Pagina 1

Nivelul de energie exterior (învelișul electronic) al atomilor lor conține doi electroni în subnivelul s. În acest sens, ele sunt similare cu elementele subgrupului principal. Penultimul nivel de energie conține 18 electroni.

Nivelul de energie externă al ionului S2 este umplut cu numărul maxim posibil de electroni (8) și, ca urmare, ionul S2 poate prezenta doar funcții donatoare de electroni: prin donarea a 2 electroni, este oxidat la sulf elementar. , care are un număr de oxidare egal cu zero.

Dacă nivelul de energie externă al unui atom este format din trei, cinci sau șapte electroni și atomul aparține elementelor / J, atunci poate elibera secvenţial de la 1 la 7 electroni. Atomii al căror nivel exterior este format din trei electroni pot dona unul, doi sau trei electroni.

Dacă nivelul de energie externă al unui atom este format din trei, cinci sau șapte electroni, iar atomul aparține elementelor p, atunci poate elibera secvenţial de la unu la șapte electroni. Atomii al căror nivel exterior este format din trei electroni pot dona unul, doi sau trei electroni.

Deoarece nivelul de energie exterior conține doi s - electroni, prin urmare, aceștia sunt similari cu elementele subgrupului PA. Penultimul nivel de energie conține 18 electroni. Dacă în subgrupul de cupru subnivelul (n - l) d10 nu este încă stabil, atunci în subgrupul de zinc este destul de stabil, iar d - electronii din elementele subgrupului de zinc nu participă la legăturile chimice.

Pentru a completa nivelul de energie externă, atomului de clor îi lipsește un electron.

Atomul de oxigen îi lipsesc doi electroni pentru a-și completa nivelul de energie exterior. Cu toate acestea, în compusul de oxigen cu fluor OF2, perechile de electroni comuni sunt deplasate către fluor, ca element mai electronegativ.

Oxigenului îi lipsesc doi electroni pentru a-și completa nivelul de energie exterior.

În atomul de argon, nivelul de energie exterior este complet.

Conform structurii electronice a nivelului energetic extern, elementele sunt împărțite în două subgrupe: VA - N, P, As, Sb, Bi - nemetale și VB - V, Nb, Ta - metale. Razele atomilor și ionilor în starea de oxidare 5 din subgrupa VA cresc sistematic de la azot la bismut. În consecință, diferența în structura stratului pre-exterior are un efect redus asupra proprietăților elementelor și pot fi considerate ca un subgrup.

Asemănarea în structura nivelului de energie externă (Tabelul 5) se reflectă în proprietățile elementelor și compușilor acestora. Acest lucru se explică prin faptul că în atomul de oxigen, electronii nepereche sunt localizați în orbitalii p ai celui de-al doilea strat, care poate avea maximum opt electroni.

Numele parametrului	Sens
Subiect articol:	NIVELURI DE ENERGIE
Rubrica (categoria tematica)	Educaţie

STRUCTURA ATOMULUI

1. Dezvoltarea teoriei structurii atomului. Cu

2. Nucleul și învelișul de electroni ale atomului. Cu

3. Structura nucleului unui atom. Cu

4. Nuclizi, izotopi, număr de masă. Cu

5. Niveluri de energie.

6. Explicarea cuantico-mecanica a structurii.

6.1. Modelul orbital al atomului.

6.2. Reguli pentru umplerea orbitalilor.

6.3. Orbitali cu electroni s (orbitali s atomici).

6.4. Orbitali cu electroni p (orbitali p atomici).

6.5. Orbitali cu electroni d-f

7. Subnivelurile energetice ale unui atom multielectron. numere cuantice.

NIVELURI DE ENERGIE

Structura învelișului de electroni a unui atom este determinată de diferitele rezerve de energie ale electronilor individuali din atom. În conformitate cu modelul Bohr al atomului, electronii pot ocupa poziții în atom care corespund unor stări de energie precis definite (cuantificate). Aceste stări se numesc niveluri de energie.

Numărul de electroni care pot fi pe un nivel de energie separat este determinat de formula 2n 2, unde n este numărul nivelului, care este notat cu cifre arabe 1 - 7. Umplerea maximă a primelor patru niveluri de energie în. în conformitate cu formula 2n 2 este: pentru primul nivel - 2 electroni, pentru al doilea - 8, pentru al treilea -18 și pentru al patrulea nivel - 32 de electroni. Nu a fost atinsă umplerea maximă a nivelurilor de energie mai înalte în atomii elementelor cunoscute cu electroni.

Orez. 1 prezintă umplerea nivelurilor de energie ale primelor douăzeci de elemente cu electroni (de la hidrogen H la calciu Ca, cercuri negre). Prin completarea nivelurilor de energie în ordinea indicată se obțin cele mai simple modele ale atomilor elementelor, cu respectarea ordinii de umplere (de jos în sus și de la stânga la dreapta în figură) în așa fel încât ultimul electronul indică simbolul elementului corespunzător La al treilea nivel energetic M(capacitatea maxima este de 18 e -) pentru elementele Na - Ar conține doar 8 electroni, apoi începe să se acumuleze al patrulea nivel de energie N- pe el apar doi electroni pentru elementele K și Ca. Următorii 10 electroni ocupă din nou nivelul M(elementele Sc – Zn (nu sunt prezentate), iar apoi umplerea nivelului N cu încă șase electroni continuă (elementele Ca-Kr, cercuri albe).

Orez. unu

Orez. 2

Dacă atomul se află în starea fundamentală, atunci electronii săi ocupă niveluri cu o energie minimă, adică fiecare electron ulterior ocupă poziția cea mai favorabilă din punct de vedere energetic, cum ar fi în Fig. 1. Cu un impact extern asupra unui atom asociat cu transferul de energie către acesta, de exemplu, prin încălzire, electronii sunt transferați la niveluri mai mari de energie (Fig. 2). Această stare a atomului se numește excitat. Locul eliberat la nivelul energetic inferior este umplut (ca poziție avantajoasă) de un electron de la un nivel energetic superior. În timpul tranziției, electronul emite o anumită cantitate de energie, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ corespunde diferenței de energie dintre niveluri. Ca rezultat al tranzițiilor electronice, apar radiații caracteristice. Din liniile spectrale ale luminii absorbite (emise) se poate face o concluzie cantitativă despre nivelurile de energie ale atomului.

În conformitate cu modelul cuantic Bohr al atomului, un electron cu o anumită stare de energie se mișcă pe o orbită circulară în atom. Electronii cu aceeași rezervă de energie se află la distanțe egale față de nucleu, fiecare nivel de energie corespunde propriului său set de electroni, numit stratul de electroni de către Bohr. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, conform lui Bohr, electronii unui strat se deplasează de-a lungul unei suprafețe sferice, electronii stratului următor de-a lungul unei alte suprafețe sferice. toate sferele sunt înscrise una în alta cu centrul corespunzător nucleului atomic.

NIVELURI DE ENERGIE - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „NIVELURI DE ENERGIE” 2017, 2018.

Cu cât învelișul de electroni a atomului este mai aproape de nucleul atomic, cu atât electronii sunt mai puternici atrași de nucleu și cu atât energia lor de legare cu nucleul este mai mare. Prin urmare, aranjarea învelișurilor de electroni este caracterizată în mod convenabil prin niveluri și subniveluri de energie și distribuția electronilor peste ele. Numărul de niveluri de energie electronică este egal cu numărul perioadei,în care se află elementul. Suma numerelor de electroni la nivelurile de energie este egală cu numărul ordinal al elementului.

Structura electronică a atomului este prezentată în fig. 1.9 sub forma unei diagrame a distribuției electronilor pe niveluri și subniveluri de energie. Diagrama constă din celule electronice reprezentate prin pătrate. Fiecare celulă simbolizează un orbital de electroni capabil să accepte doi electroni cu spini opuși, indicați de săgețile sus și jos.

Orez. 1.9.

Schema electronică a unui atom este construită în succesiune creșterea numărului nivelului de energie.În aceeași direcție energia electronului creșteși energia conexiunii sale cu nucleul scade. Pentru claritate, ne putem imagina că nucleul atomului se află „în partea de jos” a diagramei. Numărul de electroni dintr-un atom al unui element este egal cu numărul de protoni din nucleu, adică. numărul atomic al elementului din tabelul periodic.

Primul nivel de energie este format dintr-un singur orbital, care este notat cu simbolul s. Acest orbital este umplut cu electroni de hidrogen și heliu. Hidrogenul are un electron, iar hidrogenul este monovalent. Heliul are doi electroni perechi cu spini opuși, heliul are valență zero și nu formează compuși cu alte elemente. Energia unei reacții chimice nu este suficientă pentru a excita un atom de heliu și a transfera un electron la al doilea nivel.

Al doilea nivel de energie este format din. "-subnivel și /. (-subnivel, care are trei orbitali (celule). Litiul trimite al treilea electron la subnivelul 2". Un electron nepereche face ca litiul să fie monovalent. Beriliul umple la fel. subnivel cu al doilea electron, prin urmare, în starea neexcitată, beriliul are doi electroni perechi. Cu toate acestea, o energie de excitație nesemnificativă se dovedește a fi suficientă pentru a transfera un electron la subnivelul ^, ceea ce face beriliul bivalent.

Umplerea ulterioară a subnivelului 2p se desfășoară într-un mod similar. Oxigenul din compuși este bivalent. Oxigenul nu prezintă valențe mai mari din cauza imposibilității de a împerechea electronii de nivelul doi și de a le transfera la al treilea nivel de energie.

Spre deosebire de oxigen, sulful situat sub oxigen în aceeași subgrupă poate prezenta valențe 2, 4 și 6 în compușii săi datorită posibilității de a deteriora electronii celui de-al treilea nivel și de a-i muta la subnivelul ^. Rețineți că sunt posibile și alte stări de valență ale sulfului.

Elementele al căror subnivel s este umplut se numesc „-elemente. În mod similar, se formează și secvența R- elemente. Elemente s- iar subnivelurile p sunt incluse în subgrupele principale. Elementele subgrupurilor secundare sunt ^-elemente (nume greșit - elemente de tranziție).

Este convenabil să se desemneze subgrupurile prin simbolurile electronilor, datorită cărora s-au format elementele incluse în subgrup, de exemplu s"-subgrup (hidrogen, litiu, sodiu etc.) sau //-subgrup (oxigen, sulf etc.).

Dacă tabelul periodic este construit în așa fel încât numerele perioadelor să crească de jos în sus, iar în fiecare celulă de electroni sunt plasați mai întâi unul și apoi doi electroni, se va obține un tabel periodic cu perioade lungi, asemănător cu o diagramă a distribuției. de electroni peste niveluri și subniveluri de energie.

Malyugin 14. Niveluri de energie externă și internă. Finalizarea nivelului de energie.

Să ne amintim pe scurt ceea ce știm deja despre structura învelișului de electroni a atomilor:

ü numărul de niveluri energetice ale atomului = numărul perioadei în care se află elementul;

ü capacitatea maximă a fiecărui nivel de energie se calculează prin formula 2n2

ü învelișul energetic exterior nu poate conține mai mult de 2 electroni pentru elementele din perioada 1, mai mult de 8 electroni pentru elementele din alte perioade

Încă o dată, să revenim la analiza schemei de umplere a nivelurilor de energie în elemente de perioade mici:

Tabelul 1. Umplerea nivelurilor de energie

pentru elemente de perioade mici

Numărul perioadei	Numărul de niveluri de energie = numărul perioadei	Simbol element, numărul său ordinal	Total electroni	Distribuția electronilor după niveluri de energie	Număr de grup
				H +1 )1	+1 H, 1e-
		He + 2 ) 2	+2 Nu, al 2-lea
				Li + 3 ) 2 ) 1	+ 3 Li, 2e-, 1e-
		Fii +4 ) 2 )2	+ 4 Fi, 2e-,2 e-
		B +5 ) 2 )3	+5 B, 2e-, 3e-
		C +6 ) 2 )4	+6 C, 2e-, 4e-
		N + 7 ) 2 ) 5	+ 7 N, 2e-,5 e-
		O + 8 ) 2 ) 6	+ 8 O, 2e-,6 e-
		F + 9 ) 2 ) 7	+ 9 F, 2e-,7 e-
		Ne + 10 ) 2 ) 8	+ 10 Ne, 2e-,8 e-
				N / A + 11 ) 2 ) 8 )1	+1 1 N / A, 2e-, 8e-, 1e-
		mg + 12 ) 2 ) 8 )2	+1 2 mg, 2e-, 8e-, 2 e-
		Al + 13 ) 2 ) 8 )3	+1 3 Al, 2e-, 8e-, 3 e-
		Si + 14 ) 2 ) 8 )4	+1 4 Si, 2e-, 8e-, 4 e-
		P + 15 ) 2 ) 8 )5	+1 5 P, 2e-, 8e-, 5 e-
		S + 16 ) 2 ) 8 )6	+1 5 P, 2e-, 8e-, 6 e-
		Cl + 17 ) 2 ) 8 )7	+1 7 Cl, 2e-, 8e-, 7 e-
18 Ar		Ar+ 18 ) 2 ) 8 )8	+1 8 Ar, 2e-, 8e-, 8 e-

Analizați tabelul 1. Comparați numărul de electroni din ultimul nivel de energie și numărul grupului în care se află elementul chimic.

Ai observat asta numărul de electroni din nivelul energetic exterior al atomilor este același cu numărul grupului, în care se află elementul (excepția este heliul)?

!!! Această regulă este adevărată numai pentru elemente major subgrupuri.

Fiecare perioadă a sistemului se termină cu un element inert(heliu He, neon Ne, argon Ar). Nivelul energetic extern al acestor elemente conține numărul maxim posibil de electroni: heliu -2, elementele rămase - 8. Acestea sunt elemente din grupa VIII a subgrupului principal. Se numește nivelul de energie similar cu structura nivelului de energie al unui gaz inert efectuat. Acesta este un fel de limită de putere a nivelului de energie pentru fiecare element al sistemului periodic. Moleculele de substanțe simple - gaze inerte, constau dintr-un atom și se disting prin inerție chimică, adică practic nu intră în reacții chimice.

Pentru elementele rămase ale PSCE, nivelul de energie diferă de nivelul de energie al elementului inert, astfel de niveluri se numesc neterminat. Atomii acestor elemente se străduiesc să completeze nivelul de energie exterior donând sau acceptând electroni.

Întrebări pentru autocontrol

1. Ce nivel de energie se numește extern?

2. Ce nivel de energie se numește intern?

3. Ce nivel de energie se numește complet?

4. Elementele din care grup și subgrup au un nivel de energie completat?

5. Care este numărul de electroni din nivelul energetic exterior al elementelor subgrupurilor principale?

6. Cum se aseamănă elementele unui subgrup principal în structura nivelului electronic

7. Câţi electroni la nivelul exterior conţin elementele a) grupei IIA;

b) grupa IVA; c) Grupa VII A

Vizualizați răspunsul

1. Ultimul

2. Oricare în afară de ultimul

3. Cel care contine numarul maxim de electroni. La fel și nivelul exterior, dacă conține 8 electroni pentru perioada I - 2 electroni.

4. Elemente din grupa VIIIA (elemente inerte)

5. Numărul grupului în care se află elementul

6. Toate elementele principalelor subgrupuri de la nivelul energiei externe conțin tot atâtea electroni cât numărul grupului

7. a) elementele grupei IIA au 2 electroni la nivelul exterior; b) elementele grupului IVA au 4 electroni; c) elementele grupei VII A au 7 electroni.

Sarcini pentru soluție independentă

1. Determinaţi elementul după următoarele criterii: a) are 2 nivele electronice, la exterior - 3 electroni; b) are 3 nivele electronice, la exterior - 5 electroni. Scrieți distribuția electronilor pe nivelurile de energie ale acestor atomi.

2. Ce doi atomi au același număr de niveluri de energie umplute?

Vizualizați răspunsul:

1. a) Să stabilim „coordonatele” elementului chimic: 2 nivele electronice - perioada II; 3 electroni la nivelul exterior - grupa III A. Aceasta este o freză de 5B. Schema de distribuție a electronilor pe niveluri de energie: 2e-, 3e-

b) perioada III, grupa VA, elementul fosfor 15Р. Schema de distribuție a electronilor pe niveluri de energie: 2e-, 8e-, 5e-

2. d) sodiu și clor.

Explicaţie: a) sodiu: +11 )2)8 )1 (umplut 2) ←→ hidrogen: +1)1

b) heliu: +2 )2 (umplut 1) ←→ hidrogen: hidrogen: +1)1

c) heliu: +2 )2 (umplut 1) ←→ neon: +10 )2)8 (umplut 2)

*G) sodiu: +11 )2)8 )1 (umplut 2) ←→ clor: +17 )2)8 )7 (complet 2)

4. Zece. Numărul de electroni = numărul de serie

5 c) arsen şi fosfor. Atomii aflați în același subgrup au același număr de electroni.

Explicatii:

a) sodiu și magneziu (în diferite grupe); b) calciu și zinc (în același grup, dar subgrupe diferite); * c) arsen și fosfor (într-unul, principal, subgrup) d) oxigen și fluor (în diferite grupuri).

7. d) numărul de electroni din nivelul exterior

8. b) numărul de niveluri energetice

9. a) litiu (situat în grupa IA din perioada II)

10. c) siliciu (grupa IVA, perioada III)

11. b) bor (2 nivele - IIperioadă, 3 electroni la nivelul exterior - IIIAgrup)

Ce se întâmplă cu atomii elementelor în timpul reacțiilor chimice? Care sunt proprietățile elementelor? Un răspuns poate fi dat la ambele întrebări: motivul constă în structura exteriorului. În articolul nostru, vom lua în considerare electronica metalelor și nemetalelor și vom afla relația dintre structura nivelului extern și proprietăți. a elementelor.

Proprietăți speciale ale electronilor

Atunci când are loc o reacție chimică între moleculele a doi sau mai mulți reactivi, apar modificări în structura învelișurilor de electroni ale atomilor, în timp ce nucleele acestora rămân neschimbate. În primul rând, să ne familiarizăm cu caracteristicile electronilor aflați la cele mai îndepărtate niveluri ale atomului de nucleu. Particulele încărcate negativ sunt aranjate în straturi la o anumită distanță de nucleu și unele de altele. Spațiul din jurul nucleului unde electronii sunt cel mai probabil să se găsească se numește orbital electronilor. Aproximativ 90% din norul de electroni încărcat negativ este condensat în el. Electronul însuși din atom prezintă proprietatea dualității, se poate comporta simultan atât ca o particulă, cât și ca o undă.

Reguli pentru umplerea învelișului de electroni a unui atom

Numărul de niveluri de energie pe care se află particulele este egal cu numărul perioadei în care se află elementul. Ce indică compoziția electronică? S-a dovedit că numărul de electroni din nivelul de energie exterior pentru elementele s și p ale principalelor subgrupe de perioade mici și mari corespunde numărului de grup. De exemplu, atomii de litiu din primul grup, care au două straturi, au un electron în învelișul exterior. Atomii de sulf conțin șase electroni la ultimul nivel de energie, deoarece elementul este situat în subgrupul principal al celui de-al șaselea grup etc. Dacă vorbim despre elementele d, atunci există următoarea regulă pentru ei: numărul de particule negative externe. este 1 (pentru crom și cupru) sau 2. Acest lucru se explică prin faptul că, pe măsură ce sarcina nucleului atomilor crește, subnivelul d intern este mai întâi umplut, iar nivelurile de energie externă rămân neschimbate.

De ce se schimbă proprietățile elementelor perioadelor mici?

Perioadele 1, 2, 3 și 7 sunt considerate mici. O schimbare lină a proprietăților elementelor pe măsură ce crește sarcinile nucleare, pornind de la metale active și terminând cu gaze inerte, se explică printr-o creștere treptată a numărului de electroni la nivel extern. Primele elemente din astfel de perioade sunt cele ai căror atomi au doar unul sau doi electroni care se pot desprinde cu ușurință de nucleu. În acest caz, se formează un ion metalic încărcat pozitiv.

Elementele amfoterice, cum ar fi aluminiul sau zincul, își umplu nivelul de energie externă cu o cantitate mică de electroni (1 pentru zinc, 3 pentru aluminiu). În funcție de condițiile reacției chimice, ele pot prezenta atât proprietățile metalelor, cât și ale nemetalelor. Elementele nemetalice de perioade mici conțin de la 4 până la 7 particule negative pe învelișurile exterioare ale atomilor lor și le completează la un octet, atrăgând electroni de la alți atomi. De exemplu, un nemetal cu cel mai mare indice de electronegativitate - fluor, are 7 electroni pe ultimul strat și ia întotdeauna un electron nu numai din metale, ci și din elementele active nemetalice: oxigen, clor, azot. Perioadele mici se termină, la fel ca și cele mari, cu gaze inerte, ale căror molecule monoatomice au completat complet niveluri de energie externă de până la 8 electroni.

Caracteristici ale structurii atomilor de perioade mari

Chiar și rândurile de 4, 5 și 6 perioade constau din elemente ale căror învelișuri exterioare pot găzdui doar unul sau doi electroni. După cum am spus mai devreme, ele umplu subnivelurile d sau f ale penultimului strat cu electroni. De obicei, acestea sunt metale tipice. Proprietățile lor fizice și chimice se schimbă foarte lent. Rândurile impare conțin astfel de elemente, în care nivelurile de energie externă sunt umplute cu electroni conform următoarei scheme: metale - element amfoter - nemetale - gaz inert. Am observat deja manifestarea ei în toate perioadele mici. De exemplu, într-o serie impară de 4 perioade, cuprul este un metal, zincul este un amfoteren, apoi de la galiu la brom, proprietățile nemetalice sunt îmbunătățite. Perioada se termină cu criptonul, ai cărui atomi au o înveliș de electroni complet completat.

Cum se explică împărțirea elementelor în grupuri?

Fiecare grup - și există opt dintre ele în forma scurtă a tabelului, este, de asemenea, împărțit în subgrupe, numite principale și secundare. Această clasificare reflectă pozițiile diferite ale electronilor pe nivelul de energie externă a atomilor elementelor. S-a dovedit că elementele principalelor subgrupe, de exemplu, litiu, sodiu, potasiu, rubidiu și cesiu, ultimul electron este situat la subnivelul s. Elementele din a șaptea grupă a subgrupului principal (halogeni) își umplu subnivelul p cu particule negative.

Pentru reprezentanții subgrupurilor laterale, cum ar fi cromul, umplerea subnivelului d cu electroni va fi tipică. Iar pentru elementele incluse în familie, acumularea de sarcini negative are loc la subnivelul f al penultimului nivel energetic. În plus, numărul grupului, de regulă, coincide cu numărul de electroni capabili să formeze legături chimice.

În articolul nostru, am aflat ce structură au nivelurile de energie externă ale atomilor elementelor chimice și am determinat rolul acestora în interacțiunile interatomice.