s-Elementi Nazivaju se elementi u čijim atomima zadnji elektron ulazi u s-podrazinu. Slično definirano str-elementi,d-elementi if-elementi.
Početak svakog razdoblja odgovara otvaranju novog elektroničkog sloja. Broj perioda jednak je broju elektronskog sloja koji se otvara. Svako razdoblje, osim prvog, završava popunjavanjem p-podrazine sloja otvorenog na početku tog razdoblja. Prva perioda sadrži samo s-elemente (dva). U četvrtoj i petoj periodi između s-elemenata (dva) i p-elemenata (šest) nalaze se d-elementi (deset). U šestom i sedmom, iza para s-elemenata nalazi se (kršeći pravila Klečkovskog) jedan d-element, zatim četrnaest f-elemenata (smješteni su u zasebnim redovima na dnu tablice - lantanidi i aktinidi) , zatim devet d-elemenata i, kao i uvijek, točke završavaju sa šest p-elemenata.
Tablica je okomito podijeljena u 8 skupina, svaka skupina u glavnu i sporednu podskupinu. Glavne podskupine sadrže s- i p-elemente, a sekundarne podskupine sadrže d-elemente. Glavnu podskupinu je lako odrediti - sadrži elemente razdoblja 1-3. Strogo ispod njih nalaze se preostali elementi glavne podskupine. Elementi bočne podskupine nalaze se sa strane (lijevo ili desno).
Valencija atoma
U klasičnom konceptu, valencija je određena brojem nesparenih elektrona u osnovnom ili pobuđenom stanju atoma. Osnovno stanje- elektronsko stanje atoma u kojem je njegova energija minimalna. Uzbuđeno stanje- elektroničko stanje atoma koje odgovara prijelazu jednog ili više elektrona iz orbitale niže energije u slobodnu orbitalu više energije. Za s- i p-elemente prijelaz elektrona moguć je samo unutar vanjskog sloja elektrona. Za d-elemente prijelazi su mogući unutar d-podrazine predvanjskog sloja i s- i p-podrazine vanjskog sloja. Za f-elemente mogući su prijelazi unutar podrazina (n-2)f-, (n-1)d-, ns- i np, gdje je n broj vanjskog elektronskog sloja. valentni elektroni nazivaju se elektroni koji određuju valenciju atoma u njegovom osnovnom ili pobuđenom stanju. Sloj valentnih elektrona- sloj na kojem se nalaze valentni elektroni.
Opišite elektrone vanjskog sloja atoma sumpora i valentne elektrone željeza (osnovno stanje) pomoću kvantnih brojeva. Navedite moguće valencije i oksidacijska stanja atoma ovih elemenata.
1). Atom sumpora.
Sumpor ima redni broj 16. Nalazi se u trećoj periodi, šestoj skupini, glavnoj podskupini. Dakle, ovo je p-element, vanjski sloj elektrona je treći, on je valentni. Ima šest elektrona. Elektronska struktura valentnog sloja ima oblik
Za sve elektrone n=3, jer se nalaze na trećem sloju. Pogledajmo ih redom:
n=3, L=0 (elektron se nalazi u s-orbitali), m l =0 (za s-orbitalu je moguća samo ova vrijednost magnetskog kvantnog broja), m s =+1/2 (rotacija oko vlastita se os odvija u smjeru kazaljke na satu);
n=3, L=0, m l =0 (ova tri kvantna broja su ista kao kod prvog elektrona, jer su oba elektrona na istoj orbitali), m s = -1/2 (samo se ovdje pojavljuje razlika, zahtijeva Paulijevo načelo);
n=3, L=1 (ovo je p-elektron), m l =+1 (od tri moguće vrijednosti m l = 1, 0 za prvu p-orbitalu biramo maksimum, ovo je p x orbitala ), m s = +1/2;
n=3, L=1, m l = +1, m s =-1/2;
n=3, L=1, m l = 0 (ovo je p y orbitala), m s = +1/2;
n=3, L=1, m l = -1 (ovo je p z orbitala), m s = +1/2.
Razmotrimo valenciju i oksidacijska stanja sumpora. Na valentnom sloju u osnovnom stanju atoma nalaze se dva elektronska para, dva nesparena elektrona i pet slobodnih orbitala. Prema tome, valencija sumpora u ovom stanju je II. Sumpor je nemetal. Nedostaju mu dva elektrona prije nego što završi sloj, tako da u spojevima s atomima manje elektronegativnih elemenata, kao što su metali, može pokazati minimalno oksidacijsko stanje od -2. Sparivanje elektronskih parova je moguće jer se na ovom sloju nalaze slobodne orbitale. Dakle, u prvom pobuđenom stanju (S *)
U spojevima s atomima više elektronegativnih elemenata, kao što je kisik, svih šest valentnih elektrona može biti istisnuto iz atoma sumpora, pa je njegovo maksimalno oksidacijsko stanje +6.
2). Željezo.
Redni broj željeza je 26. Nalazi se u četvrtoj periodi, u osmoj skupini, sekundarnoj podskupini. Ovo je d-element, šesti u nizu d-elemenata četvrte periode. Valentni elektroni željeza (osam) nalaze se na 3d podrazini (šest, u skladu s njihovim položajem u nizu d elemenata) i na 4s podrazini (dva):
Pogledajmo ih redom:
n=3, L=2, m l = +2, m s = +1/2;
n=3, L=2, m l = +2, m s = -1/2;
n=3, L=2, m l = +1, m s = +1/2;
n=3, L=2, m l = 0, m s = +1/2;
n=3, L=2, m l = -1, m s = +1/2;
n=3, L=2, m l = -2, m s = +1/2;
n=4, L=0, m l = 0, m s = +1/2;
n=4, L=0, m l = 0, m s = -1/2.
Valencija
Na vanjskom sloju nema nesparenih elektrona, pa se minimalna valencija željeza (II) pojavljuje u pobuđenom stanju atoma:
Nakon što se koriste elektroni vanjskog sloja, 4 nesparena elektrona 3d podrazine mogu biti uključena u stvaranje kemijskih veza. Stoga je najveća valencija željeza VI.
Oksidacijsko stanje
Željezo je metal, pa ga karakteriziraju pozitivna oksidacijska stanja od +2 (uključeni su elektroni podrazine 4s) do +6 (uključeni su 4s i svi nespareni 3d elektroni).
Položaj elektrona na energetskim ljuskama ili razinama zapisuje se elektroničkim formulama kemijski elementi. Elektroničke formule ili konfiguracije pomažu u predstavljanju atomske strukture elementa.
Struktura atoma
Atomi svih elemenata sastoje se od pozitivno nabijene jezgre i negativno nabijenih elektrona koji se nalaze oko jezgre.
Elektroni su na različitim energetskim razinama. Što je elektron dalje od jezgre, to ima veću energiju. Veličina energetske razine određena je veličinom atomske orbite ili orbitalnog oblaka. To je prostor u kojem se kreće elektron.
Riža. 1. Opća struktura atom.
Orbitale mogu imati različite geometrijske konfiguracije:
- s-orbitale- sferni;
- p-, d- i f-orbitale- u obliku bučice, ležeći u različitim ravninama.
Prva energetska razina svakog atoma uvijek sadrži s-orbitalu s dva elektrona (iznimka je vodik). Počevši od druge razine, s- i p-orbitale su na istoj razini.
Riža. 2. s-, p-, d i f-orbitale.
Orbitale postoje bez obzira na prisutnost elektrona u njima i mogu biti popunjene ili prazne.
Pisanje formule
Elektroničke konfiguracije atoma kemijskih elemenata zapisuju se prema sljedećim načelima:
- svaka energetska razina ima odgovarajući serijski broj, označen arapskim brojem;
- nakon broja slijedi slovo koje označava orbitalu;
- Iznad slova napisan je superskript koji odgovara broju elektrona u orbitali.
Primjeri snimanja:
Morate omogućiti JavaScript za pokretanje ove aplikacije. Elektronička konfiguracija atoma je formula koja prikazuje raspored elektrona u atomu po razinama i podrazinama. Nakon proučavanja članka saznat ćete gdje i kako se nalaze elektroni, upoznati se s kvantnim brojevima i moći konstruirati elektroničku konfiguraciju atoma prema njegovom broju; na kraju članka nalazi se tablica elemenata.
Zašto proučavati elektroničku konfiguraciju elemenata?
Atomi su poput konstrukcijskog sklopa: postoji određeni broj dijelova, međusobno se razlikuju, ali dva dijela iste vrste su apsolutno ista. Ali ovaj konstrukcioni set puno je zanimljiviji od plastičnog i evo zašto. Konfiguracija se mijenja ovisno o tome tko je u blizini. Na primjer, kisik pored vodika Može biti pretvara u vodu, u blizini natrija pretvara se u plin, a u blizini željeza potpuno ga pretvara u rđu. Da bi se odgovorilo na pitanje zašto se to događa i predvidjelo ponašanje atoma pored drugog, potrebno je proučiti elektroničku konfiguraciju, o čemu će biti riječi u nastavku.
Koliko elektrona ima atom?
Atom se sastoji od jezgre i elektrona koji rotiraju oko nje; jezgra se sastoji od protona i neutrona. U neutralnom stanju svaki atom ima broj elektrona jednak broju protona u njegovoj jezgri. Broj protona je označen atomskim brojem elementa, na primjer, sumpor ima 16 protona - 16. element periodnog sustava elemenata. Zlato ima 79 protona - 79. element periodnog sustava elemenata. Prema tome, sumpor ima 16 elektrona u neutralnom stanju, a zlato ima 79 elektrona.
Gdje tražiti elektron?
Promatranjem ponašanja elektrona izvedeni su određeni obrasci koji su opisani kvantnim brojevima, a ima ih ukupno četiri:
- Glavni kvantni broj
- Orbitalni kvantni broj
- Magnetski kvantni broj
- Spinski kvantni broj
Orbitalni
Nadalje, umjesto riječi orbita koristit ćemo termin orbitala; orbitala je valna funkcija elektrona, ugrubo, to je područje u kojem elektron provodi 90% svog vremena.
N - razina
L - školjka
M l - orbitalni broj
M s - prvi ili drugi elektron u orbitali
Orbitalni kvantni broj l
Kao rezultat proučavanja elektronskog oblaka, otkrili su da, ovisno o razini energije, oblak ima četiri glavna oblika: loptu, bučice i dva druga, složenija. Prema rastućoj energiji, ti se oblici nazivaju s-, p-, d- i f-ljuska. Svaka od ovih ljuski može imati 1 (na s), 3 (na p), 5 (na d) i 7 (na f) orbitala. Orbitalni kvantni broj je ljuska u kojoj se nalaze orbitale. Orbitalni kvantni broj za s, p, d i f orbitale ima vrijednosti 0, 1, 2 odnosno 3.
Na s-ljusci postoji jedna orbitala (L=0) – dva elektrona
Na p-ljusci (L=1) nalaze se tri orbitale - šest elektrona
Na d-ljusci (L=2) nalazi se pet orbitala - deset elektrona
Na f-ljusci (L=3) nalazi se sedam orbitala - četrnaest elektrona
Magnetski kvantni broj m l
Na p-ljusci postoje tri orbitale, označene su brojevima od -L do +L, odnosno za p-ljusku (L=1) postoje orbitale “-1”, “0” i “1” . Magnetski kvantni broj označava se slovom m l.
Unutar ljuske elektroni se lakše nalaze u različitim orbitalama, tako da prvi elektroni ispunjavaju po jedan u svakoj orbitali, a zatim se u svaku dodaje par elektrona.
Razmotrimo d-ljusku:
D-ljuska odgovara vrijednosti L=2, odnosno pet orbitala (-2,-1,0,1 i 2), prvih pet elektrona ispunjava ljusku uzimajući vrijednosti M l =-2, M l = -1, Ml =0, Ml =1, Ml =2.
Spinski kvantni broj m s
Spin je smjer rotacije elektrona oko svoje osi, postoje dva smjera, pa kvantni broj spina ima dvije vrijednosti: +1/2 i -1/2. Jedna energetska podrazina može sadržavati samo dva elektrona suprotnih spinova. Spinski kvantni broj označava se m s
Glavni kvantni broj n
Glavni kvantni broj je energetska razina, trenutno ih je poznato sedam razine energije, svaki je označen arapskim brojem: 1,2,3,...7. Broj školjki na svakoj razini jednak je broju razine: jedna je školjka na prvoj razini, dvije na drugoj itd.
Elektronski broj
Dakle, svaki elektron se može opisati s četiri kvantna broja, kombinacija tih brojeva je jedinstvena za svaki položaj elektrona, uzmimo prvi elektron, najniža razina energije je N = 1, na prvoj razini postoji jedna ljuska, prva ljuska na bilo kojoj razini ima oblik lopte (s -ljuska), tj. L=0, magnetski kvantni broj može poprimiti samo jednu vrijednost, M l =0 i spin će biti jednak +1/2. Ako uzmemo peti elektron (u kojem god atomu bio), tada će glavni kvantni brojevi za njega biti: N=2, L=1, M=-1, spin 1/2.
Od kad kemijske reakcije jezgre atoma koji reagiraju ostaju nepromijenjene (osim radioaktivnih transformacija), tada kemijska svojstva atoma ovise o njihovoj strukturi elektronske ljuske. Teorija elektronska struktura atoma izgrađen na temelju aparata kvantne mehanike. Dakle, struktura energetskih razina atoma može se dobiti na temelju kvantnomehaničkih izračuna vjerojatnosti pronalaska elektrona u prostoru oko atomske jezgre ( riža. 4.5).
Riža. 4.5. Shema podjele energetskih razina na podrazine
Osnove teorije elektroničke strukture atoma svode se na sljedeće odredbe: stanje svakog elektrona u atomu karakteriziraju četiri kvantna broja: glavni kvantni broj n = 1, 2, 3,; orbitalni (azimutni) l=0,1,2, n–1; magnetski m l = –l, –1,0,1, l; vrtjeti m s = -1/2, 1/2 .
Prema Paulijevo načelo, u istom atomu ne mogu postojati dva elektrona s istim skupom od četiri kvantna broja n, l, m l , m s; zbirke elektrona s istim glavnim kvantnim brojevima n tvore elektronske slojeve ili energetske razine atoma, numerirane od jezgre i označene kao K, L, M, N, O, P, Q, i u energetskom sloju sa zadanom vrijednošću n ne može biti više od 2n 2 elektroni. Zbirke elektrona s istim kvantnim brojevima n I l, tvore podrazine, označene kako se odmiču od jezgre kao s, p, d, f.
Probibilističko određivanje položaja elektrona u prostoru oko atomske jezgre odgovara Heisenbergovom principu nesigurnosti. Prema kvantnomehaničkim pojmovima, elektron u atomu nema određenu trajektoriju gibanja i može se nalaziti u bilo kojem dijelu prostora oko jezgre, a njegovi različiti položaji se smatraju elektronskim oblakom s određenom gustoćom negativnog naboja. Prostor oko jezgre u kojem se najvjerojatnije nalazi elektron naziva se orbitalni. Sadrži oko 90% elektronskog oblaka. Svaka podrazina 1s, 2s, 2p itd. odgovara određenom broju orbitala određenog oblika. Na primjer, 1s- I 2s- orbitale su sferne i 2p-orbitale ( 2p x , 2 str g , 2 str z-orbitale) su orijentirane u međusobno okomitim smjerovima i imaju oblik bučice ( riža. 4.6).
Riža. 4.6. Oblik i orijentacija elektronskih orbitala.
Tijekom kemijskih reakcija atomska jezgra se ne mijenja, mijenjaju se samo elektroničke ljuske atoma, čija struktura objašnjava mnoga svojstva kemijskih elemenata. Na temelju teorije o elektroničkoj strukturi atoma utvrđeno je duboko fizičko značenje Mendeljejevljevog periodičkog zakona kemijskih elemenata i stvorena teorija kemijske veze.
Teoretsko opravdanje periodnog sustava kemijskih elemenata uključuje podatke o strukturi atoma, potvrđujući postojanje veze između periodičnosti promjena svojstava kemijskih elemenata i periodičkog ponavljanja sličnih vrsta elektroničkih konfiguracija njihovih atoma.
U svjetlu učenja o strukturi atoma, Mendeljejevljeva podjela svih elemenata u sedam perioda postaje opravdana: broj perioda odgovara broju energetskih razina atoma ispunjenih elektronima. U malim periodama, s porastom pozitivnog naboja atomskih jezgri, povećava se broj elektrona na vanjskoj razini (od 1 do 2 u prvoj periodi, od 1 do 8 u drugoj i trećoj periodi), što objašnjava promjena svojstava elemenata: na početku razdoblja (osim prvog) postoji alkalni metal, zatim dolazi do postupnog slabljenja metalna svojstva te armiranje nemetalnih. Taj se obrazac može pratiti za elemente drugog razdoblja u tablica 4.2.
Tablica 4.2.
U velikim periodima, s povećanjem naboja jezgri, ispunjavanje razina elektronima je teže, što objašnjava složeniju promjenu svojstava elemenata u odnosu na elemente malih perioda.
Identična priroda svojstava kemijskih elemenata u podskupinama objašnjava se sličnom strukturom vanjske energetske razine, kao što je prikazano u stol 4.3, koji ilustrira slijed punjenja energetskih razina elektronima za podskupine alkalnih metala.
Tablica 4.3.
Broj skupine obično označava broj elektrona u atomu koji mogu sudjelovati u stvaranju kemijskih veza. Ovo je fizičko značenje broja grupe. Na četiri mjesta periodni sustav elemenata Elementi nisu poredani prema rastućim atomskim masama: Ar I K,Co I Ni,Te I ja,Th I Godišnje. Ova su odstupanja smatrana nedostatkom periodnog sustava kemijskih elemenata. Učenje o građi atoma objasnilo je ta odstupanja. Eksperimentalno određivanje nuklearnih naboja pokazalo je da raspored ovih elemenata odgovara porastu naboja njihovih jezgri. Osim toga, eksperimentalno određivanje naboja atomskih jezgri omogućilo je određivanje broja elemenata između vodika i urana, kao i broja lantanida. Sada su sva mjesta u periodnom sustavu popunjena u intervalu od Z=1 prije Z=114 Međutim, periodni sustav nije potpun, moguće je otkriće novih transuranijevih elemenata.
Elektroni
Koncept atoma nastao je u starom svijetu za označavanje čestica materije. U prijevodu s grčkog, atom znači "nedjeljiv".
Irski fizičar Stoney na temelju pokusa došao je do zaključka da elektricitet prenose najsitnije čestice koje postoje u atomima svih kemijskih elemenata. Godine 1891. Stoney je predložio da se te čestice nazovu elektronima, što na grčkom znači "jantar". Nekoliko godina nakon što je elektron dobio ime, engleski fizičar Joseph Thomson i francuski fizičar Jean Perrin dokazali su da elektroni nose negativan naboj. To je najmanji negativni naboj, koji se u kemiji uzima kao jedan (-1). Thomson je čak uspio odrediti brzinu elektrona (brzina elektrona u orbiti je obrnuto proporcionalna broju orbite n. Polumjeri orbita rastu proporcionalno kvadratu broja orbite. U prvoj orbiti od atom vodika (n=1; Z=1) brzina je ≈ 2,2·106 m/s, odnosno oko sto puta manja od brzine svjetlosti c = 3·108 m/s) i masa elektrona (gotovo je 2000 puta manja od mase atoma vodika).
Stanje elektrona u atomu
Stanje elektrona u atomu shvaća se kao skup informacija o energiji pojedinog elektrona i prostoru u kojem se nalazi. Elektron u atomu nema trajektoriju gibanja, tj. možemo samo govoriti o vjerojatnost pronalaska u prostoru oko jezgre.
Može se nalaziti u bilo kojem dijelu tog prostora koji okružuje jezgru, a ukupnost njegovih različitih položaja smatra se elektronskim oblakom s određenom gustoćom negativnog naboja. Slikovito, to se može zamisliti ovako: kada bi bilo moguće fotografirati položaj elektrona u atomu nakon stotinki ili milijuntinki sekunde, kao u fotofinišu, tada bi elektron na takvim fotografijama bio predstavljen kao točkice. Kada bi se bezbroj takvih fotografija superponiralo, slika bi bila elektronski oblak najveće gustoće gdje bi bilo najviše tih točaka.
Prostor oko atomske jezgre u kojem se najvjerojatnije nalazi elektron naziva se orbitala. Sadrži približno 90% elektronički oblak, a to znači da je oko 90% vremena elektron u ovom dijelu prostora. Razlikuju se po obliku 4 trenutno poznate vrste orbitala, koji su označeni latinskim slova s, p, d i f. Grafička slika Neki oblici elektronskih orbitala prikazani su na slici.
Najvažnija karakteristika gibanja elektrona po određenoj orbitali je energija njegove veze s jezgrom. Elektroni sa sličnim energetskim vrijednostima tvore jedan elektronski sloj, odnosno energetsku razinu. Energetske razine su numerirane počevši od jezgre - 1, 2, 3, 4, 5, 6 i 7.
Cijeli broj n, koji označava broj energetske razine, naziva se glavni kvantni broj. Karakterizira energiju elektrona koji zauzimaju određenu energetsku razinu. Najnižu energiju imaju elektroni prve energetske razine, najbliže jezgri. U usporedbi s elektronima prve razine, elektrone sljedećih razina karakterizirat će velika zaliha energije. Posljedično, elektroni vanjske razine najslabije su vezani za atomsku jezgru.
Najveći broj elektrona na energetskoj razini određen je formulom:
N = 2n 2,
gdje je N najveći broj elektrona; n je broj razine, odnosno glavni kvantni broj. Posljedično, na prvoj energetskoj razini najbližoj jezgri ne mogu biti više od dva elektrona; na drugom - ne više od 8; na trećem - ne više od 18; na četvrtom - ne više od 32.
Počevši od druge energetske razine (n = 2), svaka od razina podijeljena je na podrazine (podslojeve), međusobno malo različite u energiji vezivanja s jezgrom. Broj podrazina jednak je vrijednosti glavnog kvantnog broja: prva energetska razina ima jednu podrazinu; drugi - dva; treći - tri; četvrti - četiri podrazine. Podrazine, pak, tvore orbitale. Svaka vrijednostn odgovara broju orbitala jednakom n.
Podrazine se obično označavaju latiničnim slovima, kao i oblik orbitala od kojih se sastoje: s, p, d, f.
Protoni i neutroni
Atom bilo kojeg kemijskog elementa usporediv je sa sićušnim Sunčev sustav. Stoga se ovaj model atoma, koji je predložio E. Rutherford, naziva planetarni.
Atomska jezgra, u kojoj je koncentrirana cjelokupna masa atoma, sastoji se od čestica dvije vrste - protona i neutrona.
Protoni imaju naboj jednak naboju elektrona, ali suprotnog predznaka (+1), i masu jednaku masi vodikovog atoma (u kemiji se uzima kao jedinica). Neutroni nemaju naboj, neutralni su i imaju masu jednaku masi protona.
Protoni i neutroni zajedno se nazivaju nukleoni (od latinskog nucleus - jezgra). Zbroj broja protona i neutrona u atomu naziva se maseni broj. Na primjer, maseni broj atoma aluminija je:
13 + 14 = 27
broj protona 13, broj neutrona 14, maseni broj 27
Budući da se zanemarivo mala masa elektrona može zanemariti, očito je da je cjelokupna masa atoma koncentrirana u jezgri. Elektroni su označeni e - .
Budući da atom električki neutralan, onda je također očito da je broj protona i elektrona u atomu isti. Jednak je rednom broju kemijskog elementa koji mu je dodijeljen u periodnom sustavu elemenata. Masa atoma sastoji se od mase protona i neutrona. Poznavajući atomski broj elementa (Z), odnosno broj protona i maseni broj (A), jednak zbroju broja protona i neutrona, možete pronaći broj neutrona (N) pomoću formule:
N = A - Z
Na primjer, broj neutrona u atomu željeza je:
56 — 26 = 30
Izotopi
Nazivaju se varijante atoma istog elementa koji imaju isti nuklearni naboj, ali različite masene brojeve izotopi. Kemijski elementi koji se nalaze u prirodi mješavina su izotopa. Dakle, ugljik ima tri izotopa s masama 12, 13, 14; kisik - tri izotopa s masama 16, 17, 18 itd. Relativna atomska masa kemijskog elementa obično navedena u periodnom sustavu je prosječna vrijednost atomskih masa prirodne mješavine izotopa danog elementa, uzimajući u obzir njihovu relativnu zastupljenost u prirodi. Kemijska svojstva Izotopi većine kemijskih elemenata potpuno su isti. Međutim, izotopi vodika uvelike se razlikuju po svojstvima zbog naglog višestrukog povećanja njihovog relativnog atomska masa; čak im se daju i pojedinačni nazivi i kemijski simboli.
Elementi prvog razdoblja
Dijagram elektronske strukture atoma vodika:
Dijagrami elektroničke strukture atoma prikazuju raspodjelu elektrona po elektroničkim slojevima (razinama energije).
Grafička elektronička formula atoma vodika (prikazuje raspodjelu elektrona po energetskim razinama i podrazinama):
Grafičke elektroničke formule atoma prikazuju raspodjelu elektrona ne samo po razinama i podrazinama, već i po orbitalama.
U atomu helija prvi elektronski sloj je potpun – ima 2 elektrona. Vodik i helij su s-elementi; S-orbitala ovih atoma ispunjena je elektronima.
Za sve elemente druge periode popunjava se prvi elektronski sloj, a elektroni ispunjavaju s- i p-orbitale drugog elektronskog sloja u skladu s načelom najmanje energije (prvo s, a zatim p) i pravilima Paulija i Hunda.
U atomu neona, drugi elektronski sloj je potpun – ima 8 elektrona.
Za atome elemenata treće periode prvi i drugi elektronski sloj su dovršeni, pa je popunjen treći elektronski sloj u kojem elektroni mogu zauzimati 3s-, 3p- i 3d-podrazine.
Atom magnezija završava svoju 3s elektronsku orbitalu. Na i Mg su s-elementi.
U aluminiju i sljedećim elementima, podrazina 3p je ispunjena elektronima.
Elementi treće periode imaju nepopunjene 3d orbitale.
Svi elementi od Al do Ar su p-elementi. S- i p-elementi čine glavne podskupine u periodnom sustavu.
Elementi četvrtog - sedmog razdoblja
U atomima kalija i kalcija pojavljuje se četvrti sloj elektrona, a podrazina 4s je popunjena, jer ima nižu energiju od podrazine 3d.
K, Ca - s-elementi uključeni u glavne podskupine. Za atome od Sc do Zn, 3d podrazina je ispunjena elektronima. Ovo su 3d elementi. Oni su uključeni u sekundarne podskupine, njihov najudaljeniji elektronički sloj je ispunjen i klasificirani su kao prijelazni elementi.
Obratite pozornost na strukturu elektroničkih ljuski atoma kroma i bakra. U njima jedan elektron “otpada” s 4s na 3d podrazinu, što se objašnjava većom energetskom stabilnošću dobivenih elektroničkih konfiguracija 3d 5 i 3d 10:
U atomu cinka treći elektronski sloj je završen - u njemu su popunjene sve podrazine 3s, 3p i 3d, s ukupno 18 elektrona. U elementima koji slijede nakon cinka, četvrti elektronski sloj, podrazina 4p, nastavlja se puniti.
Elementi od Ga do Kr su p-elementi.
Atom kriptona ima vanjski sloj (četvrti) koji je potpun i ima 8 elektrona. Ali u četvrtom elektronskom sloju može biti ukupno 32 elektrona; atom kriptona još uvijek ima nepopunjene podrazine 4d i 4f.Za elemente pete periode podrazine se popunjavaju sljedećim redom: 5s - 4d - 5p. A postoje i iznimke koje se odnose na " neuspjeh» elektroni, y 41 Nb, 42 Mo, 44 Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.
U šestoj i sedmoj periodi pojavljuju se f-elementi, tj. elementi u kojima su popunjene 4f- odnosno 5f-podrazine trećeg vanjskog elektronskog sloja.
4f elementi nazivaju se lantanidi.
5f elementi nazivaju se aktinidi.
Redoslijed popunjavanja elektroničkih podrazina u atomima elemenata šeste periode: 55 Cs i 56 Ba - 6s elementi; 57 La … 6s 2 5d x - 5d element; 58 Ce - 71 Lu - 4f elementi; 72 Hf - 80 Hg - 5d elemenata; 81 T1 - 86 Rn - 6d elementi. Ali i ovdje postoje elementi kod kojih je redoslijed popunjavanja elektronskih orbitala “narušen”, što je, primjerice, povezano s većom energetskom stabilnošću polu i potpuno ispunjenih f-podrazina, tj. nf 7 i nf 14. Ovisno o tome koja je podrazina atoma posljednja ispunjena elektronima, svi elementi se dijele u četiri elektronske obitelji ili bloka:
- s-elementi. S-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; s-elementi uključuju vodik, helij i elemente glavnih podskupina I. i II.
- p-elementi. P-podrazina vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; p-elementi uključuju elemente glavnih podskupina skupina III-VIII.
- d-elementi. D-podrazina predvanjske razine atoma ispunjena je elektronima; d-elementi uključuju elemente sekundarnih podskupina skupina I-VIII, tj. elemente utičnih dekada velikih perioda koji se nalaze između s- i p-elemenata. Nazivaju se i prijelazni elementi.
- f-elementi. F-podrazina treće vanjske razine atoma ispunjena je elektronima; tu spadaju lantanidi i antinoidi.
Švicarski fizičar W. Pauli 1925. godine utvrdio je da u atomu u jednoj orbiti ne mogu biti više od dva elektrona suprotnih (antiparalelnih) spinova (u prijevodu s engleskog "vreteno"), tj. takvih svojstava da se uvjetno mogu zamisliti kao rotacija elektrona oko svoje zamišljene osi: u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od njega.
Ovaj princip se zove Paulijevo načelo. Ako se u orbitali nalazi jedan elektron, onda se on naziva nespareni, a ako su dva, onda su to spareni elektroni, tj. elektroni suprotnih spinova. Na slici je prikazan dijagram podjele energetskih razina na podrazine i redoslijed njihovog popunjavanja.
Vrlo često se struktura elektroničkih ljuski atoma prikazuje pomoću energetskih ili kvantnih ćelija - pišu se takozvane grafičke elektroničke formule. Za ovu oznaku koristi se sljedeća oznaka: svaka kvantna stanica označena je stanicom koja odgovara jednoj orbitali; Svaki elektron je označen strelicom koja odgovara smjeru spina. Kada pišete grafičku elektroničku formulu, trebali biste zapamtiti dva pravila: Paulijev princip i F. Hundovo pravilo, prema kojem elektroni zauzimaju slobodne stanice prvi jedan po jedan i istovremeno imaju ista vrijednost natrag, pa tek onda mate, ali će leđa, prema Paulijevom principu, već biti u suprotnim smjerovima.
Hundovo pravilo i Paulijev princip
Hundovo pravilo- pravilo kvantne kemije koje određuje redoslijed popunjavanja orbitala određenog podsloja i formulira se na sljedeći način: ukupna vrijednost spinskog kvantnog broja elektrona danog podsloja mora biti najveća. Formulirao Friedrich Hund 1925.
To znači da se u svakoj od orbitala podsloja prvo popunjava po jedan elektron, a tek nakon što se potroše nepopunjene orbitale, ovoj orbitali se dodaje drugi elektron. U tom slučaju u jednoj orbitali postoje dva elektrona s polucijelim spinovima suprotnog predznaka, koji se spare (tvore dvoelektronski oblak) i kao rezultat toga ukupni spin orbitale postaje jednak nuli.
Druga formulacija: Niži u energiji leži atomski član za koji su zadovoljena dva uvjeta.
- Mnoštvo je maksimalno
- Kada se višestrukosti podudaraju, ukupni orbitalni moment L je maksimalan.
Analizirajmo ovo pravilo na primjeru popunjavanja orbitala p-podrazine str-elementi druge periode (odnosno od bora do neona (u donjem dijagramu vodoravne crte označavaju orbitale, okomite strelice označavaju elektrone, a smjer strelice označava orijentaciju spina).
pravilo Klečkovskog
Pravilo Klečkovskog - kako se ukupni broj elektrona u atomima povećava (s povećanjem naboja njihovih jezgri, odnosno rednih brojeva kemijskih elemenata), atomske orbitale se naseljavaju na takav način da pojava elektrona u orbitali s višom energijom ovisi o samo o glavnom kvantnom broju n i ne ovisi o svim drugim brojevima kvantnih brojeva, uključujući od l. Fizički to znači da je u atomu sličnom vodiku (u nedostatku međuelektronskog odbijanja) orbitalna energija elektrona određena samo prostornom udaljenošću gustoće naboja elektrona od jezgre i ne ovisi o karakteristikama njezine kretanja u polju jezgre.
Empirijsko pravilo Klečkovskog i shema uređenja koja iz njega slijedi donekle su kontradiktorni stvarnom energetskom slijedu atomskih orbitala samo u dva slična slučaja: za atome Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au , dolazi do “otkazivanja” elektrona sa s -podrazinom vanjskog sloja zamjenjuje se d-podrazinom prethodnog sloja, što dovodi do energetski stabilnijeg stanja atoma, naime: nakon popunjavanja orbitale 6 s dva elektroni s
