Principiul chimiei Pauli. Numere cuantice. Principiul Pauli. Regula Hund. I. Momentul organizațional
Introducere
În 1925, Pauli a stabilit un cuantum - un principiu mecanic (principiul interzicerii lui Pauli).
În orice atom, nu pot exista doi electroni în aceleași stări staționare determinate de un set de patru numere cuantice: N, M, MS.
De exemplu, la nivelul energiei nu pot exista mai mult de doi electroni, dar cu direcția opusă a roților.
Principiul Pauli a oferit ocazia de a justifica teoretic sistemul periodic al elementelor Mendeleev, crearea statisticilor cuantice, teoria modernă a corpurilor solide etc.
Principiul Powli
Starea fiecărui electron din atom este caracterizată de patru numere cuantice:
1. Numărul principal de cuantum N (n \u003d 1, 2 ...).
2. Numărul de cuantum orbital (azimuthal) L (L \u003d 0, 1, 2, ... N-1).
3. Număr cuantic magnetic m (m \u003d 0, +/- 1, +/- 2, + / -... +/- l).
4. Număr cuantum de rotire MS (MS \u003d +/- 1/2).
Pentru o valoare fixă \u200b\u200ba numărului principal de cuantum N, există 2 ni diferite stări de electroni cuantice.
Una dintre legile mecanicii cuantice, numită principiu POWLI, revendicări:
În același atom, nu pot exista doi electroni cu același set de numere cuantice (adică, nu pot exista doi electroni în aceeași stare).
Principiul Pauli oferă o explicație a repetabilității periodice a proprietăților atomului, adică. Sistemul periodic al elementelor Mendeleev.
Sistem periodic de elemente D. I. Mendeleev
În 1869, Mendeleev a deschis o lege periodică de schimbare a proprietăților chimice și fizice ale elementelor. El a introdus conceptul de număr de ordine al elementului și a primit frecvența completă în schimbarea proprietăților chimice ale elementelor.
În acest caz, o parte din celulele sistemului periodic a rămas necompletată, deoarece Elementele corespunzătoare au fost necunoscute de acel moment. În 1998, un izotop al elementului 114 a fost sintetizat în Rusia.
Mendeleev a prezis un număr de elemente noi (scandium, Germania etc.) și a descris proprietățile lor chimice. Mai târziu, aceste elemente au fost deschise, care au confirmat pe deplin justiția teoriei sale. Sa posibil chiar și clarificarea valorilor maselor atomice și a unor proprietăți ale elementelor.
Proprietățile chimice ale atomilor și o serie de proprietăți fizice sunt explicate prin comportamentul electronilor externi (valence).
Stările cuantice staționare ale electronului în atom (moleculă) sunt caracterizate printr-un set de 4 numere cuantice: principalul (n), orbital (L), magnetic (M) și roti magnetic (MS). Fiecare dintre ele caracterizează cuantificarea: energiile (n), momentul impulsului (L), proiecțiile momentului impulsului în direcția câmpului magnetic extern (M) și proiecția spatelui (MS).
Conform teoriei, numărul de secvență al elementului chimic Z este egal cu numărul total de electroni din atom.
Dacă Z este numărul de electroni dintr-un atom situat într-o stare, care este setat de un set de 4 numere cuantice N, L, M, MS, apoi Z (N, L, M, MS) \u003d 0 sau 1.
Dacă Z este numărul de electroni din atomul situat în stări determinate de setul de 3 numere cuantice N, L, M, apoi Z (N, L, M) \u003d 2. Astfel de electroni sunt caracterizați prin orientarea roților.
Dacă Z este numărul de electroni din atomul din statele determinate de 2 numere cuantice N, L, apoi Z (N, L) \u003d 2 (2L + 1).
Dacă Z este numărul de electroni din atom, care sunt în stări determinate de valoarea numărului principal cuantic N, apoi Z (N) \u003d 2N2.
Electroni în atomul care ocupă setul de stări cu aceleași valori ale numărului principal cuantic N formează stratul electronic: la n \u003d 1 la strat; la stratul N \u003d 2 L; la n \u003d 3 m - strat; la n \u003d 4 n - strat; la n \u003d 5 o - strat, etc.
În fiecare strat electronic al atomului, toți electronii sunt distribuiți prin cochilii. Carcasa corespunde unei anumite valori a numărului cuantum orbital (Tabelul 1 și figura 1).
| n. | Strat electronic | Numărul de electroni în cochilii | Numărul total de electroni | ||||
| s (l \u003d 0) | p (L \u003d 1) | d (l \u003d 2) | f (l \u003d 3) | g (l \u003d 4) | |||
| 1 | K. | 2 | - | - | - | - | 2 |
| 1 | L. | 2 | 6 | - | - | - | 8 |
| 3 | M. | 2 | 6 | 10 | - | - | 18 |
| 4 | N. | 2 | 6 | 10 | 14 | - | 32 |
| 5 | O. | 2 | 6 | 10 | 14 | 18 | 50 |
La o dată L, numărul cuantic magnetic M acceptă valori 2L + 1 și MS - două valori. Prin urmare, numărul de stări posibile în carcasa electronică cu un L este 2 (2L + 1). Astfel încât coaja L \u003d 0 (s - coajă) este umplută cu doi electroni; Shell L \u003d 1 (p-shell) - șase electroni; Shell L \u003d 2 (D - Shell) - Zece electroni; Shell L \u003d 3 (F - Shell) - Paisprezece electroni.
Secvența de umplere a straturilor de electroni și a cochilii în sistemul periodic al elementelor Mendeleev este explicată prin mecanica cuantică și se bazează pe 4 poziții:
1. Numărul total de electroni din atomul acestui element chimic este egal cu secvența Z.
2. Starea electronului din atom este determinată de un set de 4 numere cuantice: N, L, M, MS.
3. Distribuția electronilor într-un atom de stări energetice ar trebui să satisfacă minimul de energie.
4. Completarea cu electroni de stări de energie în atom ar trebui să apară în conformitate cu principiul Pauli.
Atunci când luați în considerare atomii cu un Z mare, datorită creșterii încărcării kernelului, stratul electronic este strâns la kernel și începe să umple stratul cu n \u003d 2 etc. La o anumită n, starea electronilor S (L \u003d 0) este umplută, apoi electronii P (L \u003d 1), D-Electroni (L \u003d 2) etc. Aceasta duce la frecvența proprietăților chimice și fizice ale elementelor. Pentru elementele din prima perioadă, coaja 1S este finalizată pentru prima dată; Pentru electronii celei de-a doua și a treia perioade - 2S, 2P și 3S și 3R de cochilii.
Cu toate acestea, începând cu cea de-a patra perioadă (element de potasiu, z \u003d 19), secvența de umplere a cochilii este perturbată datorită concurenței electronilor apropiați de energie. Electroni fiabili cu N, dar mai mici L (de exemplu, electronii 4S sunt mai puternici decât 3D) pot fi mai puternici decât (energic mai profitabil).
Distribuția electronilor în atomul cochilii determină configurația electronică. Pentru a indica configurația electronică a atomului, ei scriu la un număr de simboluri de umplere a stărilor electronice ale cochilii NL, începând cu kernelul. Indicele din dreapta este numărul de electroni din coajă, care sunt în aceste stări. De exemplu, la atomul de sodiu 2311, unde Z \u003d 11 este numărul de secvență al elementului din tabelul Mendeleev; numărul de electroni din atom; numărul de protoni din kernel; A \u003d 23 este un număr de masă (numărul de protoni și neutroni din kernel). Configurația electronică este: 1S2 2S2 2P6 3S1, adică în stratul cu n \u003d 1 și l \u003d 0 - doi electroni S; în stratul cu n \u003d 2 și l \u003d 0 - doi electroni s; în stratul cu n \u003d 2 și l \u003d 1 - șase p-electroni; În stratul cu n \u003d 3 și l \u003d 0 - un singur electron.
Împreună cu configurația electronică normală a atomului care corespunde celei mai durabile energie de legare a tuturor electronilor, apare o configurație electronică excitată atunci când unul sau mai mulți electroni sunt încântați.
De exemplu, în Helium, toate nivelurile de energie sunt împărțite în două nivele de niveluri: sistemul de ortoglius, corespunzător orientării paralele a roților electroni și a sistemului de niveluri de paraghelium corespunzătoare orientării anti-paralele. Configurația normală a Helium 1S2 datorită principiului Pauli este posibilă numai cu o orientare anti-paralelă a roților electronilor care corespund paragelionului.
Concluzie
Deci, principiul interzicerii lui Pauli explică pentru o lungă perioadă de timp considerată o structură misterioasă, periodică a elementelor, deschisă D.I. MEDELEEV.
Bibliografie
1. Detlaf A.a., Yavorsky B.n. Curs de fizică. - M., 1989.
2. Kompanac A.S. Ce este un mecanic cuantum? - M., 1977.
3. Fizica populară Orira J. - M., 1964.
4. Trofimova t.i. Curs de fizică. - M., 1990.
Manualul este destinat studenților de specialități non-chimice ale instituțiilor de învățământ superior. Acesta poate servi ca un manual pentru persoanele care studiază fundamentele chimiei și pentru studenții școlilor tehnice chimice și clase de liceu.
Manualul legendar a fost tradus în multe limbi ale Europei, Asia, Africa și emise printr-o circulație totală de peste 5 milioane de exemplare.
Când faceți un fișier, site-ul http://alnam.ru/book_chem.php
Carte:
| <<< Назад
|
Înainte \u003e\u003e\u003e |
Pentru a determina starea electronului într-o mulțime de atom electronic, o formulată V. Pauli este importantă ( principiul Powli), Prin care nu pot exista doi electroni în atom, în care toate cele patru numere cuantice ar fi aceleași. Din aceasta rezultă că fiecare orbital atomic caracterizat de anumite valori ale N, L și M poate fi ocupat de nu mai mult de doi electroni ale căror spate au semne opuse. Doi astfel de electroni localizați pe aceleași orbite și posedând înapoi în mod opus direcționate pereche, spre deosebire de single (adică neplăcută) Electron, care ocupă orice orbital.
Folosind principiul POWLI, calculează ceea ce numărul maxim de electroni poate fi localizat la diferite niveluri de energie și subsoluri în atom.
La l \u003d 0, adică Pe S-Sugro, numărul cuantic magnetic este, de asemenea, zero. În consecință, există un singur orbital pe S-SuGliner, care este obișnuit să desemneze sub forma unei celule ("celulă cuantică") :?
După cum sa menționat mai sus, nu mai mult de doi electroni pe fiecare orbital atomic, ale căror spate sunt îndreptate opus. Acest lucru poate fi prezent în mod simbolic la următoarea schemă:
Astfel, numărul maxim de electroni de pe S-LINT al fiecărui strat de electroni este 2. la L \u003d 1 (substratul P) deja trei valori diferite ale numărului cuantic magnetic (-1, 0, +1) sunt posibile . Prin urmare. Există trei orbite pe P-Suds, fiecare dintre acestea putând fi ocupate de nu mai mult de doi electroni. Total 6 electroni pot găzdui
Substratul D (L \u003d 2) constă din cinci orbitali, corespunzând celor cinci valori diferite; Aici, numărul maxim de electroni este de 10:
În cele din urmă, 14 electroni pot fi plasați pe f-supel (L \u003d 3); În general, numărul maxim de electroni pe o suită cu un număr cuantum orbital L este 2 (2L + 1).
Primul nivel de energie (k-strat, n \u003d 1) conține doar un substrat S, cel de-al doilea nivel de energie (stratul L, N \u003d 2) constă din S- și P-LITET etc. Având în vedere acest lucru, vom face o masă a numărului maxim de electroni plasați în diferite straturi electronice (Tabelul 2).
Așa cum se arată în tabel. 2 date, numărul maxim de electroni la fiecare nivel de energie este de 2N2, unde n este valoarea corespunzătoare a numărului principal cuantum. Astfel, în stratul K pot exista un maxim de 2 electroni (2,1 2 \u003d 2), în stratul L - 8 electroni (2,2 2 \u003d 8), în stratul M - 18 electroni ( 2 · 3 2 \u003d 18) etc. Rețineți că numerele obținute coincid cu numărul de elemente din perioadele periodice periodice.
Starea cea mai stabilă a electronului din Atom corespunde cu valoarea minimă posibilă a energiei sale. Orice altă afecțiune este excitatInstabil: de la el electronul se mișcă spontan într-o stare cu energie mai mică. Prin urmare, într-un atom neexplicat de hidrogen (încărcătura nucleului z \u003d 1) este singurul electron este în cele mai mici stări de energie, adică. pe 1s-supro. Structura electronică a atomului de hidrogen poate fi trimisă de schemă
sau scrieți astfel: 1s 1 (unul este citit).
Tabelul 2. Numărul maxim de electroni pe nivelurile de energie atomice și sublevelii
În atomul de heliu (Z \u003d 2), al doilea electron este, de asemenea, în starea 1S. Structura sa electronică (1s 2 - Citiți "One Es Două" este descrisă de schemă:
Acest element se termină umplerea stratului K cel mai apropiat de kernel și, astfel, este finalizată construcția primei perioade a sistemului electronic.
În următorul heliu al elementului - litiu (z \u003d 3), al treilea electron nu mai poate fi localizat pe orbitele K-strat: acest lucru ar contrazice principiul lui Pauli. Prin urmare, se ocupă de statul S al celui de-al doilea nivel de energie (stratul L, N \u003d 2). Structura sa electronică este înregistrată cu formula 1s 2 2 1, care corespunde schemei:
Numărul și aranjamentul reciproc al celulelor cuantică pe ultima schemă arată că 1) electronii din atomul de litiu sunt situați pe două niveluri de energie, iar primul dintre care constă dintr-un substrat (1S) și este complet umplut; 2) al doilea - nivelul energiei externe corespunde unei energii mai mari și constă din două subsoluri (2S și 2P); 3) Subiacul 2S include un orbital, pe care se află un electron în atomul de litiu; 4) 2p-stâlpul include trei orbitale echivalente energetic, care corespunde unei energii mai mari decât energia corespunzătoare orbitalului 2; Într-un atom de litiu de 2p neexplicat, rămâne neocupat.
În viitor, pe circuitele electronice, vom specifica doar nivelurile de energie care nu sunt ocupate pe deplin ocupate. În conformitate cu aceasta, structura carcasei electronice a atomului următorului element al celei de-a doua perioade - Beriliu (Z \u003d 4) - este exprimată de schemă
sau 1s 2 2s 2 formula. Astfel, ca în prima perioadă, construcția celei de-a doua perioade începe cu elementele în care apar electronii S de la noul strat electronic. Datorită similitudinii în structura stratului electronic exterior, astfel de elemente prezintă multe în comun și în proprietățile lor chimice. Prin urmare, ele sunt obișnuite cu familia generală s-Elemente.
Structura electronică a atomului următorului element de beriliu - bor (Z \u003d 5) este descrisă de schemă
și poate fi exprimată cu 1s 2 2 2 2 p 1 Formula 1.
Cu o creștere a încărcării kernel-ului, o altă unitate, adică. Atunci când se deplasează la carbon (Z \u003d 6), numărul de electroni cu 2P-piloni crește la 2: Structura electronică a atomului de carbon este exprimată prin formula de 1s 2 2s 2 2p2. Cu toate acestea, această formulă ar putea corespunde oricui dintre cele trei scheme:
Conform schemei (1), ambii electroni de 2p din atomul de carbon ocupă același orbital, adică. Numerele lor cuantice magnetice sunt aceleași, iar direcțiile roților sunt opuse; Schema (2) înseamnă că electronii 2P ocupă orbite diferite (adică, au valori diferite ale M) și au repară opinie; În cele din urmă, din schema (3) rezultă că orbitele diferite corespund celor doi electroni 2P, iar rotirile acestor electroni sunt îndreptate aceleași.
Analiza spectrului atomic de carbon arată că este ultima schemă pentru un atom de carbon neexplicat, care corespunde celei mai mari valori posibile a roții totale a atomului (așa-numita suma roților din toate părțile Atom electronic; pentru atomul de carbon (1) și (2), această cantitate este zero și pentru schema (3) este egală cu cea).
Această procedură de plasare a electronilor în atomul de carbon reprezintă un caz special de modele generale exprimate regula Hund.: starea stabilă a atomului corespunde unei astfel de distribuții de electroni în substratul energetic, în care valoarea absolută a roomului total al atomului este maxim.
Rețineți că regula Hund nu interzice o altă distribuție a electronilor în subproducție. Se pretinde doar că durabil, adică. neexprimat o stare în care atomul are cea mai mică energie posibilă; Cu orice altă distribuție a electronilor, energia unui atom va fi mai mare, deci va fi în excitatinstabil.
Folosind regula lui Hund, este ușor să se efectueze un circuit al unei structuri electronice pentru un atom al elementului elementului - azot (Z \u003d 7):
Această schemă corespunde cu Formula 1 2 2 2 2P3.
Acum că fiecare dintre oribalele 2R este ocupată de un electron, începe plasarea perechilor de electroni pe orbitele de 2p. Atomul de oxigen (Z \u003d 8) corespunde formulei de structură electronică electronică de 1s 2 2 2 2 2 2 2 și schema următoare:
Atomul de fluor (Z \u003d 9) Apare un alt 2R-electron. Structura sa electronică este exprimată, prin urmare, cu o formulă și schemă și schemă cu 5 2 2 pp 5:
În cele din urmă, la atomul de neon (Z \u003d 10), umplerea capetelor 2P-suite se termină, completând al doilea nivel de energie (stratul L) și construcția celei de-a doua perioade a sistemului element.
Astfel, pornind de la bor (z \u003d 5) și terminând cu neon (Z \u003d 10), p-sub-linia stratului electronic exterior este umplut; Elementele din această parte a celei de-a doua perioade se referă, prin urmare, la familia P-elemente.
Atomul de sodiu (Z \u003d 11) și magneziu (Z \u003d 12) este similar cu primul element al celei de-a doua perioade - litiu și beriliu - conțin unul sau doi electroni S în stratul exterior. Structura lor corespunde formulelor electronice 1S 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3s 1 (sodiu) și 1s 2 2 2 2 2p 6 3s 2 (magneziu) și următoarele scheme:
și 1s 2 2 2 2 2p 6 3s 2 3p 6 Formula 6.
Astfel, a treia perioadă, ca a doua, începe cu două elemente S, urmată de șase elemente R. Structura stratului electronic exterior al elementelor corespunzătoare ale celei de-a doua și a treia perioade este, în consecință, similară. Astfel, la atomii de litiu și sodiu în stratul electronic exterior este un electron S, în atomii de azot și fosfor - doi electroni S și trei p-electroni etc. Cu alte cuvinte, cu o creștere a încărcării kernelului, structura electronică a straturilor electronice exterioare de atomi este repetată periodic. Mai jos vom vedea că acest lucru este valabil pentru elementele perioadelor ulterioare. Prin urmare, rezultă asta localizarea elementelor din sistemul periodic corespunde structurii electronice a atomilor lor. Dar structura electronică a atomilor este determinată de acuzația nucleelor \u200b\u200blor și, la rândul lor, determină proprietățile elementelor și compușilor acestora. Aceasta este esența dependenței periodice a proprietăților elementelor din acuzația atomilor lor exprimată prin lege periodică.
Continuați să luați în considerare structura electronică a atomilor. Ne-am oprit la atomul argonului, care este complet umplut cu 3S- și 3R-Sucks, dar rămân neocupați de toate orbitalele orbitale 3D. Cu toate acestea, următorul elemente de argon - potasiu (Z \u003d 19) și calciu (Z \u003d 20) - umplerea celui de-al treilea strat electronic este oprit temporar și stratul S-S-Syth S-Syth începe să formeze: structura electronică a Atomul de potasiu este exprimat prin 1s 2 2 2 2 p 6 3s 2 3p 6 4S 1, atom de calciu - 1s 2 2s 2 2 ps 6 3s 2 3p 6 4s 2 și următoarele scheme:
Motivul acestei secvențe de umplere a instalațiilor electronice de energie este după cum urmează. Așa cum s-a indicat în § 31, energia electronică într-o mulțime de atom de electroni este determinată de valorile nu numai a numărului principal, ci și al cantității orbitale. A existat, de asemenea, o secvență a localizării costurilor de energie care corespunde unei creșteri a energiei unui electron. Aceeași secvență este prezentată în fig. 22.
Așa cum este arătat Fig. 22, cerealele 4S se caracterizează printr-o energie inferioară decât substratul 3D, care este asociat cu o protecție mai puternică a d-electronilor în comparație cu electronii S. În conformitate cu aceasta, plasarea electronilor externi în atomii de potasiu și de calciu pe stâlpi 4S corespunde celei mai stabile stări ale acestor atomi.
Secvența de umplere a orbitelor electronice atomice, în funcție de importanța numerelor cuantice principale și orbitale, a fost investigată de către omul de știință Sovietic V. M. Klechkovsky, care a constatat că energia electronică crește ca o sumă a acestor două numere cuantice crește, adică. valori (n + l). În conformitate cu aceasta, acestea au fost formulate ca poziția următoare (prima regulă a clakovski): cu o creștere a încărcării nucleului atomului, umplerea secvențială a orbitelor electronice provine din orbite cu o valoare mai mică a cantității de numere cuantice principale și orbitale (N + L) la orbitele cu o valoare mare a acestei sume.
Structura electronică a atomilor de potasiu și de calciu corespunde acestei reguli. Într-adevăr, pentru orbalele 3D (n \u003d 3, l \u003d 2), suma (N + L) este de 5 și pentru orbitele de 4S (n \u003d 4, l \u003d 0) - egale cu 4. Prin urmare, ar trebui să fie 4S-SUBASEVELS umplut mai devreme decât substratul 3D, care se întâmplă de fapt.
Deci, atomul de calciu completează construcția de 4S-supremies. Cu toate acestea, atunci când treceți la elementul următor - Scandia (Z \u003d 21) - apare întrebarea: care dintre subsolurile cu aceeași cantitate (N + L) - 3D (n \u003d 3, l \u003d 2), 4p (n \u003d 4 , L \u003d 1) sau 5s (n \u003d 5, l \u003d 0) - trebuie umplute? Se pare că, cu aceleași cantități de cantitate (N + L), energia electronică este mai mare, cu atât este mai mare valoarea mai mare a numărului principal de cuantum n. Prin urmare, în astfel de cazuri, este determinată ordinea completării de către electroni de costume de energie a doua regulă a lui Clekkovsky, Prin care cu aceleași valori ale cantității (N + L), umplerea orbitalului are loc secvențial în direcția creșterii valorii numărului principal de cuantum n.
Smochin. 22. Secvența de umplere a suitei electronice de energie în atom.
În conformitate cu această regulă, în cazul (N + L) \u003d 5, substratul 3D (n \u003d 3) trebuie umplut, apoi substratul 4P (n \u003d 4) și, în final, substratul 5s (n \u003d 5) . La atomul de scandiu, prin urmare, ar trebui să înceapă umplerea orbitălor 3D, astfel încât structura sa electronică corespunde cu Formula 1 2 2 2 2P 6 3S 2 3P 6 3D 1 4S 2 * și schema:
Umplerea subsolurilor 3D continuă cu următoarele elemente de scanda - Titanium, vanadiu etc. - și se termină complet în zinc (Z \u003d 30), structura atomului care este exprimată de schemă
ceea ce corespunde cu 1s 2 2 3p 6 3p 6 3s 2 3p 6 34 4s 2 Formula 2.
* În formulele structurii electronice, este obișnuit să înregistrezi în mod mai întâi toate statele cu această valoare n și apoi să se mute în stări cu o valoare mai mare n. Prin urmare, procedura de înregistrare nu coincide întotdeauna cu procedura de umplere a curiozității energetice. Astfel, în înregistrarea formulei electronice a atomului de scandiu, substratul 3D a fost plasat anterior mai devreme decât substratul de 4s, deși aceste superturi sunt completate în secvență inversă.
Zece d-elemente, începând cu scandiu și terminând cu zinc, aparțin elementelor de tranziție. Caracteristica construcției de cochilii electronice ale acestor elemente în comparație cu elementele precedente (S- și P) este că atunci când se comută la fiecare element D ulterior, noul electron nu apare în exterior (n \u003d 4), dar în al doilea strat electronic (n \u003d 3). În acest sens, este important să rețineți că proprietățile chimice ale elementelor sunt determinate în primul rând de structura stratului electronic exterior al atomilor lor și numai într-o măsură mai mică depinde de structura straturilor electronice anterioare (interne). La atomii tuturor elementelor de tranziție, stratul electronic exterior este format din doi electroni S *; Prin urmare, proprietățile chimice ale elementelor D cu o creștere a numărului atomic sunt modificate nu la fel de ascuțite ca și proprietățile elementelor S și P. Toate elementele D aparțin metalelor, în timp ce umplerea unui substrat P-extern duce la o tranziție de la metal la non-metalia tipică și, în final, la un gaz nobil.
După umplerea electronilor 3D (n \u003d 3, l \u003d 2), în conformitate cu cea de-a doua regulă a grefierului, ocupă un cereale 4P (n \u003d 4, l \u003d 1), redimensionând astfel construcția stratului N . Acest proces începe la atomul de galiu (Z \u003d 31) și se termină la atomul de cripton (Z \u003d 36), structura electronică a cărei a fost exprimată cu 1s 2 2 2 2 3 3s 2 34 4s 2 4p 6 Formula 2. Ca și atomii de gaze nobile precedente - neon și argon, atomul criptonului este caracterizat printr-o structură electronică externă a stratului NS 2NP6, unde n este numărul principal cuantum (Neon - 2s 2 2p 6, argon - 3s 2 3p 6 , Crypton - 4s 2 4P 6).
Pornind de la rubidia, subleveluri de 5S umplute; Acest lucru corespunde, de asemenea, celei de-a doua reguli din Clachkovsky. Într-un atom de rubidiu (Z \u003d 37), o structură cu un electron S în stratul electronic exterior apare la metalul alcalin. Astfel, începe construcția unei noi a cincea perioadă a sistemului de elemente. În același timp, ca atunci când construiesc perioada a patra, aceasta rămâne nefolosită de substratul D al stratului electronic antisominat. Reamintim că în cel de-al patrulea strat electronic există deja un subline F, umpluturile din care în cea de-a cincea perioadă nu apare, de asemenea.
La atomul de stronțiu (Z \u003d 38), 5S 5S este ocupat de doi electroni, după care umple umplutura 4D, astfel încât următoarele zece elemente - de la ytriu (Z \u003d 39) la cadmiu (Z \u003d 48) - aparțin elemente D-elemente. Apoi, șase elemente P sunt situate din India până la gazul noble Xenon, care completează cea de-a cincea perioadă. Astfel, cea de-a patra și a cincea perioadă din structura lor sunt destul de asemănătoare.
* Există elemente D (de exemplu, cromul, molibdenul, elementele subgrupului de cupru), la atomii din care există un singur electron în stratul electronic extern. Motivele acestor abateri de la ordinea "normală" de completare a instalațiilor electronice de energie sunt luate în considerare la sfârșitul paragrafului.
Cea de-a șasea perioadă, ca și cele anterioare, începe cu două elemente S (Cesiu și Bariu), care completează umplerea orbitălor cu cantitatea (N + L), egală cu 6. Acum, în conformitate cu regulile Clakovsky, Substratul 4F (n \u003d 4, trebuie să fie umplut. L \u003d 3) cu suma (N + L), egală cu 7B și cu cea mai mică valoare posibilă a numărului principal cuantic. De fapt, Lanthan (Z \u003d 57), situat imediat după bariu, nu apare 4F, ci un electron 5D, astfel încât structura sa electronică să corespundă cu Formula 1s 2 2s 2 2P 6 3S 2 3P 6 3D 10 4s 2 4P 6 4D 10 5S 2 5P 6 5D 1 6S 2. Cu toate acestea, construcția elementului de ceriu (Z \u003d 58) începe într-adevăr să construiască un substrat 16F pe care singurul electron 5D, extins în atomul lantan; În conformitate cu aceasta, structura electronică a atomului de ceriu este exprimată cu 1S 2 2 2 2P 6 3P 6 3P 6 3P 6 4D 10 4P 6 4P 6 4D 10 4F 2 4P 6 4D 10 4f2 5s 2 5p 6 6s 2. Astfel, retragerea din cea de-a doua regulă a lui Clekkovski, care are loc în Lanthan, este temporară: începând cu ceriu, umplând în mod consecvent toate orbitele 4F-SUBLEVEL. Paisprezece lantanide situate în această parte a celei de-a șasea perioade aparțin elementelor f și sunt aproape de proprietăți la Lanthan. O caracteristică caracteristică a construirii cochilii electronice ale atomilor lor este că, în tranziția la elementul F ulterior, noul electron nu ocupă nici în exterior (n \u003d 6) și nu în precedentul (n \u003d 5), dar și mai profund Situat, al treilea strat electronic exterior (n \u003d 4).
Datorită absenței atomilor de lantanid, există diferențe semnificative în structura straturilor electronice externe și prefătate, toate lantanoidele prezintă o mare asemănare în proprietățile chimice.
Umplerea unei suite 5D, pornită în Lanthan, este reluată în Hafnia (Z \u003d 72) și se termină la Mercur (Z \u003d 80). După aceea, ca în perioadele anterioare, se află șase elemente P. Aici este o construcție a unui subevel 6P: începe la Thallium (Z \u003d 81) și se termină la gazul nobil al radonului (Z \u003d 86), care completează a șasea perioadă.
Al șaptelea, în timp ce perioada neterminată a sistemului element este construită în mod similar cu cea de-a șasea. După două elemente S (Franța și Radium) și un element D (acționând), 14 f elemente sunt situate aici, ale căror proprietăți prezintă proximitate cunoscută proprietăților actinului. Aceste elemente, începând cu toriu (Z \u003d 90) și terminând cu un element 103, sunt, de obicei, combinate sub denumirea generală a actinoidelor. Printre acestea - Mendeli (Z \u003d 101), obținut artificial de către fizicienii americani în 1955 și numit după D. I. Mendeleev. Direct în spatele actinoidelor este Kurchatov (Z \u003d 104) și elementul 105. Ambele aceste elemente sunt obținute artificial de către un grup de oameni de știință condus de academicianul N. Fleroov; Acestea aparțin elementelor D și sunt completate de partea cunoscută a sistemului periodic de elemente.
Distribuția electronilor pe niveluri de energie (straturi) în atomii tuturor elementelor chimice cunoscute este dată în sistemul periodic de elemente plasate la începutul cărții.
Secvența de umplere de către electroni de către electroni de nivele de energie și sub atomii este reprezentată schematic în fig. 23, exprimând grafic regulile Clachekovsky. Umplerea provine din valori sumă mai mici (n + l) la mare în ordinea specificată de săgeți. Este ușor de observat că această secvență coincide cu secvența de umplere a orbitelor atomice prezentate în fig. 22.
Smochin. 23. Schema secvenței de umplere a pilulelor de energie electronică în atom.
Smochin. 24. Dependența energiei electronilor de 4F și 5D de la acuzația zero Z.
Ar trebui să se țină cont de faptul că ultima schemă (precum și regulile Clekovski) nu reflectă caracteristicile private ale structurii electronice a atomilor anumitor elemente. De exemplu, în tranziția de la atomul de nichel (Z \u003d 28) la atomul de cupru (Z \u003d 29), numărul de electroni 3D nu crește unul, ci la o dată la două, în detrimentul "alunecuirii" a electronilor 4S la substratul 3D. Astfel, structura electronică a atomului de cupru este exprimată în Formula 1s 2 2s 2 2P 6 3S 2 3P 6 3D 10 4S 1. Un "Spock" similar al unui electron dintr-un Super S-D extern al stratului anterior apare în atomii analogilor de cupru - argint și aur. Acest fenomen este asociat cu creșterea stabilității energetice a structurilor electronice care se întâlnesc pe deplin angajate în subcins energetic (a se vedea § 34). Tranziția electronică în atomul de cupru cu sublevel de 4S pe substratul 3D (și tranzițiile similare în atomii de argint și aur) duce la formarea unui substrat D complet umplut și, prin urmare, se dovedește a fi beneficiu energetic.
Așa cum se va afișa în § 34, configurații electronice cu o jumătate de sinucidere (de exemplu, structurile care conțin trei electroni P în stratul exterior, cinci electroni D în stratul Forever sau o rețea de electroni F într-o singură strat profund situat). Aceasta explică "echipa" a unei electronii de 4S în atomul de crom (Z \u003d 24) pe un pric de 3D, ca rezultat al atomului de crom dobândește o structură electronică constantă (1s 2 2 2 2p 6 3s 2 3p 6 3D 5 4S 1) cu exact jumătate umplut cu substantie 3D; O perioadă similară de electronă de 5s pe un stâlp 4D are loc în atomul de molibden (Z \u003d 42).
Încălcările menționate mai sus ale ordinii "normale" de umplere a stărilor energetice din atomii de lantan (apariția electronilor 5D și nu 4f) și ceriu (apariția a doi electroni 4F) și caracteristici similare în Construcția structurilor electronice de atomi din cele șaptea elemente de perioadă sunt explicate după cum urmează. Cu o creștere a încărcării kernelului, atracția electrostatică la miezul electronic, care este în acest stil de energie, devine mai puternică, iar energia electronică scade.
În același timp, energia electronilor, care se află pe diverse subeveluri, schimbă inegal, deoarece în ceea ce privește acești electroni, încărcătura nucleului este protejată la diferite grade. În special, energia electronilor de 4F scade odată cu creșterea încărcării kernelului mai dramatic decât energia electronilor 5D (vezi figura 24). Prin urmare, se pare că lantanne (Z \u003d 57) Energia electronică 5D este mai mică, iar cerea (Z \u003d 58) este mai mare decât energia electronilor de 4f. În conformitate cu aceasta, electronul, care a fost în Lantan pe un Superr 5D, se deplasează la ceriu la substratul 4F.
| <<< Назад
|
Înainte \u003e\u003e\u003e |
În atomi conform statelor
Dacă particulele identice au aceleași numere cuantice, funcția de undă este simetrică față de permutarea particulelor. Rezultă că două fermion identice incluse într-un singur sistem nu pot fi în aceleași state, deoarece pentru fermioane, funcția de undă trebuie să fie antizimetrică. Rezumând datele cu experiență, V. Pauli a formulat principiul conform căruia sistemele de fermecare se găsesc numai în condițiile descrise de funcțiile de val antisimetrice (formularea cuantică mecanică a principiului Pauli).
Din această situație, există o formulă mai simplă a principiului Pauli, care a fost introdusă într-o teorie cuantică (1925) înainte de a construi mecanicii cuantice: în sistemul de fermori identici, oricare dintre cei doi nu pot fi simultan în aceeași stare. Rețineți că numărul bosonilor de tip în aceeași stare nu este limitat.
Amintiți-vă că starea electronului din atom este determinată în mod unic de un set de patru numere cuantice:
principalul N (n \u003d 1, 2, 3, ...),
orbital. l. (l. \u003d 0, 1, 2, ..., n-1),
magnetic M. L.(M. L. = - l., .... - 1, 0, +1, ..., + l.),
spinul magnetic (M S \u003d + 1/2, - 1/2).
Distribuția electronilor în atom se supune principiului Pauli, care poate fi folosit în formularea sa simplă: în același atom nu poate exista mai mult de un electron cu același set de patru numere cuantice n , L,m. L.și m s, t. e.
unde z (n, L., M. L., M S) - numărul de electroni în stare cuantică, descris de un set de patru numere cuantice: n , L,m. L., M s. În mod, principiul Pauli susține că doi electroni asociați în același atom diferă de valorile a cel puțin unui număr cuantum.
Conform formulei (223.8), acest N interfețe 2 diverse stări care diferă în valori l. si m. L.. Numărul cuantum M. , pot lua doar două valori (± 1/2).
Prin urmare, numărul maxim de electroni din statele determinate de acest număr cuantum principal este egal
Combinația de electroni într-un atom multi-electronic având același număr de cuantum principal , numită carcasă electronică. În fiecare dintre cochilii, electronii sunt distribuiți peste subordonele corespunzătoare acestui lucru l.. Incepand de la. Numărul cuantum licitat are valori de la 0 la N-1, numărul de subsene este egal cu numărul de secvență al Nobolochka. Numărul de electroni din suburbii este determinat de numerele cuantice magnetice și magnetice: numărul maxim de electroni din submarin cu datele l. Egal 2 (2 l. + 1). Denumirile de cochilii, precum și distribuția electronilor prin cochilii și subcomisii sunt prezentate în tabel. 6.
Tabelul 6.
Sistem periodic de elemente
Mendeleev.
Principiul Powli care stă la baza sistematicii de umplere a stărilor de electroni în atomi permite explicarea sistemului periodic de elemente D. I. Mendeleev (1869) - legea fundamentalănatura, care este baza chimiei moderne, a fizicii atomice și nucleare.
D. I. Mendeleev a introdus conceptul de număr de secvență al elementului chimic Z egal cu numărul de protoni din kernel și, în consecință, numărul total de electroni din carcasa electronică a atomului. Prin plasarea elementelor chimice ca număr de numere ordinale, a primit frecvența în schimbarea proprietăților chimice ale elementelor. Cu toate acestea, pentru cei cunoscuți în acel moment, 64 de elemente chimice, unele celule de masă s-au dovedit a fi goale, deoarece elementele corespunzătoare acestora (de exemplu, GA, SE, GE) nu au fost încă cunoscute. D. I. Mendeleev, prin urmare, nu numai poziționarea elementelor bine cunoscute, ci și a prezis existența unor elemente noi, încă și deschise și a proprietăților lor de bază. În plus, D. I. Mendeleev a reușit să clarifice greutățile atomice ale unor elemente. De exemplu, greutățile atomice sunt și u, calculate pe baza tabelului Mendeleev, s-au dovedit a fi corecte și obținute anterior eronate experimental.
Deoarece substanțele chimice și unele proprietăți fizice ale elementelor sunt explicate prin electroni externi (valenți) în atomi, frecvența proprietăților elementelor chimice ar trebui asociată cu o anumită periodicitate în locația electronilor în atomi. Prin urmare, pentru a explica tabelul, presupunem că fiecare element ulterior este format din adăugarea anterioară la kernelul unui proton și, în funcție de adăugarea unui electron în teaca de electroni a atomului. Interacțiunea electronică neglijează, aducând acolo unde este necesar, amendamente adecvate. Luați în considerare atomii elementelor chimice care sunt în principal stau.
Singurul electron al atomului de hidrogen este în stare 1S. , caracterizat prin numere cuantice n \u003d 1, l. \u003d 0, m L. \u003d 0 și m s \u003d ± 1/2 (orientarea spatelui său este arbitrară). Atât atomul de electroni, nu sunt în 1s , dar cu orientare anti-paralelă de referință. Configurația electronică pentru un atom nu este scrisă ca 1s 2 (Două electroni de 1s). Atomul nu se încheie cu umplutura K-Shell, care corespunde finalizării primei perioade a sistemului periodic al elementelor Mendeleev (Tabelul 7).
Cel de-al treilea electron al atomului Li (Z \u003d 3), conform principiului Pauli, nu mai poate fi localizat în întregul umplut cu A-Shell și ocupă cea mai mică stare de energie cu n \u003d 2 (L-shell), adică 2S-State. O configurație electronică pentru un atom Li: 1s 2 2s. Li începe a doua perioadă a sistemului periodic de elemente. Cel de-al patrulea electron B (Z \u003d 4) se termină umplerea submarinului 2S. Următoarele șase elemente din (2 \u003d 5) până la NE (Z \u003d 10) umple submarinul 2P (Tabelul 7). Perioada II a sistemului periodic se încheie cu gazul inert pentru care submarinul este umplut cu un 2rzelik.
Cel de-al unsprezecelea electron Na (Z \u003d 11) este plasat în m-shell (n \u003d 3), ocupând cea mai mică stare de 3s. Configurația electronică are apariția de 1s 2 2 2 2p 6 3s.cs-electron (de asemenea Deoarece 2S Elsctrone Li) este un electron de valență, prin urmare, proprietățile optice ale NA sunt similare cu proprietățile Li. Cu Z \u003d 12 există o umplutură consistentă a m-shell-ului. AG (Z \u003d 18) se dovedește a fi similar cu Ne: În carcasa sa exterioară, toate s-urile s-și P sunt umplute. Ah este inert chimic și completează perioada III a sistemului periodic.
Cel de-al nouăsprezecelea Electron K (Z \u003d 19) ar trebui să ia starea ZD în m-shell. Cu toate acestea, în relațiile optice și în relațiile chimice, atomul la similare cu atomii Li și NA, care au un electron extern de valență în S-State. Prin urmare, al 19-lea Valence Electron K ar trebui, de asemenea, să fie în S-State, dar poate fi doar starea S de o coajă nouă (n-shell), adică umplerea n-shell pentru k începe cu un m goale -coajă. Aceasta înseamnă că, ca urmare a interacțiunii de electroni, starea n \u003d 4, l.\u003d 0 și mai puțină energie decât starea n \u003d 3, l.\u003d Proprietățile spectroscopice și chimice ale CA (Z \u003d 20) arată că cel de-al 20-lea electron este, de asemenea, în starea 4S a n-shell-ului. În elementele ulterioare, m-shell este umplut (de la SC (Z \u003d 21) până la Zn (Z \u003d 30)). Următorul n-shell este umplut la kg (z \u003d 36), care din nou, ca în cazul NE și AG, S - Și starea P-a carcasei exterioare este umplută în întregime. Crypton încheie perioada IV a sistemului periodic. Argumentele similare se aplică celorlalte elemente ale tabelului Mendeleev, cu toate acestea, aceste date pot fi găsite în cărțile de referință. Noi remarcăm doar că elementele inițiale ale perioadelor RB ulterioare, CS, FR sunt metale alcaline, iar ultimul lor electron este în S-State. În plus, atomii de gaze inerte (nu, NE, la, kg, x, rn) ocupă o poziție specială în tabel - în fiecare dintre ele S- și P-starea carcasei exterioare sunt complet umplute și următoarea periodică Perioadele periodice sunt finalizate.
| PE | Z. | Element | K. | L. | M. | N. | Perioadă | Z. | Element | K. | L. | M. | N. | ||||||||||||
| 1s. | 2s. | 2p. | 3s. | 3p. | 3D. | 4s. | 4p. | 4d. | 4f. | 1s. | 2s. | 2p. | 3s. | 3p. | 3D. | 4s. | 4p. | 4d. | 4f. | ||||||
| H el. | IV. | K CA SC TI V CR MN FE CO NI | - - | ||||||||||||||||||||||
| III. | Na vg al si p s cl | Cu Zn GE GE ca Se br kr |
Tabelul 7.
Fiecare dintre cele două grupe de elemente - lantanide (de la Lanthan (Z \u003d 57) la lutecția (Z \u003d 71)) și actinidele (din Actinia (Z \u003d 89) la Laurerencia (Z \u003d 103)) - trebuie să puneți unul Tabelul celular, deoarece proprietățile chimice ale elementelor din aceste grupuri sunt foarte apropiate. Acest lucru se explică prin faptul că pentru lantanidele care umple submarinul 4F, care poate conține 14 electroni, începe numai după submarinul 5S, 5P și 6 sunt complet umplute . Prin urmare, pentru aceste elemente, p-shell-ul exterior (6s 2) se dovedește a fi același. În mod similar, același pentru actinidele este Q-Shell (7S2).
Astfel, periodicitatea în proprietățile chimice ale elementelor este expandabilă în proprietățile chimice ale elementelor din structura cochililor exteriori în atomii elementelor asociate. Astfel, gazele inerte au aceleași cochilii exterioare de 8 electroni (plini de s- și P); În carcasa exterioară a metalelor alcaline (Li, Na, K, RB, CS, FR) Există doar un singur electron; În carcasa exterioară a metalelor de pământ alcalin (Be, MG, CA, SR, BA, RA) Există doi electroni S; Haloids (F, C1, VG, I, AT) au cochilii externi în care un electron lipsit de o coajă de gaz inert etc.
Spectrele cu raze X
Un rol important în găsirea structurii atomului, și anume distribuția electronilor de către cochilii, a jucat radiații, deschise în 1895 de către fizicianul german V. X-ray (1845-1923) și numit X-Ray. Cea mai obișnuită sursă de radiație cu raze X este un tub de raze X, în care electronii sunt foarte accelerați de un câmp electric bombardează anodul (țintă metalică a metalelor grele, cum ar fi W sau PT), testarea frânării ascuțite pe ea. În același timp, apare radiația cu raze X, care este undele electromagnetice cu o lungime de undă de aproximativ 10 12 -10 -8 m. Valul radiației cu raze X este dovedit de experimente pe difracția sa, discutate în § 182.
Studiul compoziției spectrale a radiației cu raze X arată că spectrul său are o structură complexă (figura 306) și depinde atât de energia electronică cât și de materialul anodic. Spectrul este impunerea unui spectru solid, delimitată de lungimi de undă scurte de către o anumită limită L Min, numită limita spectrului solid și spectrul de linie - setul de linii individuale care apar pe fundalul unui spectru solid.
Studiile au arătat că natura spectrului solid este complet independentă de materialul anodului, dar este determinată numai de energia anodului de bombardare a electronilor. Un studiu detaliat al proprietăților acestei radiații a arătat că este emis de anodul de bombardament de către electroni ca urmare a frânării lor atunci când interacționează cu atomii țintă. Un spectru solid cu raze X este, prin urmare, numit spectrul de frână. Această concluzie este în armonie cu teoria clasică a radiațiilor, deoarece atunci când ar apărea cu adevărat radiațiile cu un spectru solid.
Din teoria clasică, totuși, nu respectă existența unei limite de undă scurtă a unui spectru solid. Din experimente rezultă că cu atât este mai mare energia cinetică a electronilor care provoacă frânarea radiațiilor cu raze X, cu atât mai puțin l min. Această circumstanță, precum și prezența frontierei în sine, se explică prin teoria cuantică. Este evident că energia limită a cuantumului corespunde acestui caz de frânare, în care toată energia electronică cinetică intră în energia cuanticului, adică.
În cazul în care U este diferența potențială, în detrimentul căruia electronul este raportat la ENERGY E MAX, V MAX - frecvența corespunzătoare limitei spectrului solid. Prin urmare, lungimea de undă de graniță
ceea ce respectă pe deplin datele experimentale. Măsurarea limitei spectrului solid cu raze X, conform formulei (229.1), puteți determina valoarea experimentală a plăcii constante h,care coincide cel mai precis cu datele moderne.
Cu o energie suficient de mare a anodului de bombardare a electronilor pe fundalul unui spectru solid, apar linii ascuțite separate - un spectru de cărți, determinat de materialul anodic și numit spectrul de raze X caracteristice (radiații).
Comparativ cu spectrele optice, spectrele caracteristice cu raze X ale elementelor sunt complet de același tip și constau din mai multe episoade, denotate la, L, M, N și O . Fiecare serie, la rândul său, conține un mic set de linii individuale, notate în ordinea descrescătoare a lungimilor de undă prin indicele A, B, G, G, G, G, la G, .... L A, L B, L G ,. ..). Atunci când se deplasează de la elementele luminoase la severe, structura spectrului caracteristic nu se schimbă, numai întregul spectru se schimbă spre valuri scurte. Particularitatea acestor spectre este că atomii fiecărui element chimic, indiferent dacă sunt în stare liberă sau sunt incluși în compusul chimic, au o anumită radiație caracteristică inerentă acestui element. Deci, dacă anodul constă din mai multe elemente, atunci radiația cu raze X caracteristice este impunerea spectrelor acestor elemente.
Considerarea structurii și a caracteristicilor spectrelor de raze X caracteristice conduce la concluzia că apariția lor este asociată cu procesele care apar în cochilii electronice interne, construite de atomi care au o structură similară.
Vom analiza mecanismul apariției seriei de raze X, care este prezentată schematic în fig. 307.
Să presupunem că sub influența unui electron extern sau a unui foton de mare energie, unul dintre cei doi electroni ai unei cochilii IT a unui atom este rupt. Apoi, electronul poate fi mutat în locul său, cu scoici mai îndepărtați L, M, N, ... astfel de tranziții sunt însoțite de emisia de cantități de raze X și de apariția unor linii spectrale ale seriei K: la A (L ®K), la B (M® K), la G (N®K), etc. Linia de undă mai lungă K seria K este linia la a . Frecvențele liniilor cresc în rândul la un ®K B ®K G, deoarece energia eliberată în timpul tranziției electronului la k-shell cu scoici mai îndepărtate crește. Dimpotrivă, intensitatea liniilor dintr-un rând la un ®KB ® G scade, deoarece probabilitatea de tranziții de electroni de la L-shell de pe carcasa K este mai mare decât cu mai multe cochilii de la distanță M și N. K- Schițarea în mod necesar de alte serii, deoarece relațiile sale se găsesc locurile vacante în cochilii L, M, ..., care vor fi umplute cu electroni situați la niveluri mai înalte.
În mod similar, există și alte serii observate, totuși, numai pentru elemente grele. Liniile de radiații caracteristice considerate pot avea o structură subțire, deoarece nivelurile determinate de numărul cuantic principal sunt scindate în funcție de valorile numerelor cuantice orbitale și magnetice.
Explorarea spectrelor de raze X ale elementelor, fizicianul englez al MOSLI (1887-1915) înființat în 1913 raportul, numit Legea MOSLI:
(229.2)
unde V este frecvența corespunzătoare acestei linii a radiației cu raze X caracteristice, Radberg constant, ecranare constantă, m \u003d 1,2, 3, ... (determină seria de raze X), NIMS valorile întregi De la +1 (determină linia de valoare separată a seriei corespunzătoare). Legea lui Moslos (229.2) este similară cu formula generalizată de Balmer (209,3) pentru atomul de hidrogen.
Semnificația protecției constante este că un electron, ceea ce face o tranziție corespunzătoare unor Pinian, nu este valabilă Ze.și taxa (z - s) e , slăbită de efectul de protecție al altor electroni. De exemplu, pentru o linie s = 1, iar legea lui Moslos va fi înregistrată în formular
Numărul principal cuantic, n -determină energia electronică și dimensiunea orbitelor electronice, primește valori discrete:
n. = 1, 2, 3, 4, 5, . . . . . , +∞.
Energia electronică depinde de distanța dintre electron și nucleu: electronul este mai aproape, cu atât mai puțină energie care este definită ca E. \u003d -13,6, EV, unde n. - Numărul principal de cuantum.
Electronii din atom pot fi numai în statele cuantice definitecare corespunde specificvalorile energiei sale de comunicare cu kernelul. Transformarea electronică de la o stare cuantică la alta este conectată cu hopping Schimbarea energiei. Prin urmare, nivelurile de energie și comunicarea energetică cu numărul principal cuantic n. pot fi depuse de schemă (figura 2.1).
 |
Smochin. 2.1.. Diagrama nivelului energetic și conexiunea de energie
cu numărul principal cuantic
În acest fel, n. Caracterizează electronul aparținând unui singur nivel de energie și, în consecință, mărimea orbitalului.
Număr cuantum orbital, ℓ n(ℓ ) determină forma orbitală (mai precis simetria), caracterizează componenta de rotație a mișcării electronice. Forma diferită de nori electroni este cauzată de o schimbare a unei energii electronice la un nivel de energie, adică divizarea pe panta.
Norul electronic este reprezentat în moduri diferite, dar mai des ca suprafața de frontieră În care se află cea mai mare parte a norului (~ 95%).
Numărul cuantum orbital poate varia în cadrul: ℓ N. = 0, 1, . . . , (n. – 1), Unde n. - Numărul principal de cuantum. În plus față de valorile numerice, este posibilă o desemnare alfabetică a numărului cuantum orbital: s, P, D, F . Dacă legați valoarea numerică a numărului cuantum orbital cu litera și imaginea spațială, informațiile vor fi prezentate ca tabel (Tabelul 2.2). Forma sferică a norului electronic este caracterizată de valoarea minimă a energiei ( ℓ N. \u003d 0), iar acest nor este indicat ca s. -Orbital, etc.
Tabelul 2.2.
Valorile numărului cuantum orbital și
imaginea spațială a orbitalului
| O imagine a orbitalului |  |   | ||
| Valoare ℓ N. | ||||
| Litere Notație | s. | p. | d. | f. |
Evident, cu asta n. Numărul cuantum orbital ia o serie de valori, adică. În cadrul unui nivel de energie, este posibilă prezența diferitelor forme de orbale. Relația numerelor cuantice orbitale și principale este prezentată
 |
Diagrama energiei (figura 2.2).
Smochin. 2.2.Diagrama energetică a nivelurilor și a subsolurilor în atomii multielectronici (relația dintre numerele orbitale și principalele cuantice)
Pentru primul nivel de energie, este posibilă singura valoare. ℓ N. și este zero, adică Forma orbită este sferică. Să se refere la starea unui electron pentru care n.\u003d 1 I. ℓ N. \u003d 0, înregistrarea înregistrată 1 s. (Tabelul 2.3).
Cu tranziția la al doilea nivel de energie ( n.=2), ℓ N. Are valori 0 și 1, prin urmare, starea 2 poate fi posibilă. s. și 2. p.; Încheiem cu privire la posibilitatea existenței a două tipuri de forme de orbite etc.
Tabelul 2.3.
Valoarea și relația numerelor cuantice orbitale și principale, desemnarea subrevelilor
| Nr. | N. | Valoare ℓ N. | Desemnarea de curios |
| I. | n.=1 | 1 s. | |
| II. | n.=2 | 2 s. 2 p. | |
| III. | n.=3 | 3 s. 3 p. 3 d. | |
| IV. | n.=4 | 4 s. 4 p. 4 d. 4 f. |
Astfel, valori diferite ℓ N. În atomii multielectronic, acestea caracterizează costume de energie în cadrul fiecărui nivel de energie și energia s. -, p. -, d. -, f. - Sublevel crește în mod constant.
Cantitatea de subrevelde la acest nivel corespunde numărului de nivel. Fiecare nivel ulterior conține tot felul de supreme plus unul.
Număr cuantic magnetic, M ℓ, caracterizează orientarea spațială a nori electronici (determină valoarea proiecției momentului orbital al cantității de mișcare pe direcția selectată).
Număr cuantic magnetic m ℓ. Pentru un anumit sens ℓ N. ia un set de valori de la – ℓ N., ... ,0, …, + ℓ N.. Acestea. Forma specifică a norului electronic este orbitală, în spațiu orientat strict într-un anumit mod.
Pentru ℓ N. \u003d 0, forma sferică orbitală ( s.- Sorbital) și în spațiu pot fi orientate singura modalitate, prin urmare, numărul cuantic magnetic M ℓ. poate lua singura valoare egală cu 0.
Locul de amplasare a norului electronic de dumbbell ( p-orbital) în spațiu este posibilă în trei moduri, prin urmare, un număr cuantic magnetic m ℓ. pot lua trei valori egale cu -1; 0; +1.
Luând pentru simbolul orbitalului, relația dintre ℓ N. și M ℓ. puteți să arătați sub formă de masă. 2.4.
Tabelul 2.4.
Distribuirea orbitălor asupra subsolurilor
| ℓ N. | m ℓ. | Numărul de orbite |
| 0 (s.) | 1 | |
| 1 (p.) | -1 0 +1 | 3 |
| 2 (d.) | -2 -1 0 +1 +2 |  5
|
| 3 (f.) | -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 | 7 |
De la masă este clar că s.-provina are un orbital, p.-Provere - trei orbitani, d.-provine - cinci orbite, f.-provina are șapte orbite (figura 2.3). Fiecare astfel de orbital se caracterizează printr-o anumită combinație de numere cuantice. n, ℓ n și m ℓ.
 |
Smochin. 2.3.. Diagrama energetică a nivelurilor și a subsolurilor în atomii multielectronici (relația numerelor cuantice principale, orbitale și magnetice)
Rotiți numărul cuantum, M S.Electronul are propriul moment magnetic datorită spatelui său. Proiecția în spațiu poate avea un semn pozitiv sau negativ. Dacă este indicat electronul , valoare dOMNIȘOARĂ. =+½. Dacă este indicat electronul ↓ Apoi valoarea dOMNIȘOARĂ. = – ½.
Astfel, combinația dintre poziția electronului din atom este caracterizată de anumite valori ale numerelor cuantice. Ele determină rotirea, energia electronică, volumul și forma spațiului din apropierea kernelului, în care este probabil șederea sa.
De exemplu, Electronul prezentat mai jos este caracterizat prin următorul set de numere cuantice: n. = 5; ℓ N. =3; m ℓ. = -1; dOMNIȘOARĂ. = – ½.
 |
Acestea. Acest electron este situat la 5 nivele de energie, d. -Porovna. Electronul ocupă cel de-al doilea orbital și este denotat ↓.
În tranziția unui atom dintr-o stare cuantică la alta, se produce reglarea norului electronic, ceea ce înseamnă că valorile numerelor cuantice sunt modificate:
Starea electronilor din atom este responsabilă principiul Powli:nu pot exista doi electroni în atom care ar fi aceleași patru numere cuantice. Principiul Pauli limitează numărul de electroni care posedă o anumită valoare a numărului principal cuantic n. : în cazul în care un n.\u003d 1, numărul de electroni este 2; în cazul în care un n.\u003d 2, numărul de electroni 8, etc. Prin urmare, doi electroni pot ocupa un orbital dacă au rotiri opuse. Doi electroni situați pe aceleași orbite sunt numite pereche. Sparnoelectronii sunt electroni cu spate opus (anti-paralel).
Când se completează curiozitatea de energie, se observă hund Regula: În acest supro, electronii încearcă să ocupe state energetice în așa fel încât rotirea totală să fie maximă.
de exemplu, electronii de valență atomi 6 sunt: \u200b\u200b2 s. 2 2p. 2. Definim ce locație a electronilor p-sloverele întâlnește starea durabilă. Pentru aceasta, conform regula Hund. calculați valoarea absolută a rotirii totale pentru două opțiuni pentru localizarea electronilor prezentați mai jos.
|
|
Pentru caz dar | 1/2 - 1/2 | \u003d 0 I. b. |1/2 + 1/2| = 1.
Valoarea maximă a valorii rotirii totale este caracterizată de stat B, aceasta corespunde starea de echilibru a atomului de 6 C.
- Număr: Tema Lecției: numere cuantice. Powli Principiu, guvern, reguli Clakovsky. Provocări de decontare (definirea structurii atomilor de elemente chimice. Plasarea electronilor pe niveluri de energie și orbite, configurații electronice de atomi și ioni). Scopul lecției: formarea elevilor pe structura unei cochilii electronice a atomului pe exemplul elementelor chimice de 1-3 perioade periodice periodice. Asigurați conceptele de "lege periodică" și "sistem periodic".
1. Principiul POWLI. În Atom, nu pot exista doi electroni, în care valorile tuturor numerelor cuantice (N, L, M, S) ar fi aceleași, adică. Fiecare orbital poate conține nu mai mult de doi electroni (cu rotiri opuse).
2. Norma Clekkovski (principiul cel mai puțin de energie). În starea de bază, fiecare electron este situat astfel încât energia săi să fie minimă. Cu cât este mai mică suma (n + l), cu atât mai puțin energia orbitei. Pentru o valoare dată (N + L), cea mai mică energie are un orbital cu mai puțin n. Energia orbitării crește într-o serie:
3. Hund regulă. Atomul trebuie să aibă cel mai mare număr posibil de electroni neplătiți într-o anumită subevel.
Înregistrarea care reflectă distribuția electronilor în atomul elementului chimic pentru nivelurile de energie și substrații se numește configurația electronică a acestui atom. Practic (neașteptat) starea atomului, toți electronii satisfac principiul energiei minime. Aceasta înseamnă că superturile sunt umplute mai întâi pentru care:
1) Numărul cuantic principal N este minim;
2) în interiorul nivelului este mai întâi umplut cu S-, apoi p- și numai atunci D-substratul;
3) se produce umplerea, astfel încât (N + L) să fie minimă (regulă clakovsky);
4) În cadrul unui singur, electronii substații sunt aranjați astfel încât rotirea totală să fie maximă, adică. conține cel mai mare număr de electroni nepermanzi (regulă hinda).
5) La umplerea orbalelor atomice, se efectuează principiul Pauli. Consecința este că nivelul de energie cu numărul n poate aparține nu mai mult de 2n 2 electroni situați pe costumele N 2.
Cesiu (CS) este în 6 perioade, 55 de electroni (numărul 55 secvență 55) sunt distribuite prin 6 nivele de energie și rafinăria acestora. Tăiere secvenţă umplerea electronilor de orbale primim:
55 CS 1S 2 2 2 2 2P 6 3S 2 3P 6 4S 2 4P 6 4D 10 5s 2 5p 6 5d 10 6s 1
PRINCIMUL PAULI REGULA GEND REGULAMENT CLAKOVSKY
Fundamentele structurii substanței
Capitolul 3. Atomi multi-electronici
Soluția exactă a ecuației Schrödinger poate fi găsită numai în cazuri rare, de exemplu, pentru atomul de hidrogen și ioni ipotetic cu un electron, cum ar fi He +, Li 2+, este 3+. Atomul următorului element de hidrogen este heliu - constă dintr-un kernel și doi electroni, fiecare dintre acestea fiind atrasă de ambele nuclee și este respinsă de la un alt electron. În acest caz, ecuația valului nu are o soluție exactă.
Prin urmare, diferite metode aproximative au o importanță deosebită. Folosind astfel de metode, a fost posibilă stabilirea structurii electronice a atomilor tuturor elementelor cunoscute. Aceste calcule arată că orbalele în atomii cu mai multe electronice nu sunt foarte diferite de atomul de hidrogen orbital (aceste orbitale se numește hidrogen). Principala diferență este o anumită comprimare a orbitelor datorită încărcării mai mari a kernelului. În plus, pentru atomii multi-electronici au descoperit că pentru toată lumea nivel de energie (Cu această valoare a numărului principal cuantic n.) împărțirea lui prag. Energia electronică depinde nu numai de n., dar și din numărul cuantum orbital l.. Crește în rând s.-, p.-, d.-, f.-Evitali (Fig.7).
Pentru nivelurile ridicate ale energiei, diferențele în energia subrevelului sunt suficient de mari, astfel încât un nivel să poată pătrunde în altul, de exemplu
6s. 2 2s. 2 2p. 6 3s. 2 3p. 6. Numărul de electroni de pe liniile orbitale ale acestui substrat este indicat în indicele superior din partea dreaptă a literei, de exemplu 3 d. 5 este de 5 electroni cu 3 d.-Porovna.
Pentru o înregistrare scurtă a unei configurații de electroni atomi în loc de orbite, se înregistrează uneori un simbol de gaz nobil cu o formulă electronică adecvată.
De exemplu, formula electronică a atomului de clor 1 s. 2 2s. 2 2p. 6 3s. 2 3p. 5 sau 3 s. 2 3p. cinci. Parantezele au efectuat electroni de valență implicați în formarea de obligațiuni chimice.
Pentru perioade mari (în special a șasea și a șaptea), construcția de configurații electronice de atomi are mai mult complexă. De exemplu, 4. f.-Electron nu apare în atomul de lantanne, ci în atomul următorului ceriu din spatele lui. Umplerea secvențială 4. f.-Producerea este întreruptă în atomul de gadoliniu, unde sunt 5 d.-Electron.
PRINCIMUL PAULI REGULA GEND REGULAMENT CLAKOVSKY
Mai ales stabil, de asemenea, complet umplut d.-Probel, prin urmare, configurația electronică a electronilor de valență de atomi de cupru, argint și aur (Grupul IB) ( n.−1)d. 10 nS. 1 se va potrivi cu energie mai mică decât ( n.−1)d. 9 nS. 2 .
Toate elementele sunt împărțite în patru tipuri.:
1. Atomii s-Elemente S-Shells de strat exterior NS sunt umplute. Acestea sunt primele două elemente ale fiecărei perioade.
2. atomi p-elemente Electronii sunt umpluți cu p-coajă de nivel de nivel extern NP. Acestea includ ultimele 6 elemente ale fiecărei perioade (cu excepția primului și al șaptelea).
3. U. d-elemente Umplut de electroni D-suită a celui de-al doilea nivel (n-1) d. Acestea sunt elementele decenii decenii de perioade mari situate între elementele S și P.
4. U. f-elemente Umplut de electroni F-subruptiv al treilea nivel extern (N-2) F. Acestea sunt lantanoide și actinoide.
Modificări ale proprietăților de bază acide ale conexiunilor elementelor pe grupări și perioade de sistem periodice (Schema Kosselului)
Pentru a explica natura modificărilor în proprietățile bazei acide ale compușilor elementelor Kossel (Germania, 1923), propuse să utilizeze o schemă simplă bazată pe presupunerea că există o conexiune pur ionă în molecule și are loc interacțiunea Coulomb între ioni. Schema Kossel descrie proprietățile de bază acide ale compușilor care conțin conexiuni E-N și E-O-H, în funcție de încărcarea kernelului și a razei elementului de formare.
Schema cosser pentru două hidroxizi de metal (pentru moleculele de la LiOH și KOH) este prezentată în fig. 6.2. După cum se poate observa din schema depusă, raza Li Ion + este mai mică decât raza ionului la + și este un grup, grupul este mai puternic cu ionul de litiu decât cu ionul de potasiu. Ca rezultat, va fi mai ușor să se disocieze în soluție, iar proprietățile de bază ale hidroxidului de potasiu vor fi exprimate mai puternice. Sistemul periodic de elemente este o imagine grafică a unei legi periodice și reflectă structura atomilor elementelor
"Numerele cuantice. Powli Principiu, guvern, reguli Clakovsky. Sarcini de decontare (definirea structurii atomilor de elemente chimice. Plasarea electronilor pe niveluri de energie și orbitală, configurații electronice de atomi și ioni). "
Grăbește-te pentru a profita de până la 60% pentru cursurile Infourok
Număr:
Tema Lecția: Numere cuantice. Powli Principiu, guvern, reguli Clakovsky. Sarcini de decontare ( determinarea structurii atomilor de elemente chimice. Plasarea electronilor pentru nivele de energie și orbale, configurații electronice de atomi și ioni).
Scopul lecției: formarea elevilor pe structura unei cochilii electronice a atomului pe exemplul elementelor chimice de 1-3 perioade periodice periodice. Asigurați conceptele de "lege periodică" și "sistem periodic".
Lecția de sarcini: Pentru a afla cum să realizați formule electronice de atomi, pentru a determina elementele prin formulele lor electronice, pentru a determina compoziția atomului.
Echipament: Sistem periodic de elemente chimice d.I. Mendeleev, Cool Board, Proiector multimedia, Computer Personal, Layout și Prezentare "Compilarea formulelor electronice pentru structura atomilor."
Tipul lecției: combinate
Metode: Senzual, vizual.
I. Momentul organizatoric.
Salut. Marcajul lipsă. Activarea unei clase pentru asimilarea unui nou subiect.
Profesorul salută și înregistrează subiectul lecției la bord "Structura unei cochilii electronice a atomului".
II. Explicarea noului material
Profesor: Structura cochililor electronici de atomi are un rol important pentru chimie, deoarece este electronii care determină proprietățile chimice ale substanțelor. Cea mai importantă caracteristică a mișcării electronice pe un anumit orbital este energia conexiunii sale cu miezul. Electronii din atom diferă într-o anumită energie și, după cum arată experimentele, unele sunt mai puternice pentru ca kernelul este mai puternic, alții sunt mai slabi. Acest lucru este explicat prin distanța electronilor de la kernel. Cu cât electronii mai apropiați de kernel, cu atât este mai mare conexiunea cu miezul, dar sursa de energie mai mică. Pe măsură ce atomul este îndepărtat din nucleu, puterea atracției electronice la kernel este redusă, iar alimentarea cu energie crește. Așa forma straturile electronice într-un atom electronic de coajă. Electroni cu valori de energie strânse formează un singur strat electronic sau energie nivel . Energia electronilor din atom și nivelul de energie este determinată de numărul principal de cuantum n. și ia valorile întregi de 1, 2, 3, 4, 5, 6 și 7. Cu cât este mai mare valoarea N, cu atât este mai mare energia electronică din atom. Numărul maxim de electroni care pot fi pe un nivel de energie sau un nivel diferit este determinat prin formula:
Unde N. - numărul maxim de electroni la nivel;
n. - Numărul nivelului de energie.
Sa stabilit că nu mai mult de doi electroni se află pe prima coajă, pe cea de-a doua - nu mai mult de opt, pe cea de-a treia - nu mai mult de 18, la al patrulea - nu mai mult de 32. Completarea mai multor cochilii mai îndepărtate nu ia în considerare. Se știe că la nivelul energiei externe nu pot fi mai mult de opt electroni, se numește efectuat . Straturile electronice care nu conțin numărul maxim de electroni sunt numiți neterminat .
Numărul de electroni la nivelul energiei externe al carcasei electronice a atomului este egal cu numărul grupului pentru elementele chimice ale subgrupurilor principale.
După cum sa spus anterior, electronul nu se mișcă pe orbită, ci în conformitate cu orbitele și nu are traiectoria.
Spațiu în jurul kernelului, unde este cel mai probabil să găsească acest lucru electron, se numește orbital al acestui electron sau un nor electronic.
PRINCIMUL PAULI REGULA GEND REGULAMENT CLAKOVSKY
Biletul 2. Structura electronică a atomului, numerele cuantice, tipurile de orbital. Procedura de umplere a nivelurilor de energie și a subrevelilor (energia minimă, principiul lui Pauli, regula de Hund, regula Clakovsky, orbital degenerat). Formule electronice de elemente. Formule sub formă de celule energetice. Evaluarea elementului pentru stările principale și excitate ale atomului.
Atom este cea mai mică particulă a elementului chimic, purtătorul proprietăților sale. Este cel mai simplu microsistem de chimie electric, sub rezerva mecanicii cuantice.
Pentru un electron în atom, principiul dualității este adevărat: electronul este atât o particulă materială a masei mici, cât și a unui val electromagnetic.
Principiul de incertitudine al Geisenberg: La fiecare punct specific, este imposibil să se determine coordonatele electronilor (X, Y, Z) (sau impuls) cu aceeași precizie.
Mișcarea electoratului din atom poate fi reprezentată ca un nor electronic.
Regiunea Cloud electronic în care electronul deține mai mult de 95% din timp este dezvăluit de un orbital electronic (de exemplu). Dimensiunea mai mare a orbitalului caracterizează energia electronică ridicată. Orbitenele de dimensiune orbitală formează niveluri de energie care constau din subrevelde.
Pentru a descrie starea electronului în atom, sunt utilizați 4 numere cuantice (N, L, M, S). Primele trei corespunde celor trei grade ale libertății de electroni în spațiul tridimensional, iar al patrulea corespunde probabilității de rotație a electronului din jurul axei imaginare. Numerele cuantice:
- "N" - numărul principal cuantum. Acesta caracterizează nivelul energiei electronice în câmpul atomului (distanță de la kernel). Dependența matematică a energiei de comunicare cu nucleul: E A \u003d -13.6 / N2 EV, N \u003d 1,2, ... pentru elemente reale n \u003d 1, ..., 7. n \u003d numărul perioadei.
- "L" este un număr cuantum orbital. Se caracterizează tipul de subevel (forma unui nor electronic). L \u003d 0,1,2, ..., (n-1). Notat cu litere. În acest caz, L \u003d 0 corespunde cu S, 1-P, 2-D, 3-F, 4-Q, 5-H.
- "M" - număr cuantum magnetic. Caracterizează locația spațială a orbitalului. m \u003d ± 0, ± 1, ± 2, ..., ± l. Summa orbale pe supro: E \u003d 2L + 1.
- "S" - numărul cuantic al roților. Acesta caracterizează probabilitatea unei rotiri de electroni în jurul axei sale în două direcții opuse. S \u003d ± 1/2. "+" - în sensul acelor de ceasornic "-" - în sens invers acelor de ceasornic. Rotația raportează un electron al propriului moment magnetic, numit un electron înapoi.
Principiul Pauli (interzicere): atomii care au mai mult de un electron nu pot fi doi electroni cu aceleași valori ale tuturor celor patru numere cuantice. Sau așa: pe același orbital pot exista doar doi electroni și cu rotirile opuse.
Principiul minimului de energie: umplerea secvențială a electronilor din atom trebuie să răspundă atât la energia scăzută a electronului în sine, cât și la energia minimă a Atomului în general. Sau așa: Energia minimă corespunde stabilității maxime. Filuția merge în conformitate cu ecuația energetică a Orbitalului: NSrikly Clekkovsky: În primul rând, acele subcine sunt completate, suma de n + l care este cel mai mic. Dacă pentru două supertoni, suma N + L este egală, apoi substantura cu mai mică N este umplută mai întâi.
REGULA HINDA: Practic (neașteptat) starea atomului de pe substrații NP, ND și NF Există întotdeauna un număr maxim de electroni nepermanzi (rotire maximă neplăcută).
Suita P, D și F sunt formați din mai multe orbitale, a cărei energie este aceeași, astfel încât aceste subeveluri sunt numite "degenerate": substratul P degenerat de trei ori, D de cinci ori și F de șaptezeci. Pentru electronii acestor subeveluri, se observă o regulă hinda.
Valența este capacitatea de a forma conexiuni chimice.
Statul principal este un stat cu energie minimă, adică electroni sunt mai aproape de kernel.
Starea excitată este o stare în care toată sau o parte din electronii din atom este strălucită și sunt pe superts cu o mai mare energie, adică pe nucleu.
Valența maximă este observată în starea excitată și, de regulă, coincide cu numărul grupului în care se află elementul.
