Pelajaran ini dikhususkan untuk pembentukan ide-ide tentang struktur kompleks atom. Keadaan elektron dalam atom dipertimbangkan, konsep "orbital atom dan awan elektron", bentuk orbital (s--, p-, d-orbital) diperkenalkan. Juga dipertimbangkan aspek-aspek seperti jumlah maksimum elektron pada tingkat energi dan sublevel, distribusi elektron pada tingkat energi dan sublevel dalam atom unsur dari empat periode pertama, elektron valensi unsur s-, p- dan d. Diagram grafis dari struktur lapisan elektronik atom (rumus elektron-grafik) diberikan.

Topik: Struktur atom. Hukum periodik D.I. Mendeleev

Pelajaran: Struktur atom

Diterjemahkan dari bahasa Yunani, kata " atom" berarti "tidak terpisahkan". Namun, fenomena telah ditemukan yang menunjukkan kemungkinan pembagiannya. Ini adalah emisi sinar-x, emisi sinar katoda, fenomena efek fotolistrik, fenomena radioaktivitas. Elektron, proton, dan neutron adalah partikel penyusun atom. Mereka disebut partikel sub atom.

tab. satu

Selain proton, inti sebagian besar atom mengandung: neutron yang tidak membawa biaya. Seperti dapat dilihat dari Tabel. 1, massa neutron praktis tidak berbeda dengan massa proton. Proton dan neutron merupakan inti atom dan disebut nukleon (inti - inti). Muatan dan massanya dalam satuan massa atom (a.m.u.) ditunjukkan pada Tabel 1. Saat menghitung massa atom, massa elektron dapat diabaikan.

Massa atom ( nomor massa) sama dengan jumlah massa proton dan neutron yang menyusun nukleusnya. Nomor massa dilambangkan dengan huruf TETAPI. Dari nama besaran ini dapat dilihat bahwa besaran tersebut berkaitan erat dengan massa atom unsur yang dibulatkan menjadi bilangan bulat. A=Z+N

Di Sini SEBUAH- nomor massa atom (jumlah proton dan neutron), Z- muatan inti (jumlah proton dalam inti), N adalah jumlah neutron dalam inti. Menurut doktrin isotop, konsep "unsur kimia" dapat diberikan definisi berikut:

unsur kimia Sekelompok atom dengan muatan inti yang sama disebut.

Beberapa elemen ada sebagai banyak isotop. "Isotop" berarti "menempati tempat yang sama." Isotop memiliki jumlah proton yang sama, tetapi massanya berbeda, yaitu jumlah neutron dalam nukleus (nomor N). Karena neutron memiliki sedikit atau tidak berpengaruh pada sifat kimia unsur, semua isotop dari unsur yang sama secara kimiawi tidak dapat dibedakan.

Isotop disebut varietas atom dari unsur kimia yang sama dengan muatan inti yang sama (yaitu, dengan jumlah proton yang sama), tetapi dengan jumlah neutron yang berbeda di dalam nukleus.

Isotop berbeda satu sama lain hanya dalam nomor massa. Ini ditunjukkan baik oleh superskrip di sudut kanan, atau di baris: 12 C atau C-12 . Jika suatu unsur mengandung beberapa isotop alami, maka dalam tabel periodik D.I. Mendeleev menunjukkan massa atom rata-rata, dengan mempertimbangkan prevalensi. Misalnya, klorin mengandung 2 isotop alami 35 Cl dan 37 Cl, yang kandungannya masing-masing adalah 75% dan 25%. Dengan demikian, massa atom klorin akan sama dengan:

TETAPIr(Cl)=0,75 . 35+0,25 . 37=35,5

Untuk atom berat yang disintesis secara artifisial, satu nilai massa atom diberikan dalam tanda kurung siku. Ini adalah massa atom dari isotop paling stabil dari unsur tersebut.

Model dasar struktur atom

Secara historis, model atom Thomson adalah yang pertama pada tahun 1897.

Beras. 1. Model struktur atom oleh J. Thomson

Fisikawan Inggris J. J. Thomson menyarankan bahwa atom terdiri dari bola bermuatan positif di mana elektron diselingi (Gbr. 1). Model ini secara kiasan disebut "puding plum", roti dengan kismis (di mana "kismis" adalah elektron), atau "semangka" dengan "biji" - elektron. Namun model ini ditinggalkan, karena diperoleh data eksperimen yang bertentangan dengannya.

Beras. 2. Model struktur atom oleh E. Rutherford

Pada tahun 1910, fisikawan Inggris Ernst Rutherford, bersama murid-muridnya Geiger dan Marsden, melakukan eksperimen yang memberikan hasil luar biasa yang tidak dapat dijelaskan dari sudut pandang model Thomson. Ernst Rutherford membuktikan melalui pengalaman bahwa di pusat atom terdapat nukleus bermuatan positif (Gbr. 2), di sekelilingnya, seperti planet mengelilingi Matahari, elektron berputar. Atom secara keseluruhan netral secara listrik, dan elektron ditahan di dalam atom karena gaya tarik elektrostatik (gaya Coulomb). Model ini memiliki banyak kontradiksi dan, yang paling penting, tidak menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh pada nukleus, serta kemungkinan penyerapan dan emisi energi olehnya.

Fisikawan Denmark N. Bohr pada tahun 1913, mengambil model atom Rutherford sebagai dasar, mengusulkan model atom di mana partikel elektron berputar mengelilingi inti atom dengan cara yang sama seperti planet berputar mengelilingi Matahari.

Beras. 3. Model planet N. Bohr

Bohr menyarankan bahwa elektron dalam atom hanya dapat eksis secara stabil di orbit pada jarak yang ditentukan secara ketat dari nukleus. Orbit ini ia sebut stasioner. Sebuah elektron tidak dapat berada di luar orbit stasioner. Mengapa demikian, Bohr tidak bisa menjelaskannya saat itu. Tetapi dia menunjukkan bahwa model seperti itu (Gbr. 3) memungkinkan untuk menjelaskan banyak fakta eksperimental.

Saat ini digunakan untuk menggambarkan struktur atom mekanika kuantum. Ini adalah ilmu, aspek utamanya adalah bahwa elektron memiliki sifat partikel dan gelombang pada saat yang sama, yaitu dualitas gelombang-partikel. Menurut mekanika kuantum, Daerah yang peluang menemukan elektronnya paling besar disebutorbit. Semakin jauh elektron dari nukleus, semakin rendah energi interaksinya dengan nukleus. Elektron dengan energi yang sama membentuk tingkat energi. Jumlah tingkat energi sama dengan nomor periode, di mana elemen ini terletak di tabel D.I. Mendeleev. Ada berbagai bentuk orbital atom. (Gbr. 4). Orbital d dan orbital f memiliki bentuk yang lebih kompleks.

Beras. 4. Bentuk orbital atom

Jumlah elektron dalam kulit elektron dari atom mana pun sama banyaknya dengan jumlah proton di dalam intinya, sehingga atom secara keseluruhan bersifat netral secara elektris. Elektron dalam atom diatur sedemikian rupa sehingga energinya minimal. Semakin jauh elektron dari inti, semakin banyak orbital dan semakin kompleks bentuknya. Setiap level dan sublevel hanya dapat menampung sejumlah elektron tertentu. Sublevel, pada gilirannya, terdiri dari orbital.

Pada tingkat energi pertama, yang paling dekat dengan nukleus, mungkin ada satu orbital bola ( 1 s). Pada tingkat energi kedua - orbital bola, berukuran besar dan tiga orbital p: 2 s2 ppp. Pada tingkat ketiga: 3 s3 ppp3 dddd.

Selain gerakan di sekitar nukleus, elektron juga memiliki gerakan, yang dapat direpresentasikan sebagai gerakan mereka di sekitar porosnya sendiri. Rotasi ini disebut putaran ( di jalur dari bahasa Inggris. "poros"). Hanya dua elektron dengan putaran berlawanan (antiparalel) yang dapat berada dalam satu orbital.

Maksimum jumlah elektron per tingkat energi ditentukan oleh rumus N=2 n 2.

Dimana n adalah bilangan kuantum utama (bilangan tingkat energi). Lihat tabel. 2

tab. 2

Tergantung pada orbital mana elektron terakhir berada, mereka membedakan s-, p-, d-elemen. Elemen dari subkelompok utama milik s-, p-elemen. Di subkelompok samping adalah d-elemen

Diagram grafis dari struktur lapisan elektronik atom (rumus grafik elektronik).

Untuk menggambarkan susunan elektron dalam orbital atom, digunakan konfigurasi elektron. Untuk menuliskannya dalam satu baris, orbital ditulis dalam legenda ( s--, p-, d-,f-orbital), dan di depannya ada angka yang menunjukkan jumlah tingkat energi. Semakin besar angkanya, semakin jauh elektron dari nukleus. Dalam huruf besar, di atas penunjukan orbital, jumlah elektron dalam orbital ini ditulis (Gbr. 5).

Beras. 5

Secara grafis, distribusi elektron dalam orbital atom dapat direpresentasikan sebagai sel. Setiap sel sesuai dengan satu orbital. Akan ada tiga sel seperti itu untuk orbital p, lima untuk orbital d, dan tujuh untuk orbital f. Satu sel dapat berisi 1 atau 2 elektron. Berdasarkan Aturan Gund, elektron didistribusikan dalam orbital dengan energi yang sama (misalnya, dalam tiga orbital p), pertama satu per satu, dan hanya ketika sudah ada satu elektron di setiap orbital tersebut, pengisian orbital ini dengan elektron kedua dimulai. Elektron semacam itu disebut berpasangan. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa di sel tetangga, elektron saling tolak lebih sedikit, sebagai partikel bermuatan serupa.

Lihat gambar. 6 untuk atom 7 N.

Beras. 6

Konfigurasi elektron atom skandium

21 sc: 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2 3 d 1

Elektron pada tingkat energi terluar disebut elektron valensi. 21 sc mengacu pada d-elemen.

Menyimpulkan pelajaran

Pada pelajaran, struktur atom, keadaan elektron dalam atom dipertimbangkan, konsep "orbital atom dan awan elektron" diperkenalkan. Siswa mempelajari bentuk orbital ( s-, p-, d-orbital), berapa jumlah maksimum elektron pada tingkat energi dan sublevel, distribusi elektron pada tingkat energi, apa s-, p- dan d-elemen. Diagram grafis dari struktur lapisan elektronik atom (rumus elektron-grafik) diberikan.

Bibliografi

1. Rudzitis G.E. Kimia. Dasar-dasar Kimia Umum. Kelas 11: buku teks untuk lembaga pendidikan: tingkat dasar / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - edisi ke-14. - M.: Pendidikan, 2012.

2. Popel P.P. Kimia: kelas 8: buku teks untuk lembaga pendidikan umum / P.P. Popel, L.S. Krivlya. - K .: Pusat Informasi "Akademi", 2008. - 240 hal.: sakit.

3. A.V. Manuilov, V.I. Rodionov. Dasar-dasar kimia. tutorial internet.

Pekerjaan rumah

1. No. 5-7 (hal. 22) Rudzitis G.E. Kimia. Dasar-dasar Kimia Umum. Kelas 11: buku teks untuk lembaga pendidikan: tingkat dasar / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - edisi ke-14. - M.: Pendidikan, 2012.

2. Tulislah rumus elektronik untuk unsur-unsur berikut: 6 C, 12 Mg, 16 S, 21 Sc.

3. Unsur-unsur memiliki rumus elektronik berikut: a) 1s 2 2s 2 2p 4 .b) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. c) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 . Apa sajakah elemen-elemen ini?

Komposisi molekul. Yaitu, oleh atom apa molekul itu terbentuk, dalam jumlah berapa, dengan ikatan apa atom-atom ini terhubung. Semua ini menentukan sifat molekul, dan, karenanya, sifat zat yang membentuk molekul-molekul ini.

Misalnya, sifat-sifat air: transparansi, fluiditas, kemampuan menyebabkan karat, justru disebabkan oleh adanya dua atom hidrogen dan satu atom oksigen.

Oleh karena itu, sebelum melanjutkan ke studi tentang sifat-sifat molekul (yaitu, sifat-sifat zat), perlu untuk mempertimbangkan "bahan penyusun" di mana molekul-molekul ini terbentuk. Memahami struktur atom.

Bagaimana atom diatur?

Atom adalah partikel yang jika digabungkan satu sama lain akan membentuk molekul.

Atom itu sendiri terdiri dari inti bermuatan positif (+) dan kulit elektron bermuatan negatif (-). Secara umum, atom bersifat netral secara listrik. Artinya, muatan inti sama dalam nilai absolut dengan muatan kulit elektron.

Inti dibentuk oleh partikel-partikel berikut:

• Proton. Satu proton membawa muatan +1. Massanya adalah 1 sma (satuan massa atom). Partikel-partikel ini tentu ada di dalam nukleus.

• neutron. Neutron tidak bermuatan (muatan = 0). Massanya adalah 1 sma. Neutron mungkin tidak berada di dalam nukleus. Ini bukan komponen inti atom yang diperlukan.

Dengan demikian, proton bertanggung jawab atas muatan total inti. Karena satu neutron bermuatan +1, maka muatan inti sama dengan jumlah proton.

Kulit elektron, seperti namanya, dibentuk oleh partikel yang disebut elektron. Jika kita membandingkan inti atom dengan planet, maka elektron adalah satelitnya. Berputar di sekitar nukleus (untuk saat ini mari kita bayangkan bahwa dalam orbit, tetapi sebenarnya dalam orbit), mereka membentuk kulit elektron.

• Elektron merupakan partikel yang sangat kecil. Massanya sangat kecil sehingga dianggap 0. Tetapi muatan elektron adalah -1. Artinya, modulus sama dengan muatan proton, berbeda tandanya. Karena satu elektron membawa muatan -1, muatan total kulit elektron sama dengan jumlah elektron di dalamnya.

Salah satu konsekuensi penting, karena atom adalah partikel yang tidak memiliki muatan (muatan inti dan muatan kulit elektron sama dalam nilai absolut, tetapi berlawanan tanda), yaitu netral secara listrik, oleh karena itu, jumlah elektron dalam suatu atom sama dengan jumlah proton.

Bagaimana atom dari unsur kimia yang berbeda berbeda satu sama lain?

Atom dari unsur kimia yang berbeda berbeda satu sama lain dalam muatan inti (yaitu, jumlah proton, dan, akibatnya, jumlah elektron).

Bagaimana cara mengetahui muatan inti atom suatu unsur? Ahli kimia domestik yang brilian D. I. Mendeleev, setelah menemukan hukum periodik, dan mengembangkan tabel yang dinamai menurut namanya, memberi kami kesempatan untuk melakukan ini. Penemuannya jauh di depan kurva. Ketika struktur atom belum diketahui, Mendeleev menyusun unsur-unsur dalam tabel berdasarkan kenaikan muatan inti.

Artinya, nomor urut suatu unsur dalam sistem periodik adalah muatan inti atom suatu unsur tertentu. Misalnya, oksigen memiliki nomor seri masing-masing 8, muatan inti atom oksigen adalah +8. Dengan demikian, jumlah proton adalah 8, dan jumlah elektron adalah 8.

Elektron dalam kulit elektronlah yang menentukan sifat kimia atom, tetapi lebih lanjut tentang itu nanti.

Sekarang mari kita bicara tentang massa.

Satu proton adalah satu satuan massa, satu neutron juga merupakan satu satuan massa. Oleh karena itu, jumlah neutron dan proton dalam inti disebut nomor massa. (Elektron tidak mempengaruhi massa dengan cara apa pun, karena kita mengabaikan massanya dan menganggapnya sama dengan nol).

Satuan massa atom (a.m.u.) adalah besaran fisika khusus untuk menyatakan massa kecil partikel yang membentuk atom.

Ketiga atom ini adalah atom dari satu unsur kimia - hidrogen. Karena mereka memiliki muatan inti yang sama.

Bagaimana mereka akan berbeda? Atom-atom ini memiliki nomor massa yang berbeda (karena jumlah neutron yang berbeda). Atom pertama memiliki nomor massa 1, yang kedua memiliki 2, dan yang ketiga memiliki 3.

Atom-atom dari unsur yang sama yang berbeda dalam jumlah neutron (dan karenanya nomor massa) disebut isotop.

Isotop hidrogen yang disajikan bahkan memiliki nama sendiri:

• Isotop pertama (nomor massa 1) disebut protium.
• Isotop kedua (nomor massa 2) disebut deuterium.
• Isotop ketiga (dengan nomor massa 3) disebut tritium.

Sekarang pertanyaan masuk akal berikutnya adalah: mengapa jika jumlah neutron dan proton dalam nukleus adalah bilangan bulat, massanya adalah 1 sma, maka dalam sistem periodik massa atom adalah bilangan pecahan. Untuk belerang, misalnya: 32.066.

Jawaban: suatu unsur memiliki beberapa isotop, mereka berbeda satu sama lain dalam nomor massa. Oleh karena itu, massa atom dalam tabel periodik adalah nilai rata-rata massa atom semua isotop suatu unsur, dengan mempertimbangkan kemunculannya di alam. Massa ini, yang diberikan dalam sistem periodik, disebut massa atom relatif.

Untuk perhitungan kimia, indikator "atom rata-rata" seperti itu digunakan. Massa atom dibulatkan ke bilangan bulat terdekat.

Struktur kulit elektron.

Sifat kimia atom ditentukan oleh struktur kulit elektronnya. Elektron di sekitar nukleus tidak diatur bagaimanapun. Elektron terlokalisasi dalam orbital elektron.

Orbital elektronik- ruang di sekitar inti atom, di mana kemungkinan menemukan elektron paling besar.

Sebuah elektron memiliki satu parameter kuantum yang disebut spin. Jika kita mengambil definisi klasik dari mekanika kuantum, maka putaran adalah momentum sudut intrinsik partikel. Dalam bentuk yang disederhanakan, ini dapat direpresentasikan sebagai arah rotasi partikel di sekitar porosnya.

Elektron adalah partikel dengan putaran setengah bilangan bulat, elektron dapat memiliki putaran +½ atau -½. Secara konvensional, ini dapat direpresentasikan sebagai rotasi searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam.

Tidak lebih dari dua elektron dengan spin berlawanan dapat berada dalam satu orbital elektron.

Penunjukan tempat tinggal elektronik yang diterima secara umum adalah sel atau tanda hubung. Elektron ditunjukkan oleh panah: panah atas adalah elektron dengan spin positif +½, panah bawah adalah elektron dengan spin negatif -½.

Elektron yang berdiri sendiri dalam suatu orbital disebut tidak berpasangan. Dua elektron pada orbital yang sama disebut berpasangan.

Orbital elektronik dibagi menjadi empat jenis tergantung pada bentuknya: s, p, d, f. Orbital dengan bentuk yang sama membentuk sublevel. Jumlah orbital pada sublevel ditentukan oleh jumlah kemungkinan lokasi di ruang angkasa.

1. s orbital.

Orbital s berbentuk bola:

Di luar angkasa, orbital s hanya dapat ditemukan dengan satu cara:

Oleh karena itu, sublevel s hanya dibentuk oleh satu orbital s.

1. p-orbital.

Orbital p berbentuk seperti halter:

Di luar angkasa, orbital p hanya dapat ditemukan dengan tiga cara:

Oleh karena itu, sublevel p dibentuk oleh tiga orbital p.

1. orbital d.

Orbital d memiliki bentuk yang kompleks:

Di luar angkasa, orbital d dapat ditemukan dalam lima cara berbeda. Oleh karena itu, sublevel d dibentuk oleh lima orbital d.

1. orbital f

Orbital f memiliki bentuk yang lebih kompleks. Di luar angkasa, orbital f dapat ditempatkan dalam tujuh cara berbeda. Oleh karena itu, sublevel f dibentuk oleh tujuh orbital f.

Kulit elektron atom seperti kue puff. Ini juga memiliki lapisan. Elektron yang terletak pada lapisan yang berbeda memiliki energi yang berbeda: pada lapisan yang lebih dekat ke inti - lebih sedikit, pada lapisan yang jauh dari inti - lebih banyak. Lapisan ini disebut tingkat energi.

Pengisian orbital elektron.

Tingkat energi pertama hanya memiliki sublevel-s:

Pada tingkat energi kedua, ada sublevel s dan sublevel p muncul:

Pada tingkat energi ketiga, muncul sublevel s, sublevel p, dan sublevel d:

Pada tingkat energi keempat, pada prinsipnya, sublevel f ditambahkan. Tetapi dalam kursus sekolah, orbital f tidak terisi, jadi kami tidak dapat menggambarkan sublevel f:

Banyaknya tingkat energi dalam atom suatu unsur adalah nomor periode. Saat mengisi orbital elektron, prinsip-prinsip berikut harus diikuti:

1. Setiap elektron mencoba untuk menempati posisi dalam atom di mana energinya akan minimal. Artinya, pertama tingkat energi pertama diisi, lalu yang kedua, dan seterusnya.

Untuk menggambarkan struktur kulit elektron, rumus elektronik juga digunakan. Rumus elektronik adalah catatan satu baris pendek dari distribusi elektron oleh sublevel.

1. Pada sublevel, setiap elektron pertama-tama mengisi orbital yang kosong. Dan masing-masing memiliki spin +½ (panah atas).

Dan hanya setelah ada satu elektron di setiap orbital sublevel, elektron berikutnya menjadi berpasangan - yaitu, ia menempati orbital yang sudah memiliki elektron:

1. d-sublevel diisi dengan cara khusus.

Faktanya adalah bahwa energi sublevel d lebih tinggi daripada energi sublevel s dari lapisan energi BERIKUTNYA. Dan seperti yang kita ketahui, elektron mencoba mengambil posisi itu di dalam atom, di mana energinya akan minimal.

Oleh karena itu, setelah sublevel 3p diisi, sublevel 4s diisi terlebih dahulu, setelah itu sublevel 3d diisi.

Dan hanya setelah sublevel 3d terisi penuh, sublevel 4p terisi.

Itu sama dengan tingkat energi ke-4. Setelah sublevel 4p terisi, selanjutnya diisi sublevel 5s, disusul sublevel 4d. Dan setelah itu hanya 5p.

1. Dan ada satu poin lagi, satu aturan tentang pengisian sublevel d.

Kemudian ada fenomena yang disebut kegagalan. Dalam kasus kegagalan, satu elektron dari sublevel s dari tingkat energi berikutnya secara harfiah jatuh ke elektron d.

Keadaan dasar dan keadaan tereksitasi atom.

Atom-atom yang konfigurasi elektronnya telah kita bangun sekarang disebut atom-atom dalam kondisi dasar. Artinya, ini adalah keadaan yang normal, alami, jika Anda suka.

Ketika sebuah atom menerima energi dari luar, eksitasi dapat terjadi.

Perangsangan adalah transisi elektron berpasangan ke orbital kosong, dalam tingkat energi luar.

Misalnya, untuk atom karbon:

Eksitasi adalah karakteristik dari banyak atom. Ini harus diingat, karena eksitasi menentukan kemampuan atom untuk mengikat satu sama lain. Hal utama yang harus diingat adalah kondisi di mana eksitasi dapat terjadi: elektron berpasangan dan orbital kosong di tingkat energi terluar.

Ada atom yang memiliki beberapa keadaan tereksitasi:

Konfigurasi elektron ion

Ion adalah partikel yang diubah menjadi atom dan molekul dengan mendapatkan atau kehilangan elektron. Partikel-partikel ini memiliki muatan, karena mereka "tidak cukup" elektron, atau kelebihannya. Ion bermuatan positif disebut kation, negatif - anion.

Atom klorin (tidak bermuatan) memperoleh elektron. Elektron memiliki muatan 1- (satu minus), masing-masing, terbentuk partikel yang memiliki muatan negatif berlebih. anion klorin:

Cl 0 + 1e → Cl –

Atom litium (juga tidak bermuatan) kehilangan elektron. Sebuah elektron memiliki muatan 1+ (satu plus), sebuah partikel terbentuk, dengan kekurangan muatan negatif, yaitu muatannya positif. kation litium:

Li 0 – 1e → Li +

Berubah menjadi ion, atom memperoleh konfigurasi sedemikian rupa sehingga tingkat energi eksternal menjadi "indah", yaitu terisi penuh. Konfigurasi ini adalah yang paling stabil secara termodinamika, sehingga ada alasan bagi atom untuk berubah menjadi ion.

Dan oleh karena itu, atom-atom dari unsur-unsur golongan VIII-A (golongan kedelapan dari subkelompok utama), sebagaimana dinyatakan dalam paragraf berikutnya, adalah gas mulia, sehingga tidak aktif secara kimia. Mereka memiliki struktur berikut dalam keadaan dasar: tingkat energi luar terisi penuh. Atom-atom lain, seolah-olah, cenderung memperoleh konfigurasi gas paling mulia ini, dan karenanya berubah menjadi ion dan membentuk ikatan kimia.

(Catatan kuliah)

Struktur atom. Pengantar.

Objek studi dalam kimia adalah unsur-unsur kimia dan senyawanya. unsur kimia Sekelompok atom dengan muatan positif yang sama disebut. Atom adalah partikel terkecil dari unsur kimia yang mempertahankannya Sifat kimia. Menghubungkan satu sama lain, atom dari satu atau elemen yang berbeda membentuk partikel yang lebih kompleks - molekul. Kumpulan atom atau molekul membentuk bahan kimia. Setiap zat kimia individu dicirikan oleh seperangkat sifat fisik individu, seperti titik didih dan leleh, kepadatan, konduktivitas listrik dan termal, dll.

1. Struktur atom dan sistem periodik unsur

DI. Mendeleev.

Pengetahuan dan pemahaman tentang keteraturan urutan pengisian Sistem periodik unsur D.I. Mendeleev memungkinkan kita untuk memahami hal berikut:

1. esensi fisik dari keberadaan di alam unsur-unsur tertentu,

2. sifat valensi kimia unsur,

3. kemampuan dan “kemudahan” suatu unsur untuk memberi atau menerima elektron ketika berinteraksi dengan unsur lain,

4. sifat ikatan kimia yang dapat dibentuk oleh unsur tertentu ketika berinteraksi dengan unsur lain, struktur ruang molekul sederhana dan kompleks, dll., dll.

Struktur atom.

Atom adalah mikrosistem kompleks dari partikel elementer yang bergerak dan berinteraksi satu sama lain.

Pada akhir abad 19 dan awal abad 20, ditemukan bahwa atom terdiri dari partikel yang lebih kecil: neutron, proton dan elektron.Dua partikel terakhir adalah partikel bermuatan, proton membawa muatan positif, elektron negatif. Karena atom suatu unsur dalam keadaan dasar secara elektrik netral, ini berarti bahwa jumlah proton dalam atom unsur apa pun sama dengan jumlah elektron. Massa atom ditentukan oleh jumlah massa proton dan neutron, yang jumlahnya sama dengan selisih antara massa atom dan nomor urutnya dalam sistem periodik D.I. Mendeleev.

Pada tahun 1926, Schrodinger mengusulkan untuk menggambarkan gerakan mikropartikel dalam atom suatu unsur menggunakan persamaan gelombang yang diturunkannya. Saat memecahkan persamaan gelombang Schrödinger untuk atom hidrogen, tiga bilangan kuantum bilangan bulat muncul: n, ℓ dan m ℓ , yang mencirikan keadaan elektron dalam ruang tiga dimensi di bidang pusat nukleus. bilangan kuantum n, ℓ dan m ℓ mengambil nilai bilangan bulat. Fungsi gelombang didefinisikan oleh tiga bilangan kuantum n, ℓ dan m ℓ dan diperoleh sebagai hasil pemecahan persamaan Schrödinger disebut orbital. Orbital adalah wilayah ruang di mana elektron paling mungkin ditemukan. milik atom dari unsur kimia. Dengan demikian, solusi persamaan Schrödinger untuk atom hidrogen mengarah pada munculnya tiga bilangan kuantum, arti fisiknya adalah bahwa mereka mencirikan tiga jenis orbital berbeda yang dapat dimiliki atom. Mari kita lihat lebih dekat setiap bilangan kuantum.

Bilangan kuantum utama n dapat mengambil nilai bilangan bulat positif apa pun: n = 1,2,3,4,5,6,7… Ini mencirikan energi tingkat elektronik dan ukuran "awan" elektronik. Merupakan karakteristik bahwa jumlah bilangan kuantum utama bertepatan dengan jumlah periode di mana elemen yang diberikan berada.

Bilangan kuantum azimut atau orbital dapat mengambil nilai integer dari ℓ = 0….sampai n – 1 dan menentukan momen gerak elektron, yaitu bentuk orbit. Untuk berbagai nilai numerik , notasi berikut digunakan: ℓ = 0, 1, 2, 3, dan dilambangkan dengan simbol s, p, d, f, masing-masing untuk ℓ = 0, 1, 2 dan 3. Dalam tabel periodik unsur tidak ada unsur dengan nomor spin ℓ = 4.

Bilangan kuantum magnetikm ℓ mencirikan susunan spasial orbital elektron dan, akibatnya, sifat elektromagnetik elektron. Itu dapat mengambil nilai dari - ℓ untuk + ℓ , termasuk nol.

Bentuk atau, lebih tepatnya, sifat simetri orbital atom bergantung pada bilangan kuantum ℓ dan m ℓ . "awan elektronik", sesuai dengan s- orbital memiliki, memiliki bentuk bola (pada saat yang sama ℓ = 0).

Gambar 1. orbital 1s

Orbital yang ditentukan oleh bilangan kuantum = 1 dan m = -1, 0 dan +1 disebut orbital p. Karena m dalam hal ini memiliki tiga nilai yang berbeda, maka atom memiliki tiga orbital p yang ekivalen secara energi (bilangan kuantum utama untuk mereka adalah sama dan dapat memiliki nilai n = 2,3,4,5,6 atau 7) . Orbital p memiliki simetri aksial dan berbentuk delapan tiga dimensi, berorientasi sepanjang sumbu x, y dan z dalam bidang eksternal (Gbr. 1.2). Oleh karena itu asal usul simbol p x , p y dan p z .

Gbr.2. p x , p y dan p z -orbital

Selain itu, ada orbital atom d dan f, untuk pertama = 2 dan m = -2, -1, 0, +1 dan +2, yaitu. lima AO, untuk yang kedua = 3 dan m = -3, -2, -1, 0, +1, +2 dan +3, yaitu 7 AP.

kuantum keempat m s disebut bilangan kuantum spin, diperkenalkan untuk menjelaskan beberapa efek halus dalam spektrum atom hidrogen oleh Goudsmit dan Uhlenbeck pada tahun 1925. Putaran elektron adalah momentum sudut partikel elementer bermuatan elektron, yang orientasinya terkuantisasi, mis. sangat terbatas pada sudut-sudut tertentu. Orientasi ini ditentukan oleh nilai bilangan kuantum magnetik spin (s), yang untuk elektron adalah ½ , oleh karena itu, untuk sebuah elektron, menurut aturan kuantisasi m s = ± ½. Dalam hal ini, ke himpunan tiga bilangan kuantum, seseorang harus menambahkan bilangan kuantum m s . Kami tekankan sekali lagi bahwa empat bilangan kuantum menentukan urutan penyusunan tabel periodik unsur Mendeleev dan menjelaskan mengapa hanya ada dua unsur pada periode pertama, delapan pada periode kedua dan ketiga, 18 pada periode keempat, dan seterusnya. , untuk menjelaskan struktur multielektron atom, urutan pengisian tingkat elektronik sebagai muatan positif atom meningkat, tidak cukup untuk memiliki gagasan tentang empat bilangan kuantum yang "mengatur" perilaku elektron ketika mengisi orbital elektronik, tetapi Anda perlu mengetahui beberapa aturan yang lebih sederhana, yaitu, Prinsip Pauli, Aturan Gund, dan Aturan Klechkovsky.

Menurut prinsip Pauli dalam keadaan kuantum yang sama, yang dicirikan oleh nilai-nilai tertentu dari empat bilangan kuantum, tidak boleh ada lebih dari satu elektron. Ini berarti bahwa satu elektron pada prinsipnya dapat ditempatkan di orbital atom mana pun. Dua elektron dapat berada dalam orbital atom yang sama hanya jika mereka memiliki bilangan kuantum spin yang berbeda.

Saat mengisi tiga p-AO, lima d-AO, dan tujuh f-AO dengan elektron, seseorang harus dipandu tidak hanya oleh prinsip Pauli tetapi juga oleh aturan Hund: Pengisian orbital dari satu subkulit dalam keadaan dasar terjadi dengan elektron dengan spin yang sama.

Saat mengisi subkulit (p, d, f) nilai absolut dari jumlah putaran harus maksimum.

Aturan Klechkovsky. Menurut aturan Klechkovsky, saat mengisid dan forbital oleh elektron harus dihormatiprinsip energi minimum. Menurut prinsip ini, elektron dalam keadaan dasar mengisi orbit dengan tingkat energi minimum. Energi sublevel ditentukan oleh jumlah bilangan kuantumn + = E .

Aturan pertama Klechkovsky: pertama-tama isi sublevel yang manan + = E minimal.

Aturan kedua Klechkovsky: dalam hal kesetaraann + ℓ untuk beberapa sublevel, sublevel yangn minimal .

Saat ini, 109 elemen diketahui.

2. Energi ionisasi, afinitas elektron dan keelektronegatifan.

Karakteristik yang paling penting dari konfigurasi elektron atom adalah energi ionisasi (EI) atau potensial ionisasi (IP) dan afinitas elektron atom (SE). Energi ionisasi adalah perubahan energi dalam proses pelepasan elektron dari atom bebas pada 0 K: A = + + ē . Ketergantungan energi ionisasi pada nomor atom Z unsur, ukuran jari-jari atom memiliki karakter periodik yang diucapkan.

Afinitas elektron (SE) adalah perubahan energi yang menyertai penambahan elektron ke atom terisolasi dengan pembentukan ion negatif pada 0 K: A + = A - (atom dan ion berada dalam keadaan dasar). Dalam hal ini, elektron menempati orbital atom bebas (LUAO) terendah jika VZAO ditempati oleh dua elektron. SE sangat bergantung pada konfigurasi elektron orbitalnya.

Perubahan EI dan SE berkorelasi dengan perubahan banyak sifat unsur dan senyawanya, yang digunakan untuk memprediksi sifat-sifat ini dari nilai EI dan SE. Halogen memiliki afinitas elektron absolut tertinggi. Dalam setiap golongan dalam tabel periodik unsur, potensial ionisasi atau EI berkurang dengan bertambahnya jumlah unsur, yang dikaitkan dengan peningkatan jari-jari atom dan dengan peningkatan jumlah lapisan elektron, dan yang berkorelasi baik dengan peningkatan daya reduksi elemen.

Tabel 1 Tabel Periodik Unsur memberikan nilai EI dan SE dalam eV/atom. Perhatikan bahwa nilai SE yang tepat hanya diketahui untuk beberapa atom; nilainya digarisbawahi pada Tabel 1.

Tabel 1

Energi ionisasi pertama (EI), afinitas elektron (SE) dan keelektronegatifan ) atom-atom dalam sistem periodik.

χ	0.747 2. 1 0 0, 3 7																	1,2 2
χ	0.54 1. 55	-0.3 1. 1 3											0.2 0. 91	1.2 5	-0. 1 0, 55	1.47 0. 59	3.45 0. 64	1 ,60
χ	0. 7 4 1. 89	-0.3 1 . 3 1 1 . 6 0											0. 6	1.63	0.7	2.07	3.61
χ	2.3 6	- 0 .6						1.26()				-0.9 1 . 39	0. 18	1.2	0. 6	2.07	3.36
χ	2.4 8											-0.6 1 . 56	0. 2			2.2
χ	2.6 7	2, 2 1						HAIs

- Keelektronegatifan Pauling

r- jari-jari atom, (dari "Laboratorium dan kelas seminar dalam kimia umum dan anorganik", N.S. Akhmetov, M.K. Azizova, L.I. Badygina)

Atom adalah partikel terkecil dari materi. Studinya dimulai di Yunani Kuno, ketika perhatian tidak hanya para ilmuwan, tetapi juga para filsuf terpaku pada struktur atom. Apa struktur elektronik atom, dan informasi dasar apa yang diketahui tentang partikel ini?

Struktur atom

Ilmuwan Yunani kuno sudah menebak keberadaan partikel kimia terkecil yang menyusun objek dan organisme apa pun. Dan jika pada abad XVII-XVIII. ahli kimia yakin bahwa atom adalah partikel dasar yang tidak dapat dibagi, kemudian pada pergantian abad 19-20, mereka berhasil membuktikan secara eksperimental bahwa atom tidak dapat dibagi.

Sebuah atom, menjadi partikel mikroskopis materi, terdiri dari inti dan elektron. Nukleus 10.000 kali lebih kecil dari atom, tetapi hampir semua massanya terkonsentrasi di nukleus. Karakteristik utama dari inti atom adalah bahwa ia memiliki muatan positif dan terdiri dari proton dan neutron. Proton bermuatan positif, sedangkan neutron tidak bermuatan (netral).

Mereka terhubung satu sama lain oleh gaya nuklir kuat. Massa proton kira-kira sama dengan massa neutron, tetapi pada saat yang sama massanya 1840 kali lebih besar dari massa elektron. Proton dan neutron memiliki nama umum dalam kimia - nukleon. Atom itu sendiri secara listrik netral.

Atom dari unsur apa pun dapat dilambangkan dengan rumus elektronik dan rumus grafik elektronik:

Beras. 1. Rumus grafik elektron atom.

Satu-satunya unsur kimia dari tabel periodik, yang intinya tidak mengandung neutron, adalah hidrogen ringan (protium).

Elektron adalah partikel bermuatan negatif. Kulit elektron terdiri dari elektron yang bergerak mengelilingi inti. Elektron memiliki sifat untuk ditarik ke inti, dan antara satu sama lain dipengaruhi oleh interaksi Coulomb. Untuk mengatasi gaya tarik inti, elektron harus menerima energi dari sumber luar. Semakin jauh elektron dari inti, semakin sedikit energi yang dibutuhkan untuk ini.

Model Atom

Untuk waktu yang lama, para ilmuwan telah berusaha untuk memahami sifat atom. Pada tahap awal, filsuf Yunani kuno Democritus memberikan kontribusi besar. Meskipun sekarang teorinya tampak dangkal dan terlalu sederhana bagi kita, pada saat konsep partikel elementer baru mulai muncul, teorinya tentang kepingan materi dianggap cukup serius. Democritus percaya bahwa sifat-sifat zat apa pun bergantung pada bentuk, massa, dan karakteristik atom lainnya. Jadi, misalnya, di dekat api, dia percaya, ada atom tajam - oleh karena itu, api membakar; air memiliki atom yang halus, sehingga dapat mengalir; dalam benda padat, dalam pandangannya, atom itu kasar.

Democritus percaya bahwa segala sesuatu benar-benar terdiri dari atom, bahkan jiwa manusia.

Pada tahun 1904, J. J. Thomson mengusulkan model atomnya. Ketentuan utama teori ini bermuara pada fakta bahwa atom direpresentasikan sebagai benda bermuatan positif, di dalamnya terdapat elektron dengan muatan negatif. Belakangan teori ini dibantah oleh E. Rutherford.

Beras. 2. Model atom Thomson.

Juga pada tahun 1904, fisikawan Jepang H. Nagaoka mengusulkan model atom awal planet dengan analogi dengan planet Saturnus. Menurut teori ini, elektron bersatu dalam cincin dan berputar di sekitar inti bermuatan positif. Teori ini ternyata salah.

Pada tahun 1911, E. Rutherford, setelah melakukan serangkaian percobaan, menyimpulkan bahwa atom dalam strukturnya mirip dengan sistem planet. Bagaimanapun, elektron, seperti planet, bergerak dalam orbit di sekitar inti bermuatan positif yang berat. Namun, deskripsi ini bertentangan dengan elektrodinamika klasik. Kemudian fisikawan Denmark Niels Bohr pada tahun 1913 memperkenalkan postulat, yang intinya adalah bahwa elektron, berada di beberapa keadaan khusus, tidak memancarkan energi. Dengan demikian, postulat Bohr menunjukkan bahwa mekanika klasik tidak dapat diterapkan untuk atom. Model planet yang dijelaskan oleh Rutherford dan dilengkapi oleh Bohr disebut model planet Bohr-Rutherford.

Beras. 3. Model planet Bohr-Rutherford.

Studi lebih lanjut tentang atom mengarah pada penciptaan bagian seperti mekanika kuantum, yang dengannya banyak fakta ilmiah dijelaskan. Ide-ide modern tentang atom telah dikembangkan dari model planet Bohr-Rutherford

Penilaian rata-rata: 4.4. Total peringkat yang diterima: 469.