E.N.FRENKEL
tutorial kimia
Panduan bagi yang belum tahu, tapi ingin belajar dan memahami kimia
Bagian I. Unsur Kimia Umum
(tingkat kesulitan pertama)
Kelanjutan. Lihat awal di No. 13, 18, 23/2007
Bab 3. Informasi dasar tentang struktur atom.
Hukum periodik D.I. Mendeleev
Ingat apa itu atom, apa yang terdiri dari atom, apakah atom berubah dalam reaksi kimia.
Atom adalah partikel bermuatan listrik netral yang terdiri dari inti bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif.
Jumlah elektron selama proses kimia dapat berubah, tetapi muatan inti selalu tetap. Mengetahui distribusi elektron dalam atom (struktur atom), dimungkinkan untuk memprediksi banyak sifat atom tertentu, serta sifat zat sederhana dan kompleks yang menjadi bagiannya.
Struktur atom, mis. komposisi inti dan distribusi elektron di sekitar inti dapat dengan mudah ditentukan oleh posisi unsur dalam sistem periodik.
Dalam sistem periodik D.I. Mendeleev, unsur-unsur kimia diatur dalam urutan tertentu. Urutan ini berkaitan erat dengan struktur atom unsur-unsur tersebut. Setiap elemen kimia dalam sistem ditugaskan nomor seri, selain itu, untuk itu Anda dapat menentukan nomor periode, nomor grup, jenis subkelompok.
Sponsor publikasi artikel toko online "Megameh". Di toko Anda akan menemukan produk bulu untuk setiap selera - jaket, rompi, dan mantel bulu yang terbuat dari rubah, nutria, kelinci, cerpelai, rubah perak, rubah kutub. Perusahaan juga menawarkan Anda untuk membeli produk bulu elit dan menggunakan layanan menjahit individu. Produk bulu grosir dan eceran - dari kategori anggaran hingga mewah, diskon hingga 50%, garansi 1 tahun, pengiriman di Ukraina, Rusia, negara-negara CIS dan UE, pengambilan dari ruang pamer di Krivoy Rog, barang-barang dari produsen terkemuka Ukraina , Rusia, Turki, dan Cina. Anda dapat melihat katalog barang, harga, kontak dan mendapatkan saran di website yang beralamat di: "megameh.com".
Mengetahui "alamat" yang tepat dari suatu unsur kimia - golongan, subkelompok dan nomor periode, seseorang dapat dengan jelas menentukan struktur atomnya.
Periode adalah deretan horizontal unsur kimia. Ada tujuh periode dalam sistem periodik modern. Tiga periode pertama kecil, karena mereka mengandung 2 atau 8 elemen:
periode 1 - H, He - 2 elemen;
periode ke-2 - Li ... Ne - 8 elemen;
Periode ke-3 - Na ... Ar - 8 elemen.
Periode lainnya - besar. Masing-masing berisi 2-3 baris elemen:
Periode ke-4 (2 baris) - K ... Kr - 18 elemen;
Periode ke-6 (3 baris) - Cs ... Rn - 32 elemen. Periode ini mencakup sejumlah lantanida.
Kelompok adalah barisan vertikal unsur kimia. Total ada delapan grup. Setiap kelompok terdiri dari dua subkelompok: subgrup utama dan subgrup sekunder. Sebagai contoh:
Subkelompok utama dibentuk oleh unsur-unsur kimia periode kecil (misalnya, N, P) dan periode besar (misalnya, As, Sb, Bi).
Subgrup samping dibentuk oleh unsur-unsur kimia dengan periode yang hanya besar (misalnya, V, Nb,
Ta).
Secara visual, subkelompok ini mudah dibedakan. Subgrup utama adalah "tinggi", dimulai dari periode 1 atau 2. Subkelompok sekunder adalah "rendah", mulai dari periode ke-4.
Jadi, setiap unsur kimia dari sistem periodik memiliki alamatnya sendiri: periode, golongan, subkelompok, nomor urut.
Misalnya, vanadium V adalah unsur kimia periode ke-4, golongan V, subgrup sekunder, nomor urut 23.
Tugas 3.1. Tentukan periode, golongan dan sub golongan unsur kimia bernomor urut 8, 26, 31, 35, 54.
Tugas 3.2. Sebutkan nomor urut dan nama unsur kimia jika diketahui letaknya :
a) pada periode ke-4, kelompok VI, subkelompok sekunder;
b) pada periode ke-5, kelompok IV, subkelompok utama.
Bagaimana informasi tentang posisi suatu unsur dalam sistem periodik dapat dihubungkan dengan struktur atomnya?
Sebuah atom terdiri dari inti (bermuatan positif) dan elektron (bermuatan negatif). Secara umum, atom bersifat netral secara listrik.
Positif muatan inti atom sama dengan nomor atom unsur kimia.
Inti atom adalah partikel kompleks. Hampir semua massa atom terkonsentrasi di inti. Karena unsur kimia adalah kumpulan atom dengan muatan inti yang sama, koordinat berikut ditunjukkan di dekat simbol unsur:
Berdasarkan data tersebut, komposisi inti dapat ditentukan. Inti terdiri dari proton dan neutron.
Proton p memiliki massa 1 (1,0073 sma) dan muatan +1. neutron n ia tidak memiliki muatan (netral), dan massanya kira-kira sama dengan massa proton (1,0087 sma).
Muatan inti ditentukan oleh proton. Dan jumlah proton adalah(berdasarkan ukuran) muatan inti atom, yaitu nomor seri.
Jumlah neutron N ditentukan oleh perbedaan antara kuantitas: "massa inti" TETAPI dan "nomor seri" Z. Jadi, untuk atom aluminium:
N = TETAPI – Z = 27 –13 = 14n,
Tugas 3.3. Tentukan komposisi inti atom jika unsur kimia tersebut berada di:
a) periode ke-3, grup VII, subgrup utama;
b) periode ke-4, kelompok IV, subkelompok sekunder;
c) Periode ke-5, grup I, subgrup utama.
Perhatian! Saat menentukan nomor massa inti atom, perlu untuk membulatkan massa atom yang ditunjukkan dalam sistem periodik. Hal ini dilakukan karena massa proton dan neutron praktis bilangan bulat, dan massa elektron dapat diabaikan.
Mari kita tentukan inti mana di bawah ini yang termasuk dalam unsur kimia yang sama:
A (20 R + 20n),
B (19 R + 20n),
DALAM 20 R + 19n).
Atom dari unsur kimia yang sama memiliki inti A dan B, karena mengandung jumlah proton yang sama, yaitu, muatan inti ini sama. Studi menunjukkan bahwa massa atom tidak secara signifikan mempengaruhi sifat kimianya.
Isotop disebut atom dari unsur kimia yang sama (jumlah proton yang sama), yang berbeda dalam massa (jumlah neutron yang berbeda).
Isotop dan senyawa kimianya berbeda satu sama lain dalam sifat fisik, tetapi sifat kimia isotop dari unsur kimia yang sama adalah sama. Dengan demikian, isotop karbon-14 (14 C) memiliki sifat kimia yang sama dengan karbon-12 (12 C), yang masuk ke jaringan organisme hidup. Perbedaannya hanya dimanifestasikan dalam radioaktivitas (isotop 14 C). Oleh karena itu, isotop digunakan untuk diagnosis dan pengobatan berbagai penyakit, untuk penelitian ilmiah.
Mari kita kembali ke deskripsi struktur atom. Seperti yang Anda ketahui, inti atom tidak berubah dalam proses kimia. Apa yang berubah? Variabelnya adalah jumlah total elektron dalam atom dan distribusi elektron. Umum jumlah elektron dalam atom netral mudah ditentukan - itu sama dengan nomor seri, mis. muatan inti atom :
Elektron memiliki muatan negatif -1, dan massanya dapat diabaikan: 1/1840 massa proton.
Elektron bermuatan negatif saling tolak dan berada pada jarak yang berbeda dari nukleus. Di mana elektron yang memiliki jumlah energi yang kira-kira sama terletak pada jarak yang kira-kira sama dari nukleus dan membentuk tingkat energi.
Jumlah tingkat energi dalam atom sama dengan jumlah periode di mana unsur kimia berada. Tingkat energi secara konvensional ditetapkan sebagai berikut (misalnya, untuk Al):
Tugas 3.4. Tentukan jumlah tingkat energi dalam atom oksigen, magnesium, kalsium, timbal.
Setiap tingkat energi dapat berisi sejumlah elektron:
Pada yang pertama - tidak lebih dari dua elektron;
Pada yang kedua - tidak lebih dari delapan elektron;
Pada yang ketiga - tidak lebih dari delapan belas elektron.
Angka-angka ini menunjukkan bahwa, misalnya, tingkat energi kedua dapat memiliki 2, 5, atau 7 elektron, tetapi tidak 9 atau 12 elektron.
Penting untuk diketahui bahwa terlepas dari nomor tingkat energi pada tingkat eksternal(terakhir) tidak boleh lebih dari delapan elektron. Tingkat energi delapan elektron terluar adalah yang paling stabil dan disebut lengkap. Tingkat energi seperti itu ditemukan di elemen yang paling tidak aktif - gas mulia.
Bagaimana menentukan jumlah elektron di tingkat terluar dari atom yang tersisa? Ada aturan sederhana untuk ini: jumlah elektron terluar sama dengan:
Untuk elemen subkelompok utama - jumlah grup;
Untuk elemen subgrup sekunder, tidak boleh lebih dari dua.
Misalnya (Gbr. 5):
Tugas 3.5. Tentukan jumlah elektron luar untuk unsur kimia dengan nomor urut 15, 25, 30, 53.
Tugas 3.6. Temukan unsur-unsur kimia dalam tabel periodik, di mana atom-atomnya memiliki tingkat eksternal yang lengkap.
Sangat penting untuk menentukan dengan benar jumlah elektron eksternal, karena Dengan merekalah sifat-sifat atom yang paling penting dikaitkan. Jadi, dalam reaksi kimia, atom cenderung memperoleh tingkat eksternal yang stabil dan lengkap (8 e). Oleh karena itu, atom, pada tingkat terluar yang memiliki sedikit elektron, lebih suka melepaskannya.
Unsur kimia yang atomnya hanya dapat mendonorkan elektron disebut... logam. Jelas, harus ada beberapa elektron di tingkat terluar atom logam: 1, 2, 3.
Jika ada banyak elektron pada tingkat energi eksternal suatu atom, maka atom tersebut cenderung menerima elektron sebelum penyelesaian tingkat energi eksternal, yaitu hingga delapan elektron. Unsur-unsur seperti itu disebut non-logam.
Pertanyaan. Apakah unsur-unsur kimia dari subkelompok sekunder termasuk logam atau non-logam? Mengapa?
Jawaban: Logam dan nonlogam dari subkelompok utama dalam tabel periodik dipisahkan oleh garis yang dapat ditarik dari boron ke astatin. Di atas garis ini (dan di garis) adalah non-logam, di bawah - logam. Semua elemen subkelompok sekunder berada di bawah garis ini.
Tugas 3.7. Tentukan apakah logam atau non-logam termasuk: fosfor, vanadium, kobalt, selenium, bismut. Gunakan posisi unsur dalam tabel periodik unsur kimia dan jumlah elektron di tingkat terluar.
Untuk menyusun distribusi elektron pada level dan sublevel yang tersisa, algoritma berikut harus digunakan.
1. Tentukan jumlah total elektron dalam atom (berdasarkan nomor urut).
2. Tentukan jumlah tingkat energi (berdasarkan nomor periode).
3. Menentukan jumlah elektron luar (sesuai dengan jenis subgrup dan nomor grup).
4. Tunjukkan jumlah elektron pada semua tingkat kecuali yang kedua dari belakang.
Misalnya, menurut poin 1-4 untuk atom mangan, ditentukan:
Jumlah 25 e; terdistribusi (2 + 8 + 2) = 12 e; jadi, pada tingkat ketiga adalah: 25 - 12 = 13 e.
Distribusi elektron dalam atom mangan diperoleh:
Tugas 3.8. Kerjakan algoritma dengan membuat diagram struktur atom untuk unsur-unsur No. 16, 26, 33, 37. Tunjukkan apakah mereka logam atau non-logam. Jelaskan jawabannya.
Saat menyusun diagram struktur atom di atas, kami tidak memperhitungkan bahwa elektron dalam atom tidak hanya menempati level, tetapi juga level tertentu. sublevel setiap tingkat. Jenis sublevel ditunjukkan dengan huruf Latin: s, p, d.
Jumlah kemungkinan sublevel sama dengan jumlah level. Tingkat pertama terdiri dari satu
s-tingkat bawah. Level kedua terdiri dari dua sublevel - s dan R. Tingkat ketiga - dari tiga sublevel - s, p dan d.
Setiap sublevel dapat berisi jumlah elektron yang sangat terbatas:
di sublevel s - tidak lebih dari 2e;
di sublevel p - tidak lebih dari 6e;
di d-sublevel - tidak lebih dari 10e.
Sublevel dari satu level diisi dalam urutan yang ditentukan secara ketat: spd.
Dengan demikian, R- sublevel tidak dapat mulai terisi jika tidak penuh s-sublevel dari tingkat energi tertentu, dll. Berdasarkan aturan ini, mudah untuk menyusun konfigurasi elektron atom mangan:
Umumnya konfigurasi elektron atom mangan ditulis seperti ini:
25 menit 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2 .
Tugas 3.9. Buatlah konfigurasi elektron atom untuk unsur kimia No. 16, 26, 33, 37.
Mengapa perlu membuat konfigurasi elektron atom? Untuk mengetahui sifat-sifat unsur kimia tersebut. Harus diingat bahwa hanya elektron valensi.
Elektron valensi berada pada tingkat energi terluar dan tidak lengkap
d-sublevel dari tingkat pra-luar.
Mari kita tentukan jumlah elektron valensi untuk mangan:
atau disingkat : Mn... 3 d 5 4s 2 .
Apa yang dapat ditentukan dengan rumus konfigurasi elektron atom?
1. Unsur apa itu - logam atau non-logam?
Mangan termasuk logam, karena tingkat terluar (keempat) mengandung dua elektron.
2. Proses apa yang khas untuk logam?
Atom mangan selalu menyumbangkan elektron dalam reaksi.
3. Berapa elektron dan berapa banyak yang akan memberikan atom mangan?
Dalam reaksi, atom mangan melepaskan dua elektron terluar (mereka terjauh dari nukleus dan lebih lemah tertarik padanya), serta lima elektron pra-luar. d-elektron. Jumlah elektron valensi adalah tujuh (2 + 5). Dalam hal ini, delapan elektron akan tetap berada di tingkat ketiga atom, yaitu. tingkat luar lengkap terbentuk.
Semua alasan dan kesimpulan ini dapat direfleksikan dengan menggunakan skema (Gbr. 6):
Muatan bersyarat yang dihasilkan atom disebut keadaan oksidasi.
Mempertimbangkan struktur atom, dengan cara yang sama dapat ditunjukkan bahwa bilangan oksidasi khas untuk oksigen adalah -2, dan untuk hidrogen +1.
Pertanyaan. Dengan unsur kimia manakah mangan dapat membentuk senyawa, jika kita memperhitungkan derajat oksidasinya yang diperoleh di atas?
Jawab: Hanya dengan oksigen, tk. atomnya memiliki muatan yang berlawanan dalam keadaan oksidasinya. Rumus oksida mangan yang sesuai (di sini keadaan oksidasi sesuai dengan valensi unsur-unsur kimia ini):
Struktur atom mangan menunjukkan bahwa mangan tidak dapat memiliki tingkat oksidasi yang lebih tinggi, karena dalam hal ini, seseorang harus menyentuh level pra-luar yang stabil, yang sekarang telah selesai. Oleh karena itu, bilangan oksidasi +7 adalah yang tertinggi, dan oksida Mn 2 O 7 yang sesuai adalah oksida mangan tertinggi.
Untuk menggabungkan semua konsep ini, pertimbangkan struktur atom telurium dan beberapa sifatnya:
Sebagai non-logam, atom Te dapat menerima 2 elektron sebelum penyelesaian tingkat terluar dan menyumbangkan 6 elektron "ekstra":
Tugas 3.10. Gambarkan konfigurasi elektron atom Na, Rb, Cl, I, Si, Sn. Tentukan sifat-sifat unsur kimia ini, rumus senyawa paling sederhana (dengan oksigen dan hidrogen).
Kesimpulan Praktis
1. Hanya elektron valensi yang berpartisipasi dalam reaksi kimia, yang hanya dapat terjadi pada dua tingkat terakhir.
2. Atom logam hanya dapat menyumbangkan elektron valensi (semua atau beberapa), mengambil bilangan oksidasi positif.
3. Atom non-logam dapat menerima elektron (hilang - hingga delapan), sementara memperoleh keadaan oksidasi negatif, dan menyumbangkan elektron valensi (semua atau beberapa), sementara mereka memperoleh keadaan oksidasi positif.
Sekarang mari kita bandingkan sifat-sifat unsur kimia dari satu subkelompok, misalnya, natrium dan rubidium:
Na...3 s 1 dan Rb...5 s 1 .
Apa yang umum dalam struktur atom unsur-unsur ini? Pada tingkat terluar setiap atom, satu elektron adalah logam aktif. aktivitas logam terkait dengan kemampuan untuk menyumbangkan elektron: semakin mudah sebuah atom melepaskan elektron, semakin jelas sifat logamnya.
Apa yang menahan elektron dalam atom? daya tarik nukleus. Semakin dekat elektron ke nukleus, semakin kuat mereka tertarik oleh inti atom, semakin sulit untuk "merobeknya".
Berdasarkan ini, kami akan menjawab pertanyaan: elemen mana - Na atau Rb - yang lebih mudah melepaskan elektron eksternal? Unsur manakah yang merupakan logam yang lebih aktif? Jelas, rubidium, karena elektron valensinya lebih jauh dari inti (dan kurang kuat dipegang oleh inti).
Kesimpulan. Di subkelompok utama, dari atas ke bawah, sifat logam ditingkatkan, karena jari-jari atom meningkat, dan elektron valensi lebih lemah tertarik ke nukleus.
Mari kita bandingkan sifat-sifat unsur kimia golongan VIIa: Cl …3 s 2 3p 5 dan aku...5 s 2 5p 5 .
Kedua unsur kimia tersebut bukan logam, karena. satu elektron hilang sebelum penyelesaian tingkat terluar. Atom-atom ini akan secara aktif menarik elektron yang hilang. Selain itu, semakin kuat elektron yang hilang menarik atom non-logam, semakin kuat sifat non-logamnya (kemampuan untuk menerima elektron) dimanifestasikan.
Apa yang menyebabkan gaya tarik elektron? Karena muatan positif inti atom. Selain itu, semakin dekat elektron ke nukleus, semakin kuat daya tarik timbal baliknya, semakin aktif non-logam.
Pertanyaan. Unsur mana yang memiliki sifat non-logam yang lebih menonjol: klorin atau yodium?
Jawab: Jelas klorin, karena. elektron valensinya lebih dekat ke inti.
Kesimpulan. Aktivitas nonlogam dalam subkelompok menurun dari atas ke bawah, karena jari-jari atom meningkat dan semakin sulit bagi inti untuk menarik elektron yang hilang.
Mari kita bandingkan sifat-sifat silikon dan timah: Si …3 s 2 3p 2 dan Sn…5 s 2 5p 2 .
Kedua atom memiliki empat elektron di tingkat terluar. Namun demikian, unsur-unsur dalam tabel periodik ini berada di sisi berlawanan dari garis yang menghubungkan boron dan astatin. Oleh karena itu, untuk silikon, yang simbolnya berada di atas garis B–At, sifat nonlogam lebih menonjol. Sebaliknya, timah yang berlambang di bawah garis B-At memiliki sifat logam yang lebih kuat. Hal ini disebabkan fakta bahwa dalam atom timah, empat elektron valensi dikeluarkan dari nukleus. Oleh karena itu, pengikatan empat elektron yang hilang sulit dilakukan. Pada saat yang sama, kembalinya elektron dari tingkat energi kelima terjadi dengan cukup mudah. Untuk silikon, kedua proses itu mungkin, dengan yang pertama (penerimaan elektron) mendominasi.
Kesimpulan pada bab 3. Semakin sedikit elektron eksternal dalam atom dan semakin jauh mereka dari nukleus, semakin kuat sifat logam yang dimanifestasikan.
Semakin banyak elektron eksternal dalam atom dan semakin dekat dengan nukleus, semakin banyak sifat non-logam yang dimanifestasikan.
Berdasarkan kesimpulan yang dirumuskan dalam bab ini, "karakteristik" dapat disusun untuk setiap unsur kimia dari sistem periodik.
Algoritma Deskripsi Properti
unsur kimia berdasarkan posisinya
dalam sistem periodik
1. Buatlah diagram struktur atom, mis. menentukan komposisi inti dan distribusi elektron berdasarkan tingkat energi dan sublevel:
Tentukan jumlah total proton, elektron, dan neutron dalam sebuah atom (berdasarkan nomor seri dan massa atom relatif);
Tentukan jumlah tingkat energi (berdasarkan nomor periode);
Tentukan jumlah elektron eksternal (berdasarkan jenis subgrup dan nomor grup);
Tunjukkan jumlah elektron pada semua tingkat energi kecuali yang kedua dari belakang;
2. Tentukan jumlah elektron valensi.
3. Tentukan sifat mana - logam atau non-logam - yang lebih menonjol untuk unsur kimia tertentu.
4. Tentukan jumlah elektron yang diberikan (diterima).
5. Menentukan bilangan oksidasi tertinggi dan terendah dari suatu unsur kimia.
6. Susun untuk bilangan oksidasi ini rumus kimia senyawa paling sederhana dengan oksigen dan hidrogen.
7. Tentukan sifat oksida dan tulis persamaan reaksinya dengan air.
8. Untuk zat yang ditunjukkan dalam paragraf 6, buat persamaan reaksi karakteristik (lihat Bab 2).
Tugas 3.11. Berdasarkan skema di atas, buatlah deskripsi tentang atom-atom belerang, selenium, kalsium dan strontium serta sifat-sifat unsur-unsur kimia tersebut. Apa sifat umum dari oksida dan hidroksidanya?
Jika Anda telah menyelesaikan latihan 3.10 dan 3.11, maka mudah untuk melihat bahwa tidak hanya atom dari unsur-unsur dari satu subkelompok, tetapi juga senyawanya memiliki sifat yang sama dan komposisi yang serupa.
Hukum periodik D.I. Mendeleev:sifat-sifat unsur kimia, serta sifat-sifat zat sederhana dan kompleks yang dibentuk olehnya, secara periodik bergantung pada muatan inti atomnya.
Arti fisis dari hukum periodik: sifat-sifat unsur kimia berulang secara berkala karena konfigurasi elektron valensi (distribusi elektron tingkat terluar dan kedua dari belakang) berulang secara berkala.
Jadi, unsur-unsur kimia dari subkelompok yang sama memiliki distribusi elektron valensi yang sama dan, oleh karena itu, memiliki sifat yang serupa.
Misalnya, unsur-unsur kimia dari kelompok kelima memiliki lima elektron valensi. Pada saat yang sama, dalam atom-atom kimia elemen dari subkelompok utama- semua elektron valensi berada di tingkat terluar: ... tidak 2 np 3 , dimana n- nomor periode
Di atom elemen subkelompok sekunder hanya 1 atau 2 elektron yang berada di tingkat terluar, sisanya berada di d- sublevel dari level pra-eksternal: ... ( n – 1)d 3 tidak 2 , dimana n- nomor periode
Tugas 3.12. Buat rumus elektronik singkat untuk atom unsur kimia No. 35 dan 42, lalu buat distribusi elektron dalam atom ini sesuai dengan algoritma. Pastikan prediksi Anda menjadi kenyataan.
Latihan untuk bab 3
1. Merumuskan definisi konsep "periode", "grup", "subgrup". Apa yang dimaksud dengan unsur kimia yang menyusun: a) periode; b) kelompok; c) subkelompok?
2. Apa itu isotop? Sifat apa - fisik atau kimia - yang dimiliki isotop? Mengapa?
3. Merumuskan hukum periodik DIMendeleev. Jelaskan makna fisiknya dan ilustrasikan dengan contoh.
4. Apa sifat-sifat logam dari unsur-unsur kimia? Bagaimana mereka berubah dalam kelompok dan dalam satu periode? Mengapa?
5. Apa sifat non-logam dari unsur kimia? Bagaimana mereka berubah dalam kelompok dan dalam satu periode? Mengapa?
6. Buatlah rumus elektronik singkat unsur kimia No. 43, 51, 38. Konfirmasikan asumsi Anda dengan menjelaskan struktur atom unsur-unsur ini sesuai dengan algoritma di atas. Tentukan sifat-sifat elemen ini.
7. Dengan rumus elektronik pendek
a) ...4 s 2 4p 1 ;
b) …4 d 1 5s 2 ;
dalam 3 d 5 4s 1
tentukan posisi unsur-unsur kimia yang bersesuaian dalam sistem periodik D.I. Mendeleev. Sebutkan unsur-unsur kimia tersebut. Konfirmasikan asumsi Anda dengan deskripsi struktur atom unsur kimia ini sesuai dengan algoritma. Tentukan sifat-sifat unsur kimia ini.
Bersambung
Semakin dekat dengan inti atom adalah kulit elektron atom, semakin kuat elektron tertarik ke inti dan semakin besar energi ikatnya dengan inti. Oleh karena itu, susunan kulit elektron mudah dicirikan oleh tingkat energi dan sublevel serta distribusi elektron di atasnya. Jumlah tingkat energi elektronik sama dengan jumlah periode, dimana elemen tersebut berada. Jumlah elektron pada tingkat energi sama dengan jumlah urut unsur.
Struktur elektron atom ditunjukkan pada gambar. 1.9 dalam bentuk diagram distribusi elektron pada tingkat energi dan subtingkat. Diagram terdiri dari sel-sel elektronik yang digambarkan dengan kotak. Setiap sel melambangkan satu orbital elektron yang mampu menerima dua elektron dengan spin berlawanan, ditunjukkan oleh panah atas dan bawah.
Beras. 1.9.
Diagram elektronik atom dibangun dalam urutan meningkatkan jumlah tingkat energi. Dalam arah yang sama energi elektron bertambah dan energi hubungannya dengan nukleus berkurang. Untuk kejelasan, kita dapat membayangkan bahwa inti atom berada "di bagian bawah" diagram. Jumlah elektron dalam atom suatu unsur sama dengan jumlah proton dalam nukleus, mis. nomor atom unsur dalam tabel periodik.
Tingkat energi pertama hanya terdiri dari satu orbital, yang dilambangkan dengan simbol s. Orbital ini diisi dengan elektron hidrogen dan helium. Hidrogen memiliki satu elektron, dan hidrogen adalah monovalen. Helium memiliki dua pasangan elektron dengan spin berlawanan, helium memiliki valensi nol dan tidak membentuk senyawa dengan unsur lain. Energi reaksi kimia tidak cukup untuk membangkitkan atom helium dan mentransfer elektron ke tingkat kedua.
Tingkat energi kedua terdiri dari. "-sublevel dan /. (-sublevel, yang memiliki tiga orbital (sel). Litium mengirimkan elektron ketiga ke sublevel 2". Satu elektron yang tidak berpasangan menyebabkan litium menjadi monovalen. Berilium mengisi yang sama sublevel dengan elektron kedua, oleh karena itu, dalam Dalam keadaan tidak tereksitasi, berilium memiliki dua elektron berpasangan.Namun, energi eksitasi yang tidak signifikan ternyata cukup untuk mentransfer satu elektron ke sublevel ^, yang membuat berilium bivalen.
Pengisian lebih lanjut dari sublevel 2p berlangsung dengan cara yang sama. Oksigen dalam senyawa adalah bivalen. Oksigen tidak menunjukkan valensi yang lebih tinggi karena ketidakmungkinan memasangkan elektron tingkat kedua dan mentransfernya ke tingkat energi ketiga.
Berbeda dengan oksigen, belerang yang terletak di bawah oksigen dalam subkelompok yang sama dapat menunjukkan valensi 2, 4 dan 6 dalam senyawanya karena kemungkinan merusak elektron tingkat ketiga dan memindahkannya ke subtingkat ^. Perhatikan bahwa keadaan valensi belerang lainnya juga dimungkinkan.
Elemen yang sublevel s-nya terisi disebut “-elemen. Demikian pula, urutan terbentuk R- elemen. Elemen s- dan p-sublevel termasuk dalam subkelompok utama. Elemen dari subkelompok sekunder adalah ^-elemen (nama salah - elemen transisi).
Lebih mudah untuk menunjukkan subkelompok dengan simbol elektron, karena itu unsur-unsur yang termasuk dalam subkelompok terbentuk, misalnya s"-subgrup (hidrogen, litium, natrium, dll.) atau //-subgrup (oksigen, belerang, dll.).
Jika tabel periodik disusun sedemikian rupa sehingga nomor periode meningkat dari bawah ke atas, dan pertama satu dan kemudian dua elektron ditempatkan di setiap sel elektron, tabel periodik periode panjang akan diperoleh, menyerupai diagram distribusi elektron pada tingkat energi dan sublevel.
| Nama parameter | Berarti |
| Subjek artikel: | TINGKAT ENERGI |
| Rubrik (kategori tematik) | Pendidikan |
STRUKTUR ATOM
1. Perkembangan teori struktur atom. Dengan
2. Inti dan kulit elektron atom. Dengan
3. Struktur inti atom. Dengan
4. Nuklida, isotop, nomor massa. Dengan
5. Tingkat energi.
6. Penjelasan mekanika kuantum dari struktur.
6.1. Model orbital atom.
6.2. Aturan untuk mengisi orbital.
6.3. Orbital dengan elektron s (orbital atom s).
6.4. Orbital dengan elektron p (orbital p atom).
6.5. Orbital dengan elektron d-f
7. Sublevel energi atom multielektron. bilangan kuantum.
TINGKAT ENERGI
Struktur kulit elektron suatu atom ditentukan oleh cadangan energi yang berbeda dari masing-masing elektron dalam atom. Sesuai dengan model atom Bohr, elektron dapat menempati posisi dalam atom yang sesuai dengan keadaan energi (terkuantisasi) yang ditentukan secara tepat. Keadaan ini disebut tingkat energi.
Jumlah elektron yang dapat berada pada tingkat energi yang terpisah ditentukan oleh rumus 2n 2, di mana n adalah jumlah tingkat, yang dilambangkan dengan angka Arab 1 - 7. Pengisian maksimum empat tingkat energi pertama di. sesuai dengan rumus 2n 2 adalah: untuk tingkat pertama - 2 elektron, untuk yang kedua - 8, untuk yang ketiga -18 dan untuk tingkat keempat - 32 elektron. Pengisian maksimum tingkat energi yang lebih tinggi dalam atom unsur yang diketahui dengan elektron belum tercapai.
Beras. 1 menunjukkan pengisian tingkat energi dari dua puluh elemen pertama dengan elektron (dari hidrogen H hingga kalsium Ca, lingkaran hitam). Dengan mengisi tingkat energi dalam urutan yang ditunjukkan, model atom unsur yang paling sederhana diperoleh, sambil mengamati urutan pengisian (dari bawah ke atas dan dari kiri ke kanan pada gambar) sedemikian rupa sehingga yang terakhir elektron menunjuk ke simbol elemen yang sesuai Pada tingkat energi ketiga M(kapasitas maksimum adalah 18 e -) untuk unsur Na - Ar hanya mengandung 8 elektron, maka tingkat energi keempat mulai meningkat N- dua elektron muncul di atasnya untuk unsur K dan Ca. 10 elektron berikutnya kembali menempati level M(elemen Sc – Zn (tidak diperlihatkan), dan kemudian pengisian level N dengan enam elektron lagi berlanjut (elemen Ca-Kr, lingkaran putih).
| Beras. satu |  Beras. 2 |
Jika atom dalam keadaan dasar, maka elektronnya menempati tingkat dengan energi minimum, yaitu, setiap elektron berikutnya menempati posisi yang paling menguntungkan secara energetik, seperti pada Gambar. 1. Dengan dampak eksternal pada atom yang terkait dengan transfer energi ke sana, misalnya, dengan pemanasan, elektron ditransfer ke tingkat energi yang lebih tinggi (Gbr. 2). Keadaan atom ini disebut tereksitasi. Tempat yang dikosongkan pada tingkat energi yang lebih rendah diisi (sebagai posisi yang menguntungkan) oleh elektron dari tingkat energi yang lebih tinggi. Selama transisi, elektron mengeluarkan sejumlah energi, sesuai dengan perbedaan energi antara tingkat. Sebagai hasil dari transisi elektronik, radiasi karakteristik muncul. Dari garis spektrum cahaya yang diserap (dipancarkan), seseorang dapat membuat kesimpulan kuantitatif tentang tingkat energi atom.
Sesuai dengan model kuantum atom Bohr, sebuah elektron yang memiliki tingkat energi tertentu bergerak dalam orbit melingkar di dalam atom. Elektron dengan cadangan energi yang sama terletak pada jarak yang sama dari inti, setiap tingkat energi sesuai dengan set elektronnya sendiri, yang disebut lapisan elektron oleh Bohr. , menurut Bohr, elektron dari satu lapisan bergerak di sepanjang permukaan bola, elektron dari lapisan berikutnya di sepanjang permukaan bola lainnya. semua bola tertulis satu sama lain dengan pusat yang sesuai dengan inti atom.
TINGKAT ENERGI - konsep dan jenis. Klasifikasi dan fitur kategori "TINGKAT ENERGI" 2017, 2018.
Mari kita ingat kembali secara singkat apa yang telah kita ketahui tentang struktur kulit elektron atom:
jumlah tingkat energi suatu atom = jumlah periode di mana unsur tersebut berada;
kapasitas maksimum setiap tingkat energi dihitung dengan rumus 2n 2
kulit energi terluar tidak boleh mengandung lebih dari 2 elektron untuk unsur periode 1, lebih dari 8 elektron untuk unsur periode lain
Sekali lagi, mari kita kembali ke analisis skema pengisian tingkat energi dalam elemen periode kecil:
Tabel 1. Pengisian tingkat energi
Untuk unsur periode kecil
| Nomor periode | Jumlah tingkat energi = nomor periode | Simbol elemen, nomor urutnya | Total elektron | Distribusi elektron menurut tingkat energi | Nomor grup |
|
| Skema 1 | Skema 2 |
|||||
| 1 | 1 | 1 N | 1 | H+1) 1 | +1 H, 1e - | saya (VII) |
| 2 Tidak | 2 | He + 2 ) 2 | +2 tidak, ke-2 - | VIII |
||
| 2 | 2 | 3Li | 3 | Li + 3 ) 2 ) 1 | + 3 Li, 2e - , 1e - | Saya |
| 4 Jadilah | 4 | Jadilah +4) 2 ) 2 | + 4 Menjadi, 2e - , 2 e - | II |
||
| 5B | 5 | B +5) 2 ) 3 | +5 B, 2e - , 3 - | AKU AKU AKU |
||
| 6C | 6 | C +6) 2 ) 4 | +6 C, 2e - , 4 - | IV |
||
| 7 N | 7 | N + 7 ) 2 ) 5 | + 7 N, 2e - , 5 e - | V |
||
| 8 O | 8 | HAI + 8 ) 2 ) 6 | + 8 HAI, 2e - , 6 e - | VI |
||
| 9F | 9 | F + 9 ) 2 ) 7 | + 9 F, 2e - , 7 e - | VI |
||
| 10 Ne | 10 | tidak+ 10 ) 2 ) 8 | + 10 tidak, 2e - , 8 e - | VIII |
||
| 3 | 3 | 11 Tidak | 11 | tidak+ 11 ) 2 ) 8 ) 1 | +1 1 tidak, 2e - , 8e - , 1e - | Saya |
| 12 mg | 12 | mg+ 12 ) 2 ) 8 ) 2 | +1 2 mg, 2e - , 8e - , 2 e - | II |
||
| 13 Ali | 13 | Al+ 13 ) 2 ) 8 ) 3 | +1 3 Al, 2e - , 8e - , 3 e - | AKU AKU AKU |
||
| 14Si | 14 | Si+ 14 ) 2 ) 8 ) 4 | +1 4 Si, 2e - , 8e - , 4 e - | IV |
||
| 15p | 15 | P+ 15 ) 2 ) 8 ) 5 | +1 5 P, 2e - , 8e - , 5 e - | V |
||
| 16S | 16 | S+ 16 ) 2 ) 8 ) 6 | +1 5 P, 2e - , 8e - , 6 e - | VI |
||
| 17Cl | 17 | Cl+ 17 ) 2 ) 8 ) 7 | +1 7 Cl, 2e - , 8e - , 7 e - | VI |
||
| 18 Ar | 18 | Ar+ 18 ) 2 ) 8 ) 8 | +1 8 Ar, 2e - , 8e - , 8 e - | VIII |
||
Tabel Analisis 1. Bandingkan jumlah elektron pada tingkat energi terakhir dan jumlah golongan tempat unsur kimia tersebut berada.
Pernahkah Anda memperhatikan itu? jumlah elektron pada tingkat energi terluar atom sama dengan nomor golongan, di mana elemen itu berada (pengecualiannya adalah helium)?
!!! Aturan ini benarhanya untuk elemenbesar subkelompok.
Setiap periode D.I. Mendeleev diakhiri dengan elemen inert(helium He, neon Ne, argon Ar). Tingkat energi eksternal unsur-unsur ini mengandung jumlah elektron maksimum yang mungkin: helium -2, unsur-unsur yang tersisa - 8. Ini adalah unsur-unsur golongan VIII dari subkelompok utama. Tingkat energi yang mirip dengan struktur tingkat energi gas inert disebut lengkap. Ini adalah semacam batas kekuatan tingkat energi untuk setiap elemen sistem periodik. Molekul zat sederhana - gas inert, terdiri dari satu atom dan dibedakan oleh kelembaman kimia, mis. praktis tidak masuk ke dalam reaksi kimia.
Untuk elemen PSCE yang tersisa, tingkat energi berbeda dari tingkat energi elemen inert, tingkat seperti itu disebut belum selesai. Atom-atom dari unsur-unsur ini cenderung melengkapi tingkat energi terluarnya dengan menyumbangkan atau menerima elektron.
Pertanyaan untuk pengendalian diri
Tingkat energi apa yang disebut eksternal?
Tingkat energi apa yang disebut internal?
Tingkat energi apa yang disebut lengkap?
Unsur-unsur dari kelompok dan subkelompok mana yang memiliki tingkat energi lengkap?
Berapa jumlah elektron pada tingkat energi terluar unsur-unsur subkelompok utama?
Bagaimana elemen-elemen dari satu subkelompok utama serupa dalam struktur level elektronik?
Berapa banyak elektron pada tingkat terluar yang mengandung unsur a) golongan IIA;
Lihat jawaban
Terakhir
Apapun kecuali yang terakhir
Yang mengandung jumlah elektron maksimum. Begitu juga dengan tingkat terluar, jika mengandung 8 elektron untuk periode I – 2 elektron.
Unsur golongan VIIIA (unsur inert)
Banyaknya golongan tempat unsur tersebut berada
Semua elemen dari subkelompok utama pada tingkat energi terluar mengandung elektron sebanyak nomor golongannya
a) unsur golongan IIA memiliki 2 elektron di tingkat terluar; b) unsur golongan IVA memiliki 4 elektron; c) unsur golongan VII A memiliki 7 elektron.
Tugas untuk solusi independen
Tentukan unsur menurut ciri-ciri berikut: a) ia memiliki 2 tingkat elektronik, di bagian terluarnya - 3 elektron; b) memiliki 3 level elektronik, di luar - 5 elektron. Tuliskan distribusi elektron pada tingkat energi atom-atom tersebut.
Manakah dua atom yang memiliki jumlah tingkat energi yang sama?
Berapa jumlah elektron pada tingkat energi terluar magnesium?
Berapa banyak elektron yang ada dalam atom neon?
Apa dua atom memiliki jumlah elektron yang sama pada tingkat energi eksternal: a) natrium dan magnesium; b) kalsium dan seng; c) arsenik dan fosfor d) oksigen dan fluor.
Pada tingkat energi luar atom sulfur elektron: a) 16; b) 2; c) 6 d) 4
Apa persamaan atom belerang dan oksigen: a) jumlah elektron; b) jumlah tingkat energi c) jumlah periode d) jumlah elektron di tingkat terluar.
Apa kesamaan atom magnesium dan fosfor: a) jumlah proton; b) jumlah tingkat energi c) nomor golongan d) jumlah elektron pada tingkat terluar.
Pilih unsur periode kedua, yang memiliki satu elektron di tingkat terluar: a) litium; b) berilium; c) oksigen; d) natrium
Ada 4 elektron pada tingkat terluar atom suatu unsur periode ketiga. Tentukan elemen ini: a) natrium; b) karbon c) silikon d) klorin
Sebuah atom memiliki 2 tingkat energi dan 3 elektron. Tentukan elemen ini: a) aluminium; b) boron c) magnesium d) nitrogen
Lihat jawaban:
1. a) Mari kita tentukan "koordinat" unsur kimia: 2 level elektronik - periode II; 3 elektron di tingkat terluar - golongan III A. Ini adalah boron 5 B. Skema distribusi elektron berdasarkan tingkat energi: ke-2 - , 3 -
B) Periode III, golongan VA, unsur fosfor 15 R. Skema distribusi elektron menurut tingkat energi: ke-2 - , 8e - , 5e -
2. d) natrium dan klorin.
Penjelasan: a) natrium: +11 ) 2 ) 8 ) 1 (diisi 2) → hidrogen: +1) 1
B) helium: +2 ) 2 (diisi 1) → hidrogen: hidrogen: +1) 1
C) helium: +2 ) 2 (diisi 1) → neon: +10 ) 2 ) 8 (diisi 2)
*G) natrium: +11 ) 2 ) 8 ) 1 (diisi 2) → klorin: +17 ) 2 ) 8 ) 7 (diisi 2)
4. Sepuluh. Jumlah elektron = nomor seri
c) arsenik dan fosfor. Atom-atom yang terletak pada subkelompok yang sama memiliki jumlah elektron yang sama.
A) natrium dan magnesium (dalam kelompok yang berbeda); b) kalsium dan seng (dalam kelompok yang sama, tetapi subkelompok yang berbeda); * c) arsenik dan fosfor (dalam satu, utama, subkelompok) d) oksigen dan fluor (dalam kelompok yang berbeda).
7. d) jumlah elektron di tingkat terluar
8. b) jumlah tingkat energi
9. a) litium (terletak pada golongan IA periode II)
10. c) silikon (gugus IVA, periode III)
11. b) boron (2 tingkat - IITitik, 3 elektron di tingkat terluar - IIIAKelompok)
Atom adalah partikel bermuatan listrik netral yang terdiri dari inti bermuatan positif dan kulit elektron bermuatan negatif. Nukleus berada di pusat atom dan terdiri dari proton bermuatan positif dan neutron tak bermuatan yang disatukan oleh gaya nuklir. Struktur nuklir atom dibuktikan secara eksperimental pada tahun 1911 oleh fisikawan Inggris E. Rutherford.
Jumlah proton menentukan muatan positif inti dan sama dengan nomor urut unsur. Jumlah neutron dihitung sebagai perbedaan antara massa atom dan nomor urut unsur. Unsur-unsur yang memiliki muatan inti yang sama (jumlah proton yang sama) tetapi massa atom yang berbeda (jumlah neutron yang berbeda) disebut isotop. Massa atom terutama terkonsentrasi di nukleus, karena massa elektron yang sangat kecil dapat diabaikan. Massa atom sama dengan jumlah massa semua proton dan semua neutron inti.
Unsur adalah sejenis atom dengan muatan inti yang sama. Saat ini, 118 unsur kimia yang berbeda diketahui.
Semua elektron atom membentuk kulit elektronnya. Kulit elektron memiliki muatan negatif yang sama dengan jumlah total elektron. Jumlah elektron dalam kulit atom bertepatan dengan jumlah proton dalam nukleus dan sama dengan nomor urut elemen. Elektron pada kulit terdistribusi di antara lapisan elektron sesuai dengan cadangan energi (elektron dengan energi yang sama membentuk satu lapisan elektron): elektron dengan energi lebih rendah lebih dekat ke inti, elektron dengan energi lebih tinggi lebih jauh dari inti. Jumlah lapisan elektronik (tingkat energi) bertepatan dengan jumlah periode di mana unsur kimia berada.
Bedakan antara tingkat energi yang lengkap dan tidak lengkap. Level dianggap lengkap jika mengandung jumlah elektron maksimum yang mungkin (level pertama - 2 elektron, level kedua - 8 elektron, level ketiga - 18 elektron, level keempat - 32 elektron, dll.). Tingkat tidak lengkap mengandung lebih sedikit elektron.
Tingkat terjauh dari inti atom disebut tingkat terluar. Elektron pada tingkat energi terluar disebut elektron terluar (valensi). Jumlah elektron pada tingkat energi terluar bertepatan dengan jumlah golongan di mana unsur kimia itu berada. Tingkat terluar dianggap lengkap jika mengandung 8 elektron. Atom unsur golongan 8A (gas inert helium, neon, kripton, xenon, radon) memiliki tingkat energi eksternal yang lengkap.
Wilayah ruang di sekitar inti atom, di mana elektron paling mungkin ditemukan, disebut orbital elektron. Orbital berbeda dalam tingkat energi dan bentuk. Bentuknya membedakan orbital s (bola), orbital p (volumetrik delapan), orbital d dan orbital f. Setiap tingkat energi memiliki set orbitalnya sendiri: pada tingkat energi pertama - satu orbital s, pada tingkat energi kedua - satu s- dan tiga orbital p, pada tingkat energi ketiga - satu s-, tiga p-, lima orbital d , pada tingkat energi keempat satu s-, tiga p-, lima orbital d dan tujuh orbital f. Setiap orbital dapat menampung maksimal dua elektron.
Distribusi elektron dalam orbital dicerminkan menggunakan rumus elektronik. Misalnya, untuk atom magnesium, distribusi elektron pada tingkat energi adalah sebagai berikut: 2e, 8e, 2e. Rumus ini menunjukkan bahwa 12 elektron atom magnesium didistribusikan melalui tiga tingkat energi: tingkat pertama selesai dan mengandung 2 elektron, tingkat kedua selesai dan berisi 8 elektron, tingkat ketiga tidak selesai, karena mengandung 2 elektron. Untuk atom kalsium, distribusi elektron pada tingkat energi adalah sebagai berikut: 2e, 8e, 8e, 2e. Rumus ini menunjukkan bahwa 20 elektron kalsium didistribusikan melalui empat tingkat energi: tingkat pertama selesai dan mengandung 2 elektron, tingkat kedua selesai dan berisi 8 elektron, tingkat ketiga tidak selesai, karena mengandung 8 elektron, level keempat tidak selesai, karena mengandung 2 elektron.
