد بزرگ تعداد سطوح انرژی، حروف سطوح فرعی و اعداد کوچک تعداد الکترون های سطح فرعی هستند، اگر آنها را جمع کنید عدد 15 به دست می آید).

در حالت برانگیخته اتم فسفر 1، الکترون از اوربیتال 3s به اوربیتال 3d حرکت می کند و پیکربندی به این صورت است: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d 1 .

الکترون ها

مفهوم اتم در دنیای باستان برای نشان دادن ذرات ماده به وجود آمد. در زبان یونانی، اتم به معنای "تقسیم ناپذیر" است.

فیزیکدان ایرلندی، استونی، بر اساس آزمایشات، به این نتیجه رسید که الکتریسیته توسط کوچکترین ذرات موجود در اتم های همه عناصر شیمیایی حمل می شود. در سال 1891، استونی پیشنهاد داد که این ذرات را الکترون بنامند که در یونانی به معنای "کهربا" است. چند سال پس از نامگذاری الکترون، فیزیکدان انگلیسی جوزف تامسون و فیزیکدان فرانسوی ژان پرین ثابت کردند که الکترون ها دارای بار منفی هستند. این کوچکترین بار منفی است که در شیمی به عنوان واحد (-1) در نظر گرفته می شود. تامسون حتی توانست سرعت الکترون را تعیین کند (سرعت یک الکترون در مدار با عدد مدار n نسبت معکوس دارد. شعاع مدارها متناسب با مجذور عدد مدار رشد می کنند. در مدار اول هیدروژن. اتم (n=1؛ Z=1)، سرعت ≈ 2.2 106 m/c است، یعنی حدود صد برابر کمتر از سرعت نور c=3 108 m/s.) و جرم یک الکترون ( تقریباً 2000 برابر کمتر از جرم یک اتم هیدروژن است).

وضعیت الکترون ها در یک اتم

حالت الکترون در اتم است مجموعه ای از اطلاعات در مورد انرژی یک الکترون خاص و فضایی که در آن قرار دارد. یک الکترون در یک اتم مسیر حرکتی ندارد، یعنی فقط می توان از آن صحبت کرد. احتمال یافتن آن در فضای اطراف هسته.

این می تواند در هر قسمت از این فضای اطراف هسته قرار گیرد و مجموع موقعیت های مختلف آن به عنوان یک ابر الکترونی با چگالی بار منفی معین در نظر گرفته می شود. به صورت تصویری، می‌توان چنین تصور کرد: اگر می‌توان از موقعیت یک الکترون در یک اتم در صدم یا میلیونم ثانیه عکس گرفت، آن‌گاه الکترون در چنین عکس‌هایی به عنوان نقطه نشان داده می‌شد. پوشاندن تعداد بیشماری از این عکس ها منجر به تصویری از یک ابر الکترونی با بالاترین چگالی می شود که در آن بیشتر این نقاط وجود خواهد داشت.

فضای اطراف هسته اتم که احتمال یافتن الکترون در آن بیشتر است، اوربیتال نامیده می شود. تقریبا شامل 90 درصد e-cloudو این بدان معناست که در حدود 90 درصد مواقع الکترون در این قسمت از فضا است. از نظر شکل متمایز می شود 4 نوع اوربیتال در حال حاضر شناخته شده استکه با لاتین نشان داده می شوند حروف s، p، d و f. نمایش گرافیکی برخی از اشکال اوربیتال های الکترونیکی در شکل نشان داده شده است.

مهمترین ویژگی حرکت الکترون در یک مدار مشخص است انرژی اتصال آن با هسته. الکترون هایی با مقادیر انرژی مشابه یک لایه الکترونی یا سطح انرژی را تشکیل می دهند. سطوح انرژی با شروع از هسته شماره گذاری می شوند - 1، 2، 3، 4، 5، 6 و 7.

یک عدد صحیح n که نشان دهنده تعداد سطح انرژی است، عدد کوانتومی اصلی نامیده می شود. این انرژی الکترون هایی را که سطح انرژی معینی را اشغال می کنند، مشخص می کند. الکترون های اولین سطح انرژی، نزدیک ترین به هسته، کمترین انرژی را دارند.در مقایسه با الکترون های سطح اول، الکترون های سطوح بعدی با مقدار زیادی انرژی مشخص می شوند. در نتیجه، الکترون های سطح بیرونی کمترین شدت را به هسته اتم متصل می کنند.

بیشترین تعداد الکترون در سطح انرژی با فرمول تعیین می شود:

N = 2n2،

که در آن N حداکثر تعداد الکترون است. n عدد سطح یا عدد کوانتومی اصلی است. در نتیجه، اولین سطح انرژی نزدیک به هسته نمی تواند بیش از دو الکترون داشته باشد. در دوم - نه بیشتر از 8؛ در سوم - نه بیشتر از 18؛ در چهارم - نه بیشتر از 32.

با شروع از سطح انرژی دوم (n = 2)، هر یک از سطوح به سطوح فرعی (زیر لایه ها) تقسیم می شوند که تا حدودی با یکدیگر در انرژی اتصال با هسته متفاوت هستند. تعداد سطوح فرعی برابر با مقدار عدد کوانتومی اصلی است: اولین سطح انرژی دارای یک سطح فرعی است. دوم - دو؛ سوم - سه؛ چهارم - چهار زیرسطح. سطوح فرعی نیز به نوبه خود توسط اوربیتال ها تشکیل می شوند. هر مقدارn مربوط به تعداد اوربیتال ها برابر با n است.

مرسوم است که سطوح فرعی را با حروف لاتین و همچنین شکل مدارهایی که از آنها تشکیل شده است تعیین کنید: s، p، d، f.

پروتون ها و نوترون ها

اتم هر عنصر شیمیایی با یک منظومه شمسی کوچک قابل مقایسه است. بنابراین، چنین مدلی از اتم، که توسط E. Rutherford ارائه شده است، نامیده می شود سیاره ای.

هسته اتم که کل جرم اتم در آن متمرکز است از دو نوع ذرات تشکیل شده است - پروتون ها و نوترون ها.

پروتون ها دارای باری برابر با بار الکترون ها، اما مخالف علامت (1+) و جرمی برابر با جرم اتم هیدروژن هستند (در شیمی به عنوان یک واحد پذیرفته شده است). نوترون ها باری ندارند، آنها خنثی هستند و جرمی برابر با جرم یک پروتون دارند.

پروتون ها و نوترون ها در مجموع نوکلئون نامیده می شوند (از هسته لاتین - هسته). به مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های یک اتم عدد جرمی می گویند. به عنوان مثال، عدد جرمی یک اتم آلومینیوم:

13 + 14 = 27

تعداد پروتون 13، تعداد نوترون 14، جرم عدد 27

از آنجایی که جرم الکترون که ناچیز است را می توان نادیده گرفت، بدیهی است که کل جرم اتم در هسته متمرکز شده است. الکترون ها نشان دهنده e - هستند.

چون اتم خنثی الکتریکی، همچنین بدیهی است که تعداد پروتون ها و الکترون های یک اتم یکسان است. برابر است با شماره سریال عنصر شیمیایی که در سیستم تناوبی به آن اختصاص داده شده است. جرم یک اتم از جرم پروتون و نوترون تشکیل شده است. با دانستن شماره سریال عنصر (Z)، یعنی تعداد پروتون‌ها و عدد جرمی (A) برابر با مجموع تعداد پروتون‌ها و نوترون‌ها، می‌توانید تعداد نوترون‌ها (N) را با استفاده از فرمول:

N=A-Z

به عنوان مثال، تعداد نوترون های یک اتم آهن برابر است با:

56 — 26 = 30

ایزوتوپ ها

انواع اتم های یک عنصر که دارای بار هسته ای یکسان اما اعداد جرمی متفاوت هستند نامیده می شوند ایزوتوپ ها. عناصر شیمیایی موجود در طبیعت مخلوطی از ایزوتوپ ها هستند. بنابراین، کربن دارای سه ایزوتوپ با جرم 12، 13، 14 است. اکسیژن - سه ایزوتوپ با جرم 16، 17، 18 و غیره. معمولاً در سیستم تناوبی، جرم اتمی نسبی یک عنصر شیمیایی، مقدار متوسط ​​جرم اتمی یک مخلوط طبیعی از ایزوتوپ‌های یک عنصر مشخص است. با در نظر گرفتن فراوانی نسبی آنها در طبیعت. خواص شیمیایی ایزوتوپ های اکثر عناصر شیمیایی دقیقاً یکسان است. با این حال، ایزوتوپ های هیدروژن به دلیل افزایش برابری چشمگیر در جرم اتمی نسبی آنها، از نظر خواص بسیار متفاوت هستند. حتی به آنها اسامی فردی و نمادهای شیمیایی داده شده است.

عناصر دوره اول

طرح ساختار الکترونیکی اتم هیدروژن:

طرح های ساختار الکترونیکی اتم ها توزیع الکترون ها را بر روی لایه های الکترونیکی (سطوح انرژی) نشان می دهد.

فرمول الکترونیکی گرافیکی اتم هیدروژن (توزیع الکترون ها را در سطوح انرژی و سطوح فرعی نشان می دهد):

فرمول‌های الکترونیکی گرافیکی اتم‌ها توزیع الکترون‌ها را نه تنها در سطوح و سطوح فرعی، بلکه در مدارها نیز نشان می‌دهند.

در یک اتم هلیوم، اولین لایه الکترونی تکمیل می شود - دارای 2 الکترون است. هیدروژن و هلیوم عناصر s هستند. برای این اتم ها، اوربیتال s با الکترون پر شده است.

همه عناصر دوره دوم اولین لایه الکترونی پر شده استو الکترون ها اوربیتال های s و p لایه الکترونی دوم را مطابق با اصل کمترین انرژی (اول s و سپس p) و قوانین پائولی و هوند پر می کنند.

در اتم نئون، لایه الکترونی دوم تکمیل شده است - 8 الکترون دارد.

برای اتم‌های عناصر دوره سوم، لایه‌های الکترونی اول و دوم تکمیل می‌شوند، بنابراین لایه الکترونی سوم پر می‌شود که در آن الکترون‌ها می‌توانند زیرسطح‌های 3s-، 3p- و 3d را اشغال کنند.

یک اوربیتال الکترونی 3s در اتم منیزیم تکمیل می شود. Na و Mg عناصر s هستند.

برای آلومینیوم و عناصر بعدی، زیرسطح 3p با الکترون پر می شود.

عناصر دوره سوم دارای مدارهای سه بعدی پر نشده هستند.

همه عناصر از Al تا Ar عناصر p هستند. عناصر s و p زیر گروه های اصلی سیستم تناوبی را تشکیل می دهند.

عناصر دوره چهارم - هفتم

چهارمین لایه الکترونی در اتم‌های پتاسیم و کلسیم ظاهر می‌شود، زیرسطح 4s پر شده است، زیرا انرژی کمتری نسبت به سطح فرعی 3d دارد.

عناصر K، Ca - s موجود در زیر گروه های اصلی. برای اتم های Sc تا Zn، سطح فرعی 3d با الکترون پر شده است. این عناصر سه بعدی هستند. آنها در زیر گروه های ثانویه قرار می گیرند، آنها دارای یک لایه الکترونی خارجی پر شده هستند، آنها به عنوان عناصر انتقال نامیده می شوند.

به ساختار لایه های الکترونی اتم های کروم و مس توجه کنید. در آنها، "شکست" یک الکترون از 4s- به زیرسطح 3d رخ می دهد، که با پایداری انرژی بیشتر پیکربندی های الکترونیکی حاصل 3d 5 و 3d 10 توضیح داده می شود:

در اتم روی، لایه سوم الکترونی تکمیل می شود - تمام سطوح فرعی 3s، 3p و 3d در آن پر شده است، در مجموع 18 الکترون روی آنها وجود دارد. در عناصر بعد از روی، چهارمین لایه الکترونی همچنان پر می شود، سطح فرعی 4p.

عناصر از Ga تا Kr، عناصر p هستند.

لایه بیرونی (چهارم) اتم کریپتون کامل است و دارای 8 الکترون است. اما فقط 32 الکترون در لایه الکترونی چهارم وجود دارد. سطوح فرعی 4d و 4f اتم کریپتون هنوز پر نشده باقی می مانند.عناصر دوره پنجم سطوح فرعی را به ترتیب زیر پر می کنند: 5s - 4d - 5p. و همچنین استثنائات مربوط به " شکست» الکترون ها، y 41 Nb، 42 Mo، 44 Ru, 45 Rh، 46 Pd، 47 Ag.

در دوره های ششم و هفتم، عناصر f ظاهر می شوند، یعنی عناصری که به ترتیب زیرسطح های 4f و 5f سومین لایه الکترونیکی بیرونی پر شده اند.

عناصر 4f لانتانید نامیده می شوند.

عناصر 5f را اکتینیدها می نامند.

ترتیب پر کردن سطوح فرعی الکترونیکی در اتم های عناصر دوره ششم: 55 Cs و 56 Ba - 6s-عناصر. 57 La … 6s 2 5d x - 5d عنصر; عناصر 58 Ce - 71 Lu - 4f; 72 Hf - 80 Hg - عناصر 5d. 81 T1 - 86 Rn - عناصر 6d. اما حتی در اینجا نیز عناصری وجود دارد که در آنها ترتیب پر شدن اوربیتال های الکترونیکی "نقض" می شود، که به عنوان مثال، با پایداری انرژی بیشتر زیرسطح های f نیمه و کاملاً پر، یعنی nf 7 و nf 14 همراه است. بسته به اینکه آخرین سطح اتم با الکترون پر شده باشد، همه عناصر به چهار خانواده یا بلوک الکترونیکی تقسیم می شوند:

• عناصر s. زیرسطح s سطح بیرونی اتم با الکترون پر شده است. عناصر s شامل هیدروژن، هلیوم و عناصر زیرگروه های اصلی گروه های I و II هستند.

• عناصر p. زیرسطح p سطح بیرونی اتم با الکترون پر شده است. عناصر p شامل عناصر زیر گروه های اصلی گروه های III-VIII هستند.

• عناصر d. زیرسطح d سطح ماقبل خارجی اتم با الکترون پر شده است. عناصر d شامل عناصر زیرگروه های ثانویه گروه های I-VIII هستند، به عنوان مثال، عناصر دهه های میانی دوره های بزرگ واقع بین عناصر s و p. به آنها عناصر انتقالی نیز گفته می شود.

• عناصر f. زیرسطح f سومین سطح بیرونی اتم با الکترون پر شده است. اینها شامل لانتانیدها و آنتی نویدها می شود.

فیزیکدان سوئیسی W. Pauli در سال 1925 ثابت کرد که در یک اتم در یک اوربیتال بیش از دو الکترون با اسپین مخالف (ضد موازی) وجود ندارد (از انگلیسی ترجمه شده - "اسپیندل")، یعنی دارای چنین ویژگی هایی است که می توان به طور مشروط تصور کرد. چرخش یک الکترون حول محور فرضی خود: در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت.

این اصل نامیده می شود اصل پائولی. اگر یک الکترون در اوربیتال وجود داشته باشد، به آن جفت نشده می گویند، اگر دو عدد باشد، اینها الکترون های جفتی هستند، یعنی الکترون هایی با اسپین های مخالف. شکل، نموداری از تقسیم سطوح انرژی به سطوح فرعی و ترتیب پر شدن آنها را نشان می دهد.

اغلب، ساختار لایه های الکترونی اتم ها با استفاده از سلول های انرژی یا کوانتومی به تصویر کشیده می شود - آنها به اصطلاح فرمول های الکترونیکی گرافیکی را می نویسند. برای این رکورد، از نماد زیر استفاده می شود: هر سلول کوانتومی با یک سلول نشان داده می شود که مربوط به یک اوربیتال است. هر الکترون با یک فلش مربوط به جهت اسپین نشان داده می شود. هنگام نوشتن فرمول الکترونیکی گرافیکی، باید دو قانون را به خاطر بسپارید: اصل پائولی و قاعده F. Hund، طبق آن الکترون ها ابتدا سلول های آزاد را در یک زمان اشغال می کنند و در همان زمان دارای ارزش اسپین یکسانی هستند و فقط پس از آن جفت می شوند ، اما اسپین ها طبق اصل پائولی قبلاً جهت مخالف خواهند بود.

قانون هوند و اصل پائولی

قانون هوند- قاعده شیمی کوانتومی که ترتیب پر شدن اوربیتال های یک زیرلایه خاص را تعیین می کند و به صورت زیر فرموله می شود: مقدار کل تعداد کوانتومی اسپین الکترون های این زیرلایه باید حداکثر باشد. فرموله شده توسط فردریش هوند در سال 1925.

یعنی در هر یک از اوربیتال های زیرلایه ابتدا یک الکترون پر می شود و تنها پس از اتمام اوربیتال های پر نشده، الکترون دوم به این اوربیتال اضافه می شود. در این حالت دو الکترون با اسپین های نیمه صحیح علامت مخالف در یک اوربیتال وجود دارد که جفت می شوند (ابر دو الکترونی تشکیل می دهند) و در نتیجه اسپین کل اوربیتال برابر با صفر می شود.

عبارت دیگر: در زیر انرژی عبارت اتمی قرار دارد که دو شرط برای آن برقرار است.

1. تعدد حداکثر است
2. وقتی کثرت ها منطبق شوند، تکانه کل مداری L حداکثر است.

بیایید این قانون را با استفاده از مثال پر کردن اوربیتال‌های زیرسطح p تحلیل کنیم پ- عناصر دوره دوم (یعنی از بور تا نئون (در نمودار زیر خطوط افقی نشان دهنده اوربیتال ها، فلش های عمودی نشان دهنده الکترون ها و جهت فلش جهت گیری اسپین را نشان می دهد).

حکومت کلچکوفسکی

قانون کلچکوفسکی -با افزایش تعداد کل الکترون‌ها در اتم‌ها (با افزایش بار هسته‌های آنها یا تعداد ترتیبی عناصر شیمیایی)، اوربیتال‌های اتمی به گونه‌ای پر می‌شوند که ظهور الکترون‌ها در اوربیتال‌های پرانرژی فقط به عدد کوانتومی اصلی n است و به همه اعداد کوانتومی دیگر، از جمله اعداد l بستگی ندارد. از نظر فیزیکی، این بدان معنی است که در یک اتم هیدروژن مانند (در صورت عدم وجود دافعه بین الکترون)، انرژی مداری یک الکترون تنها با فاصله مکانی چگالی بار الکترون از هسته تعیین می شود و به ویژگی های حرکت آن بستگی ندارد. در زمینه هسته

قاعده تجربی کلچکوفسکی و دنباله دنباله‌ای از یک توالی انرژی واقعی تا حدودی متناقض از اوربیتال‌های اتمی که از آن ناشی می‌شوند تنها در دو مورد از یک نوع: برای اتم‌های Cr، Cu، Nb، Mo، Ru، Rh، Pd، Ag، Pt، طلا، "شکست" یک الکترون با s - زیرسطح لایه بیرونی به سطح زیر d لایه قبلی وجود دارد که منجر به وضعیت انرژی پایدارتر اتم می شود، یعنی: پس از پر کردن مدار 6 با دو. الکترون ها س

ترکیب اتم.

یک اتم از هسته اتمیو پوسته الکترونی.

هسته یک اتم از پروتون تشکیل شده است ( p+) و نوترون ها ( n 0). اکثر اتم های هیدروژن دارای یک هسته پروتون هستند.

تعداد پروتون ها ن(p+) برابر است با بار هسته ای ( ز) و عدد ترتیبی عنصر در سری طبیعی عناصر (و در سیستم تناوبی عناصر).

ن(پ +) = ز

مجموع تعداد نوترون ها ن(n 0) که به سادگی با حرف نشان داده می شود نو تعداد پروتون ها زتماس گرفت عدد جرمیو با حرف مشخص شده است ولی.

آ = ز + ن

لایه الکترونی یک اتم از الکترون هایی تشکیل شده است که در اطراف هسته حرکت می کنند. ه -).

تعداد الکترون ها ن(ه-) در لایه الکترونی یک اتم خنثی برابر با تعداد پروتون ها است زدر هسته آن.

جرم یک پروتون تقریباً برابر با جرم یک نوترون و 1840 برابر جرم یک الکترون است، بنابراین جرم یک اتم عملاً برابر با جرم هسته است.

شکل یک اتم کروی است. شعاع هسته حدود 100000 برابر کوچکتر از شعاع اتم است.

عنصر شیمیایی- نوع اتم ها (مجموعه اتم ها) با بار هسته ای یکسان (با تعداد پروتون های یکسان در هسته).

ایزوتوپ- مجموعه ای از اتم های یک عنصر با تعداد نوترون یکسان در هسته (یا یک نوع اتم با تعداد پروتون و تعداد نوترون یکسان در هسته).

ایزوتوپ های مختلف از نظر تعداد نوترون ها در هسته اتم هایشان با یکدیگر تفاوت دارند.

تعیین یک اتم یا ایزوتوپ منفرد: (نماد E - عنصر)، به عنوان مثال: .

ساختار لایه الکترونی اتم

اوربیتال اتمیحالت یک الکترون در اتم است. نماد مداری - . هر اوربیتال مربوط به یک ابر الکترونی است.

اوربیتال های اتم های واقعی در حالت زمین (تحریک نشده) چهار نوع هستند: س, پ, دو f.

ابر الکترونیکی- بخشی از فضا که در آن الکترون با احتمال 90 (یا بیشتر) درصد یافت می شود.

توجه داشته باشید: گاهی مفاهیم «مدار اتمی» و «ابر الکترونی» از هم متمایز نمی شوند و هر دو را «مدار اتمی» می نامند.

لایه الکترونی یک اتم لایه لایه است. لایه الکترونیکیتوسط ابرهای الکترونی هم اندازه تشکیل شده است. اوربیتال های یک لایه تشکیل می شوند سطح الکترونیکی ("انرژی").انرژی آنها برای اتم هیدروژن یکسان است، اما برای اتم های دیگر متفاوت است.

اوربیتال های هم سطح به گروه بندی می شوند الکترونیکی (انرژی)سطوح فرعی:
س- سطح فرعی (شامل یک س-اوربیتال)، نماد - .
پزیرسطح (شامل سه پ
دزیرسطح (شامل پنج د-اوربیتال)، نماد - .
fسطح فرعی (شامل هفت f-اوربیتال)، نماد - .

انرژی اوربیتال های یک سطح فرعی یکسان است.

هنگام تعیین سطوح فرعی، تعداد لایه (سطح الکترونیکی) به نماد سطح فرعی اضافه می شود، به عنوان مثال: 2 س, 3پ, 5دبه معنای س- سطح فرعی سطح دوم، پ- سطح فرعی سطح سوم، د- سطح فرعی از سطح پنجم.

تعداد کل سطوح فرعی در یک سطح با تعداد سطح برابر است n. تعداد کل اوربیتال ها در یک سطح است n 2. بر این اساس، تعداد کل ابرها در یک لایه نیز می باشد n 2 .

نامگذاری ها: - اوربیتال آزاد (بدون الکترون)، - اوربیتال با یک الکترون جفت نشده، - اوربیتال با یک جفت الکترون (با دو الکترون).

ترتیبی که الکترون‌ها اوربیتال‌های یک اتم را پر می‌کنند توسط سه قانون طبیعت تعیین می‌شود (فرمول‌بندی‌ها به روش ساده‌شده ارائه شده‌اند):

1. اصل کمترین انرژی - الکترون ها اوربیتال ها را به ترتیب افزایش انرژی اوربیتال ها پر می کنند.

2. اصل پائولی - در یک اوربیتال بیش از دو الکترون وجود ندارد.

3. قانون هوند - در سطح فرعی، الکترون ها ابتدا اوربیتال های آزاد را پر می کنند (یک در یک زمان)، و تنها پس از آن جفت الکترون را تشکیل می دهند.

تعداد کل الکترون ها در سطح الکترونیکی (یا در لایه الکترونیکی) 2 است n 2 .

توزیع سطوح فرعی بر اساس انرژی در ادامه (به ترتیب افزایش انرژی) بیان می شود:

1س, 2س, 2پ, 3س, 3پ, 4س, 3د, 4پ, 5س, 4د, 5پ, 6س, 4f, 5د, 6پ, 7س, 5f, 6د, 7پ ...

از نظر بصری، این دنباله با نمودار انرژی بیان می شود:

توزیع الکترون های یک اتم بر اساس سطوح، سطوح فرعی و اوربیتال ها (پیکربندی الکترونیکی یک اتم) را می توان در قالب یک فرمول الکترونیکی، یک نمودار انرژی، یا به طور ساده تر، به شکل نمودار لایه الکترونی نشان داد (" نمودار الکترونیکی").

نمونه هایی از ساختار الکترونیکی اتم ها:

الکترون های ظرفیت- الکترون های یک اتم که می توانند در تشکیل پیوندهای شیمیایی شرکت کنند. برای هر اتمی، اینها همه الکترون های بیرونی به اضافه آن الکترون های پیش بیرونی هستند که انرژی آنها از الکترون های بیرونی بیشتر است. به عنوان مثال: اتم کلسیم دارای 4 الکترون بیرونی است س 2، آنها همچنین ظرفیت هستند. اتم آهن دارای الکترون های خارجی است - 4 س 2 اما او 3 دارد د 6، بنابراین اتم آهن دارای 8 الکترون ظرفیت است. فرمول الکترونیکی ظرفیت اتم کلسیم 4 است س 2 و اتم های آهن - 4 س 2 3د 6 .

سیستم تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف
(سیستم طبیعی عناصر شیمیایی)

قانون تناوبی عناصر شیمیایی(فرمولاسیون مدرن): خواص عناصر شیمیایی و همچنین مواد ساده و پیچیده تشکیل شده توسط آنها در یک وابستگی دوره ای به مقدار بار از هسته اتم است.

سیستم دوره ای- بیان گرافیکی قانون تناوبی.

طیف طبیعی عناصر شیمیایی- تعدادی از عناصر شیمیایی که با توجه به افزایش تعداد پروتون ها در هسته اتم های آنها یا همان چیزی است که با توجه به افزایش بار هسته این اتم ها ساخته شده اند. شماره سریال یک عنصر در این سری برابر با تعداد پروتون های هسته هر اتم این عنصر است.

جدول عناصر شیمیایی با "برش" سری طبیعی عناصر شیمیایی ساخته شده است دوره ها(ردیف های افقی جدول) و گروه بندی (ستون های عمودی جدول) عناصر با ساختار الکترونیکی مشابه اتم ها.

بسته به نحوه ترکیب عناصر در گروه ها، جدول می تواند باشد زمان طولانی(عناصر با تعداد و نوع الکترون ظرفیت یکسان به صورت گروهی جمع آوری می شوند) و کوتاه مدت(عناصر با تعداد الکترون ظرفیت یکسان به صورت گروهی جمع آوری می شوند).

گروه های جدول دوره کوتاه به زیر گروه ها تقسیم می شوند ( اصلیو اثرات جانبی، همزمان با گروه های جدول دوره های بلند.

همه اتم های عناصر یک دوره دارای تعداد لایه های الکترونی یکسانی هستند که برابر با تعداد دوره است.

تعداد عناصر در دوره ها: 2، 8، 8، 18، 18، 32، 32. بیشتر عناصر دوره هشتم به صورت مصنوعی به دست آمده اند، آخرین عناصر این دوره هنوز سنتز نشده اند. تمام دوره ها به جز دوره اول با یک عنصر تشکیل دهنده فلز قلیایی (Li، Na، K و غیره) شروع می شود و با یک عنصر تشکیل دهنده گاز نجیب (He، Ne، Ar، Kr و غیره) پایان می یابد.

در جدول دوره کوتاه - هشت گروه که هر کدام به دو زیر گروه (اصلی و فرعی) تقسیم می شوند، در جدول دوره طولانی - شانزده گروه که با اعداد رومی با حروف A یا B شماره گذاری شده اند، به عنوان مثال: IA، IIIB، VIA، VIIB. گروه IA جدول دوره بلند با زیرگروه اصلی گروه اول جدول دوره کوتاه مطابقت دارد. گروه VIIB - زیر گروه ثانویه از گروه هفتم: بقیه - به طور مشابه.

ویژگی های عناصر شیمیایی به طور طبیعی در گروه ها و دوره ها تغییر می کند.

در دوره ها (با افزایش شماره سریال)

• بار هسته ای افزایش می یابد
• تعداد الکترون های بیرونی افزایش می یابد،
• شعاع اتم ها کاهش می یابد،
• استحکام پیوند الکترون ها با هسته افزایش می یابد (انرژی یونیزاسیون)،
• الکترونگاتیوی افزایش می یابد.
• خواص اکسید کننده مواد ساده افزایش می یابد ("غیر فلزی")،
• خواص کاهنده مواد ساده ("فلزی") ضعیف می شود،
• ویژگی اصلی هیدروکسیدها و اکسیدهای مربوطه را تضعیف می کند.
• خاصیت اسیدی هیدروکسیدها و اکسیدهای مربوطه افزایش می یابد.

در گروه (با افزایش شماره سریال)

• بار هسته ای افزایش می یابد
• شعاع اتم ها افزایش می یابد (فقط در گروه های A)
• قدرت پیوند بین الکترون ها و هسته کاهش می یابد (انرژی یونیزاسیون؛ فقط در گروه های A)
• الکترونگاتیوی کاهش می یابد (فقط در گروه های A)،
• تضعیف خواص اکسید کننده مواد ساده ("غیر فلزی"؛ فقط در گروه های A)
• خواص کاهشی مواد ساده افزایش می یابد ("فلزی"؛ فقط در گروه های A)
• ویژگی اصلی هیدروکسیدها و اکسیدهای مربوطه افزایش می یابد (فقط در گروه های A)
• ماهیت اسیدی هیدروکسیدها و اکسیدهای مربوطه ضعیف می شود (فقط در گروه A)،
• پایداری ترکیبات هیدروژنی کاهش می یابد (فعالیت کاهشی آنها افزایش می یابد؛ فقط در گروه های A).

تکالیف و تست های موضوع "مبحث 9. "ساختار اتم. قانون تناوبی و سیستم تناوبی عناصر شیمیایی D.I. Mendeleev (PSCE)"."

• قانون دوره ای - قانون تناوبی و ساختار اتم ها درجه 8-9
  باید بدانید: قوانین پر کردن اوربیتال ها با الکترون (اصل کمترین انرژی، اصل پائولی، قانون هوند)، ساختار سیستم تناوبی عناصر.

  شما باید بتوانید: ترکیب یک اتم را با موقعیت یک عنصر در سیستم تناوبی تعیین کنید، و برعکس، با دانستن ترکیب آن، عنصری را در سیستم تناوبی بیابید. نمودار ساختار، پیکربندی الکترونیکی یک اتم، یون، و برعکس، تعیین موقعیت یک عنصر شیمیایی در PSCE از نمودار و پیکربندی الکترونیکی را به تصویر بکشید. عنصر و موادی را که تشکیل می دهد با توجه به موقعیت آن در PSCE مشخص کنید. تعیین تغییرات در شعاع اتم ها، خواص عناصر شیمیایی و موادی که در یک دوره و یک زیرگروه اصلی سیستم تناوبی تشکیل می دهند.

  مثال 1تعداد اوربیتال ها را در سطح سوم الکترونیکی تعیین کنید. این اوربیتال ها چیست؟
  برای تعیین تعداد اوربیتال ها از فرمول استفاده می کنیم ناوربیتال = n 2، کجا n- شماره سطح ناوربیتال = 3 2 = 9. یک 3 س-، سه 3 پ- و پنج 3 د-اوربیتال ها

  مثال 2تعیین کنید که اتم کدام عنصر دارای فرمول الکترونیکی 1 است س 2 2س 2 2پ 6 3س 2 3پ 1 .
  برای تعیین اینکه کدام عنصر است، باید شماره سریال آن را پیدا کنید که برابر با تعداد کل الکترون های اتم است. در این مورد: 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13. این آلومینیوم است.

  بعد از اینکه مطمئن شدید همه چیزهایی را که نیاز دارید یاد گرفته اید، به سراغ کارها بروید. برای شما آرزوی موفقیت داریم.

  
  ادبیات پیشنهادی:
  • O. S. Gabrielyan و دیگران. شیمی، کلاس یازدهم. M., Bustard, 2002;
  • G. E. Rudzitis، F. G. Feldman. سلول های شیمی 11. م.، آموزش و پرورش، 1380.

اتم کوچکترین ذره یک ماده شیمیایی است که می تواند خواص خود را حفظ کند. کلمه "اتم" از یونان باستان "atomos" گرفته شده است که به معنای "تقسیم ناپذیر" است. بسته به اینکه چند و چند ذره در اتم وجود دارد، می توانید عنصر شیمیایی را تعیین کنید.

مختصری در مورد ساختار اتم

همانطور که می توانید به اختصار فهرست کنید، اطلاعات اساسی در مورد ذره ای با یک هسته است که بار مثبت دارد. در اطراف این هسته یک ابر الکترون با بار منفی وجود دارد. هر اتمی در حالت عادی خود خنثی است. اندازه این ذره را می توان به طور کامل با اندازه ابر الکترونی که هسته را احاطه کرده است تعیین کرد.

خود هسته نیز به نوبه خود از ذرات کوچکتر - پروتون و نوترون - تشکیل شده است. پروتون ها دارای بار مثبت هستند. نوترون ها باری ندارند. با این حال، پروتون ها همراه با نوترون ها در یک دسته ترکیب می شوند و نوکلئون نامیده می شوند. اگر اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم به طور خلاصه مورد نیاز باشد، آنگاه می توان این اطلاعات را به داده های فهرست شده محدود کرد..

اولین اطلاعات در مورد اتم

این واقعیت که ماده می تواند از ذرات کوچک تشکیل شده باشد حتی توسط یونانیان باستان مشکوک بود. آنها معتقد بودند که هر چیزی که وجود دارد از اتم تشکیل شده است. با این حال، این دیدگاه ماهیت کاملاً فلسفی داشت و قابل تفسیر علمی نیست.

یک دانشمند انگلیسی اولین کسی بود که اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم به دست آورد، این محقق بود که توانست کشف کند که دو عنصر شیمیایی می توانند به نسبت های مختلف وارد شوند و هر یک از این ترکیبات نشان دهنده یک ماده جدید است. به عنوان مثال، هشت قسمت از عنصر اکسیژن باعث ایجاد دی اکسید کربن می شود. چهار قسمت از اکسیژن مونوکسید کربن است.

در سال 1803، دالتون به اصطلاح قانون نسبت های چندگانه را در شیمی کشف کرد. دالتون با کمک اندازه‌گیری‌های غیرمستقیم (از آنجایی که حتی یک اتم را نمی‌توان در زیر میکروسکوپ‌های آن زمان بررسی کرد)، در مورد وزن نسبی اتم‌ها نتیجه‌گیری کرد..

تحقیق رادرفورد

تقریباً یک قرن بعد، اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم ها توسط شیمیدان انگلیسی دیگر تأیید شد - دانشمند مدلی از پوسته الکترونی کوچکترین ذرات را پیشنهاد کرد.

در آن زمان، «مدل سیاره‌ای اتم» رادرفورد یکی از مهم‌ترین گام‌هایی بود که شیمی می‌توانست بردارد. اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم نشان می دهد که این اتم شبیه منظومه شمسی است: ذرات-الکترون ها در مدارهای کاملاً مشخص به دور هسته می چرخند، درست مانند سیارات.

پوسته الکترونیکی اتم ها و فرمول های اتم های عناصر شیمیایی

پوسته الکترونی هر یک از اتم ها دقیقاً به اندازه پروتون های هسته آن الکترون دارد. به همین دلیل است که اتم خنثی است. در سال 1913 دانشمند دیگری اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم دریافت کرد. فرمول نیلز بور شبیه فرمول رادرفورد بود. بر اساس مفهوم او، الکترون ها نیز به دور هسته واقع در مرکز می چرخند. بور نظریه رادرفورد را نهایی کرد و هماهنگی را در حقایق آن وارد کرد.

حتی در آن زمان، فرمول برخی از مواد شیمیایی تهیه شد. به عنوان مثال، از نظر شماتیک ساختار اتم نیتروژن به صورت 1s 2 2s 2 2p 3 نشان داده می شود، ساختار اتم سدیم با فرمول 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 بیان می شود. از طریق این فرمول ها می توانید ببینید که در هر یک از اوربیتال های یک ماده شیمیایی خاص چند الکترون حرکت می کنند.

مدل شرودینگر

با این حال، پس از آن این مدل اتمی منسوخ شد. اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم که امروزه برای علم شناخته شده است، تا حد زیادی به لطف تحقیقات فیزیکدان اتریشی در دسترس قرار گرفته است.

او مدل جدیدی از ساختار آن را پیشنهاد کرد - مدل موجی. در این زمان، دانشمندان قبلاً ثابت کرده بودند که الکترون نه تنها دارای ماهیت یک ذره است، بلکه دارای خواص موج است.

با این حال، مدل شرودینگر و رادرفورد نیز دارای برخی مقررات کلی است. نظریه های آنها از این نظر مشابه است که الکترون ها در سطوح خاصی وجود دارند.

به چنین سطوحی لایه های الکترونیکی نیز می گویند. از عدد سطح می توان برای مشخص کردن انرژی یک الکترون استفاده کرد. هر چه لایه بالاتر باشد، انرژی بیشتری دارد. همه سطوح از پایین به بالا شمارش می شوند، بنابراین تعداد سطح با انرژی آن مطابقت دارد. هر یک از لایه های لایه الکترونی یک اتم سطوح فرعی خود را دارد. در این مورد، سطح اول می تواند یک زیرسطح، دوم - دو، سوم - سه، و غیره داشته باشد (به فرمول های الکترونیکی نیتروژن و سدیم بالا مراجعه کنید).

حتی ذرات کوچکتر

البته در حال حاضر ذرات کوچکتر از الکترون، پروتون و نوترون نیز کشف شده است. مشخص است که پروتون از کوارک ها تشکیل شده است. حتی ذرات کوچکتری در جهان وجود دارد - به عنوان مثال، یک نوترینو، که صد برابر کوچکتر از یک کوارک و یک میلیارد بار کوچکتر از یک پروتون است.

نوترینو آنقدر ذره کوچک است که 10 سپتیلیون برابر کوچکتر از تیرانوزاروس رکس است. خود tyrannosaurus چند برابر کوچکتر از کل جهان قابل مشاهده است.

اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم: رادیواکتیویته

همیشه شناخته شده است که هیچ واکنش شیمیایی نمی تواند یک عنصر را به عنصر دیگر تبدیل کند. اما در فرآیند انتشار رادیواکتیو، این خود به خود اتفاق می افتد.

رادیواکتیویته به توانایی هسته اتم ها برای تبدیل شدن به هسته های دیگر - پایدارتر - گفته می شود. زمانی که مردم اطلاعات اولیه در مورد ساختار اتم ها را دریافت کردند، ایزوتوپ ها تا حدی می توانستند به عنوان تجسم رویاهای کیمیاگران قرون وسطی عمل کنند.

در طی تجزیه ایزوتوپ ها، تشعشعات رادیواکتیو ساطع می شود. این پدیده اولین بار توسط بکرل کشف شد. نوع اصلی تشعشعات رادیواکتیو، واپاشی آلفا است. یک ذره آلفا آزاد می کند. واپاشی بتا نیز وجود دارد که در آن یک ذره بتا به ترتیب از هسته یک اتم خارج می شود.

ایزوتوپ های طبیعی و مصنوعی

در حال حاضر حدود 40 ایزوتوپ طبیعی شناخته شده است. اکثر آنها در سه دسته اورانیوم-رادیوم، توریم و اکتینیم قرار دارند. همه این ایزوتوپ ها را می توان در طبیعت یافت - در سنگ ها، خاک، هوا. اما در کنار آنها، حدود هزار ایزوتوپ مشتق شده مصنوعی نیز شناخته شده است که در راکتورهای هسته ای به دست می آیند. بسیاری از این ایزوتوپ ها در پزشکی به ویژه در تشخیص استفاده می شوند..

نسبت های درون یک اتم

اگر اتمی را تصور کنیم که ابعاد آن با اندازه یک استادیوم ورزشی بین‌المللی قابل مقایسه است، می‌توانیم به صورت بصری نسبت‌های زیر را بدست آوریم. الکترون‌های یک اتم در چنین «استادیومی» در بالای جایگاه‌ها قرار خواهند گرفت. هر کدام کوچکتر از یک سر سوزن خواهند بود. سپس هسته در مرکز این میدان قرار می گیرد و اندازه آن از اندازه یک نخود بزرگتر نخواهد بود.

گاهی اوقات مردم می پرسند که یک اتم واقعاً چه شکلی است؟ در واقع، به معنای واقعی کلمه شبیه هیچ چیز نیست - نه به این دلیل که میکروسکوپ های خوب کافی در علم استفاده نمی شود. ابعاد یک اتم در مناطقی است که مفهوم "رؤیت" به سادگی وجود ندارد.

اتم ها بسیار کوچک هستند. اما واقعا این ابعاد چقدر کوچک هستند؟ واقعیت این است که کوچکترین دانه نمک که به سختی برای چشم انسان قابل مشاهده است، حاوی حدود یک کوینتیلیون اتم است.

اگر اتمی به این اندازه را تصور کنیم که بتواند در دست انسان جا شود، در کنار آن ویروس هایی به طول 300 متر وجود خواهد داشت. طول باکتری 3 کیلومتر و ضخامت موی انسان 150 کیلومتر خواهد بود. در حالت خوابیده به پشت، او می توانست از مرزهای جو زمین فراتر رود. و اگر چنین نسبت‌هایی واقعی بود، یک موی انسان به طول می‌توانست به ماه برسد. این یک اتم پیچیده و جالب است که دانشمندان تا به امروز به مطالعه آن ادامه می دهند.