მოგეხსენებათ, სამყაროში ყველაფერი მატერიალური შედგება ატომებისგან. ატომი არის მატერიის უმცირესი ერთეული, რომელიც ატარებს თავის თვისებებს. თავის მხრივ, ატომის სტრუქტურა შედგება მიკრონაწილაკების ჯადოსნური სამისგან: პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები.

უფრო მეტიც, თითოეული მიკრონაწილაკი უნივერსალურია. ანუ, თქვენ ვერ იპოვით ორ განსხვავებულ პროტონს, ნეიტრონს ან ელექტრონს მსოფლიოში. ყველა მათგანი აბსოლუტურად ჰგავს ერთმანეთს. და ატომის თვისებები დამოკიდებული იქნება მხოლოდ ამ მიკრონაწილაკების რაოდენობრივ შემადგენლობაზე ატომის ზოგად სტრუქტურაში.

მაგალითად, წყალბადის ატომის სტრუქტურა შედგება ერთი პროტონისა და ერთი ელექტრონისგან. შემდეგი სირთულის მიხედვით, ჰელიუმის ატომი შედგება ორი პროტონის, ორი ნეიტრონისა და ორი ელექტრონისგან. ლითიუმის ატომი შედგება სამი პროტონის, ოთხი ნეიტრონის და სამი ელექტრონისგან და ა.შ.

ატომების სტრუქტურა (მარცხნიდან მარჯვნივ): წყალბადი, ჰელიუმი, ლითიუმი

ატომები გაერთიანებულია მოლეკულებად, ხოლო მოლეკულები გაერთიანებულია ნივთიერებებად, მინერალებად და ორგანიზმებად. დნმ-ის მოლეკულა, რომელიც არის მთელი სიცოცხლის საფუძველი, არის სტრუქტურა, რომელიც აწყობილია სამყაროს იმავე სამი მაგიური სამშენებლო ბლოკისგან, როგორც გზაზე დაყრილი ქვა. მიუხედავად იმისა, რომ ეს სტრუქტურა ბევრად უფრო რთულია.

კიდევ უფრო გასაოცარი ფაქტები ვლინდება, როდესაც ვცდილობთ უფრო ახლოს დავაკვირდეთ ატომური სისტემის პროპორციებსა და სტრუქტურას. ცნობილია, რომ ატომი შედგება ბირთვისა და ელექტრონებისგან, რომლებიც მოძრაობენ მის გარშემო ტრაექტორიის გასწვრივ, რომელიც აღწერს სფეროს. ანუ მას მოძრაობას ვერც კი ვუწოდებთ ამ სიტყვის ჩვეულებრივი გაგებით. ელექტრონი საკმაოდ განლაგებულია ყველგან და უშუალოდ ამ სფეროში, ქმნის ელექტრონულ ღრუბელს ბირთვის გარშემო და ქმნის ელექტრომაგნიტურ ველს.

ატომის სტრუქტურის სქემატური წარმოდგენები

ატომის ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან და მასში კონცენტრირებულია სისტემის თითქმის მთელი მასა. მაგრამ ამავდროულად, თავად ბირთვი იმდენად მცირეა, რომ თუ მის რადიუსს 1 სმ-მდე გაზრდით, მაშინ ატომის მთელი სტრუქტურის რადიუსი ასობით მეტრს მიაღწევს. ამრიგად, ყველაფერი, რასაც ჩვენ აღვიქვამთ, როგორც მკვრივ მატერიას, შედგება მხოლოდ ფიზიკურ ნაწილაკებს შორის ენერგეტიკული კავშირების 99%-ზე მეტს და თავად ფიზიკური ფორმების 1%-ზე ნაკლებს.

მაგრამ რა არის ეს ფიზიკური ფორმები? რისგან არის დამზადებული და რა მასალისგან შედგება? ამ კითხვებზე პასუხის გასაცემად, მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ პროტონების, ნეიტრონების და ელექტრონების სტრუქტურები. ასე რომ, ჩვენ კიდევ ერთი ნაბიჯით ჩავდივართ მიკროკოსმოსის სიღრმეში - სუბატომური ნაწილაკების დონეზე.

რისგან შედგება ელექტრონი?

ატომის ყველაზე პატარა ნაწილაკი არის ელექტრონი. ელექტრონს აქვს მასა, მაგრამ არა მოცულობა. მეცნიერული თვალსაზრისით, ელექტრონი არაფრისგან არ შედგება, მაგრამ არის უსტრუქტურო წერტილი.

მიკროსკოპის ქვეშ ელექტრონის დანახვა შეუძლებელია. იგი შეინიშნება მხოლოდ ელექტრონული ღრუბლის სახით, რომელიც ატომის ბირთვის გარშემო ბუნდოვან სფეროს ჰგავს. ამავე დროს, შეუძლებელია იმის თქმა, თუ სად მდებარეობს ელექტრონი დროის მომენტში. მოწყობილობებს შეუძლიათ დაიჭირონ არა თავად ნაწილაკი, არამედ მხოლოდ მისი ენერგიის კვალი. ელექტრონის არსი არ არის ჩადებული მატერიის კონცეფციაში. ის უფრო ჰგავს ცარიელ ფორმას, რომელიც არსებობს მხოლოდ მოძრაობაში და მეშვეობით.

ელექტრონში ჯერ არ არის ნაპოვნი სტრუქტურა. ეს არის იგივე წერტილის ნაწილაკი, როგორც ენერგიის კვანტი. სინამდვილეში, ელექტრონი არის ენერგია, თუმცა ეს მისი უფრო სტაბილური ფორმაა, ვიდრე სინათლის ფოტონებით წარმოდგენილი.

ამ დროისთვის ელექტრონი განუყოფლად ითვლება. ეს გასაგებია, რადგან შეუძლებელია რაღაცის გაყოფა, რომელსაც მოცულობა არ აქვს. თუმცა, თეორიაში უკვე არსებობს განვითარება, რომლის მიხედვითაც ელექტრონის შემადგენლობა შეიცავს ისეთი კვაზინაწილაკების სამეულს, როგორიცაა:

• ორბიტონი - შეიცავს ინფორმაციას ელექტრონის ორბიტალური პოზიციის შესახებ;
• სპინონი - პასუხისმგებელი ბრუნვაზე ან ბრუნვაზე;
• ჰოლონი - ატარებს ინფორმაციას ელექტრონის მუხტის შესახებ.

თუმცა, როგორც ვხედავთ, კვაზინაწილაკებს მატერიასთან აბსოლუტურად არაფერი აქვთ საერთო და მხოლოდ ინფორმაციას ატარებენ.

სხვადასხვა ნივთიერების ატომების ფოტოები ელექტრონულ მიკროსკოპში

საინტერესოა, რომ ელექტრონს შეუძლია აღიქვას ენერგიის კვანტები, როგორიცაა სინათლე ან სითბო. ამ შემთხვევაში, ატომი გადადის ახალ ენერგეტიკულ დონეზე და ელექტრონული ღრუბლის საზღვრები ფართოვდება. ასევე ხდება, რომ ელექტრონის მიერ შთანთქმული ენერგია იმდენად დიდია, რომ მას შეუძლია ატომური სისტემიდან გადმოხტომა და მოძრაობა დამოუკიდებელ ნაწილაკად გააგრძელოს. ამავე დროს, ის იქცევა როგორც სინათლის ფოტონი, ანუ თითქოს წყვეტს ნაწილაკს და იწყებს ტალღის თვისებების გამოვლენას. ეს დადასტურდა ექსპერიმენტში.

იანგის ექსპერიმენტი

ექსპერიმენტის მსვლელობისას ელექტრონების ნაკადი მიმართული იყო ეკრანზე ორი ჭრილით. ამ ჭრილებში გავლისას ელექტრონები სხვა საპროექციო ეკრანის ზედაპირს შეეჯახნენ და კვალი დატოვეს მასზე. ელექტრონების მიერ ამ „დაბომბვის“ შედეგად, საპროექციო ეკრანზე გამოჩნდა ჩარევის ნიმუში, რომელიც გამოიყურებოდა, თუ ტალღები, მაგრამ არა ნაწილაკები, გაივლიდნენ ორ ჭრილში.

ასეთი ნიმუში ხდება იმის გამო, რომ ტალღა, რომელიც გადის ორ სლოტს შორის, იყოფა ორ ტალღად. შემდგომი გადაადგილების შედეგად ტალღები ერთმანეთს ეფარება და ზოგ უბანში ანადგურებენ ერთმანეთს. შედეგად, ჩვენ ვიღებთ ბევრ ზოლს საპროექციო ეკრანზე, ერთის ნაცვლად, როგორც ეს იქნებოდა, თუ ელექტრონი მოიქცეოდა ნაწილაკად.

ატომის ბირთვის სტრუქტურა: პროტონები და ნეიტრონები

პროტონები და ნეიტრონები ქმნიან ატომის ბირთვს. და იმისდა მიუხედავად, რომ მთლიან მოცულობაში ბირთვი 1% -ზე ნაკლებს იკავებს, სწორედ ამ სტრუქტურაშია კონცენტრირებული სისტემის თითქმის მთელი მასა. მაგრამ პროტონებისა და ნეიტრონების სტრუქტურის ხარჯზე ფიზიკოსები აზრები იყოფა და ამ მომენტში ერთდროულად ორი თეორია არსებობს.

• თეორია #1 - სტანდარტი

სტანდარტული მოდელი ამბობს, რომ პროტონები და ნეიტრონები შედგება სამი კვარკისგან, რომლებიც დაკავშირებულია გლუონების ღრუბლით. კვარკები წერტილოვანი ნაწილაკებია, ისევე როგორც კვანტები და ელექტრონები. გლუონები კი ვირტუალური ნაწილაკებია, რომლებიც უზრუნველყოფენ კვარკების ურთიერთქმედებას. თუმცა, ბუნებაში არც კვარკები და არც გლუონები არ არის ნაპოვნი, ამიტომ ეს მოდელი ექვემდებარება მწვავე კრიტიკას.

• თეორია #2 - ალტერნატივა

მაგრამ აინშტაინის მიერ შემუშავებული ალტერნატიული ერთიანი ველის თეორიის მიხედვით, პროტონი, ისევე როგორც ნეიტრონი, ისევე როგორც ფიზიკური სამყაროს ნებისმიერი სხვა ნაწილაკი, არის ელექტრომაგნიტური ველი, რომელიც ბრუნავს სინათლის სიჩქარით.

ადამიანისა და პლანეტის ელექტრომაგნიტური ველები

რა არის ატომის სტრუქტურის პრინციპები?

სამყაროში ყველაფერი - დახვეწილი და მკვრივი, თხევადი, მყარი და აირისებრი - მხოლოდ უთვალავი ველის ენერგეტიკული მდგომარეობაა, რომელიც სამყაროს სივრცეშია გაჟღენთილი. რაც უფრო მაღალია ენერგეტიკული დონე მინდორში, მით უფრო თხელი და ნაკლებად შესამჩნევია იგი. რაც უფრო დაბალია ენერგიის დონე, მით უფრო სტაბილური და ხელშესახებია იგი. ატომის სტრუქტურაში, ისევე როგორც სამყაროს ნებისმიერი სხვა ერთეულის სტრუქტურაში, დევს ასეთი ველების ურთიერთქმედება - განსხვავებული ენერგიის სიმკვრივით. გამოდის, რომ მატერია მხოლოდ გონების ილუზიაა.

განმარტება

ატომიარის ყველაზე პატარა ქიმიური ნაწილაკი.

ქიმიური ნაერთების მრავალფეროვნება განპირობებულია ქიმიური ელემენტების ატომების სხვადასხვა კომბინაციით მოლეკულებად და არამოლეკულურ ნივთიერებებად. ატომის ქიმიურ ნაერთებში შესვლის უნარი, მისი ქიმიური და ფიზიკური თვისებები განისაზღვრება ატომის სტრუქტურით. ამ მხრივ, ქიმიისთვის, ატომის შიდა სტრუქტურას და, პირველ რიგში, მისი ელექტრონული გარსის სტრუქტურას უდიდესი მნიშვნელობა აქვს.

ატომის სტრუქტურის მოდელები

XIX საუკუნის დასაწყისში დ. დალტონმა გააცოცხლა ატომისტური თეორია, ეყრდნობოდა ქიმიის იმ დროისთვის ცნობილ ფუნდამენტურ კანონებს (შემადგენლობის მუდმივობა, მრავალრიცხოვანი შეფარდება და ეკვივალენტები). პირველი ექსპერიმენტები ჩატარდა მატერიის სტრუქტურის შესასწავლად. თუმცა, მიუხედავად გაკეთებული აღმოჩენებისა (იგივე ელემენტის ატომებს აქვთ იგივე თვისებები, ხოლო სხვა ელემენტების ატომებს აქვთ განსხვავებული თვისებები, შემოღებულ იქნა ატომური მასის ცნება), ატომი განიხილებოდა განუყოფლად.

ატომის სტრუქტურის სირთულის (ფოტოელექტრული ეფექტი, კათოდური და რენტგენის სხივები, რადიოაქტიურობა) ექსპერიმენტული მტკიცებულებების მიღების შემდეგ (XIX საუკუნის ბოლოს - XX საუკუნის დასაწყისში), აღმოჩნდა, რომ ატომი შედგება უარყოფითად და დადებითად დამუხტული ნაწილაკებისგან, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ერთმანეთი.

ამ აღმოჩენებმა ბიძგი მისცა ატომის სტრუქტურის პირველი მოდელების შექმნას. შემოთავაზებული იყო ერთ-ერთი პირველი მოდელი ჯ.ტომსონი(1904) (ნახ. 1): ატომი წარმოდგენილი იყო, როგორც "პოზიტიური ელექტროენერგიის ზღვა", რომელშიც ელექტრონები მოძრაობენ.

α-ნაწილაკებზე ექსპერიმენტების შემდეგ, 1911 წ. რეზერფორდმა შესთავაზა ე.წ პლანეტარული მოდელიატომის სტრუქტურა (ნახ. 1), მზის სისტემის სტრუქტურის მსგავსი. პლანეტარული მოდელის მიხედვით, ატომის ცენტრში არის ძალიან პატარა ბირთვი მუხტით Z e, რომლის ზომა დაახლოებით 1 000 000-ჯერ მცირეა თავად ატომის ზომაზე. ბირთვი შეიცავს ატომის თითქმის მთელ მასას და აქვს დადებითი მუხტი. ელექტრონები მოძრაობენ ბირთვის გარშემო ორბიტებში, რომელთა რაოდენობა განისაზღვრება ბირთვის მუხტით. ელექტრონების გარე ტრაექტორია განსაზღვრავს ატომის გარე ზომებს. ატომის დიამეტრი 10-8 სმ-ია, ხოლო ბირთვის დიამეტრი გაცილებით მცირეა -10-12 სმ.

ბრინჯი. 1 ატომის სტრუქტურის მოდელები ტომსონისა და რეზერფორდის მიხედვით

ატომური სპექტრების შესწავლის ექსპერიმენტებმა აჩვენა ატომის სტრუქტურის პლანეტარული მოდელის არასრულყოფილება, რადგან ეს მოდელი ეწინააღმდეგება ატომური სპექტრის ხაზოვან სტრუქტურას. რაზერფორდის მოდელის საფუძველზე, აინშტაინის სინათლის კვანტების თეორია და რადიაციის კვანტური თეორია, პლანკი ნილს ბორი (1913)ჩამოყალიბებული პოსტულატები, რომელიც შეიცავს ატომური თეორია(ნახ. 2): ელექტრონს შეუძლია ბრუნოს ბირთვის ირგვლივ არა რომელიმე, არამედ მხოლოდ გარკვეულ ორბიტაზე (სტაციონარული), მოძრაობს ასეთი ორბიტის გასწვრივ, ის არ ასხივებს ელექტრომაგნიტურ ენერგიას, გამოსხივებას (ელექტრომაგნიტური კვანტური შთანთქმის ან ემისიის. ენერგია) ხდება ელექტრონის ერთი ორბიტიდან მეორეზე გადასვლისას (ნახტომის მსგავსი).

ბრინჯი. 2. ატომის სტრუქტურის მოდელი ნ.ბორის მიხედვით

ატომის სტრუქტურის დამახასიათებელმა დაგროვილმა ექსპერიმენტულმა მასალამ აჩვენა, რომ ელექტრონების, ისევე როგორც სხვა მიკრო-ობიექტების თვისებები, არ შეიძლება აღიწეროს კლასიკური მექანიკის ცნებების საფუძველზე. მიკრონაწილაკები ემორჩილებიან კვანტური მექანიკის კანონებს, რაც შექმნის საფუძველი გახდა ატომის სტრუქტურის თანამედროვე მოდელი.

კვანტური მექანიკის ძირითადი თეზისები:

- ენერგია გამოიყოფა და შეიწოვება სხეულების მიერ ცალკეულ ნაწილებში - კვანტები, შესაბამისად, ნაწილაკების ენერგია მკვეთრად იცვლება;

- ელექტრონებს და სხვა მიკრონაწილაკებს აქვთ ორმაგი ბუნება - ავლენს როგორც ნაწილაკების, ასევე ტალღების თვისებებს (ნაწილაკ-ტალღური დუალიზმი);

— კვანტური მექანიკა უარყოფს მიკრონაწილაკებისთვის გარკვეული ორბიტების არსებობას (ელექტრონების გადაადგილებისთვის შეუძლებელია ზუსტი პოზიციის დადგენა, რადგან ისინი მოძრაობენ სივრცეში ბირთვის მახლობლად, შესაძლებელია მხოლოდ სივრცის სხვადასხვა ნაწილში ელექტრონის პოვნის ალბათობის დადგენა).

ბირთვთან ახლოს სივრცე, რომელშიც ელექტრონის პოვნის ალბათობა საკმარისად მაღალია (90%), ე.წ. ორბიტალური.

კვანტური რიცხვები. პაულის პრინციპი. კლეჩკოვსკის წესები

ელექტრონის მდგომარეობა ატომში შეიძლება აღწერილი იყოს ოთხის გამოყენებით კვანტური რიცხვები.

ნარის ძირითადი კვანტური რიცხვი. ახასიათებს ელექტრონის მთლიან ენერგიას ატომში და ენერგიის დონის რაოდენობას. n იღებს მთელ მნიშვნელობებს 1-დან ∞-მდე. ელექტრონს აქვს ყველაზე დაბალი ენერგია n=1; გაზრდით n - ენერგია. ატომის მდგომარეობას, როდესაც მისი ელექტრონები ისეთ ენერგეტიკულ დონეზე არიან, რომ მათი მთლიანი ენერგია მინიმალურია, ეწოდება ძირითადი მდგომარეობა. უფრო მაღალი ღირებულებების მქონე ქვეყნებს აღელვებულს უწოდებენ. ენერგიის დონეები მითითებულია არაბული ციფრებით n-ის მნიშვნელობის მიხედვით. ელექტრონები შეიძლება განლაგდეს შვიდ დონეზე, შესაბამისად, სინამდვილეში n არსებობს 1-დან 7-მდე. მთავარი კვანტური რიცხვი განსაზღვრავს ელექტრონული ღრუბლის ზომას და განსაზღვრავს ელექტრონის საშუალო რადიუსს ატომში.

ლარის ორბიტალური კვანტური რიცხვი. იგი ახასიათებს ელექტრონების ენერგიის რეზერვს ქვედონეზე და ორბიტალის ფორმაში (ცხრილი 1). იღებს მთელ მნიშვნელობებს 0-დან n-1-მდე. n-ზე ვარ დამოკიდებული. თუ n=1, მაშინ l=0, რაც ნიშნავს, რომ პირველ დონეზე არის 1 ქვედონე.

მეარის მაგნიტური კვანტური რიცხვი. ახასიათებს ორბიტალის ორიენტაცია სივრცეში. იღებს მთელ რიცხვებს -l-დან 0-მდე +l-მდე. ამრიგად, როდესაც l=1 (p-ორბიტალი), m e იღებს -1, 0, 1 მნიშვნელობებს და ორბიტალის ორიენტაცია შეიძლება განსხვავებული იყოს (ნახ. 3).

ბრინჯი. 3. ერთ-ერთი შესაძლო ორიენტაცია p-ორბიტალურ სივრცეში

სარის სპინის კვანტური რიცხვი. ახასიათებს ელექტრონის ბრუნვას ღერძის გარშემო. ის იღებს მნიშვნელობებს -1/2(↓) და +1/2 (). ორ ელექტრონს ერთ ორბიტალში აქვს ანტიპარალელური სპინები.

ატომებში ელექტრონების მდგომარეობა განისაზღვრება პაულის პრინციპი: ატომს არ შეიძლება ჰქონდეს ორი ელექტრონი ყველა კვანტური რიცხვის ერთნაირი სიმრავლით. ორბიტალების ელექტრონებით შევსების თანმიმდევრობა განისაზღვრება იმით კლეჩკოვსკის წესები: ორბიტალები ივსება ელექტრონებით ჯამის (n + l) აღმავალი წესით ამ ორბიტალებისთვის, თუ ჯამი (n + l) იგივეა, მაშინ ჯერ ივსება ორბიტალი n-ის ქვედა მნიშვნელობით.

ამასთან, ატომი ჩვეულებრივ შეიცავს არა ერთ, არამედ რამდენიმე ელექტრონს და იმისათვის, რომ გავითვალისწინოთ მათი ურთიერთქმედება ერთმანეთთან, გამოიყენება ბირთვის ეფექტური მუხტის კონცეფცია - გარე დონის ელექტრონზე გავლენას ახდენს მუხტი, რომელიც ნაკლებია ბირთვის მუხტზე, რის შედეგადაც შიდა ელექტრონები გარე ელექტრონებს აფარებენ.

ატომის ძირითადი მახასიათებლები: ატომური რადიუსი (კოვალენტური, მეტალიკი, ვან დერ ვაალსი, იონური), ელექტრონის აფინურობა, იონიზაციის პოტენციალი, მაგნიტური მომენტი.

ატომების ელექტრონული ფორმულები

ატომის ყველა ელექტრონი ქმნის მის ელექტრონულ გარსს. გამოსახულია ელექტრონული გარსის სტრუქტურა ელექტრონული ფორმულა, რომელიც აჩვენებს ელექტრონების განაწილებას ენერგეტიკულ დონეზე და ქვედონეებზე. ქვედონეზე ელექტრონების რაოდენობა მითითებულია რიცხვით, რომელიც იწერება ქვედონეზე აღმნიშვნელი ასოს ზედა მარჯვნივ. მაგალითად, წყალბადის ატომს აქვს ერთი ელექტრონი, რომელიც მდებარეობს 1 ენერგეტიკული დონის s-ქვედონეზე: 1s 1. ჰელიუმის ელექტრონული ფორმულა, რომელიც შეიცავს ორ ელექტრონს, ასე იწერება: 1s 2.

მეორე პერიოდის ელემენტებისთვის ელექტრონები ავსებენ მე-2 ენერგეტიკულ დონეს, რომელიც შეიძლება შეიცავდეს არაუმეტეს 8 ელექტრონს. ჯერ ელექტრონები ავსებენ s-ქვედონეს, შემდეგ p-ქვედონეს. Მაგალითად:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

ატომის ელექტრონული სტრუქტურის კავშირი ელემენტის პოზიციასთან პერიოდულ სისტემაში

ელემენტის ელექტრონული ფორმულა განისაზღვრება D.I-ის პერიოდულ სისტემაში მისი პოზიციით. მენდელეევი. ასე რომ, პერიოდის რაოდენობა შეესაბამება მეორე პერიოდის ელემენტებს, ელექტრონები ავსებენ მე-2 ენერგეტიკულ დონეს, რომელიც შეიძლება შეიცავდეს არაუმეტეს 8 ელექტრონს. პირველი, ელექტრონები ივსება მეორე პერიოდის ელემენტებში ელექტრონები ავსებენ მე-2 ენერგეტიკულ დონეს, რომელიც შეიძლება შეიცავდეს არაუმეტეს 8 ელექტრონს. ჯერ ელექტრონები ავსებენ s-ქვედონეს, შემდეგ p-ქვედონეს. Მაგალითად:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

ზოგიერთი ელემენტის ატომისთვის არსებობს ელექტრონის „გაჟონვის“ ფენომენი გარე ენერგეტიკული დონიდან წინაბოლომდე. ელექტრონის სრიალი ხდება სპილენძის, ქრომის, პალადიუმის და სხვა ელემენტების ატომებში. Მაგალითად:

24 Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1

ენერგიის დონე, რომელიც შეიძლება შეიცავდეს არაუმეტეს 8 ელექტრონს. ჯერ ელექტრონები ავსებენ s-ქვედონეს, შემდეგ p-ქვედონეს. Მაგალითად:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1

ძირითადი ქვეჯგუფების ელემენტების ჯგუფის ნომერი უდრის ელექტრონების რაოდენობას გარე ენერგეტიკულ დონეზე, ასეთ ელექტრონებს უწოდებენ ვალენტურ ელექტრონებს (ისინი მონაწილეობენ ქიმიური ბმის ფორმირებაში). გვერდითი ქვეჯგუფების ელემენტების ვალენტური ელექტრონები შეიძლება იყოს გარე ენერგიის დონის ელექტრონები და ბოლო დონის d-ქვედონე. III-VII ჯგუფების გვერდითი ქვეჯგუფების ელემენტების ჯგუფის რაოდენობა, ისევე როგორც Fe, Ru, Os, შეესაბამება ელექტრონების საერთო რაოდენობას გარე ენერგეტიკული დონის s-ქვედონეზე და d-ქვედონეზე. ბოლო დონე

Დავალებები:

დახაზეთ ფოსფორის, რუბიდიუმის და ცირკონიუმის ატომების ელექტრონული ფორმულები. ჩამოთვალეთ ვალენტური ელექტრონები.

პასუხი:

15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 ვალენტური ელექტრონები 3s 2 3p 3

37 Rb 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1 Valence Electrons 5s 1

40 Zr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2 Valence Electrons 4d 2 5s 2

ლექცია: პირველი ოთხი პერიოდის ელემენტების ატომების ელექტრონული გარსების სტრუქტურა: s-, p- და d- ელემენტები.

ატომის სტრუქტურა

მე-20 საუკუნე არის „ატომის სტრუქტურის მოდელის“ გამოგონების დრო. მოწოდებული სტრუქტურის საფუძველზე შესაძლებელი გახდა შემდეგი ჰიპოთეზის შემუშავება: ბირთვის ირგვლივ, რომელიც საკმარისად მცირეა მოცულობითა და ზომით, ელექტრონები ახდენენ მოძრაობებს პლანეტების მზის გარშემო მოძრაობის მსგავსი. ატომის შემდგომმა შესწავლამ აჩვენა, რომ თავად ატომი და მისი სტრუქტურა ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე ადრე იყო დადგენილი. და ამჟამად, სამეცნიერო სფეროში უზარმაზარი შესაძლებლობებით, ატომი ბოლომდე შესწავლილი არ არის. ისეთი კომპონენტები, როგორიცაა ატომი და მოლეკულები, ითვლება მიკროსამყაროს ობიექტებად. მაშასადამე, ადამიანს არ შეუძლია დამოუკიდებლად განიხილოს ეს ნაწილები. ამ სამყაროში დამკვიდრებულია სრულიად განსხვავებული კანონები და წესები, რომლებიც განსხვავდება მაკროკოსმოსისგან. აქედან გამომდინარე, ატომის შესწავლა ხორციელდება მის მოდელზე.

ნებისმიერ ატომს ენიჭება სერიული ნომერი, რომელიც ფიქსირდება მენდელეევის დ.ი. პერიოდულ ცხრილში. მაგალითად, ფოსფორის ატომის სერიული ნომერი (P) არის 15.

ასე რომ, ატომი შედგება პროტონები (გვ + ) , ნეიტრონები (ნ 0 ) და ელექტრონები (ე - ). პროტონები და ნეიტრონები ქმნიან ატომის ბირთვს, მას აქვს დადებითი მუხტი. ხოლო ბირთვის ირგვლივ მოძრავი ელექტრონები „აშენებენ“ ატომის ელექტრონულ გარსს, რომელსაც აქვს უარყოფითი მუხტი.

რამდენი ელექტრონია ატომში?ადვილია იცოდე. საკმარისია შევხედოთ ცხრილის ელემენტის რიგით რიცხვს.

ასე რომ, ელექტრონების რაოდენობა ფოსფორში არის 15 . ატომის გარსში შემავალი ელექტრონების რაოდენობა მკაცრად უდრის ბირთვში შემავალი პროტონების რაოდენობას. ასე რომ, პროტონები ფოსფორის ატომის ბირთვში 15 .

პროტონებისა და ნეიტრონების მასა, რომლებიც ქმნიან ატომის ბირთვის მასას, იგივეა. ხოლო ელექტრონები 2000-ჯერ უფრო მცირეა. ეს ნიშნავს, რომ ატომის მთელი მასა კონცენტრირებულია ბირთვში, ელექტრონების მასა უგულებელყოფილია. ცხრილიდან ასევე შეგვიძლია გავარკვიოთ ატომის ბირთვის მასა. შეხედეთ ფოსფორის გამოსახულებას ცხრილში. ქვემოთ ჩვენ ვხედავთ აღნიშვნას 30, 974 - ეს არის ფოსფორის ბირთვის მასა, მისი ატომური მასა. წერისას ამ ფიგურას ვამრგვალებთ. ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, ჩვენ ვწერთ ფოსფორის ატომის სტრუქტურას შემდეგნაირად:

(ქვედა მარცხნივ ეწერა ბირთვის მუხტი - 15, ზევით მარცხენა ატომის მასის მომრგვალებული მნიშვნელობა - 31).

ფოსფორის ატომის ბირთვი:

(ქვედა მარცხნივ ვწერთ მუხტს: პროტონებს აქვთ მუხტი +1-ის ტოლი და ნეიტრონები არ არიან დამუხტული, ანუ მუხტი 0; ზედა მარცხენა მხარეს პროტონისა და ნეიტრონის მასა 1-ის ტოლია. ატომის მასის ჩვეულებრივი ერთეული, ატომის ბირთვის მუხტი ბირთვში პროტონების რაოდენობის ტოლია, რაც ნიშნავს p=15 და ნეიტრონების რაოდენობა უნდა გამოითვალოს: გამოაკლოთ მუხტი ატომის მასას, ე.ი. 31 - 15 = 16).

ფოსფორის ატომის ელექტრონული გარსი არის 15 უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები, რომლებიც აბალანსებს დადებითად დამუხტულ პროტონებს. ამრიგად, ატომი არის ელექტრულად ნეიტრალური ნაწილაკი.

ენერგიის დონეები

ნახ.1

შემდეგი, ჩვენ დეტალურად უნდა გავაანალიზოთ, თუ როგორ ნაწილდება ელექტრონები ატომში. მათი მოძრაობა არ არის ქაოტური, მაგრამ ექვემდებარება კონკრეტულ წესრიგს. ზოგიერთი ხელმისაწვდომი ელექტრონი იზიდავს ბირთვს საკმარისად დიდი ძალით, ზოგი კი, პირიქით, სუსტად იზიდავს. ელექტრონების ასეთი ქცევის ძირითადი მიზეზი იმალება ბირთვიდან ელექტრონების დაშორების სხვადასხვა ხარისხში. ანუ, ბირთვთან უფრო ახლოს მყოფი ელექტრონი უფრო მჭიდროდ იქნება დაკავშირებული მასთან. ეს ელექტრონები უბრალოდ შეუძლებელია ელექტრონული გარსისგან განცალკევება. რაც უფრო შორს არის ელექტრონი ბირთვიდან, მით უფრო ადვილია მისი გარსიდან „გამოყვანა“. ასევე, ელექტრონის ენერგია იზრდება, როდესაც ის შორდება ატომის ბირთვს. ელექტრონის ენერგია განისაზღვრება ძირითადი კვანტური რიცხვით n, რომელიც უდრის ნებისმიერ ნატურალურ რიცხვს (1,2,3,4…). n-ის იგივე მნიშვნელობის მქონე ელექტრონები ქმნიან ერთ ელექტრონულ ფენას, თითქოს აშორებენ სხვა ელექტრონებს, რომლებიც მოძრაობენ შორ მანძილზე. სურათი 1 გვიჩვენებს ელექტრონულ ფენებს, რომლებიც შეიცავს ელექტრონულ გარსს ატომის ბირთვის ცენტრში.

თქვენ შეგიძლიათ შეამჩნიოთ, თუ როგორ იზრდება ფენის მოცულობა ბირთვიდან მოშორებისას. ამიტომ, რაც უფრო შორს არის ფენა ბირთვიდან, მით მეტ ელექტრონს შეიცავს.

ელექტრონული ფენა შეიცავს ელექტრონებს, რომლებიც მსგავსია ენერგიის თვალსაზრისით. ამის გამო ასეთ ფენებს ხშირად ენერგეტიკულ დონეებს უწოდებენ. რამდენ დონეს შეიძლება შეიცავდეს ატომი?ენერგიის დონეების რაოდენობა უდრის პერიოდულ სისტემაში პერიოდის რაოდენობას D.I. რომელშიც ელემენტი მდებარეობს. მაგალითად, ფოსფორი (P) მესამე პერიოდშია, ამიტომ ფოსფორის ატომს სამი ენერგეტიკული დონე აქვს.

ბრინჯი. 2

როგორ გავარკვიოთ ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა, რომლებიც მდებარეობს ერთ ელექტრონულ ფენაზე? ამისთვის ვიყენებთ ფორმულას Nmax = 2n 2 , სადაც n არის დონის ნომერი.

მივიღებთ, რომ პირველი დონე შეიცავს მხოლოდ 2 ელექტრონს, მეორე - 8, მესამე - 18, მეოთხე - 32.

თითოეული ენერგეტიკული დონე შეიცავს ქვედონეებს. მათი წერილებია: s-, p-, d-და ვ-. შეხედე ლეღვს. 2:

ენერგიის დონეები აღინიშნება სხვადასხვა ფერებით, ხოლო ქვედონეები სხვადასხვა სისქის ზოლებით.

ყველაზე თხელი ქვედონე აღინიშნება ასო s-ით. 1s არის პირველი დონის s-ქვედონე, 2s არის მეორე დონის s-ქვედონე და ა.შ.

p-ქვედონე გამოჩნდა მეორე ენერგეტიკულ დონეზე, d-ქვედონე გამოჩნდა მესამეზე და f-ქვედონე გამოჩნდა მეოთხეზე.

დაიმახსოვრე რაც ნახე: პირველი ენერგეტიკული დონე მოიცავს ერთ s-ქვედონეებს, მეორე ორ s- და p-ქვედონეებს, მესამე სამ s-, p- და d-ქვედონეებს, ხოლო მეოთხე დონე ოთხ s-, p-, d- და f-ქვედონეებს. .

Ზე მხოლოდ 2 ელექტრონი შეიძლება იყოს s-ქვედონეზე, მაქსიმუმ 6 ელექტრონი p-ქვედონეზე, 10 ელექტრონი d-ქვედონეზე და 14-მდე ელექტრონი f-ქვედონეზე.

ელექტრონული ორბიტალები

ტერიტორიას (ადგილს), სადაც ელექტრონი შეიძლება განთავსდეს, ეწოდება ელექტრონული ღრუბელი ან ორბიტალი. გაითვალისწინეთ, რომ ჩვენ ვსაუბრობთ სავარაუდო რეგიონზე, სადაც ელექტრონი მდებარეობს, რადგან მისი მოძრაობის სიჩქარე ასობით ათასი ჯერ აღემატება სამკერვალო მანქანის ნემსის სიჩქარეს. გრაფიკულად, ეს ტერიტორია ნაჩვენებია როგორც უჯრედი:

ერთი უჯრედი შეიძლება შეიცავდეს ორ ელექტრონს. თუ ვიმსჯელებთ სურათზე 2, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ s-ქვედონე, რომელიც მოიცავს არაუმეტეს ორ ელექტრონს, შეიძლება შეიცავდეს მხოლოდ ერთ s-ორბიტალს, აღინიშნება ერთი უჯრედით; p-ქვეფენას აქვს სამი p-ორბიტალი (3 სლოტი), d-ქვეფენას აქვს ხუთი d-ორბიტალი (5 სლოტი), ხოლო f-ქვეფენა აქვს შვიდი f-ორბიტალი (7 სლოტი).

ორბიტალის ფორმა დამოკიდებულია ორბიტალური კვანტური რიცხვი (l - el) ატომი. ატომური ენერგიის დონე სათავეს იღებს ს- ორბიტალი, რომელსაც აქვს ლ= 0. წარმოდგენილ ორბიტალს აქვს სფერული ფორმა. შემდეგ დონეზე ს- ორბიტალები იქმნება გვ- ორბიტალებით ლ = 1. პორბიტალებს ჰანტელების ფორმა აქვთ. ამ ფორმის მხოლოდ სამი ორბიტალია. თითოეული შესაძლო ორბიტალი შეიცავს არაუმეტეს 2 ელექტრონს. შემდეგი არის უფრო რთული სტრუქტურები. დ-ორბიტალები ( ლ= 2) და მათ შემდეგ ვ-ორბიტალები ( ლ = 3).

ბრინჯი. 3 ორბიტალების ფორმა

ორბიტალებში ელექტრონები ნაჩვენებია ისრების სახით. თუ ორბიტალები შეიცავს თითო ელექტრონს, მაშინ ისინი ცალმხრივია - ისარი ზემოთ:

თუ ორბიტალში არის ორი ელექტრონი, მაშინ მათ აქვთ ორი მიმართულება: ისარი ზემოთ და ისარი ქვემოთ, ე.ი. ელექტრონები საპირისპირო მიმართულებით არიან:

ელექტრონების ამ სტრუქტურას ვალენტობა ეწოდება.

ატომური ორბიტალების ელექტრონებით შევსების სამი პირობა არსებობს:

1 პირობა: ენერგიის მინიმალური რაოდენობის პრინციპი. ორბიტალების შევსება იწყება მინიმალური ენერგიის მქონე ქვედონედან. ამ პრინციპის მიხედვით, ქვედონეები ივსება შემდეგი თანმიმდევრობით: დაიკავეთ ადგილი უფრო მაღალი დონის ქვედონეზე, თუმცა ქვედა დონის ქვედონე არ ივსება. მაგალითად, ფოსფორის ატომის ვალენტურობის კონფიგურაცია ასე გამოიყურება:

ბრინჯი. 4

2 პირობა: პაულის პრინციპი. ერთი ორბიტალი მოიცავს 2 ელექტრონს (ელექტრონული წყვილი) და არა მეტს. მაგრამ მხოლოდ ერთი ელექტრონის შემცველობაც შესაძლებელია. დაუწყვილს ჰქვია.

3 პირობა: ჰუნდის წესი.ერთი ქვედონის ყოველი ორბიტალი ჯერ ერთი ელექტრონით ივსება, შემდეგ მათ ემატება მეორე ელექტრონი. ცხოვრებაში გვინახავს მსგავსი ვითარება, როდესაც უცნობი ავტობუსის მგზავრები ჯერ ერთ დროს იკავებენ ყველა თავისუფალ ადგილს, შემდეგ კი ორ ადგილს.

ატომის ელექტრონული კონფიგურაცია მიწაში და აღგზნებულ მდგომარეობაში

ატომის ენერგია მის ძირითად მდგომარეობაში ყველაზე დაბალია. თუ ატომები იწყებენ ენერგიის მიღებას გარედან, მაგალითად, როდესაც თბება ნივთიერება, მაშინ ისინი ძირითადი მდგომარეობიდან გადადიან აღგზნებულ მდგომარეობაში. ეს გადასვლა შესაძლებელია თავისუფალი ორბიტალების არსებობისას, რომლებზეც ელექტრონებს შეუძლიათ გადაადგილება. მაგრამ ეს დროებითია, გამოყოფს ენერგიას, აღგზნებული ატომი უბრუნდება თავის ძირითად მდგომარეობას.

მოდით გავაერთიანოთ ჩვენი ცოდნა მაგალითით. განვიხილოთ ელექტრონული კონფიგურაცია, ე.ი. ელექტრონების კონცენტრაცია ფოსფორის ატომის ორბიტალებში მიწაში (აუჟღერებელი მდგომარეობა). მოდით კვლავ მივმართოთ ნახ. 4. ასე რომ, გახსოვდეთ, რომ ფოსფორის ატომს აქვს სამი ენერგეტიკული დონე, რომლებიც წარმოდგენილია ნახევრად რკალებით: +15)))

მოდით გავანაწილოთ ხელმისაწვდომი 15 ელექტრონი ამ სამ ენერგეტიკულ დონეზე:

ასეთ ფორმულებს ელექტრონული კონფიგურაციები ეწოდება. ასევე არის ელექტრონული - გრაფიკული, ისინი ასახავს ელექტრონების განლაგებას ენერგეტიკულ დონეზე. ფოსფორის ელექტრონული გრაფიკული კონფიგურაცია ასე გამოიყურება: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 (აქ დიდი რიცხვები არის ენერგეტიკული დონეების რიცხვები, ასოები არის ქვედონეები, ხოლო მცირე რიცხვები არის ელექტრონების რაოდენობა ქვედონეზე, თუ მათ დააგროვებთ, მიიღებთ რიცხვს 15).

ფოსფორის ატომის 1-ის აღგზნებულ მდგომარეობაში ელექტრონი გადადის 3s ორბიტალიდან 3d ორბიტალში და კონფიგურაცია ასე გამოიყურება: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d 1 .

ელექტრონები

ატომის ცნება წარმოიშვა ძველ სამყაროში მატერიის ნაწილაკების აღსანიშნავად. ბერძნულად ატომი ნიშნავს "განუყოფელს".

ირლანდიელი ფიზიკოსი სტოუნი, ექსპერიმენტების საფუძველზე, მივიდა დასკვნამდე, რომ ელექტროენერგიას ატარებს უმცირესი ნაწილაკები, რომლებიც არსებობს ყველა ქიმიური ელემენტის ატომში. 1891 წელს სტოუნიმ შესთავაზა ამ ნაწილაკებს ეწოდოს ელექტრონები, რაც ბერძნულად ნიშნავს "ქარვას". ელექტრონის სახელის მიღებიდან რამდენიმე წლის შემდეგ, ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯოზეფ ტომსონმა და ფრანგმა ფიზიკოსმა ჟან პერენმა დაადასტურეს, რომ ელექტრონები უარყოფით მუხტს ატარებენ. ეს არის ყველაზე პატარა უარყოფითი მუხტი, რომელიც ქიმიაში აღებულია როგორც ერთეული (-1). ტომსონმა კი მოახერხა ელექტრონის სიჩქარის დადგენა (ორბიტაზე ელექტრონის სიჩქარე უკუპროპორციულია ორბიტის რიცხვთან n. ორბიტების რადიუსი იზრდება ორბიტის რიცხვის კვადრატის პროპორციულად. წყალბადის პირველ ორბიტაზე. ატომი (n=1; Z=1), სიჩქარე არის ≈ 2,2 106 მ/ც, ანუ დაახლოებით ასჯერ ნაკლები სინათლის სიჩქარეზე c=3 108 მ/წმ.) და ელექტრონის მასა ( ის თითქმის 2000-ჯერ ნაკლებია წყალბადის ატომის მასაზე).

ელექტრონების მდგომარეობა ატომში

ელექტრონის მდგომარეობა ატომში არის ინფორმაციის ერთობლიობა კონკრეტული ელექტრონის ენერგიისა და სივრცის შესახებ, რომელშიც ის მდებარეობს. ატომში ელექტრონს არ აქვს მოძრაობის ტრაექტორია, ანუ შეიძლება მხოლოდ საუბარი მისი პოვნის ალბათობა ბირთვის ირგვლივ სივრცეში.

ის შეიძლება განთავსდეს ბირთვის მიმდებარე სივრცის ნებისმიერ ნაწილში და მისი სხვადასხვა პოზიციების მთლიანობა განიხილება, როგორც ელექტრონული ღრუბელი გარკვეული უარყოფითი მუხტის სიმკვრივით. ფიგურალურად, ეს შეიძლება წარმოვიდგინოთ შემდეგნაირად: თუ შესაძლებელი იქნებოდა ელექტრონის პოზიციის გადაღება ატომში წამის მეასედში ან მემილიონედში, როგორც ფოტო დასრულებაში, მაშინ ელექტრონი ასეთ ფოტოებზე წარმოდგენილი იქნებოდა წერტილებად. უამრავი ასეთი ფოტოს გადაფარვა გამოიწვევს ელექტრონული ღრუბლის სურათს უმაღლესი სიმკვრივით, სადაც იქნება ამ წერტილების უმეტესობა.

ატომის ბირთვის ირგვლივ სივრცეს, რომელშიც ელექტრონის ყველაზე დიდი ალბათობაა, ორბიტალი ეწოდება. იგი შეიცავს დაახლოებით 90% ელექტრონული ღრუბელიდა ეს ნიშნავს, რომ დროის დაახლოებით 90% ელექტრონი არის სივრცის ამ ნაწილში. ფორმის მიხედვით გამოირჩევა ამჟამად ცნობილი ორბიტალების 4 ტიპი, რომლებიც აღინიშნება ლათინურით ასოები s, p, d და f. ელექტრონული ორბიტალების ზოგიერთი ფორმის გრაფიკული გამოსახულება ნაჩვენებია სურათზე.

ელექტრონის მოძრაობის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელი გარკვეულ ორბიტაზე არის ბირთვთან მისი კავშირის ენერგია. მსგავსი ენერგეტიკული მნიშვნელობების მქონე ელექტრონები ქმნიან ერთ ელექტრონულ ფენას, ანუ ენერგიის დონეს. ენერგიის დონეები დანომრილია ბირთვიდან დაწყებული - 1, 2, 3, 4, 5, 6 და 7.

მთელ რიცხვს n, რომელიც აღნიშნავს ენერგიის დონის რაოდენობას, ეწოდება მთავარი კვანტური რიცხვი. იგი ახასიათებს ელექტრონების ენერგიას, რომლებიც იკავებენ მოცემულ ენერგეტიკულ დონეს. ბირთვთან ყველაზე ახლოს მყოფი პირველი ენერგეტიკული დონის ელექტრონებს აქვთ ყველაზე დაბალი ენერგია.პირველი დონის ელექტრონებთან შედარებით, შემდეგი დონის ელექტრონები გამოირჩევიან დიდი რაოდენობით ენერგიით. შესაბამისად, გარე დონის ელექტრონები ყველაზე ნაკლებად მჭიდროდ არიან მიბმული ატომის ბირთვთან.

ელექტრონების ყველაზე დიდი რაოდენობა ენერგეტიკულ დონეზე განისაზღვრება ფორმულით:

N = 2n2,

სადაც N არის ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა; n არის დონის რიცხვი, ან მთავარი კვანტური რიცხვი. შესაბამისად, ბირთვთან ყველაზე ახლოს პირველი ენერგეტიკული დონე შეიძლება შეიცავდეს არაუმეტეს ორი ელექტრონისა; მეორეზე - არაუმეტეს 8; მესამეზე - არაუმეტეს 18; მეოთხეზე - არაუმეტეს 32.

მეორე ენერგეტიკული დონიდან დაწყებული (n = 2), თითოეული დონე იყოფა ქვედონეებად (ქვეფენებად), რომლებიც გარკვეულწილად განსხვავდებიან ერთმანეთისგან ბირთვთან შეკავშირების ენერგიით. ქვედონეების რაოდენობა უდრის მთავარი კვანტური რიცხვის მნიშვნელობას: პირველ ენერგეტიკულ დონეს აქვს ერთი ქვედონე; მეორე - ორი; მესამე - სამი; მეოთხე - ოთხი ქვედონე. ქვედონეები, თავის მხრივ, იქმნება ორბიტალებით. თითოეული ღირებულებაn შეესაბამება n-ის ტოლი ორბიტალების რაოდენობას.

ჩვეულებრივია ქვედონეების დანიშვნა ლათინური ასოებით, ისევე როგორც ორბიტალების ფორმა, საიდანაც ისინი შედგება: s, p, d, f.

პროტონები და ნეიტრონები

ნებისმიერი ქიმიური ელემენტის ატომი შედარებულია პატარა მზის სისტემასთან. ამიტომ ე.რეზერფორდის მიერ შემოთავაზებული ატომის ასეთ მოდელს ე.წ პლანეტარული.

ატომის ბირთვი, რომელშიც კონცენტრირებულია ატომის მთელი მასა, შედგება ორი ტიპის ნაწილაკებისგან - პროტონები და ნეიტრონები.

პროტონებს აქვთ ელექტრონების მუხტის ტოლი, მაგრამ საპირისპირო ნიშნით (+1) და მასა ტოლია წყალბადის ატომის მასის (ქიმიაში მიღებულია როგორც ერთეული). ნეიტრონები არ ატარებენ მუხტს, ისინი ნეიტრალურია და აქვთ პროტონის მასის ტოლი.

პროტონებსა და ნეიტრონებს ერთობლივად უწოდებენ ნუკლეონებს (ლათინური ბირთვიდან - ბირთვი). ატომში პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობის ჯამს მასური რიცხვი ეწოდება. მაგალითად, ალუმინის ატომის მასური რიცხვი:

13 + 14 = 27

პროტონების რაოდენობა 13, ნეიტრონების რაოდენობა 14, მასა ნომერი 27

ვინაიდან ელექტრონის მასა, რომელიც უმნიშვნელოა, შეიძლება უგულებელყო, აშკარაა, რომ ატომის მთელი მასა კონცენტრირებულია ბირთვში. ელექტრონები წარმოადგენენ e - .

რადგან ატომი ელექტრო ნეიტრალური, ასევე აშკარაა, რომ ატომში პროტონებისა და ელექტრონების რაოდენობა ერთნაირია. ის უდრის პერიოდულ სისტემაში მისთვის მინიჭებული ქიმიური ელემენტის სერიულ ნომერს. ატომის მასა შედგება პროტონებისა და ნეიტრონების მასისგან. ელემენტის (Z) სერიული ნომრის ცოდნა, ანუ პროტონების რაოდენობა და მასური რიცხვი (A), რომელიც უდრის პროტონებისა და ნეიტრონების რიცხვების ჯამს, შეგიძლიათ იპოვოთ ნეიტრონების რაოდენობა (N) გამოყენებით ფორმულა:

N=A-Z

მაგალითად, ნეიტრონების რაოდენობა რკინის ატომში არის:

56 — 26 = 30

იზოტოპები

ეწოდება ერთი და იგივე ელემენტის ატომების ჯიშებს, რომლებსაც აქვთ იგივე ბირთვული მუხტი, მაგრამ განსხვავებული მასის რიცხვი იზოტოპები. ბუნებაში ნაპოვნი ქიმიური ელემენტები იზოტოპების ნაზავია. ასე რომ, ნახშირბადს აქვს სამი იზოტოპი 12, 13, 14 მასით; ჟანგბადი - სამი იზოტოპი მასით 16, 17, 18 და ა.შ. ჩვეულებრივ მოცემულია პერიოდულ სისტემაში, ქიმიური ელემენტის ფარდობითი ატომური მასა არის მოცემული ელემენტის იზოტოპების ბუნებრივი ნარევის ატომური მასების საშუალო მნიშვნელობა. ბუნებაში მათი შედარებითი შინაარსის გათვალისწინებით. ქიმიური ელემენტების უმეტესობის იზოტოპების ქიმიური თვისებები ზუსტად იგივეა. თუმცა, წყალბადის იზოტოპები ძლიერ განსხვავდებიან თვისებებით მათი ფარდობითი ატომური მასის მკვეთრი მატების გამო; მათ ინდივიდუალური სახელები და ქიმიური სიმბოლოებიც კი მიენიჭათ.

პირველი პერიოდის ელემენტები

წყალბადის ატომის ელექტრონული სტრუქტურის სქემა:

ატომების ელექტრონული სტრუქტურის სქემები აჩვენებს ელექტრონების განაწილებას ელექტრონულ ფენებზე (ენერგიის დონეები).

წყალბადის ატომის გრაფიკული ელექტრონული ფორმულა (გვიჩვენებს ელექტრონების განაწილებას ენერგიის დონეებსა და ქვედონეებზე):

ატომების გრაფიკული ელექტრონული ფორმულები აჩვენებს ელექტრონების განაწილებას არა მხოლოდ დონეებსა და ქვედონეებში, არამედ ორბიტებშიც.

ჰელიუმის ატომში სრულდება პირველი ელექტრონული შრე – მას აქვს 2 ელექტრონი. წყალბადი და ჰელიუმი არის s-ელემენტები; ამ ატომებისთვის s-ორბიტალი სავსეა ელექტრონებით.

მეორე პერიოდის ყველა ელემენტი ივსება პირველი ელექტრონული ფენადა ელექტრონები ავსებენ მეორე ელექტრონული შრის s- და p-ორბიტალებს უმცირესი ენერგიის პრინციპით (ჯერ s და შემდეგ p) და პაულისა და ჰუნდის წესების შესაბამისად.

ნეონის ატომში დასრულებულია მეორე ელექტრონული შრე – მას აქვს 8 ელექტრონი.

მესამე პერიოდის ელემენტების ატომებისთვის დასრულებულია პირველი და მეორე ელექტრონული შრეები, ამიტომ ივსება მესამე ელექტრონული ფენა, რომელშიც ელექტრონებს შეუძლიათ დაიკავონ 3s-, 3p- და 3d-ქვედონეები.

მაგნიუმის ატომში სრულდება 3s ელექტრონის ორბიტალი. Na და Mg არის s-ელემენტები.

ალუმინის და შემდგომი ელემენტებისთვის, 3p ქვედონე ივსება ელექტრონებით.

მესამე პერიოდის ელემენტებს აქვთ შეუვსებელი 3D ორბიტალები.

ყველა ელემენტი Al-დან Ar-მდე არის p-ელემენტები. s- და p-ელემენტები ქმნიან ძირითად ქვეჯგუფებს პერიოდულ სისტემაში.

მეოთხე-მეშვიდე პერიოდის ელემენტები

მეოთხე ელექტრონული ფენა ჩნდება კალიუმის და კალციუმის ატომებზე, 4s ქვედონე ივსება, რადგან მას აქვს ნაკლები ენერგია, ვიდრე 3D ქვედონე.

K, Ca - s-ელემენტები, რომლებიც შედის ძირითად ქვეჯგუფებში. Sc-დან Zn-მდე ატომებისთვის, 3D ქვედონე ივსება ელექტრონებით. ეს არის 3D ელემენტები. ისინი შედიან მეორად ქვეჯგუფებში, აქვთ წინასწარი გარე ელექტრონული შრე შევსებული, მათ მოიხსენიებენ როგორც გარდამავალ ელემენტებს.

ყურადღება მიაქციეთ ქრომის და სპილენძის ატომების ელექტრონული გარსების სტრუქტურას. მათში ხდება ერთი ელექტრონის „ჩავარდნა“ 4s-დან 3d ქვედონემდე, რაც აიხსნება შედეგად მიღებული ელექტრონული კონფიგურაციების უფრო დიდი ენერგეტიკული სტაბილურობით 3d 5 და 3d 10:

თუთიის ატომში სრულდება მესამე ელექტრონული ფენა - მასში ივსება ყველა 3s, 3p და 3d ქვედონე, საერთო ჯამში მათზე 18 ელექტრონია. თუთიის შემდეგ ელემენტებში მეოთხე ელექტრონული ფენა აგრძელებს შევსებას, 4p ქვედონე.

ელემენტები Ga-დან Kr-მდე არის p-ელემენტები.

კრიპტონის ატომის გარე შრე (მეოთხე) სრულია და აქვს 8 ელექტრონი. მაგრამ მეოთხე ელექტრონულ შრეში შეიძლება იყოს მხოლოდ 32 ელექტრონი; კრიპტონის ატომის 4d- და 4f-ქვედონეები კვლავ შეუვსებელი რჩება.მეხუთე პერიოდის ელემენტები ქვედონეებს ავსებენ შემდეგი თანმიმდევრობით: 5s - 4d - 5p. და ასევე არის გამონაკლისები, რომლებიც დაკავშირებულია " წარუმატებლობა» ელექტრონები, y 41 Nb, 42 Mo, 44 ​​Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.

მეექვსე და მეშვიდე პერიოდებში ჩნდება f-ელემენტები, ანუ ელემენტები, რომლებშიც ივსება მესამე გარე ელექტრონული ფენის 4f- და 5f-ქვედონეები, შესაბამისად.

4f ელემენტებს ლანთანიდები ეწოდება.

5f ელემენტებს აქტინიდები ეწოდება.

მეექვსე პერიოდის ელემენტების ატომებში ელექტრონული ქვედონეების შევსების რიგი: 55 Cs და 56 Ba - 6s-ელემენტები; 57 La … 6s 2 5d x - 5d ელემენტი; 58 Ce - 71 Lu - 4f ელემენტები; 72 Hf - 80 Hg - 5d ელემენტები; 81 T1 - 86 Rn - 6d ელემენტები. მაგრამ აქაც არის ელემენტები, რომლებშიც „ირღვევა“ ელექტრონული ორბიტალების შევსების რიგი, რაც, მაგალითად, ასოცირდება ნახევარი და მთლიანად შევსებული f-ქვედონეების უფრო დიდ ენერგეტიკულ სტაბილურობასთან, ანუ nf 7 და nf 14. იმისდა მიხედვით, თუ ატომის რომელი ქვედონე ივსება ბოლოს ელექტრონებით, ყველა ელემენტი იყოფა ოთხ ელექტრონულ ოჯახად ან ბლოკად:

• s-ელემენტები. ატომის გარე დონის s-ქვედონე ივსება ელექტრონებით; s-ელემენტებში შედის წყალბადი, ჰელიუმი და I და II ჯგუფების ძირითადი ქვეჯგუფების ელემენტები.

• p-ელემენტები. ატომის გარე დონის p-ქვედონე ივსება ელექტრონებით; p-ელემენტები მოიცავს III-VIII ჯგუფების ძირითადი ქვეჯგუფების ელემენტებს.

• d-ელემენტები. ატომის წინაგარე დონის d-ქვედონე ივსება ელექტრონებით; d-ელემენტები მოიცავს I-VIII ჯგუფების მეორადი ქვეჯგუფების ელემენტებს, ანუ s- და p- ელემენტებს შორის მდებარე დიდი პერიოდის ინტერკალარული ათწლეულების ელემენტებს. მათ ასევე უწოდებენ გარდამავალ ელემენტებს.

• f-ელემენტები. ატომის მესამე გარე დონის f-ქვედონე ივსება ელექტრონებით; მათ შორისაა ლანთანიდები და ანტინოიდები.

შვეიცარიელმა ფიზიკოსმა ვ. პაულიმ 1925 წელს დაადგინა, რომ ატომში ერთ ორბიტალში არ შეიძლება იყოს ორი ელექტრონის მეტი საპირისპირო (ანტიპარალელური) სპინები (ინგლისურიდან თარგმნილი - "spindle"), ანუ ისეთი თვისებების მქონე, რაც პირობითად შეიძლება წარმოვიდგინოთ, როგორც. ელექტრონის ბრუნვა მისი წარმოსახვითი ღერძის გარშემო: საათის ისრის მიმართულებით ან საწინააღმდეგოდ.

ამ პრინციპს ე.წ პაულის პრინციპი. თუ ორბიტალში არის ერთი ელექტრონი, მაშინ მას ეწოდება დაუწყვილებელი, თუ ორია, მაშინ ეს არის დაწყვილებული ელექტრონები, ანუ ელექტრონები საპირისპირო სპინებით. ნახატზე ნაჩვენებია ენერგიის დონეების ქვედონეებად დაყოფის დიაგრამა და მათი შევსების თანმიმდევრობა.

ძალიან ხშირად, ატომების ელექტრონული გარსების სტრუქტურა გამოსახულია ენერგიის ან კვანტური უჯრედების გამოყენებით - ისინი წერენ ე.წ. გრაფიკულ ელექტრონულ ფორმულებს. ამ ჩანაწერისთვის გამოიყენება შემდეგი აღნიშვნა: თითოეული კვანტური უჯრედი აღინიშნება უჯრედით, რომელიც შეესაბამება ერთ ორბიტალს; თითოეული ელექტრონი მითითებულია ისრით, რომელიც შეესაბამება სპინის მიმართულებას. გრაფიკული ელექტრონული ფორმულის დაწერისას უნდა გახსოვდეთ ორი წესი: პაულის პრინციპი და ფ.ჰუნდის წესი, რომლის მიხედვითაც ელექტრონები ჯერ სათითაოდ იკავებენ თავისუფალ უჯრედებს და ამავე დროს აქვთ სპინის იგივე მნიშვნელობა და მხოლოდ ამის შემდეგ წყვილდებიან, მაგრამ სპინები, პაულის პრინციპის მიხედვით, უკვე საპირისპირო იქნება მიმართული.

ჰუნდის წესი და პაულის პრინციპი

ჰუნდის წესი- კვანტური ქიმიის წესი, რომელიც განსაზღვრავს გარკვეული ქვეფენის ორბიტალების შევსების თანმიმდევრობას და ჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად: ამ ქვეფენის ელექტრონების სპინის კვანტური რაოდენობის ჯამური მნიშვნელობა უნდა იყოს მაქსიმალური. ჩამოყალიბებულია ფრიდრიხ ჰუნდის მიერ 1925 წელს.

ეს ნიშნავს, რომ ქვეფენის თითოეულ ორბიტალში ჯერ ერთი ელექტრონი ივსება და მხოლოდ შეუვსებელი ორბიტალების ამოწურვის შემდეგ ემატება მეორე ელექტრონი ამ ორბიტალს. ამ შემთხვევაში ერთ ორბიტალში არის ორი ელექტრონი საპირისპირო ნიშნის ნახევარმთლიანი სპინით, რომლებიც წყვილდებიან (ქმნიან ორელექტრონულ ღრუბელს) და შედეგად, ორბიტალის ჯამური სპინი ნულის ტოლი ხდება.

სხვა ფორმულირება: ენერგიაში ქვემოთ არის ატომური ტერმინი, რომლისთვისაც ორი პირობაა დაკმაყოფილებული.

1. სიმრავლე მაქსიმალურია
2. როდესაც სიმრავლეები ერთმანეთს ემთხვევა, მთლიანი ორბიტალური იმპულსი L არის მაქსიმალური.

გავაანალიზოთ ეს წესი p-ქვედონის ორბიტალების შევსების მაგალითის გამოყენებით გვ- მეორე პერიოდის ელემენტები (ანუ ბორონიდან ნეონამდე (ქვემოთ მოცემულ დიაგრამაში ჰორიზონტალური ხაზები მიუთითებს ორბიტალებზე, ვერტიკალური ისრები მიუთითებს ელექტრონებს, ხოლო ისრის მიმართულება მიუთითებს სპინის ორიენტაციაზე).

კლეჩკოვსკის წესი

კლეჩკოვსკის წესი -ატომებში ელექტრონების ჯამური რაოდენობის მატებასთან ერთად (მათი ბირთვების მუხტების ან ქიმიური ელემენტების რიგითი რიცხვის მატებასთან ერთად), ატომური ორბიტალები დასახლებულია ისე, რომ ელექტრონების გამოჩენა უფრო მაღალი ენერგიის ორბიტალებში დამოკიდებულია მხოლოდ ძირითადი კვანტური რიცხვი n და არ არის დამოკიდებული ყველა სხვა კვანტურ რიცხვზე. რიცხვებზე, მათ შორის l-დან. ფიზიკურად, ეს ნიშნავს, რომ წყალბადის მსგავს ატომში (ინტერელექტრონული მოგერიების არარსებობის შემთხვევაში) ელექტრონის ორბიტალური ენერგია განისაზღვრება მხოლოდ ბირთვიდან ელექტრონის მუხტის სიმკვრივის სივრცით დაშორებით და არ არის დამოკიდებული მისი მოძრაობის მახასიათებლებზე. ბირთვის ველში.

კლეჩკოვსკის ემპირიული წესი და მისგან წარმოქმნილი ატომური ორბიტალების გარკვეულწილად წინააღმდეგობრივი რეალური ენერგეტიკული თანმიმდევრობის თანმიმდევრობა მხოლოდ იმავე ტიპის ორ შემთხვევაში: ატომებისთვის Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au, არის ელექტრონის „მარცხი“ s - გარე ფენის ქვედონეზე წინა ფენის d-ქვედონემდე, რაც იწვევს ატომის ენერგიულად უფრო სტაბილურ მდგომარეობას, კერძოდ: ორბიტალი 6-ის ორით შევსების შემდეგ. ელექტრონები ს