Ang mga kemikal ay ang mga bagay na bumubuo sa mundo sa paligid natin.
Ang mga katangian ng bawat kemikal na sangkap ay nahahati sa dalawang uri: ito ay kemikal, na nagpapakilala sa kakayahan nitong bumuo ng iba pang mga sangkap, at pisikal, na obhetibong sinusunod at maaaring isaalang-alang sa paghihiwalay mula sa mga pagbabagong kemikal. Kaya, halimbawa, ang mga pisikal na katangian ng isang sangkap ay ang estado ng pagsasama-sama nito (solid, likido o gas), thermal conductivity, kapasidad ng init, solubility sa iba't ibang media (tubig, alkohol, atbp.), density, kulay, lasa, atbp. .
Ang pagbabagong-anyo ng ilang mga kemikal na sangkap sa iba pang mga sangkap ay tinatawag na chemical phenomena o mga reaksiyong kemikal. Dapat pansinin na mayroon ding mga pisikal na phenomena, na, malinaw naman, ay sinamahan ng pagbabago sa anumang pisikal na katangian ng isang sangkap nang walang pagbabago nito sa iba pang mga sangkap. Ang mga pisikal na phenomena, halimbawa, ay kinabibilangan ng pagtunaw ng yelo, pagyeyelo o pagsingaw ng tubig, atbp.
Ang katotohanan na sa anumang proseso ang isang kemikal na kababalaghan ay nagaganap ay maaaring tapusin sa pamamagitan ng pagmamasid sa mga katangian ng mga palatandaan ng mga reaksiyong kemikal, tulad ng pagbabago ng kulay, pag-ulan, ebolusyon ng gas, init at / o liwanag na ebolusyon.
Kaya, halimbawa, ang isang konklusyon tungkol sa kurso ng mga reaksiyong kemikal ay maaaring gawin sa pamamagitan ng pagmamasid:
Ang pagbuo ng sediment kapag kumukulo ang tubig, na tinatawag na sukat sa pang-araw-araw na buhay;
Ang paglabas ng init at liwanag sa panahon ng pagsunog ng apoy;
Pagbabago ng kulay ng isang hiwa ng sariwang mansanas sa hangin;
Ang pagbuo ng mga bula ng gas sa panahon ng pagbuburo ng kuwarta, atbp.
Ang pinakamaliit na mga particle ng bagay, na sa proseso ng mga reaksiyong kemikal ay halos hindi sumasailalim sa mga pagbabago, ngunit sa isang bagong paraan lamang ay konektado sa bawat isa, ay tinatawag na mga atomo.
Ang mismong ideya ng pagkakaroon ng gayong mga yunit ng bagay ay lumitaw pabalik sa sinaunang Greece sa isipan ng mga sinaunang pilosopo, na talagang nagpapaliwanag sa pinagmulan ng salitang "atom", dahil ang "atomos" na literal na isinalin mula sa Greek ay nangangahulugang "hindi mahahati".
Gayunpaman, salungat sa ideya ng mga sinaunang pilosopong Griyego, ang mga atomo ay hindi ang ganap na minimum ng bagay, i.e. ang kanilang mga sarili ay may isang kumplikadong istraktura.
Ang bawat atom ay binubuo ng tinatawag na mga subatomic na particle - mga proton, neutron at mga electron, na tinutukoy ayon sa pagkakabanggit ng mga simbolo na p + , n o at e - . Ang superscript sa notation na ginamit ay nagpapahiwatig na ang proton ay may unit positive charge, ang electron ay may unit negative charge, at ang neutron ay walang charge.
Tulad ng para sa qualitative na istraktura ng atom, ang bawat atom ay may lahat ng mga proton at neutron na puro sa tinatawag na nucleus, kung saan ang mga electron ay bumubuo ng isang electron shell.
Ang proton at neutron ay may halos parehong masa, i.e. m p ≈ m n , at ang mass ng elektron ay halos 2000 beses na mas mababa kaysa sa masa ng bawat isa sa kanila, i.e. m p / m e ≈ m n / m e ≈ 2000.
Dahil ang pangunahing pag-aari ng isang atom ay ang elektrikal na neutralidad nito, at ang singil ng isang elektron ay katumbas ng singil ng isang proton, maaari itong tapusin mula dito na ang bilang ng mga electron sa anumang atom ay katumbas ng bilang ng mga proton.
Kaya, halimbawa, ang talahanayan sa ibaba ay nagpapakita ng posibleng komposisyon ng mga atomo:
Ang uri ng mga atomo na may parehong nuclear charge, i.e. na may parehong bilang ng mga proton sa kanilang nuclei ay tinatawag na elementong kemikal. Kaya, mula sa talahanayan sa itaas, maaari nating tapusin na ang atom1 at atom2 ay kabilang sa isang elemento ng kemikal, at ang atom3 at atom4 ay kabilang sa isa pang elemento ng kemikal.
Ang bawat elemento ng kemikal ay may sariling pangalan at indibidwal na simbolo, na binabasa sa isang tiyak na paraan. Kaya, halimbawa, ang pinakasimpleng elemento ng kemikal, ang mga atomo na naglalaman lamang ng isang proton sa nucleus, ay may pangalang "hydrogen" at tinutukoy ng simbolo na "H", na binabasa bilang "abo", at ang elemento ng kemikal. na may nuclear charge na +7 (i.e. naglalaman ng 7 protons) - "nitrogen", may simbolong "N", na binabasa bilang "en".
Tulad ng makikita mo mula sa talahanayan sa itaas, ang mga atomo ng isang elemento ng kemikal ay maaaring mag-iba sa bilang ng mga neutron sa nuclei.
Ang mga atom na kabilang sa parehong elemento ng kemikal, ngunit may ibang bilang ng mga neutron at, bilang resulta, masa, ay tinatawag na isotopes.
Kaya, halimbawa, ang kemikal na elemento ng hydrogen ay may tatlong isotopes - 1 H, 2 H at 3 H. Ang mga indeks 1, 2 at 3 sa itaas ng simbolo ng H ay nangangahulugan ng kabuuang bilang ng mga neutron at proton. Yung. alam na ang hydrogen ay isang kemikal na elemento, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng katotohanan na mayroong isang proton sa nuclei ng mga atom nito, maaari nating tapusin na walang mga neutron sa 1 H isotope (1-1 = 0), sa ang 2 H isotope - 1 neutron (2-1=1) at sa isotope 3 H - dalawang neutron (3-1=2). Dahil, tulad ng nabanggit na, ang isang neutron at isang proton ay may parehong masa, at ang masa ng isang electron ay bale-wala kumpara sa kanila, nangangahulugan ito na ang 2 H isotope ay halos dalawang beses na mas mabigat kaysa sa 1 H isotope, at ang 3 H. Ang isotope ay kahit tatlong beses na mas mabigat. . Kaugnay ng napakalaking pagkalat sa masa ng hydrogen isotopes, ang 2 H at 3 H isotopes ay itinalaga pa nga ng magkahiwalay na mga indibidwal na pangalan at simbolo, na hindi tipikal para sa anumang iba pang elemento ng kemikal. Ang 2 H isotope ay pinangalanang deuterium at binigyan ng simbolo D, at ang 3 H isotope ay binigyan ng pangalang tritium at binigyan ng simbolo na T.
Kung kukunin natin ang masa ng proton at neutron bilang pagkakaisa, at pabayaan ang masa ng elektron, sa katunayan, ang itaas na kaliwang index, bilang karagdagan sa kabuuang bilang ng mga proton at neutron sa atom, ay maaaring ituring na masa nito, at samakatuwid ang index na ito ay tinatawag na mass number at ipinapahiwatig ng simbolong A. Dahil ang singil ng nucleus ng anumang proton ay tumutugma sa atom, at ang singil ng bawat proton ay kondisyon na itinuturing na katumbas ng +1, ang bilang ng mga proton sa Ang nucleus ay tinatawag na numero ng singil (Z). Ang pagtukoy sa bilang ng mga neutron sa isang atom na may letrang N, sa matematika ang kaugnayan sa pagitan ng numero ng masa, numero ng singil at bilang ng mga neutron ay maaaring ipahayag bilang:
Ayon sa mga modernong konsepto, ang electron ay may dual (particle-wave) na kalikasan. Ito ay may mga katangian ng parehong particle at wave. Tulad ng isang butil, ang isang elektron ay may mass at isang singil, ngunit sa parehong oras, ang daloy ng mga electron, tulad ng isang alon, ay nailalarawan sa pamamagitan ng kakayahang mag-diffraction.
Upang ilarawan ang estado ng isang electron sa isang atom, ang mga konsepto ng quantum mechanics ay ginagamit, ayon sa kung saan ang electron ay walang isang tiyak na tilapon ng paggalaw at maaaring matatagpuan sa anumang punto sa espasyo, ngunit may iba't ibang mga probabilidad.
Ang rehiyon ng espasyo sa paligid ng nucleus kung saan malamang na matagpuan ang isang electron ay tinatawag na atomic orbital.
Ang isang atomic orbital ay maaaring magkaroon ng ibang hugis, sukat at oryentasyon. Ang atomic orbital ay tinatawag ding electron cloud.
Sa graphically, ang isang atomic orbital ay karaniwang tinutukoy bilang isang square cell:
Ang quantum mechanics ay may napakakomplikadong mathematical apparatus, samakatuwid, sa loob ng balangkas ng kursong kimika ng paaralan, tanging ang mga kahihinatnan ng quantum mechanical theory ang isinasaalang-alang.
Ayon sa mga kahihinatnan na ito, ang anumang atomic orbital at isang elektron na matatagpuan dito ay ganap na nailalarawan sa pamamagitan ng 4 na mga numero ng quantum.
- Ang pangunahing quantum number - n - ay tumutukoy sa kabuuang enerhiya ng isang electron sa isang ibinigay na orbital. Ang hanay ng mga halaga ng pangunahing quantum number ay lahat ng natural na numero, i.e. n = 1,2,3,4, 5 atbp.
- Ang orbital quantum number - l - ay nagpapakilala sa hugis ng atomic orbital at maaaring tumagal ng anumang mga halaga ng integer mula 0 hanggang n-1, kung saan ang n, recall, ay ang pangunahing quantum number.
Ang mga orbital na may l = 0 ay tinatawag s-mga orbital. Ang mga s-orbital ay spherical at walang direksyon sa espasyo:
Ang mga orbital na may l = 1 ay tinatawag p-mga orbital. Ang mga orbital na ito ay may hugis ng isang three-dimensional figure na walo, i.e. ang hugis na nakuha sa pamamagitan ng pag-ikot ng figure na walo sa paligid ng axis ng symmetry, at panlabas na kahawig ng isang dumbbell:
Ang mga orbital na may l = 2 ay tinatawag d-mga orbital, at may l = 3 – f-mga orbital. Ang kanilang istraktura ay mas kumplikado.
3) Magnetic quantum number - m l - tinutukoy ang spatial orientation ng isang partikular na atomic orbital at nagpapahayag ng projection ng orbital angular momentum sa direksyon ng magnetic field. Ang magnetic quantum number m l ay tumutugma sa oryentasyon ng orbital na may kaugnayan sa direksyon ng panlabas na magnetic field strength vector at maaaring tumagal ng anumang mga halaga ng integer mula –l hanggang +l, kabilang ang 0, i.e. ang kabuuang bilang ng mga posibleng halaga ay (2l+1). Kaya, halimbawa, na may l = 0 m l = 0 (isang halaga), na may l = 1 m l = -1, 0, +1 (tatlong halaga), na may l = 2 m l = -2, -1, 0, + 1 , +2 (limang halaga ng magnetic quantum number), atbp.
Kaya, halimbawa, p-orbitals, i.e. orbital na may isang orbital quantum number l = 1, na may hugis ng isang "three-dimensional figure eight", ay tumutugma sa tatlong mga halaga ng magnetic quantum number (-1, 0, +1), na, naman, ay tumutugma sa tatlong direksyon sa espasyo na patayo sa isa't isa.
4) Ang spin quantum number (o simpleng spin) - m s - ay maaaring ituring na may kondisyon na responsable para sa direksyon ng pag-ikot ng isang electron sa isang atom, maaari itong tumagal sa mga halaga. Ang mga electron na may iba't ibang mga spin ay ipinahiwatig ng mga patayong arrow na tumuturo sa iba't ibang direksyon: ↓ at .
Ang set ng lahat ng orbital sa isang atom na may parehong halaga ng pangunahing quantum number ay tinatawag na energy level o electron shell. Ang anumang arbitrary na antas ng enerhiya na may ilang bilang n ay binubuo ng n 2 orbital.
Ang hanay ng mga orbital na may parehong mga halaga ng pangunahing quantum number at ang orbital quantum number ay isang sublevel ng enerhiya.
Ang bawat antas ng enerhiya, na tumutugma sa pangunahing quantum number n, ay naglalaman ng n sublevel. Sa turn, ang bawat sublevel ng enerhiya na may orbital quantum number l ay binubuo ng (2l+1) orbitals. Kaya, ang s-sublayer ay binubuo ng isang s-orbital, ang p-sublayer - tatlong p-orbitals, ang d-sublayer - limang d-orbital, at ang f-sublayer - pitong f-orbitals. Dahil, tulad ng nabanggit na, ang isang atomic orbital ay madalas na tinutukoy ng isang square cell, ang s-, p-, d- at f-sublevels ay maaaring graphical na ilarawan tulad ng sumusunod:
Ang bawat orbital ay tumutugma sa isang indibidwal na mahigpit na tinukoy na set ng tatlong quantum number n, l at m l .
Ang pamamahagi ng mga electron sa mga orbital ay tinatawag na pagsasaayos ng elektron.
Ang pagpuno ng mga atomic orbital na may mga electron ay nangyayari alinsunod sa tatlong kondisyon:
- Ang prinsipyo ng pinakamababang enerhiya: Pinuno ng mga electron ang mga orbital simula sa pinakamababang sublevel ng enerhiya. Ang pagkakasunud-sunod ng mga sublevel sa pagkakasunud-sunod ng pagtaas ng enerhiya ay ang mga sumusunod: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;
Upang gawing mas madaling matandaan ang pagkakasunud-sunod na ito ng pagpuno ng mga electronic sublevel, ang sumusunod na graphic na paglalarawan ay napaka-maginhawa:
- Prinsipyo ni Pauli: Ang bawat orbital ay maaaring humawak ng hindi hihigit sa dalawang electron.
Kung mayroong isang electron sa orbital, kung gayon ito ay tinatawag na unpaired, at kung mayroong dalawa, kung gayon sila ay tinatawag na isang electron pair.
- Pamumuno ni Hund: ang pinaka-matatag na estado ng isang atom ay isa kung saan, sa loob ng isang sublevel, ang atom ay may pinakamataas na posibleng bilang ng mga hindi magkapares na electron. Ang pinaka-matatag na estado ng atom ay tinatawag na ground state.
Sa katunayan, ang nasa itaas ay nangangahulugan na, halimbawa, ang paglalagay ng 1st, 2nd, 3rd at 4th electron sa tatlong orbital ng p-sublevel ay isasagawa tulad ng sumusunod:
Ang pagpuno ng mga atomic orbital mula sa hydrogen, na may numero ng singil na katumbas ng 1, hanggang sa krypton (Kr) na may numero ng singil na 36, ay isasagawa tulad ng sumusunod:
Ang isang katulad na representasyon ng pagkakasunud-sunod kung saan ang mga atomic orbital ay napuno ay tinatawag na isang diagram ng enerhiya. Batay sa mga elektronikong diagram ng mga indibidwal na elemento, maaari mong isulat ang kanilang tinatawag na mga electronic formula (mga pagsasaayos). Kaya, halimbawa, isang elemento na may 15 proton at, bilang isang resulta, 15 electron, i.e. phosphorus (P) ay magkakaroon ng sumusunod na energy diagram:
Kapag isinalin sa isang elektronikong formula, ang phosphorus atom ay magkakaroon ng anyo:
15 P = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
Ang mga numerong may normal na laki sa kaliwa ng simbolo ng sublevel ay nagpapakita ng bilang ng antas ng enerhiya, at ang mga superscript sa kanan ng simbolo ng sublevel ay nagpapakita ng bilang ng mga electron sa kaukulang sublevel.
Nasa ibaba ang mga electronic formula ng unang 36 na elemento ng D.I. Mendeleev.
| panahon | Item No. | simbolo | pamagat | elektronikong pormula |
| ako | 1 | H | hydrogen | 1s 1 |
| 2 | Siya | helium | 1s2 | |
| II | 3 | Li | lithium | 1s2 2s1 |
| 4 | Maging | beryllium | 1s2 2s2 | |
| 5 | B | boron | 1s 2 2s 2 2p 1 | |
| 6 | C | carbon | 1s 2 2s 2 2p 2 | |
| 7 | N | nitrogen | 1s 2 2s 2 2p 3 | |
| 8 | O | oxygen | 1s 2 2s 2 2p 4 | |
| 9 | F | fluorine | 1s 2 2s 2 2p 5 | |
| 10 | Ne | neon | 1s 2 2s 2 2p 6 | |
| III | 11 | Na | sosa | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 |
| 12 | mg | magnesiyo | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 | |
| 13 | Sinabi ni Al | aluminyo | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 | |
| 14 | Si | silikon | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 | |
| 15 | P | posporus | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 | |
| 16 | S | asupre | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 | |
| 17 | Cl | chlorine | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 | |
| 18 | Ar | argon | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 | |
| IV | 19 | K | potasa | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 |
| 20 | Ca | kaltsyum | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 | |
| 21 | sc | scandium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 | |
| 22 | Ti | titan | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2 | |
| 23 | V | vanadium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 | |
| 24 | Cr | kromo | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 s sa d sublevel | |
| 25 | Mn | mangganeso | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 | |
| 26 | Fe | bakal | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 | |
| 27 | co | kobalt | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7 | |
| 28 | Ni | nikel | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8 | |
| 29 | Cu | tanso | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 s sa d sublevel | |
| 30 | Zn | sink | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 | |
| 31 | ga | gallium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1 | |
| 32 | Sinabi ni Ge | germanyum | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2 | |
| 33 | Bilang | arsenic | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3 | |
| 34 | Se | siliniyum | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4 | |
| 35 | Sinabi ni Br | bromine | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 | |
| 36 | kr | krypton | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 |
Tulad ng nabanggit na, sa kanilang ground state, ang mga electron sa atomic orbitals ay nakaayos ayon sa prinsipyo ng hindi bababa sa enerhiya. Gayunpaman, sa pagkakaroon ng mga walang laman na p-orbital sa ground state ng isang atom, kadalasan, kapag ang labis na enerhiya ay ibinibigay dito, ang atom ay maaaring ilipat sa tinatawag na excited state. Kaya, halimbawa, ang isang boron atom sa ground state nito ay may electronic configuration at isang energy diagram ng sumusunod na form:
5 B = 1s 2 2s 2 2p 1
At sa nasasabik na estado (*), i.e. kapag nagbibigay ng kaunting enerhiya sa boron atom, ang electronic configuration at energy diagram nito ay magiging ganito:
5 B* = 1s 2 2s 1 2p 2
Depende sa kung aling sublevel sa atom ang huling napunan, ang mga elemento ng kemikal ay nahahati sa s, p, d o f.
Paghanap ng s, p, d at f-element sa talahanayan D.I. Mendeleev:
- Ang mga s-element ay may huling s-sublevel na pupunan. Kasama sa mga elementong ito ang mga elemento ng pangunahing (sa kaliwa sa cell ng talahanayan) na mga subgroup ng mga pangkat I at II.
- Para sa mga p-elemento, ang p-sublevel ay napunan. Kasama sa mga p-elemento ang huling anim na elemento ng bawat panahon, maliban sa una at ikapito, pati na rin ang mga elemento ng pangunahing subgroup ng III-VIII na mga grupo.
- Ang mga d-element ay matatagpuan sa pagitan ng s- at p-element sa malalaking panahon.
- Ang mga elementong f ay tinatawag na lanthanides at actinides. Ang mga ito ay inilagay sa ibaba ng talahanayan ng D.I. Mendeleev.
Atom(mula sa Greek atomos - hindi mahahati) - isang solong-nuklear, hindi mahahati sa kemikal na particle ng isang elemento ng kemikal, isang carrier ng mga katangian ng isang sangkap. Ang mga sangkap ay binubuo ng mga atomo. Ang atom mismo ay binubuo ng isang positively charged nucleus at isang negatively charged electron cloud. Sa pangkalahatan, ang atom ay neutral sa kuryente. Ang laki ng isang atom ay ganap na tinutukoy ng laki ng electron cloud nito, dahil ang laki ng nucleus ay bale-wala kumpara sa laki ng electron cloud. Ang core ay binubuo ng Z positively charged protons (proton charge ay tumutugma sa +1 sa arbitrary units) at N mga neutron na walang singil (ang bilang ng mga neutron ay maaaring katumbas ng o bahagyang mas marami o mas kaunti kaysa sa mga proton). Ang mga proton at neutron ay tinatawag na mga nucleon, iyon ay, mga particle ng nucleus. Kaya, ang singil ng nucleus ay tinutukoy lamang ng bilang ng mga proton at katumbas ng serial number ng elemento sa periodic table. Ang positibong singil ng nucleus ay binabayaran ng mga negatibong sisingilin na mga electron (electron charge -1 sa mga arbitrary na yunit), na bumubuo ng isang electron cloud. Ang bilang ng mga electron ay katumbas ng bilang ng mga proton. Ang masa ng mga proton at neutron ay pantay (1 at 1 amu, ayon sa pagkakabanggit). Ang masa ng isang atom ay pangunahing tinutukoy ng masa ng nucleus nito, dahil ang masa ng isang elektron ay humigit-kumulang 1836 beses na mas mababa kaysa sa masa ng isang proton at isang neutron at bihirang isinasaalang-alang sa mga kalkulasyon. Ang eksaktong bilang ng mga neutron ay matatagpuan sa pagkakaiba sa pagitan ng masa ng isang atom at bilang ng mga proton ( N=A-Z). Ang uri ng mga atomo ng anumang elemento ng kemikal na may nucleus na binubuo ng mahigpit na tinukoy na bilang ng mga proton (Z) at neutron (N) ay tinatawag na nuclide (maaaring magkaibang elemento ang mga ito na may parehong kabuuang bilang ng mga nucleon (isobar) o neutron. (isotones), o isang elemento ng kemikal - isang bilang ng mga proton, ngunit ibang bilang ng mga neutron (isomer)).
Dahil halos ang buong masa ay puro sa nucleus ng atom, ngunit ang mga sukat nito ay bale-wala kumpara sa kabuuang dami ng atom, ang nucleus ay kondisyon na kinuha bilang isang materyal na punto na nakapatong sa gitna ng atom, at ang atom mismo ay itinuturing na isang sistema ng mga electron. Sa isang kemikal na reaksyon, ang nucleus ng isang atom ay hindi apektado (maliban sa mga nuklear na reaksyon), tulad ng mga panloob na antas ng elektroniko, ngunit ang mga electron lamang ng panlabas na shell ng elektron ang kasangkot. Para sa kadahilanang ito, kinakailangang malaman ang mga katangian ng isang elektron at ang mga patakaran para sa pagbuo ng mga shell ng elektron ng mga atomo.
Mga katangian ng elektron
Bago pag-aralan ang mga katangian ng elektron at ang mga patakaran para sa pagbuo ng mga antas ng elektroniko, kinakailangang hawakan ang kasaysayan ng pagbuo ng mga ideya tungkol sa istruktura ng atom. Hindi namin isasaalang-alang ang buong kasaysayan ng pagbuo ng atomic na istraktura, ngunit tatalakayin lamang ang pinaka-may-katuturan at pinaka-"tama" na mga ideya na pinakamalinaw na nagpapakita kung paano matatagpuan ang mga electron sa atom. Ang pagkakaroon ng mga atomo bilang mga elementong elemento ng bagay ay unang iminungkahi ng mga sinaunang pilosopong Griyego (kung sisimulan mong hatiin ang anumang katawan sa kalahati, kalahati sa kalahati, at iba pa, kung gayon ang prosesong ito ay hindi magpapatuloy nang walang katapusan; hihinto kami sa isang butil na hindi na natin mahahati - ito at magkakaroon ng atom). Pagkatapos nito, ang kasaysayan ng istraktura ng atom ay dumaan sa isang mahirap na landas at iba't ibang mga ideya, tulad ng indivisibility ng atom, ang modelo ng Thomson ng atom, at iba pa. Ang modelo ng atom na iminungkahi ni Ernest Rutherford noong 1911 ay naging pinakamalapit. Inihambing niya ang atom sa solar system, kung saan ang nucleus ng atom ay kumikilos bilang araw, at ang mga electron ay gumagalaw sa paligid nito na parang mga planeta. Ang paglalagay ng mga electron sa mga nakatigil na orbit ay isang napakahalagang hakbang sa pag-unawa sa istruktura ng atom. Gayunpaman, ang gayong planetaryong modelo ng istraktura ng atom ay sumasalungat sa klasikal na mekanika. Ang katotohanan ay kapag ang isang elektron ay lumipat sa orbit, kailangan itong mawalan ng potensyal na enerhiya at kalaunan ay "mahulog" sa nucleus, at ang atom ay kailangang tumigil sa pag-iral. Ang gayong kabalintunaan ay inalis sa pamamagitan ng pagpapakilala ng mga postulate ni Niels Bohr. Ayon sa mga postulate na ito, ang elektron ay gumagalaw sa mga nakatigil na orbit sa paligid ng nucleus at sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay hindi sumipsip o naglalabas ng enerhiya. Ang mga postulate ay nagpapakita na ang mga batas ng klasikal na mekanika ay hindi angkop para sa paglalarawan ng atom. Ang modelong ito ng atom ay tinatawag na modelong Bohr-Rutherford. Ang pagpapatuloy ng planetary structure ng atom ay ang quantum mechanical model ng atom, ayon sa kung saan isasaalang-alang natin ang electron.
Ang electron ay isang quasi-particle, na nagpapakita ng wave-particle duality: ito ay parehong particle (corpuscle) at wave sa parehong oras. Kasama sa mga katangian ng isang particle ang masa ng isang electron at ang singil nito, at ang mga katangian ng alon - ang kakayahang magdiffraction at interference. Ang koneksyon sa pagitan ng wave at corpuscular properties ng isang electron ay makikita sa de Broglie equation:
λ = h m v , (\displaystyle \lambda =(\frac (h)(mv)),)saan λ (\displaystyle \lambda )
- wavelength, - particle mass, - particle velocity, - Planck's constant = 6.63 10 -34 J s.
Para sa isang elektron, imposibleng kalkulahin ang tilapon ng paggalaw nito, maaari lamang nating pag-usapan ang posibilidad na makahanap ng isang elektron sa isang lugar o iba pa sa paligid ng nucleus. Para sa kadahilanang ito, hindi nila pinag-uusapan ang tungkol sa mga orbit ng elektron sa paligid ng nucleus, ngunit tungkol sa mga orbital - ang espasyo sa paligid ng nucleus, kung saan probabilidad ang paghahanap ng isang elektron ay lumampas sa 95%. Para sa isang elektron, imposibleng tumpak na sukatin ang parehong coordinate at ang bilis ng sabay (ang prinsipyo ng kawalan ng katiyakan ni Heisenberg).
Δ x ∗ m ∗ Δ v > ℏ 2 (\displaystyle \Delta x*m*\Delta v>(\frac (\hbar )(2)))saan ∆ x (\displaystyle \Delta x)
- kawalan ng katiyakan ng electron coordinate, ∆ v (\displaystyle \Delta v)
- error sa pagsukat ng bilis, ħ=h/2π=1.05 10 -34 J s
Kung mas tumpak na sinusukat natin ang coordinate ng electron, mas malaki ang error sa pagsukat ng bilis nito, at kabaliktaran: mas tumpak na nalalaman natin ang bilis ng electron, mas malaki ang kawalan ng katiyakan sa coordinate nito.
Ang pagkakaroon ng mga katangian ng alon ng isang elektron ay nagpapahintulot sa amin na ilapat ang Schrödinger wave equation dito.
∂ 2 Ψ ∂ x 2 + ∂ 2 Ψ ∂ y 2 + ∂ 2 Ψ ∂ z 2 + 8 π 2 m h (E − V) Ψ = 0 (\displaystyle (\frac ((\partial )^(2)\Psi )(\partial x^(2)))+(\frac ((\partial )^(2)\Psi )(\partial y^(2)))+(\frac ((\partial )^(2) \Psi )(\partial z^(2)))+(\frac (8(\pi ^(2))m)(h))\kaliwa(E-V\kanan)\Psi =0)
nasaan ang kabuuang enerhiya ng electron, ang potensyal na enerhiya ng electron, ang pisikal na kahulugan ng function Ψ (\displaystyle \psi )
- square root ng posibilidad na makahanap ng isang electron sa espasyo na may mga coordinate x, y at z(ang kernel ay itinuturing na pinagmulan).
Ang ipinakita na equation ay isinulat para sa isang one-electron system. Para sa mga system na naglalaman ng higit sa isang elektron, ang prinsipyo ng paglalarawan ay nananatiling pareho, ngunit ang equation ay tumatagal sa isang mas kumplikadong anyo. Ang graphical na solusyon ng Schrödinger equation ay ang geometry ng atomic orbitals. Kaya, ang s-orbital ay may hugis ng bola, ang p-orbital ay may hugis ng figure-eight na may "knot" sa pinanggalingan (sa nucleus, kung saan ang posibilidad na makahanap ng isang electron ay may posibilidad na zero).
Sa balangkas ng modernong quantum mechanical theory, ang isang electron ay inilalarawan ng isang hanay ng mga quantum number: n
, l
, m l
, s
at MS
. Ayon sa prinsipyo ng Pauli, ang isang atom ay hindi maaaring magkaroon ng dalawang electron na may ganap na magkaparehong hanay ng lahat ng quantum number.
Pangunahing numero ng quantum n
tinutukoy ang antas ng enerhiya ng isang electron, iyon ay, sa anong antas ng elektroniko matatagpuan ang ibinigay na elektron. Ang pangunahing numero ng quantum ay maaari lamang kumuha ng mga halaga ng integer na higit sa 0: n
=1;2;3... Pinakamataas na halaga n
para sa isang partikular na atom ng isang elemento ay tumutugma sa bilang ng panahon kung saan ang elemento ay matatagpuan sa periodic table ng D. I. Mendeleev.
Orbital (karagdagang) quantum number l
tinutukoy ang geometry ng electron cloud. Maaaring kumuha ng mga halaga ng integer mula 0 hanggang n
-isa. Para sa mga halaga ng karagdagang quantum number l
ginagamit ang pagtatalaga ng liham:
| ibig sabihin l | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|---|
| pagtatalaga ng liham | s | p | d | f | g |
Ang S-orbital ay spherical, ang p-orbital ay figure-eight. Ang natitirang mga orbital ay may napakakomplikadong istraktura, tulad ng d-orbital na ipinapakita sa figure.
Ang mga electron sa mga antas at orbital ay hindi random na nakaayos, ngunit ayon sa Klechkovsky na tuntunin, ayon sa kung saan ang pagpuno ng mga electron ay nangyayari ayon sa prinsipyo ng hindi bababa sa enerhiya, iyon ay, sa pataas na pagkakasunud-sunod ng kabuuan ng pangunahing at orbital na mga numero ng quantum n +l . Sa kaso kapag ang kabuuan para sa dalawang pagpipilian sa pagpuno ay pareho, ang pinakamababang antas ng enerhiya ay unang pinupunan (halimbawa: kapag n =3 a l =2 at n =4 a l =1 ang unang pupunuin ang antas 3). Magnetic na quantum number m l tinutukoy ang lokasyon ng orbital sa espasyo at maaaring kumuha ng integer na halaga mula sa -l dati +l , kasama ang 0. Isang value lang ang posible para sa s-orbital m l =0. Para sa p-orbital, mayroon nang tatlong mga halaga -1, 0 at +1, iyon ay, ang p-orbital ay matatagpuan kasama ang tatlong coordinate axes x, y at z.
pag-aayos ng mga orbital depende sa halaga m l
Ang electron ay may sariling angular momentum - ang spin, na tinutukoy ng quantum number s . Ang electron spin ay isang pare-parehong halaga at katumbas ng 1/2. Ang phenomenon ng spin ay maaaring kondisyon na kinakatawan bilang isang paggalaw sa paligid ng sarili nitong axis. Sa una, ang pag-ikot ng elektron ay tinutumbas sa paggalaw ng planeta sa paligid ng sarili nitong axis, ngunit ang gayong paghahambing ay mali. Ang spin ay isang puro quantum phenomenon na walang mga analogue sa classical mechanics.
Atom- ang pinakamaliit na particle ng isang substance na hindi mahahati sa kemikal. Noong ika-20 siglo, ang kumplikadong istraktura ng atom ay napaliwanagan. Ang mga atom ay binubuo ng positibong sisingilin nuclei at isang shell na nabuo ng mga electron na may negatibong charge. Ang kabuuang singil ng isang libreng atom ay zero, dahil ang mga singil ng nucleus at shell ng elektron balansehin ang bawat isa. Sa kasong ito, ang singil ng nucleus ay katumbas ng bilang ng elemento sa periodic table ( atomic number) at katumbas ng kabuuang bilang ng mga electron (electron charge ay −1).
Ang atomic nucleus ay binubuo ng positibong sisingilin mga proton at mga neutral na particle - mga neutron na walang bayad. Ang mga pangkalahatang katangian ng elementarya na mga particle sa komposisyon ng isang atom ay maaaring iharap sa anyo ng isang talahanayan:
Ang bilang ng mga proton ay katumbas ng singil ng nucleus, samakatuwid, katumbas ng atomic number. Upang mahanap ang bilang ng mga neutron sa isang atom, kailangan mong ibawas ang nuclear charge (ang bilang ng mga proton) mula sa atomic mass (ang kabuuan ng mga masa ng mga proton at neutron).
Halimbawa, sa sodium atom 23 Na, ang bilang ng mga proton ay p = 11, at ang bilang ng mga neutron ay n = 23 − 11 = 12
Ang bilang ng mga neutron sa mga atomo ng parehong elemento ay maaaring magkaiba. Ang mga naturang atom ay tinatawag isotopes .
Ang electron shell ng atom ay mayroon ding kumplikadong istraktura. Ang mga electron ay matatagpuan sa mga antas ng enerhiya (electronic layers).
Ang numero ng antas ay nagpapakilala sa enerhiya ng elektron. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga elementarya na particle ay maaaring magpadala at tumanggap ng enerhiya hindi sa di-makatwirang maliit na dami, ngunit sa ilang mga bahagi - quanta. Kung mas mataas ang antas, mas maraming enerhiya ang mayroon ang elektron. Dahil mas mababa ang enerhiya ng system, mas matatag ito (ihambing ang mababang katatagan ng isang bato sa tuktok ng isang bundok, na may malaking potensyal na enerhiya, at ang matatag na posisyon ng parehong bato sa kapatagan sa ibaba, kapag ang ang enerhiya ay mas mababa), ang mga antas na may mababang enerhiya ng elektron ay napunan muna at pagkatapos lamang - mataas.
Ang maximum na bilang ng mga electron na maaaring hawakan ng isang antas ay maaaring kalkulahin gamit ang formula:
N \u003d 2n 2, kung saan ang N ay ang maximum na bilang ng mga electron sa antas,
n - antas ng numero.
Pagkatapos para sa unang antas N = 2 1 2 = 2,
para sa pangalawang N = 2 2 2 = 8, atbp.
Ang bilang ng mga electron sa panlabas na antas para sa mga elemento ng pangunahing (A) na mga subgroup ay katumbas ng numero ng pangkat.
Sa karamihan ng mga modernong periodic table, ang pag-aayos ng mga electron ayon sa mga antas ay ipinahiwatig sa cell na may elemento. Sobrang importante maunawaan na ang mga antas ay binabasa baba taas, na tumutugma sa kanilang enerhiya. Samakatuwid, isang hanay ng mga numero sa isang cell na may sodium:
1
8
2
sa 1st level - 2 electron,
sa ika-2 antas - 8 electron,
sa ika-3 antas - 1 elektron
Mag-ingat, isang napaka-karaniwang pagkakamali!
Ang pamamahagi ng mga electron sa mga antas ay maaaring kinakatawan bilang isang diagram:
11 Na)))
2 8 1
Kung ang periodic table ay hindi nagpapahiwatig ng pamamahagi ng mga electron ayon sa mga antas, maaari kang magabayan ng:
- ang maximum na bilang ng mga electron: sa 1st level, hindi hihigit sa 2 e - ,
sa ika-2 - 8 e - ,
sa panlabas na antas - 8 e − ; - ang bilang ng mga electron sa panlabas na antas (para sa unang 20 elemento, ito ay kapareho ng numero ng pangkat)
Pagkatapos para sa sodium ang kurso ng pangangatwiran ay ang mga sumusunod:
- Ang kabuuang bilang ng mga electron ay 11, samakatuwid, ang unang antas ay napuno at naglalaman ng 2 e − ;
- Ang pangatlo, panlabas na antas ay naglalaman ng 1 e − (I group)
- Ang pangalawang antas ay naglalaman ng natitirang mga electron: 11 − (2 + 1) = 8 (ganap na napuno)
* Para sa isang mas malinaw na pagkakaiba sa pagitan ng isang libreng atom at isang atom sa isang tambalan, ang ilang mga may-akda ay nagmumungkahi na gamitin ang terminong "atom" upang sumangguni lamang sa isang libre (neutral) na atom, at upang sumangguni sa lahat ng mga atom, kabilang ang mga nasa compound, iminungkahi nila ang terminong "mga particle ng atom". Sasabihin ng oras kung paano lalabas ang kapalaran ng mga terminong ito. Mula sa aming pananaw, ang isang atom ay sa pamamagitan ng kahulugan ng isang butil, samakatuwid, ang ekspresyong "mga particle ng atom" ay maaaring ituring bilang isang tautology ("mantika ng mantikilya").
2. Gawain. Pagkalkula ng dami ng sangkap ng isa sa mga produkto ng reaksyon, kung ang masa ng panimulang sangkap ay kilala.
Halimbawa:
Anong halaga ng hydrogen substance ang ilalabas sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng zinc sa hydrochloric acid na tumitimbang ng 146 g?
Desisyon:
- Isinulat namin ang equation ng reaksyon: Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2
- Hanapin ang molar mass ng hydrochloric acid: M (HCl) \u003d 1 + 35.5 \u003d 36.5 (g / mol)
(tinitingnan natin ang molar mass ng bawat elemento, ayon sa numerong katumbas ng relatibong atomic mass, sa periodic table sa ilalim ng sign ng elemento at bilugan ito hanggang sa mga integer, maliban sa chlorine, na kinuha bilang 35.5) - Hanapin ang dami ng hydrochloric acid substance: n (HCl) \u003d m / M \u003d 146 g / 36.5 g / mol \u003d 4 mol
- Isinulat namin ang magagamit na data sa itaas ng equation ng reaksyon, at sa ilalim ng equation - ang bilang ng mga moles ayon sa equation (katumbas ng coefficient sa harap ng substance):
4 mol x mol
Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2
2 mol 1 mol - Gumagawa kami ng isang proporsyon:
4 mol - x nunal
2 mol - 1 mol
(o may paliwanag:
mula sa 4 na moles ng hydrochloric acid na nakukuha mo x nunal ng hydrogen
at sa 2 mol - 1 mol) - Nahanap namin x:
x= 4 mol 1 mol / 2 mol = 2 mol
Sagot: 2 mol.
Ang konsepto ng isang atom ay lumitaw sa sinaunang mundo upang italaga ang mga particle ng bagay. Sa Griyego, ang atom ay nangangahulugang "hindi mahahati".
Mga electron
Ang Irish physicist na si Stoney, batay sa mga eksperimento, ay dumating sa konklusyon na ang kuryente ay dinadala ng pinakamaliit na particle na umiiral sa mga atomo ng lahat ng mga elemento ng kemikal. Noong $1891$, iminungkahi ni Stoney na tawagan ang mga particle na ito mga electron, na sa Griyego ay nangangahulugang "amber".
Ilang taon pagkatapos makuha ng electron ang pangalan nito, pinatunayan ng English physicist na si Joseph Thomson at French physicist na si Jean Perrin na ang mga electron ay may negatibong singil. Ito ang pinakamaliit na negatibong singil, na sa kimika ay kinukuha bilang yunit na $(–1)$. Nagawa pa ni Thomson na matukoy ang bilis ng electron (ito ay katumbas ng bilis ng liwanag - $300,000$ km/s) at ang masa ng electron (ito ay $1836$ beses na mas mababa kaysa sa masa ng hydrogen atom).
Ikinonekta nina Thomson at Perrin ang mga pole ng kasalukuyang pinagmumulan ng dalawang metal plate - isang katod at isang anode, na ibinebenta sa isang glass tube, kung saan ang hangin ay lumikas. Kapag ang isang boltahe na humigit-kumulang 10 libong volt ay inilapat sa mga plato ng elektrod, isang maliwanag na paglabas ang kumikislap sa tubo, at ang mga particle ay lumipad mula sa katod (negatibong poste) patungo sa anode (positibong poste), na unang tinawag ng mga siyentipiko. cathode ray, at pagkatapos ay nalaman na ito ay isang stream ng mga electron. Ang mga electron, na tumama sa mga espesyal na substance na inilapat, halimbawa, sa screen ng TV, ay nagdudulot ng glow.
Ang konklusyon ay ginawa: ang mga electron ay tumakas mula sa mga atomo ng materyal kung saan ginawa ang katod.
Ang mga libreng electron o ang kanilang flux ay maaari ding makuha sa iba pang mga paraan, halimbawa, sa pamamagitan ng pag-init ng metal wire o sa pamamagitan ng pagbagsak ng liwanag sa mga metal na nabuo ng mga elemento ng pangunahing subgroup ng pangkat I ng periodic table (halimbawa, cesium).
Ang estado ng mga electron sa isang atom
Ang estado ng isang electron sa isang atom ay nauunawaan bilang isang set ng impormasyon tungkol sa enerhiya tiyak na elektron sa space kung saan ito matatagpuan. Alam na natin na ang isang electron sa isang atom ay walang trajectory of motion, i.e. maaari lamang pag-usapan mga probabilidad paghahanap nito sa espasyo sa paligid ng nucleus. Ito ay matatagpuan sa alinmang bahagi ng puwang na ito na nakapalibot sa nucleus, at ang kabuuan ng iba't ibang posisyon nito ay itinuturing bilang isang electron cloud na may tiyak na negatibong density ng singil. Sa makasagisag na paraan, maaari itong isipin bilang mga sumusunod: kung posible na kunan ng larawan ang posisyon ng isang electron sa isang atom sa daan-daang o milyon-milyong mga segundo, tulad ng sa isang photo finish, kung gayon ang elektron sa naturang mga litrato ay kakatawanin bilang isang punto. Ang pag-overlay ng hindi mabilang na ganoong mga litrato ay magreresulta sa isang larawan ng isang electron cloud na may pinakamataas na density kung saan mayroong karamihan sa mga puntong ito.
Ang figure ay nagpapakita ng isang "cut" ng tulad ng isang electron density sa isang hydrogen atom na dumadaan sa nucleus, at ang dashed line ay nililimitahan ang globo kung saan ang posibilidad na makahanap ng isang electron ay $90%$. Ang contour na pinakamalapit sa nucleus ay sumasaklaw sa rehiyon ng espasyo kung saan ang posibilidad na makahanap ng isang electron ay $10%$, ang posibilidad na makahanap ng electron sa loob ng pangalawang contour mula sa nucleus ay $20%$, sa loob ng pangatlo - $≈30 %$, atbp. Mayroong ilang kawalan ng katiyakan sa estado ng elektron. Upang makilala ang espesyal na estadong ito, ipinakilala ng German physicist na si W. Heisenberg ang konsepto ng prinsipyo ng kawalan ng katiyakan, ibig sabihin. nagpakita na imposibleng matukoy nang sabay-sabay at eksakto ang enerhiya at lokasyon ng elektron. Kung mas tumpak na natutukoy ang enerhiya ng isang elektron, mas hindi tiyak ang posisyon nito, at kabaliktaran, nang matukoy ang posisyon, imposibleng matukoy ang enerhiya ng elektron. Ang rehiyon ng posibilidad ng pagtuklas ng elektron ay walang malinaw na mga hangganan. Gayunpaman, posible na iisa ang espasyo kung saan ang posibilidad na makahanap ng isang elektron ay pinakamataas.
Ang espasyo sa paligid ng atomic nucleus, kung saan ang elektron ay malamang na matatagpuan, ay tinatawag na orbital.
Naglalaman ito ng humigit-kumulang $90%$ ng electron cloud, na nangangahulugan na humigit-kumulang $90%$ ng oras na ang electron ay nasa bahaging ito ng espasyo. Ayon sa anyo, $4$ ng kasalukuyang kilalang mga uri ng mga orbital ay nakikilala, na tinutukoy ng mga letrang Latin na $s, p, d$ at $f$. Ang isang graphic na representasyon ng ilang mga anyo ng mga elektronikong orbital ay ipinapakita sa figure.
Ang pinakamahalagang katangian ng paggalaw ng isang electron sa isang tiyak na orbit ay ang enerhiya ng koneksyon nito sa nucleus. Ang mga electron na may katulad na mga halaga ng enerhiya ay bumubuo ng isang solong elektronikong layer, o antas ng enerhiya. Ang mga antas ng enerhiya ay binibilang simula sa nucleus: $1, 2, 3, 4, 5, 6$ at $7$.
Ang isang integer $n$ na nagsasaad ng bilang ng antas ng enerhiya ay tinatawag na pangunahing quantum number.
Ito ay nagpapakilala sa enerhiya ng mga electron na sumasakop sa isang naibigay na antas ng enerhiya. Ang mga electron ng unang antas ng enerhiya, na pinakamalapit sa nucleus, ay may pinakamababang enerhiya. Kung ikukumpara sa mga electron ng unang antas, ang mga electron ng susunod na antas ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang malaking halaga ng enerhiya. Dahil dito, ang mga electron ng panlabas na antas ay hindi gaanong nakagapos sa nucleus ng atom.
Ang bilang ng mga antas ng enerhiya (electronic layer) sa isang atom ay katumbas ng bilang ng panahon sa sistema ng D. I. Mendeleev, kung saan nabibilang ang elemento ng kemikal: ang mga atomo ng mga elemento ng unang panahon ay may isang antas ng enerhiya; ang pangalawang panahon - dalawa; ikapitong yugto - pito.
Ang pinakamalaking bilang ng mga electron sa antas ng enerhiya ay tinutukoy ng formula:
kung saan ang $N$ ay ang pinakamataas na bilang ng mga electron; Ang $n$ ay ang level number, o ang pangunahing quantum number. Dahil dito: ang unang antas ng enerhiya na pinakamalapit sa nucleus ay maaaring maglaman ng hindi hihigit sa dalawang electron; sa pangalawa - hindi hihigit sa $8; sa pangatlo - hindi hihigit sa $18; sa ikaapat - hindi hihigit sa $32$. At paano naman, ang mga antas ng enerhiya (electronic layer) ay nakaayos?
Simula sa ikalawang antas ng enerhiya $(n = 2)$, ang bawat isa sa mga antas ay nahahati sa mga sublevel (mga sublayer), na medyo naiiba sa isa't isa sa nagbubuklod na enerhiya sa nucleus.
Ang bilang ng mga sublevel ay katumbas ng halaga ng pangunahing quantum number: ang unang antas ng enerhiya ay may isang sub level; ang pangalawa - dalawa; pangatlo - tatlo; ang pang-apat ay apat. Ang mga sublevel, naman, ay nabuo ng mga orbital.
Ang bawat halaga ng $n$ ay tumutugma sa bilang ng mga orbital na katumbas ng $n^2$. Ayon sa data na ipinakita sa talahanayan, posibleng masubaybayan ang kaugnayan sa pagitan ng pangunahing quantum number na $n$ at ang bilang ng mga sublevel, ang uri at bilang ng mga orbital, at ang maximum na bilang ng mga electron sa bawat sublevel at level.
Pangunahing numero ng quantum, mga uri at bilang ng mga orbital, maximum na bilang ng mga electron sa mga sublevel at antas.
| Antas ng enerhiya $(n)$ | Bilang ng mga sublevel na katumbas ng $n$ | Uri ng orbital | Bilang ng mga orbital | Pinakamataas na bilang ng mga electron | ||
| sa sublevel | sa antas na katumbas ng $n^2$ | sa sublevel | sa antas na katumbas ng $n^2$ | |||
| $K(n=1)$ | $1$ | $1s$ | $1$ | $1$ | $2$ | $2$ |
| $L(n=2)$ | $2$ | $2s$ | $1$ | $4$ | $2$ | $8$ |
| $2p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $M(n=3)$ | $3$ | $3s$ | $1$ | $9$ | $2$ | $18$ |
| $3p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $3d$ | $5$ | $10$ | ||||
| $N(n=4)$ | $4$ | $4s$ | $1$ | $16$ | $2$ | $32$ |
| $4p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $4d$ | $5$ | $10$ | ||||
| $4f$ | $7$ | $14$ | ||||
Nakaugalian na magtalaga ng mga sublevel sa mga letrang Latin, gayundin ang hugis ng mga orbital kung saan binubuo ang mga ito: $s, p, d, f$. Kaya:
- $s$-sublevel - ang unang sublevel ng bawat energy level na pinakamalapit sa atomic nucleus, ay binubuo ng isang $s$-orbital;
- $p$-sublevel - ang pangalawang sublevel ng bawat isa, maliban sa una, energy level, ay binubuo ng tatlong $p$-orbitals;
- $d$-sublevel - ang ikatlong sublevel ng bawat isa, simula sa ikatlong antas ng enerhiya, ay binubuo ng limang $d$-orbital;
- Ang $f$-sublevel ng bawat isa, simula sa ikaapat na antas ng enerhiya, ay binubuo ng pitong $f$-orbital.
nucleus ng atom
Ngunit hindi lamang mga electron ang bahagi ng mga atomo. Natuklasan ng physicist na si Henri Becquerel na ang isang natural na mineral na naglalaman ng uranium salt ay naglalabas din ng hindi kilalang radiation, na nagbibigay-liwanag sa mga photographic na pelikula na sarado mula sa liwanag. Ang kababalaghang ito ay tinawag radioactivity.
May tatlong uri ng radioactive rays:
- $α$-ray, na binubuo ng $α$-particle na may singil na $2$ beses na mas malaki kaysa sa singil ng isang electron, ngunit may positibong tanda, at mass na $4$ beses na mas malaki kaysa sa mass ng isang hydrogen atom;
- Ang $β$-ray ay isang stream ng mga electron;
- Ang $γ$-ray ay mga electromagnetic wave na may hindi gaanong masa na hindi nagdadala ng electric charge.
Samakatuwid, ang atom ay may isang kumplikadong istraktura - ito ay binubuo ng isang positibong sisingilin na nucleus at mga electron.
Paano nakaayos ang atom?
Noong 1910 sa Cambridge, malapit sa London, pinag-aralan ni Ernest Rutherford kasama ng kanyang mga estudyante at kasamahan ang pagkalat ng $α$ na mga particle na dumadaan sa manipis na gintong foil at nahuhulog sa screen. Ang mga particle ng Alpha ay karaniwang lumihis mula sa orihinal na direksyon sa pamamagitan lamang ng isang degree, na nagpapatunay, tila, ang pagkakapareho at pagkakapareho ng mga katangian ng mga atomo ng ginto. At biglang napansin ng mga mananaliksik na ang ilang $α$-particle ay biglang nagbago ng direksyon ng kanilang landas, na parang tumatakbo sa ilang uri ng balakid.
Sa pamamagitan ng paglalagay ng screen sa harap ng foil, natukoy ni Rutherford ang kahit na ang mga bihirang kaso kapag ang $α$-particle, na sinasalamin mula sa mga gintong atomo, ay lumipad sa kabilang direksyon.
Ipinakita ng mga kalkulasyon na ang naobserbahang mga phenomena ay maaaring mangyari kung ang buong masa ng atom at lahat ng positibong singil nito ay puro sa isang maliit na gitnang nucleus. Ang radius ng nucleus, tulad ng nangyari, ay 100,000 beses na mas maliit kaysa sa radius ng buong atom, ang lugar kung saan mayroong mga electron na may negatibong singil. Kung ilalapat natin ang isang makasagisag na paghahambing, kung gayon ang buong dami ng atom ay maihahalintulad sa istadyum ng Luzhniki, at ang nucleus ay maihahalintulad sa isang bola ng soccer na matatagpuan sa gitna ng field.
Ang isang atom ng anumang elemento ng kemikal ay maihahambing sa isang maliit na solar system. Samakatuwid, ang gayong modelo ng atom, na iminungkahi ni Rutherford, ay tinatawag na planetaryo.
Mga proton at neutron
Lumalabas na ang maliit na atomic nucleus, kung saan ang buong masa ng atom ay puro, ay binubuo ng mga particle ng dalawang uri - mga proton at neutron.
Mga proton may singil na katumbas ng singil ng mga electron, ngunit kabaligtaran sa sign na $(+1)$, at isang masa na katumbas ng masa ng isang hydrogen atom (ito ay tinatanggap sa kimika bilang isang yunit). Ang mga proton ay tinutukoy ng $↙(1)↖(1)p$ (o $р+$). Mga neutron huwag magdala ng singil, sila ay neutral at may mass na katumbas ng masa ng isang proton, i.e. $1$. Ang mga neutron ay tinutukoy ng $↙(0)↖(1)n$ (o $n^0$).
Ang mga proton at neutron ay sama-samang tinatawag mga nucleon(mula sa lat. nucleus- core).
Ang kabuuan ng bilang ng mga proton at neutron sa isang atom ay tinatawag Pangkalahatang numero. Halimbawa, ang mass number ng isang aluminum atom:
Dahil ang masa ng elektron, na kung saan ay bale-wala, ay maaaring mapabayaan, ito ay malinaw na ang buong masa ng atom ay puro sa nucleus. Ang mga electron ay tinutukoy bilang mga sumusunod: $e↖(-)$.
Dahil ang atom ay neutral sa kuryente, halata rin iyon na ang bilang ng mga proton at electron sa isang atom ay pareho. Ito ay katumbas ng atomic number ng elementong kemikal nakatalaga dito sa Periodic Table. Halimbawa, ang nucleus ng isang iron atom ay naglalaman ng $26$ proton, at $26$ na mga electron ay umiikot sa nucleus. At paano matukoy ang bilang ng mga neutron?
Tulad ng alam mo, ang masa ng isang atom ay ang kabuuan ng masa ng mga proton at neutron. Pag-alam sa ordinal na numero ng elementong $(Z)$, i.e. ang bilang ng mga proton, at ang mass number na $(A)$, katumbas ng kabuuan ng mga bilang ng mga proton at neutron, maaari mong mahanap ang bilang ng mga neutron $(N)$ gamit ang formula:
Halimbawa, ang bilang ng mga neutron sa isang iron atom ay:
$56 – 26 = 30$.
Ipinapakita ng talahanayan ang mga pangunahing katangian ng elementarya na mga particle.
Mga pangunahing katangian ng elementarya na mga particle.
isotopes
Ang mga iba't ibang mga atom ng parehong elemento na may parehong nuclear charge ngunit magkaibang mga mass number ay tinatawag na isotopes.
salita isotope ay binubuo ng dalawang salitang Griyego: isos- pareho at topos- lugar, ay nangangahulugang "sinasakop ang isang lugar" (cell) sa Periodic system ng mga elemento.
Ang mga elemento ng kemikal na matatagpuan sa kalikasan ay pinaghalong isotopes. Kaya, ang carbon ay may tatlong isotopes na may mass na $12, 13, 14$; oxygen - tatlong isotopes na may mass na $16, 17, 18$, atbp.
Karaniwang ibinibigay sa Periodic system, ang kamag-anak na atomic mass ng isang elemento ng kemikal ay ang average na halaga ng mga atomic na masa ng isang natural na pinaghalong isotopes ng isang naibigay na elemento, na isinasaalang-alang ang kanilang kamag-anak na kasaganaan sa kalikasan, samakatuwid, ang mga halaga ng Ang mga masa ng atom ay kadalasang fractional. Halimbawa, ang mga natural na chlorine atoms ay pinaghalong dalawang isotopes - $35$ (mayroong $75%$ sa kalikasan) at $37$ (may $25%$); samakatuwid, ang relatibong atomic mass ng chlorine ay $35.5$. Ang mga isotopes ng chlorine ay nakasulat tulad ng sumusunod:
$↖(35)↙(17)(Cl)$ at $↖(37)↙(17)(Cl)$
Ang mga kemikal na katangian ng chlorine isotopes ay eksaktong pareho, tulad ng mga isotopes ng karamihan sa mga elemento ng kemikal, tulad ng potassium, argon:
$↖(39)↙(19)(K)$ at $↖(40)↙(19)(K)$, $↖(39)↙(18)(Ar)$ at $↖(40)↙(18 )(Ar)$
Gayunpaman, malaki ang pagkakaiba ng mga isotopes ng hydrogen sa mga katangian dahil sa kapansin-pansing pagtaas ng fold sa kanilang relatibong atomic na masa; binigyan pa sila ng mga indibidwal na pangalan at mga kemikal na palatandaan: protium - $↖(1)↙(1)(H)$; deuterium - $↖(2)↙(1)(H)$, o $↖(2)↙(1)(D)$; tritium - $↖(3)↙(1)(H)$, o $↖(3)↙(1)(T)$.
Ngayon ay posible nang magbigay ng moderno, mas mahigpit at siyentipikong kahulugan ng isang kemikal na elemento.
Ang elementong kemikal ay isang koleksyon ng mga atomo na may parehong nuclear charge.
Ang istraktura ng mga shell ng elektron ng mga atomo ng mga elemento ng unang apat na panahon
Isaalang-alang ang pagmamapa ng mga elektronikong pagsasaayos ng mga atomo ng mga elemento sa pamamagitan ng mga panahon ng sistema ng D. I. Mendeleev.
Mga elemento ng unang yugto.
Ang mga scheme ng elektronikong istraktura ng mga atom ay nagpapakita ng pamamahagi ng mga electron sa mga elektronikong layer (mga antas ng enerhiya).
Ang mga elektronikong formula ng mga atom ay nagpapakita ng pamamahagi ng mga electron sa mga antas ng enerhiya at mga sublevel.
Ang mga graphic na electronic formula ng mga atom ay nagpapakita ng pamamahagi ng mga electron hindi lamang sa mga antas at sublevel, kundi pati na rin sa mga orbital.
Sa isang helium atom, kumpleto ang unang layer ng elektron - mayroon itong $2$ electron.
Ang hydrogen at helium ay $s$-elemento, ang mga atomo na ito ay may $s$-orbital na puno ng mga electron.
Mga elemento ng ikalawang yugto.
Para sa lahat ng elemento ng ikalawang yugto, ang unang layer ng elektron ay napupuno, at ang mga electron ay pinupuno ang $s-$ at $p$ orbital ng ikalawang layer ng elektron alinsunod sa prinsipyo ng hindi bababa sa enerhiya (unang $s$, pagkatapos ay $ p$) at ang mga tuntunin ng Pauli at Hund.
Sa neon atom, kumpleto ang pangalawang layer ng elektron - mayroon itong $8$ electron.
Mga elemento ng ikatlong yugto.
Para sa mga atomo ng mga elemento ng ikatlong yugto, ang una at pangalawang layer ng elektron ay nakumpleto, kaya ang ikatlong layer ng elektron ay napuno, kung saan ang mga electron ay maaaring sakupin ang 3s-, 3p- at 3d-sublevels.
Ang istraktura ng mga shell ng elektron ng mga atomo ng mga elemento ng ikatlong panahon.
Ang isang $3.5$-electron orbital ay nakumpleto sa magnesium atom. Ang $Na$ at $Mg$ ay $s$-mga elemento.
Para sa aluminyo at kasunod na mga elemento, ang $3d$ sublevel ay puno ng mga electron.
| $↙(18)(Ar)$ Argon |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)s^2(3)p^6$ |  |
Sa isang argon atom, ang panlabas na layer (ang ikatlong layer ng electron) ay mayroong $8$ electron. Habang ang panlabas na layer ay nakumpleto, ngunit sa kabuuan, sa ikatlong layer ng elektron, tulad ng alam mo na, maaaring mayroong 18 mga electron, na nangangahulugan na ang mga elemento ng ikatlong yugto ay may $3d$-orbital na hindi napupunan.
Lahat ng elemento mula $Al$ hanggang $Ar$ - $p$ -mga elemento.
$s-$ at $r$ -mga elemento anyo pangunahing mga subgroup sa Periodic system.
Mga elemento ng ikaapat na yugto.
Ang mga atomo ng potasa at calcium ay may ikaapat na layer ng elektron, ang $4s$-sublevel ay napuno, dahil mayroon itong mas kaunting enerhiya kaysa sa $3d$-sublevel. Upang gawing simple ang mga graphical na electronic formula ng mga atomo ng mga elemento ng ikaapat na yugto:
- tinutukoy namin nang may kondisyon ang graphic na electronic formula ng argon bilang mga sumusunod: $Ar$;
- hindi namin ilarawan ang mga sublevel na hindi napuno para sa mga atom na ito.
$K, Ca$ - $s$ -mga elemento, kasama sa mga pangunahing subgroup. Para sa mga atomo mula $Sc$ hanggang $Zn$, ang 3d sublevel ay puno ng mga electron. Ito ay $3d$-mga elemento. Kasama sila sa mga side subgroup, ang kanilang pre-external electron layer ay napuno, sila ay tinutukoy mga elemento ng paglipat.
Bigyang-pansin ang istraktura ng mga shell ng elektron ng chromium at tanso na mga atomo. Ang isang "pagkabigo" ng isang electron mula sa $4s-$ hanggang sa $3d$ sublevel ay nangyayari sa kanila, na ipinaliwanag ng higit na katatagan ng enerhiya ng nagreresultang $3d^5$ at $3d^(10)$ na mga electronic configuration:
$↙(24)(Cr)$ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(4) 4s^(2)…$ 
$↙(29)(Cu)$ $1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(9)4s^(2)…$ 
| Simbolo ng elemento, serial number, pangalan | Diagram ng elektronikong istraktura | Electronic na formula | Graphic na elektronikong formula |
| $↙(19)(K)$ Potassium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1$ | |
| $↙(20)(C)$ Calcium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2$ | |
| $↙(21)(Sc)$ Scandium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^1$ o $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^1(4)s^1$ |  |
| $↙(22)(Ti)$ Titanium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^2$ o $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^2(4)s^2$ |  |
| $↙(23)(V)$ Vanadium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^3$ o $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^3(4)s^2$ |  |
| $↙(24)(Cr)$ Chrome |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^5$ o $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^5(4)s^1$ |  |
| $↙(29)(Сu)$ Chromium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^(10)$ o $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^1$ |  |
| $↙(30)(Zn)$ Zinc |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)$ o $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^2$ |  |
| $↙(31)(Ga)$ Gallium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^(1)$ o $1s^2(2) s^2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^(1)$ |  |
| $↙(36)(Kr)$ Krypton |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^6$ o $1s^2(2)s^ 2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^6$ |  |
Sa zinc atom, ang ikatlong layer ng elektron ay kumpleto - lahat ng $3s, 3p$ at $3d$ na mga sublevel ay napunan dito, sa kabuuan mayroong $18$ ng mga electron sa kanila.
Sa mga elementong sumusunod sa zinc, ang ikaapat na layer ng elektron, ang $4p$-sublevel, ay patuloy na pinupunan. Mga elemento mula $Ga$ hanggang $Kr$ - $r$ -mga elemento.
Ang panlabas (ika-apat) na layer ng isang krypton atom ay nakumpleto, mayroon itong $8$ ng mga electron. Ngunit sa ikaapat na layer ng elektron, tulad ng alam mo, maaaring mayroong $32$ ng mga electron; ang krypton atom ay mayroon pa ring $4d-$ at $4f$-sublevel na hindi napunan.
Ang mga elemento ng ikalimang yugto ay pinupuno ang mga sublevel sa sumusunod na pagkakasunud-sunod: $5s → 4d → 5р$. At mayroon ding mga pagbubukod na nauugnay sa "pagkabigo" ng mga electron, para sa $↙(41)Nb$, $↙(42)Mo$, $↙(44)Ru$, $↙(45)Rh$, $↙( 46) Pd$, $↙(47)Ag$. Lumilitaw ang $f$ sa ikaanim at ikapitong yugto -mga elemento, ibig sabihin. mga elemento na ang $4f-$ at $5f$-sublevel ng ikatlong panlabas na electronic layer ay pinupunan, ayon sa pagkakabanggit.
$4f$ -mga elemento tinawag lanthanides.
$5f$ -mga elemento tinawag actinides.
Ang pagkakasunud-sunod ng pagpuno ng mga elektronikong sublevel sa mga atomo ng mga elemento ng ikaanim na yugto: $↙(55)Cs$ at $↙(56)Ba$ - $6s$-elemento; $↙(57)La ... 6s^(2)5d^(1)$ - $5d$-elemento; $↙(58)Ce$ – $↙(71)Lu - 4f$-mga elemento; $↙(72)Hf$ – $↙(80)Hg - 5d$-mga elemento; $↙(81)Т1$ – $↙(86)Rn - 6d$-mga elemento. Ngunit kahit dito mayroong mga elemento kung saan ang pagkakasunud-sunod ng pagpuno ng mga orbital ng elektron ay nilabag, na, halimbawa, ay nauugnay sa higit na katatagan ng enerhiya ng kalahati at ganap na napuno ng $f$-sublevels, i.e. $nf^7$ at $nf^(14)$.
Depende sa kung aling sublevel ng atom ang huling napuno ng mga electron, lahat ng elemento, gaya ng naintindihan mo na, ay nahahati sa apat na elektronikong pamilya, o mga bloke:
- $s$ -mga elemento; ang $s$-sublevel ng panlabas na antas ng atom ay puno ng mga electron; Ang $s$-elemento ay kinabibilangan ng hydrogen, helium at mga elemento ng pangunahing subgroup ng mga pangkat I at II;
- $r$ -mga elemento; ang $p$-sublevel ng panlabas na antas ng atom ay puno ng mga electron; Ang $p$-mga elemento ay kinabibilangan ng mga elemento ng pangunahing subgroup ng mga pangkat III–VIII;
- $d$ -mga elemento; ang $d$-sublevel ng preexternal na antas ng atom ay puno ng mga electron; Ang $d$-mga elemento ay kinabibilangan ng mga elemento ng pangalawang subgroup ng mga pangkat I–VIII, i.e. mga elemento ng intercalated na dekada ng malalaking panahon na matatagpuan sa pagitan ng $s-$ at $p-$element. Tinatawag din sila mga elemento ng paglipat;
- $f$ -mga elemento;$f-$sublevel ng ikatlong antas ng atom sa labas ay puno ng mga electron; kabilang dito ang lanthanides at actinides.
Ang elektronikong pagsasaayos ng atom. Ground at excited na estado ng mga atom
Itinatag iyon ng Swiss physicist na si W. Pauli noong $1925$ Ang isang atom ay maaaring magkaroon ng hindi hihigit sa dalawang electron sa isang orbital. pagkakaroon ng opposite (antiparallel) spins (isinalin mula sa English bilang spindle), i.e. nagtataglay ng gayong mga katangian na maaaring maisip na may kondisyon bilang ang pag-ikot ng isang electron sa paligid ng haka-haka na axis nito clockwise o counterclockwise. Ang prinsipyong ito ay tinatawag ang prinsipyo ni Pauli.
Kung mayroong isang elektron sa isang orbital, kung gayon ito ay tinatawag walang kaparehas, kung dalawa, pagkatapos ito ipinares na mga electron, ibig sabihin. mga electron na may kabaligtaran na mga spin.
Ang figure ay nagpapakita ng isang diagram ng paghahati ng mga antas ng enerhiya sa mga sublevel.
$s-$ Orbital, tulad ng alam mo na, ay may spherical na hugis. Ang hydrogen atom na electron $(n = 1)$ ay matatagpuan sa orbital na ito at hindi ipinares. Ayon dito ang kanyang elektronikong pormula, o elektronikong pagsasaayos, ay nakasulat nang ganito: $1s^1$. Sa mga electronic na formula, ang bilang ng antas ng enerhiya ay ipinahiwatig ng numero sa harap ng titik $ (1 ...) $, ang Latin na titik ay tumutukoy sa sublevel (uri ng orbital), at ang numerong nakasulat sa kanan ng ang titik (bilang isang exponent) ay nagpapakita ng bilang ng mga electron sa sublevel.
Para sa isang helium atom He, na mayroong dalawang magkapares na electron sa parehong $s-$orbital, ang formula na ito ay: $1s^2$. Ang electron shell ng helium atom ay kumpleto at napaka-stable. Ang helium ay isang marangal na gas. Ang pangalawang antas ng enerhiya na $(n = 2)$ ay may apat na orbital, isang $s$ at tatlong $p$. Ang pangalawang antas na $s$-orbital na mga electron ($2s$-orbital) ay may mas mataas na enerhiya, dahil ay nasa mas malaking distansya mula sa nucleus kaysa sa mga electron ng $1s$-orbital $(n = 2)$. Sa pangkalahatan, para sa bawat halaga ng $n$, mayroong isang $s-$orbital, ngunit may katumbas na halaga ng electron energy dito at, samakatuwid, na may katumbas na diameter, lumalaki bilang halaga ng $n$.$s -$Orbital increases, gaya ng alam mo na , ay may spherical na hugis. Ang hydrogen atom na electron $(n = 1)$ ay matatagpuan sa orbital na ito at hindi ipinares. Samakatuwid, ang electronic formula nito, o electronic configuration, ay nakasulat bilang mga sumusunod: $1s^1$. Sa mga electronic na formula, ang bilang ng antas ng enerhiya ay ipinahiwatig ng numero sa harap ng titik $ (1 ...) $, ang Latin na titik ay tumutukoy sa sublevel (uri ng orbital), at ang numerong nakasulat sa kanan ng ang titik (bilang isang exponent) ay nagpapakita ng bilang ng mga electron sa sublevel.
Para sa isang helium atom na $He$, na mayroong dalawang magkapares na electron sa parehong $s-$orbital, ang formula na ito ay: $1s^2$. Ang electron shell ng helium atom ay kumpleto at napaka-stable. Ang helium ay isang marangal na gas. Ang pangalawang antas ng enerhiya na $(n = 2)$ ay may apat na orbital, isang $s$ at tatlong $p$. Ang mga electron ng $s-$orbitals ng pangalawang antas ($2s$-orbitals) ay may mas mataas na enerhiya, dahil ay nasa mas malaking distansya mula sa nucleus kaysa sa mga electron ng $1s$-orbital $(n = 2)$. Sa pangkalahatan, para sa bawat halaga ng $n$ mayroong isang $s-$orbital, ngunit may katumbas na halaga ng enerhiya ng elektron dito at, samakatuwid, na may katumbas na diameter, lumalaki habang tumataas ang halaga ng $n$. 
$r-$ Orbital Ito ay may hugis ng isang dumbbell, o dami ng walo. Ang lahat ng tatlong $p$-orbital ay matatagpuan sa atom na pare-parehong patayo sa mga spatial na coordinate na iginuhit sa pamamagitan ng nucleus ng atom. Dapat itong muling bigyang-diin na ang bawat antas ng enerhiya (electronic layer), simula sa $n= 2$, ay may tatlong $p$-orbital. Habang tumataas ang halaga ng $n$, sinasakop ng mga electron ang $p$-orbital na matatagpuan sa malalayong distansya mula sa nucleus at nakadirekta sa mga $x, y, z$ axes.
Para sa mga elemento ng ikalawang yugto na $(n = 2)$, ang una ay napunan ng $s$-orbital, at pagkatapos ay tatlong $p$-orbital; electronic formula $Li: 1s^(2)2s^(1)$. Ang $2s^1$ na electron ay mas mahinang nakagapos sa atomic nucleus, kaya madaling maibigay ito ng isang lithium atom (tulad ng malamang naaalala mo, ang prosesong ito ay tinatawag na oxidation), na nagiging lithium ion na $Li^+$.
Sa beryllium atom Be, ang ikaapat na electron ay inilalagay din sa $2s$ orbital: $1s^(2)2s^(2)$. Ang dalawang panlabas na electron ng beryllium atom ay madaling matanggal - $B^0$ ay na-oxidize sa $Be^(2+)$ cation.
Ang ikalimang electron ng boron atom ay sumasakop sa $2p$-orbital: $1s^(2)2s^(2)2p^(1)$. Susunod, ang $2p$-orbital ng $C, N, O, F$ na mga atomo ay napuno, na nagtatapos sa neon noble gas: $1s^(2)2s^(2)2p^(6)$.
Para sa mga elemento ng ikatlong yugto, ang $3s-$ at $3p$-orbital ay pinupunan, ayon sa pagkakabanggit. Limang $d$-orbital ng ikatlong antas ang nananatiling libre:
$↙(11)Na 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(1)$,
$↙(17)Cl 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(5)$,
$↙(18)Ar 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)$.
Minsan, sa mga diagram na naglalarawan sa pamamahagi ng mga electron sa mga atomo, ang bilang lamang ng mga electron sa bawat antas ng enerhiya ay ipinahiwatig, i.e. sumulat ng pinaikling mga elektronikong formula ng mga atom ng mga elemento ng kemikal, sa kaibahan sa nasa itaas na buong mga elektronikong formula, halimbawa:
$↙(11)Na 2, 8, 1;$ $↙(17)Cl 2, 8, 7;$ $↙(18)Ar 2, 8, 8$.
Para sa mga elemento ng malalaking yugto (ika-apat at ikalima), ang unang dalawang electron ay sumasakop ayon sa pagkakabanggit $4s-$ at $5s$-orbitals: $↙(19)K 2, 8, 8, 1;$ $↙(38)Sr 2 , 8, 18, 8, 2$. Simula sa ikatlong elemento ng bawat malaking panahon, ang susunod na sampung electron ay mapupunta sa nakaraang $3d-$ at $4d-$orbitals, ayon sa pagkakabanggit (para sa mga elemento ng pangalawang subgroup): $↙(23)V 2, 8, 11 , 2;$ $↙( 26)Fr 2, 8, 14, 2;$ $↙(40)Zr 2, 8, 18, 10, 2;$ $↙(43)Tc 2, 8, 18, 13, 2$. Bilang panuntunan, kapag napunan ang nakaraang $d$-sublevel, magsisimulang punan ang panlabas (ayon sa pagkakabanggit $4p-$ at $5p-$) $p-$sublevel: $↙(33)Bilang 2, 8, 18, 5;$ $ ↙(52)Te 2, 8, 18, 18, 6$.
Para sa mga elemento ng malalaking yugto - ang ikaanim at hindi kumpleto na ikapito - ang mga elektronikong antas at sublevel ay puno ng mga electron, bilang panuntunan, tulad ng sumusunod: ang unang dalawang electron ay pumapasok sa panlabas na $s-$sublevel: $↙(56)Ba 2, 8 , 18, 18, 8, 2;$ $↙(87)Fr 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1$; ang susunod na isang electron (para sa $La$ at $Ca$) sa nakaraang $d$-sublevel: $↙(57)La 2, 8, 18, 18, 9, 2$ at $↙(89)Ac 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2$.
Pagkatapos ang susunod na $14$ ng mga electron ay papasok sa ikatlong antas ng enerhiya mula sa labas, ang $4f$ at $5f$ orbital ng mga lantonides at actinides, ayon sa pagkakabanggit: $↙(64)Gd 2, 8, 18, 25, 9, 2;$ $↙(92 )U 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2$.
Pagkatapos, ang pangalawang antas ng enerhiya mula sa labas ($d$-sublevel) ay magsisimulang mabuo muli para sa mga elemento ng mga side subgroup: $↙(73)Ta 2, 8, 18, 32, 11, 2;$ $↙( 104)Rf 2, 8, 18 , 32, 32, 10, 2$. At, sa wakas, pagkatapos lamang na ang $d$-sublevel ay ganap na mapuno ng sampung electron, ang $p$-sublevel ay mapupuno muli: $↙(86)Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8$.
Kadalasan, ang istraktura ng mga shell ng elektron ng mga atom ay inilalarawan gamit ang enerhiya o mga cell ng quantum - isinulat nila ang tinatawag na mga graphic na elektronikong formula. Para sa rekord na ito, ang sumusunod na notasyon ay ginagamit: ang bawat quantum cell ay tinutukoy ng isang cell na tumutugma sa isang orbital; ang bawat elektron ay ipinahiwatig ng isang arrow na tumutugma sa direksyon ng pag-ikot. Kapag nagsusulat ng isang graphical na electronic formula, dalawang panuntunan ang dapat tandaan: Prinsipyo ni Pauli, ayon sa kung saan ang isang cell (orbital) ay maaaring magkaroon ng hindi hihigit sa dalawang electron, ngunit may mga antiparallel spins, at F. Pamumuno ni Hund, ayon sa kung saan ang mga electron ay sumasakop sa mga libreng cell nang paisa-isa at may parehong halaga ng pag-ikot, at pagkatapos lamang ay magkapares, ngunit ang mga pag-ikot, ayon sa prinsipyo ng Pauli, ay magiging magkasalungat na direksyon.
Atom ay isang electrically neutral na particle na binubuo ng isang positively charged nucleus at negatively charged electron.Ang istraktura ng atomic nuclei
Nuclei ng mga atomo binubuo ng mga elementarya na particle ng dalawang uri: mga proton(p) at mga neutron(n). Ang kabuuan ng mga proton at neutron sa nucleus ng isang atom ay tinatawag numero ng nucleon:,
saan PERO- numero ng nucleon, N- bilang ng mga neutron, Z ay ang bilang ng mga proton.
Ang mga proton ay may positibong singil (+1), ang mga neutron ay walang singil (0), ang mga electron ay may negatibong singil (-1). Ang mga masa ng isang proton at isang neutron ay humigit-kumulang pareho, sila ay kinuha katumbas ng 1. Ang masa ng isang elektron ay mas mababa kaysa sa masa ng isang proton, samakatuwid ito ay napapabayaan sa kimika, isinasaalang-alang na ang buong masa ng isang atom ay puro sa nucleus nito.
Ang bilang ng mga positibong sisingilin na proton sa nucleus ay katumbas ng bilang ng mga negatibong sisingilin na mga electron, pagkatapos ay ang atom sa kabuuan neutral sa kuryente.
Ang mga atomo na may parehong nuclear charge ay elemento ng kemikal.
Ang mga atom ng iba't ibang elemento ay tinatawag mga nuclides.
isotopes- mga atom ng parehong elemento, na may ibang numero ng nucleon dahil sa ibang bilang ng mga neutron sa nucleus.
Isotopes ng Hydrogen
| Pangalan | A | Z | N |
| Protium N | 1 | 1 | 0 |
| Deuterium D | 2 | 1 | 1 |
| Tritium T | 3 | 1 | 2 |
radioactive decay
Ang nuclei ng mga nuclides ay maaaring mabulok sa pagbuo ng nuclei ng iba pang mga elemento, pati na rin, o iba pang mga particle. Ang kusang pagkabulok ng mga atomo ng ilang mga elemento ay tinatawag radioactive yu, at mga naturang sangkap - radioactive at. Ang radioactivity ay sinamahan ng paglabas ng elementarya na mga particle at electromagnetic waves - radiation G.
Nuclear decay equation- mga reaksyong nuklear- ay nakasulat tulad ng sumusunod:
Ang oras na kinakailangan para sa kalahati ng mga atom ng isang ibinigay na nuclide upang mabulok ay tinatawag kalahating buhay.
Ang mga elemento na naglalaman lamang ng radioactive isotopes ay tinatawag radioactive s. Ito ang mga elemento 61 at 84-107.
Mga uri ng radioactive decay
1) -rozpa e. -napapalabas ang mga particle, ibig sabihin. nuclei ng isang helium atom. Sa kasong ito, ang nucleon number ng isotope ay bumababa ng 4, at ang singil ng nucleus ay bumaba ng 2 units, halimbawa: 2) -rozpa e. Sa isang hindi matatag na nucleus, ang isang neutron ay nagiging proton, habang ang nucleus ay naglalabas ng mga electron at antineutrino. Sa panahon ng -decay, ang numero ng nucleon ay hindi nagbabago, at ang nuclear charge ay tumataas ng 1, halimbawa:
3) -rozpa e. Ang nasasabik na nucleus ay naglalabas ng mga sinag na may napakaikling wavelength, habang ang enerhiya ng nucleus ay bumababa, ang numero ng nucleon at singil ng nucleus ay hindi nagbabago, halimbawa:
Ang istraktura ng mga shell ng elektron ng mga atomo ng mga elemento ng unang tatlong panahon
Ang elektron ay may dalawahang katangian: maaari itong kumilos bilang isang butil at bilang isang alon. Ang isang electron sa isang atom ay hindi gumagalaw kasama ang ilang mga tilapon, ngunit maaaring matatagpuan sa anumang bahagi sa paligid ng nuclear space, ngunit ang posibilidad na ito ay nasa iba't ibang bahagi ng espasyong ito ay hindi pareho. Ang lugar sa paligid ng nucleus kung saan malamang na naroroon ang isang electron ay tinatawag orbital Yu. Ang bawat elektron sa isang atom ay matatagpuan sa isang tiyak na distansya mula sa nucleus ayon sa reserbang enerhiya nito. Mga electron na may higit o mas kaunting parehong anyo ng enerhiya enerhiya rіvn at, o elektronikong layer at.
Ang bilang ng mga antas ng enerhiya na puno ng mga electron sa isang atom ng isang naibigay na elemento ay katumbas ng bilang ng panahon kung saan ito matatagpuan.
Ang bilang ng mga electron sa panlabas na antas ng enerhiya ay katumbas ng numero ng pangkat, inkung saan matatagpuan ang elemento.
Sa loob ng parehong antas ng enerhiya, ang mga electron ay maaaring magkaiba sa hugis e ulap at, o orbital at. Mayroong mga ganitong anyo ng mga orbital:
s-ang anyo:
p-ang anyo:
Meron din d-, f-orbital at iba pa na may mas kumplikadong hugis.
Ang mga electron na may parehong hugis ng electron cloud ay pareho ang bumubuo supply ng enerhiya at: s-, p-, d-, f-mga sublevel.
Ang bilang ng mga sublevel sa bawat antas ng enerhiya ay katumbas ng bilang ng antas na ito.
Sa loob ng parehong sublevel ng enerhiya, posible ang ibang pamamahagi ng mga orbital sa espasyo. Kaya, sa isang three-dimensional na coordinate system para sa s Ang mga orbital ay maaari lamang magkaroon ng isang posisyon:
para sa R-orbital - tatlo:
para sa d-orbitals - lima, para sa f-orbital - pito.
Ang mga orbital ay kumakatawan sa:
s-sublevel-
p-sublevel-
d-sublevel-
Ang isang electron sa mga diagram ay ipinahiwatig ng isang arrow na nagpapahiwatig ng pag-ikot nito. Ang spin ay ang pag-ikot ng isang electron sa paligid ng axis nito. Ito ay ipinahiwatig ng isang arrow: o . Dalawang electron sa parehong orbital ang nakasulat ngunit hindi .
Hindi maaaring magkaroon ng higit sa dalawang electron sa isang orbital ( Prinsipyo ni Pauli).
Prinsipyo ng Pinakamababang Enerhiya ika : sa isang atom, ang bawat elektron ay matatagpuan upang ang enerhiya nito ay minimal (na tumutugma sa pinakamalaking bono nito sa nucleus).
Halimbawa, pamamahagi ng mga electron sa chlorine atom sa:
Tinutukoy ng isang hindi nakapares na electron ang valency ng Chlorine sa estadong ito - I.
Sa panahon ng pagtanggap ng karagdagang enerhiya (irradiation, heating), posible na paghiwalayin ang mga electron (promosyon). Ang estadong ito ng atom ay tinatawag zbudzheni m. Sa kasong ito, ang bilang ng mga hindi magkapares na electron ay tumataas at, nang naaayon, ang valency ng atom ay nagbabago.
Nasasabik na estado ng Chlorine atom sa :
Alinsunod dito, kabilang sa bilang ng mga hindi magkapares na electron, ang Chlorine ay maaaring magkaroon ng valencies III, V, at VII.
