پیکربندی الکترونیکی یک اتمفرمولی است که آرایش الکترون‌های یک اتم را بر اساس سطوح و زیرسطح‌ها نشان می‌دهد. پس از مطالعه مقاله متوجه خواهید شد که الکترون ها کجا و چگونه قرار گرفته اند، با اعداد کوانتومی آشنا می شوید و می توانید پیکربندی الکترونیکی یک اتم را بر اساس عدد آن بسازید، در انتهای مقاله جدولی از عناصر وجود دارد.

چرا پیکربندی الکترونیکی عناصر را مطالعه می کنیم؟

اتم ها مانند یک سازنده هستند: تعداد معینی از قطعات وجود دارد، آنها با یکدیگر متفاوت هستند، اما دو بخش از یک نوع دقیقاً مشابه هستند. اما این سازنده بسیار جالب تر از پلاستیکی است و دلیل آن در اینجا آمده است. بسته به اینکه چه کسی در این نزدیکی است، پیکربندی تغییر می کند. مثلاً اکسیژن در کنار هیدروژن شایدتبدیل به آب، در کنار سدیم به گاز، و قرار گرفتن در کنار آهن آن را کاملاً به زنگ زدگی تبدیل می کند. برای پاسخ به این سوال که چرا این اتفاق می افتد و برای پیش بینی رفتار یک اتم در کنار اتم دیگر، لازم است پیکربندی الکترونیکی را مطالعه کنیم که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد.

چند الکترون در یک اتم وجود دارد؟

یک اتم شامل یک هسته و الکترون هایی است که به دور آن می چرخند، هسته از پروتون ها و نوترون ها تشکیل شده است. در حالت خنثی، هر اتم به اندازه تعداد پروتون های هسته خود تعداد الکترون دارد. تعداد پروتون ها با شماره سریال عنصر نشان داده شد، به عنوان مثال، گوگرد دارای 16 پروتون است - عنصر 16 سیستم تناوبی. طلا ۷۹ پروتون دارد که هفتاد و نهمین عنصر جدول تناوبی است. بر این اساس، 16 الکترون در گوگرد در حالت خنثی و 79 الکترون در طلا وجود دارد.

کجا به دنبال الکترون بگردیم؟

با مشاهده رفتار یک الکترون، الگوهای خاصی به دست آمد، آنها با اعداد کوانتومی توصیف می شوند، در مجموع چهار مورد از آنها وجود دارد:

• عدد کوانتومی اصلی
• عدد کوانتومی مداری
• عدد کوانتومی مغناطیسی
• عدد کوانتومی را بچرخانید

مداری

علاوه بر این، به جای کلمه مدار، از اصطلاح "اوربیتال" استفاده خواهیم کرد، اوربیتال تقریباً تابع موج الکترون است - این ناحیه ای است که الکترون 90٪ زمان را در آن می گذراند.

N - سطح
L - پوسته
M l - عدد مداری
M s - اولین یا دومین الکترون در اوربیتال

عدد کوانتومی مداری l

در نتیجه مطالعه ابر الکترونی، مشخص شد که بسته به سطح انرژی، ابر چهار شکل اساسی دارد: یک توپ، دمبل، و دو شکل دیگر، پیچیده تر. به ترتیب صعودی انرژی، به این اشکال پوسته های s-، p-، d- و f می گویند. هر یک از این پوسته ها می توانند 1 (روی s)، 3 (روی p)، 5 (روی d) و 7 (روی f) اوربیتال داشته باشند. عدد کوانتومی مداری پوسته ای است که اوربیتال ها روی آن قرار دارند. عدد کوانتومی مداری برای اوربیتال های s، p، d و f به ترتیب مقادیر 0،1،2 یا 3 را می گیرد.

روی پوسته s یک اوربیتال (L=0) - دو الکترون
سه اوربیتال روی پوسته p وجود دارد (L=1) - شش الکترون
پنج اوربیتال روی پوسته d وجود دارد (L=2) - ده الکترون
هفت اوربیتال (L=3) روی پوسته f وجود دارد - چهارده الکترون

عدد کوانتومی مغناطیسی m l

روی پوسته p سه اوربیتال وجود دارد که با اعداد -L تا +L نشان داده می شوند، یعنی برای پوسته p (L=1) اوربیتال های "-1"، "0" و "1" وجود دارد. . عدد کوانتومی مغناطیسی با حرف ml نشان داده می شود.

در داخل پوسته، قرار گرفتن الکترون ها در اوربیتال های مختلف آسان تر است، بنابراین اولین الکترون ها برای هر اوربیتال یکی را پر می کنند و سپس جفت آن به هر یک اضافه می شود.

d-shell را در نظر بگیرید:
پوسته d مربوط به مقدار L=2 است، یعنی پنج اوربیتال (-2،-1،0،1 و 2)، پنج الکترون اول پوسته را پر می کنند و مقادیر Ml =-2 را می گیرند. M l = -1، M l = 0، M l = 1، M l = 2.

عدد کوانتومی m s را بچرخانید

اسپین جهت چرخش یک الکترون حول محور خود است، دو جهت دارد، بنابراین عدد کوانتومی اسپین دو مقدار دارد: 1/2+ و 1/2-. فقط دو الکترون با اسپین مخالف می توانند در یک سطح فرعی انرژی باشند. عدد کوانتومی اسپین را m s نشان می دهند

عدد کوانتومی اصلی n

عدد کوانتومی اصلی سطح انرژی است که در آن این لحظههفت سطح انرژی شناخته شده است که هر کدام با یک عدد عربی نشان داده شده است: 1،2،3، ... 7. تعداد پوسته ها در هر سطح برابر با تعداد سطح است: یک پوسته در سطح اول، دو پوسته در سطح دوم و غیره وجود دارد.

عدد الکترون

بنابراین، هر الکترونی را می توان با چهار عدد کوانتومی توصیف کرد، ترکیب این اعداد برای هر موقعیت الکترون منحصر به فرد است، بیایید اولین الکترون را بگیریم، کمترین سطح انرژی N=1 است، یک پوسته در سطح اول قرار دارد. اولین پوسته در هر سطحی شکل یک توپ (s -shell) دارد، یعنی. L=0، عدد کوانتومی مغناطیسی می تواند فقط یک مقدار بگیرد، M l = 0 و اسپین برابر با 1/2 + خواهد بود. اگر الکترون پنجم را (در هر اتمی که باشد) بگیریم، اعداد کوانتومی اصلی برای آن عبارتند از: N=2، L=1، M=-1، اسپین 1/2.

مکان الکترون ها روی پوسته ها یا سطوح انرژی با استفاده از فرمول های الکترونیکی نوشته می شود عناصر شیمیایی. فرمول ها یا پیکربندی های الکترونیکی به نمایش ساختار اتم یک عنصر کمک می کنند.

ساختار اتم

اتم های همه عناصر از یک هسته با بار مثبت و الکترون هایی با بار منفی تشکیل شده اند که در اطراف هسته قرار دارند.

الکترون ها در سطوح مختلف انرژی قرار دارند. هر چه الکترون از هسته دورتر باشد، انرژی بیشتری دارد. اندازه سطح انرژی با اندازه مدار اتمی یا ابر مداری تعیین می شود. این فضایی است که الکترون در آن حرکت می کند.

برنج. یکی ساختار کلیاتم

اوربیتال ها می توانند پیکربندی های هندسی مختلفی داشته باشند:

• اوربیتال های s- کروی؛
• اوربیتال های p-، d و f- دمبلی شکل، خوابیده در هواپیماهای مختلف.

در اولین سطح انرژی هر اتمی، همیشه یک اوربیتال s با دو الکترون وجود دارد (یک استثناء هیدروژن است). با شروع از سطح دوم، اوربیتال های s و p در یک سطح هستند.

برنج. 2. اوربیتال های s-، p-، d و f.

اوربیتال ها بدون توجه به محل الکترون ها روی آنها وجود دارند و می توانند پر یا خالی باشند.

ورود به فرمول

پیکربندی الکترونیکی اتم های عناصر شیمیایی بر اساس اصول زیر نوشته می شود:

• هر سطح انرژی مطابقت دارد شماره سریالکه با یک عدد عربی مشخص می شود.
• بعد از عدد یک حرف نشان دهنده مدار است.
• بالای حرف متناظر با تعداد الکترون های اوربیتال نوشته می شود.

نمونه های ضبط:

• کلسیم -

  1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 ;

• اکسیژن -

  1s 2 2s 2 2p 4 ;

• کربن-

  1s 2 2s 2 2p 2 .

جدول تناوبی به نوشتن فرمول الکترونیکی کمک می کند. تعداد سطوح انرژی با تعداد دوره مطابقت دارد. تعداد عنصر نشان دهنده بار یک اتم و تعداد الکترون ها است. شماره گروه نشان می دهد که چند الکترون ظرفیت در سطح بیرونی وجود دارد.

بیایید Na را به عنوان مثال در نظر بگیریم. سدیم در گروه اول و در دوره سوم در رتبه 11 قرار دارد. این بدان معناست که اتم سدیم دارای یک هسته با بار مثبت (شامل 11 پروتون) است که در اطراف آن 11 الکترون در سه سطح انرژی قرار دارند. یک الکترون در سطح بیرونی وجود دارد.

به یاد بیاورید که سطح انرژی اول شامل یک اوربیتال s با دو الکترون و دومی حاوی اوربیتال های s و p است. باقی مانده است که سطوح را پر کنید و رکورد کامل را دریافت کنید:

11 Na) 2) 8) 1 یا 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 .

برای راحتی، جداول ویژه فرمول های الکترونیکی عنصر ایجاد شده است. در جدول تناوبی طولانی، فرمول ها نیز در هر سلول از عنصر نشان داده شده است.

برنج. 3. جدول فرمول های الکترونیکی.

برای اختصار، عناصر در کروشه نوشته می شوند که فرمول الکترونیکی آن با ابتدای فرمول عنصر منطبق است. به عنوان مثال، فرمول الکترونیکی منیزیم 3s 2، نئون 1s 2 2s 2 2p 6 است. در نتیجه، فرمول کاملمنیزیم - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2. 4.6. مجموع امتیازهای دریافتی: 195.

آگاهی از حالات احتمالی یک الکترون در یک اتم، قانون کلچکوفسکی، اصل پائولی و قانون هوند، امکان در نظر گرفتن پیکربندی الکترونیکی یک اتم را فراهم می کند. برای این استفاده فرمول های الکترونیکی.

فرمول الکترونیکی حالت یک الکترون را در یک اتم نشان می‌دهد و عدد کوانتومی اصلی را که حالت آن را با عدد مشخص می‌کند و عدد کوانتومی مداری را با یک حرف نشان می‌دهد. عددی که نشان می دهد چند الکترون در آن وجود دارد حالت داده شده، در سمت راست بالای حرف نوشته شده اند که شکل ابر الکترونی را نشان می دهد.

برای یک اتم هیدروژن (n \u003d 1 ، l \u003d 0 ، m \u003d 0) فرمول الکترونیکی خواهد بود: 1s 1. هر دو الکترون عنصر بعدی هلیوم He با مقادیر یکسان n، l، m مشخص می شوند و فقط در اسپین ها متفاوت هستند. فرمول الکترونیکی اتم هلیوم ls 2 است. لایه الکترونی اتم هلیوم کامل و بسیار پایدار است. هلیم یک گاز نجیب است.

برای عناصر دوره دوم (n = 2، l = 0 یا l = 1)، ابتدا حالت 2s و سپس زیرسطح p سطح انرژی دوم پر می شود.

فرمول الکترونیکی اتم لیتیوم: ls 2 2s 1 است. الکترون 2s 1 کمتر به هسته اتم متصل است (شکل 6)، بنابراین اتم لیتیوم می تواند به راحتی آن را از بین ببرد (همانطور که واضح است به یاد دارید، این فرآیند اکسیداسیون نامیده می شود)، و به یون Li + تبدیل می شود.

برنج. 6.
مقطع ابرهای الکترونی 1s و 2s توسط صفحه ای که از هسته می گذرد

در اتم بریلیم، الکترون چهارم نیز حالت 2s را اشغال می کند: ls 2 2s 2 . دو الکترون بیرونی اتم بریلیم به راحتی جدا می شوند - در این حالت، Be به کاتیون Be 2+ اکسید می شود.

اتم بور دارای یک الکترون در حالت 2p است: ls 2 2s 2 2p 1 . سپس در اتم های کربن، نیتروژن، اکسیژن و فلوئور (طبق قانون هوند)، سطح فرعی 2p پر می شود که به نئون گاز نجیب ختم می شود: ls 2 2s 2 2p 6 .

اگر بخواهیم تاکید کنیم که الکترون‌ها در یک زیرسطح معین سلول‌های کوانتومی را یکی یکی اشغال می‌کنند، در فرمول الکترونیکی تعیین سطح فرعی همراه با شاخص است. به عنوان مثال، فرمول الکترونیکی اتم کربن

برای عناصر دوره 3، به ترتیب حالت 3s (n = 3، l = 0) و زیرسطح 3p (n = 3، l - 1) پر می شود. زیرسطح 3d (n = 3، l = 2) آزاد می ماند:

گاهی اوقات، در نمودارهایی که توزیع الکترون ها در اتم ها را نشان می دهند، فقط تعداد الکترون ها در هر سطح انرژی نشان داده می شود، یعنی بر خلاف فرمول های الکترونیکی کامل ارائه شده در بالا، فرمول های الکترونیکی مختصر اتم های عناصر شیمیایی را یادداشت می کنند. ، مثلا:

در عناصر دوره های بزرگ (4 و 5)، مطابق با قانون کلچکوفسکی، دو الکترون اول لایه الکترونی بیرونی، به ترتیب، حالت های 4s-(n = 4، l = 0) و 5s را اشغال می کنند (n = 5، l = 0):

با شروع از عنصر سوم هر دوره بزرگ، ده الکترون بعدی به ترتیب وارد سطوح فرعی 3d و 4d قبلی می شوند (برای عناصر زیر گروه های جانبی):

به عنوان یک قاعده، هنگامی که زیرسطح d قبلی پر می شود، آنگاه زیرسطح p بیرونی (به ترتیب 4p- و 5p) شروع به پر شدن می کند:

برای عناصر دوره های بزرگ - ششمین و هفتم ناقص - سطوح انرژی و سطوح فرعی با الکترون ها پر می شوند، به عنوان یک قاعده، به شرح زیر: دو الکترون اول وارد زیرسطح s خارجی می شوند، به عنوان مثال:

الکترون بعدی (برای La و Ac) - به زیرسطح d قبلی:

سپس 14 الکترون بعدی برای لانتانیدها و اکتینیدها به ترتیب از بیرون وارد سومین سطح انرژی به زیرسطحهای 4f و 5f می شوند:

سپس دومین سطح انرژی خارجی (d-sublevel) دوباره برای عناصر زیر گروه‌های جانبی ایجاد می‌شود:

تنها پس از پر شدن کامل سطح d با ده الکترون، زیرسطح p بیرونی دوباره پر می شود:

در پایان، دوباره در نظر بگیرید روش های مختلفنمایش دادن تنظیمات الکترونیکیاتم های عناصر با توجه به دوره های جدول D.I. مندلیف.

عناصر دوره 1 - هیدروژن و هلیوم را در نظر بگیرید.

فرمول های الکترونیکی اتم ها توزیع الکترون ها را در سطوح انرژی و سطوح فرعی نشان می دهد.

فرمول‌های الکترونیکی گرافیکی اتم‌ها توزیع الکترون‌ها را نه تنها در سطوح و سطوح فرعی، بلکه در سلول‌های کوانتومی (اوربیتال‌های اتمی) نشان می‌دهند.

در یک اتم هلیوم، اولین لایه الکترونی تکمیل می شود - دارای 2 الکترون است.

هیدروژن و هلیوم عناصر s هستند؛ زیرسطح ls این اتم ها پر از الکترون است.

برای همه عناصر دوره دوم، اولین لایه الکترونی پر می شود و الکترون ها حالت های 2s- و 2p را مطابق با اصل کمترین انرژی (اول S- و سپس p) و قوانین پائولی و هوند پر می کنند. جدول 2).

در اتم نئون، لایه الکترونی دوم تکمیل شده است - دارای 8 الکترون است.

جدول 2
ساختار لایه های الکترونی اتم های عناصر دوره دوم

لیتیوم لی، بریلیم Be - عناصر s.

بور B، کربن C، نیتروژن N، اکسیژن O، فلوئور F، نئون Ne عناصر p هستند که سطح p زیر این اتم ها با الکترون ها پر شده است.

برای اتم های عناصر دوره سوم، لایه های الکترونی اول و دوم تکمیل می شوند؛ بنابراین، لایه الکترونی سوم پر می شود که در آن الکترون ها می توانند حالت های 3s، 3p و 3d را اشغال کنند (جدول 3).

جدول 3
ساختار لایه های الکترونی اتم های عناصر دوره سوم

در اتم منیزیم، سطح فرعی 3s تکمیل می شود. سدیم سدیم و منیزیم منیزیم عناصر s هستند.

برای آلومینیوم و عناصر پس از آن، سطح فرعی 3p با الکترون پر شده است.

در لایه بیرونی (لایه الکترونی سوم) در اتم آرگون 8 الکترون وجود دارد. به عنوان یک لایه بیرونی، کامل است، اما در کل، در لایه سوم الکترونی، همانطور که می دانید، می تواند 18 الکترون وجود داشته باشد، به این معنی که عناصر دوره 3 حالت 3 بعدی خالی دارند.

همه عناصر از آلومینیوم Al تا آرگون Ar، عناصر p هستند.

عناصر s و p زیر گروه های اصلی سیستم تناوبی را تشکیل می دهند.

اتم های عناصر دوره 4 - پتاسیم و کلسیم - دارای سطح انرژی چهارم هستند، 48 زیرسطح پر شده است (جدول 4)، زیرا طبق قانون کلچکوفسکی، انرژی کمتری نسبت به زیرسطح 3d دارد.

جدول 4
ساختار لایه های الکترونی اتم های عناصر دوره چهارم

برای ساده کردن فرمول های الکترونیکی گرافیکی اتم های عناصر دوره چهارم:

پتاسیم پتاسیم و کلسیم کلسیم عناصری هستند که در زیرگروه های اصلی قرار می گیرند. در اتم های اسکاندیم Sc تا روی روی، سطح فرعی 3d با الکترون ها پر شده است. این عناصر سه بعدی هستند. آنها در زیر گروه های ثانویه قرار می گیرند، آنها دارای یک لایه الکترونی خارجی پر شده هستند، آنها به عنوان عناصر انتقال نامیده می شوند.

به ساختار لایه های الکترونی اتم های کروم و مس توجه کنید. در آنها، "شکست" یک الکترون از 4s- به زیرسطح 3d رخ می دهد، که با پایداری انرژی بیشتر پیکربندی های الکترونیکی حاصل 3d 5 و 3d 10 توضیح داده می شود:

در اتم روی، سومین سطح انرژی تکمیل می شود، تمام سطوح فرعی در آن پر می شوند - 3s، 3p و 3d، در مجموع آنها 18 الکترون دارند.

در عناصر بعد از روی، چهارمین سطح انرژی، سطح فرعی 4p، همچنان پر می شود.

عناصری از گالیوم Ga تا کریپتون Kr، عناصر p هستند.

لایه بیرونی (چهارم) اتم کریپتون Kr کامل است و دارای 8 الکترون است. اما همانطور که می دانید فقط در لایه چهارم الکترونی می تواند 32 الکترون وجود داشته باشد. حالت‌های 4d و 4f اتم کریپتون هنوز خالی مانده است.

برای عناصر دوره 5، مطابق با قانون کلچکوفسکی، سطوح فرعی به ترتیب زیر پر می شوند: 5s ⇒ 4d ⇒ 5p. و همچنین استثناهایی در ارتباط با "شکست" الکترون ها در 41 Nb، 42 Mo، 44 Ru، 45 Rh، 46 Pd، 47 Ag وجود دارد.

در دوره های 6 و 7، عناصر f ظاهر می شوند، یعنی عناصری که به ترتیب زیرسطح های 4f و 5f سطح انرژی سوم در خارج پر می شوند.

عناصر 4f لانتانید نامیده می شوند.

عناصر 5f اکتینید نامیده می شوند.

ترتیب پر کردن سطوح فرعی الکترونیکی در اتم های عناصر دوره ششم: 55 Cs و 56 Ba - bs- عناصر. 57 La ...6s 2 5d 1 - 5d element; 58 Ce - 71 Lu - عناصر 4f; 72 Hf - 80 Hg - عناصر 5d. 81 Tl - 86 Rn - br عناصر. اما حتی در اینجا عناصری وجود دارد که در آنها ترتیب پر کردن سطوح فرعی انرژی "نقض" می شود، که به عنوان مثال، با پایداری انرژی بیشتر زیرسطح های f نیمه و کاملاً پر، یعنی nf 7 و nf 14 همراه است.

بسته به اینکه آخرین سطح اتم با الکترون ها پر شده باشد، همه عناصر، همانطور که قبلاً فهمیدید، به چهار خانواده یا بلوک الکترونیکی تقسیم می شوند (شکل 7):

برنج. 7.
بخش سیستم دوره ای(جدول) به بلوک های عناصر

1. عناصر s; زیرسطح s سطح بیرونی اتم با الکترون پر شده است. عناصر s شامل هیدروژن، هلیوم و عناصر زیرگروه های اصلی گروه های I و II هستند.
2. عناصر p زیرسطح p سطح بیرونی اتم با الکترون پر شده است. عناصر p شامل عناصر زیر گروه های اصلی گروه های III-VIII هستند.
3. عناصر d; زیرسطح d سطح ماقبل خارجی اتم با الکترون پر شده است. عناصر d شامل عناصر زیرگروه‌های ثانویه گروه‌های I-VIII هستند، یعنی عناصر دهه‌های میانی دوره‌های بزرگ واقع بین عناصر s و p. به آنها عناصر انتقالی نیز گفته می شود.
4. عناصر f; زیرسطح f سومین سطح بیرونی اتم با الکترون پر شده است. اینها شامل لانتانیدها و اکتینیدها هستند.

سوالات و وظایف به § 3

1. نمودارهای ساختار الکترونیکی، فرمول های الکترونیکی و فرمول های الکترونیکی گرافیکی اتم های عناصر شیمیایی زیر را تهیه کنید:
   الف) کلسیم؛
   ب) آهن؛
   ج) زیرکونیوم؛
   د) نیوبیم؛
   ه) هافنیوم؛
   ه) طلا.
2. فرمول الکترونیکی عنصر #110 را با استفاده از نماد گاز نجیب مناسب بنویسید.
3. "شیب" الکترون چیست؟ از عناصری که این پدیده در آنها مشاهده می شود مثال بزنید، فرمول الکترونیکی آنها را بنویسید.
4. تعلق یک عنصر شیمیایی به یک خانواده الکترونیکی خاص چگونه تعیین می شود؟
5. فرمول های الکترونیکی و گرافیکی اتم گوگرد را با هم مقایسه کنید. آخرین فرمول حاوی چه اطلاعات اضافی است؟

>> شیمی: تنظیمات الکترونیکی اتم های عناصر شیمیایی

فیزیکدان سوئیسی W. Pauli در سال 1925 ثابت کرد که در یک اتم در یک اوربیتال بیش از دو الکترون نمی تواند وجود داشته باشد که دارای اسپین های مخالف (ضد موازی) هستند (از انگلیسی به عنوان "اسپیندل" ترجمه شده است)، یعنی آنها دارای ویژگی هایی هستند که می توانند به طور مشروط خود را به عنوان چرخش یک الکترون حول محور خیالی خود نشان می دهد: در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت. این اصل را اصل پائولی می نامند.

اگر یک الکترون در اوربیتال وجود داشته باشد، به آن جفت نشده می گویند، اگر دو عدد باشد، اینها الکترون های جفتی هستند، یعنی الکترون هایی با اسپین های مخالف.

شکل 5 نموداری از تقسیم سطوح انرژی به سطوح فرعی را نشان می دهد.

همانطور که می دانید اوربیتال s کروی است. الکترون اتم هیدروژن (s = 1) روی این اوربیتال قرار دارد و جفت نشده است. بنابراین فرمول الکترونیکی یا پیکربندی الکترونیکی آن به صورت زیر نوشته می شود: 1s 1. در فرمول های الکترونیکی، عدد سطح انرژی با عدد مقابل حرف (1 ...) نشان داده می شود. حرف لاتینسطح فرعی (نوع اوربیتال) را مشخص کنید و عددی که در سمت راست بالای حرف نوشته شده است (به عنوان یک توان)، تعداد الکترون های سطح فرعی را نشان می دهد.

برای یک اتم هلیوم، He که دو الکترون جفتی در یک اوربیتال s دارد، این فرمول: 1s 2 است.

لایه الکترونی اتم هلیوم کامل و بسیار پایدار است. هلیم یک گاز نجیب است.

سطح انرژی دوم (n = 2) دارای چهار اوربیتال است: یک s و سه p. الکترون‌های اوربیتال سطح دوم (اوربیتال‌های 2) انرژی بالاتری دارند، زیرا در فاصله بیشتری از هسته نسبت به الکترون‌های مداری 1s (n = 2) قرار دارند.

به طور کلی، برای هر مقدار n، یک اوربیتال s وجود دارد، اما با مقدار متناظر انرژی الکترون در آن و بنابراین، با قطر متناظر، با افزایش مقدار n رشد می کند.

p-Orbital شکل یک دمبل یا حجم هشت دارد. هر سه اوربیتال p به طور متقابل در امتداد مختصات فضایی که از هسته اتم کشیده شده اند در اتم قرار دارند. باز هم باید تاکید کرد که هر سطح انرژی (لایه الکترونیکی) که از n=2 شروع می شود، دارای سه اوربیتال p است. با افزایش مقدار n، الکترون ها اوربیتال های p را اشغال می کنند که در فواصل زیادی از هسته قرار دارند و در امتداد محورهای x، y و z هدایت می شوند.

برای عناصر دوره دوم (n = 2)، ابتدا یک اوربیتال b و سپس سه اوربیتال p پر می شود. فرمول الکترونیکی 1l: 1s 2 2s 1. اتصال الکترون به هسته اتم ضعیف‌تر است، بنابراین اتم لیتیوم می‌تواند به راحتی آن را از بین ببرد (همانطور که احتمالاً به خاطر دارید، این فرآیند اکسیداسیون نامیده می‌شود) و به یون Li + تبدیل می‌شود.

در اتم بریلیم Be 0، الکترون چهارم نیز در مدار 2s قرار دارد: 1s 2 2s 2 . دو الکترون بیرونی اتم بریلیم به راحتی جدا می شوند - Be 0 به کاتیون Be 2+ اکسید می شود.

در اتم بور، الکترون پنجم یک اوربیتال 2p را اشغال می کند: 1s 2 2s 2 2p 1. علاوه بر این، اتم‌های C، N، O، E با اوربیتال‌های 2p پر شده‌اند که به نئون گاز نجیب ختم می‌شود: 1s 2 2s 2 2p 6.

برای عناصر دوره سوم، اوربیتال های Sv- و Sp به ترتیب پر شده اند. پنج اوربیتال d از سطح سوم آزاد می مانند:

11 Na 1s 2 2s 2 Sv1; 17C11v22822r63r5; 18Ar P^Yor^3p6.

گاهی اوقات، در نمودارهایی که توزیع الکترون ها در اتم ها را نشان می دهند، فقط تعداد الکترون ها در هر سطح انرژی نشان داده می شود، یعنی برخلاف فرمول های الکترونیکی کامل ارائه شده در بالا، فرمول های الکترونیکی مختصر اتم های عناصر شیمیایی را یادداشت می کنند.

برای عناصر دوره های بزرگ (چهارم و پنجم)، دو الکترون اول به ترتیب اوربیتال های 4 و 5 را اشغال می کنند: 19 K 2، 8، 8، 1. 38 Sr 2, 8, 18, 8, 2. با شروع از عنصر سوم هر دوره بزرگ، ده الکترون بعدی به ترتیب به اوربیتال های 3d و 4d قبلی می روند (برای عناصر زیرگروه های ثانویه): 23 V 2, 8 , 11, 2; 26 Tr 2, 8, 14, 2; 40 Zr 2, 8, 18, 10, 2; 43 Tr 2، 8، 18، 13، 2. به عنوان یک قاعده، زمانی که زیرسطح d قبلی پر می شود، زیرسطح بیرونی (به ترتیب 4p- و 5p) شروع به پر شدن می کند.

برای عناصر دوره های بزرگ - ششمین و هفتمین ناقص - سطوح و سطوح فرعی الکترونیکی به طور معمول با الکترون ها پر می شوند: دو الکترون اول به زیرسطح β بیرونی می روند: 56 Ba 2، 8، 18، 18 , 8, 2; 87Gr 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1; الکترون بعدی (برای Na و Ac) به قبلی (p-زیرسطح: 57 La 2، 8، 18، 18، 9، 2 و 89 Ac 2، 8، 18، 32، 18، 9، 2.

سپس 14 الکترون بعدی برای لانتانیدها و اکتینیدها به ترتیب از بیرون در اوربیتال های 4f و 5f به سومین سطح انرژی خواهند رفت.

سپس دومین سطح انرژی بیرونی (d-sublevel) دوباره شروع به ایجاد می کند: برای عناصر زیرگروه های ثانویه: 73 Ta 2, 8.18, 32.11, 2; 104 Rf 2، 8.18، 32، 32.10، 2، - و در نهایت، تنها پس از پر شدن کامل سطح فعلی با ده الکترون، زیرسطح p بیرونی دوباره پر می شود:

86 Rn 2، 8، 18، 32، 18، 8.

اغلب، ساختار لایه های الکترونی اتم ها با استفاده از سلول های انرژی یا کوانتومی به تصویر کشیده می شود - آنها به اصطلاح فرمول های الکترونیکی گرافیکی را می نویسند. برای این رکورد، از نماد زیر استفاده می شود: هر سلول کوانتومی با یک سلول نشان داده می شود که مربوط به یک اوربیتال است. هر الکترون با یک فلش مربوط به جهت اسپین نشان داده می شود. هنگام نوشتن یک فرمول الکترونیکی گرافیکی، باید دو قانون را به خاطر بسپارید: اصل پائولی، که طبق آن نمی توان بیش از دو الکترون در یک سلول وجود داشت (اوربیتال ها، اما با اسپین های ضد موازی)، و قانون F. Hund، که بر اساس آن الکترون ها سلول‌های آزاد (اوربیتال‌ها) را اشغال می‌کنند، در آن‌ها قرار می‌گیرند که ابتدا یکی در یک زمان هستند و در همان زمان دارای ارزش چرخش یکسانی هستند و فقط پس از آن جفت می‌شوند، اما اسپین‌ها در این مورد، طبق اصل پائولی، قبلاً خواهد بود. خلاف جهت گیری شده است.

در پایان، اجازه دهید یک بار دیگر نگاشت تنظیمات الکترونیکی اتم های عناصر را در دوره های سیستم D.I. مندلیف در نظر بگیریم. طرح های ساختار الکترونیکی اتم ها توزیع الکترون ها را بر روی لایه های الکترونیکی (سطوح انرژی) نشان می دهد.

در یک اتم هلیوم، اولین لایه الکترونی تکمیل می شود - دارای 2 الکترون است.

هیدروژن و هلیوم عناصر s هستند؛ این اتم ها دارای یک مدار s پر از الکترون هستند.

عناصر دوره دوم

برای تمام عناصر دوره دوم، لایه الکترونی اول پر می شود و الکترون ها اوربیتال های e- و p لایه الکترونی دوم را مطابق با اصل حداقل انرژی (اول s- و سپس p) و قوانین پر می کنند. پائولی و هوند (جدول 2).

در اتم نئون، لایه الکترونی دوم تکمیل شده است - دارای 8 الکترون است.

جدول 2 ساختار لایه های الکترونی اتم های عناصر دوره دوم

انتهای جدول. 2

Li، Be - در عناصر.

عناصر B، C، N، O، F، Ne - p، این اتم ها با اوربیتال های p الکترون پر شده اند.

عناصر دوره سوم

برای اتم های عناصر دوره سوم، لایه های الکترونی اول و دوم تکمیل می شوند؛ بنابراین، لایه الکترونی سوم پر می شود که در آن الکترون ها می توانند سطوح فرعی 3s، 3p و 3d را اشغال کنند (جدول 3).

جدول 3 ساختار لایه های الکترونی اتم های عناصر دوره سوم

یک اوربیتال 3s الکترون در اتم منیزیم تکمیل می شود. عناصر Na و Mg-s

در لایه بیرونی (لایه الکترونی سوم) در اتم آرگون 8 الکترون وجود دارد. به عنوان یک لایه بیرونی، کامل است، اما در مجموع، در لایه سوم الکترونی، همانطور که می دانید، می تواند 18 الکترون وجود داشته باشد، به این معنی که عناصر دوره سوم دارای اوربیتال های 3 بعدی پر نشده هستند.

همه عناصر از Al تا Ag، عناصر p هستند. عناصر s و p زیر گروه های اصلی سیستم تناوبی را تشکیل می دهند.

چهارمین لایه الکترونی در اتم‌های پتاسیم و کلسیم ظاهر می‌شود و زیرسطح 4s پر می‌شود (جدول 4)، زیرا انرژی کمتری نسبت به سطح فرعی 3d دارد. برای ساده کردن فرمول های الکترونیکی گرافیکی اتم های عناصر دوره چهارم: 1) فرمول الکترونیکی گرافیکی آرگون را به صورت مشروط به صورت زیر نشان می دهیم:
Ar;

2) ما سطوح فرعی را که برای این اتم ها پر نشده اند به تصویر نخواهیم کشید.

جدول 4 ساختار لایه های الکترونی اتم های عناصر دوره چهارم

عناصر K، Ca - s موجود در زیر گروه های اصلی. برای اتم های Sc تا Zn، سطح فرعی 3d با الکترون ها پر شده است. این عناصر سه بعدی هستند. آنها در زیر گروه های ثانویه قرار می گیرند، آنها دارای یک لایه الکترونی خارجی پر شده هستند، آنها به عنوان عناصر انتقال نامیده می شوند.

به ساختار لایه های الکترونی اتم های کروم و مس توجه کنید. در آنها، "شکست" یک الکترون از سطح فرعی 4n- به 3d رخ می دهد، که با پایداری انرژی بیشتر پیکربندی های الکترونیکی حاصل 3d 5 و 3d 10 توضیح داده می شود:

در اتم روی، لایه سوم الکترونی تکمیل می شود - تمام سطوح فرعی 3s، 3p و 3d در آن پر شده است، در مجموع 18 الکترون روی آنها وجود دارد.

در عناصر بعد از روی، لایه الکترونی چهارم همچنان پر می شود، سطح فرعی 4p: عناصر از Ga تا Kr، عناصر p هستند.

لایه بیرونی (چهارم) اتم کریپتون کامل است و دارای 8 الکترون است. اما همانطور که می دانید فقط در لایه چهارم الکترونی می تواند 32 الکترون وجود داشته باشد. سطوح فرعی 4d و 4f اتم کریپتون هنوز پر نشده باقی می مانند.

عناصر دوره پنجم سطوح فرعی را به ترتیب زیر پر می کنند: 5s-> 4d -> 5p. و همچنین استثناهایی در ارتباط با "شکست" الکترون ها در 41 Nb، 42 MO و غیره وجود دارد.

در دوره های ششم و هفتم، عناصر ظاهر می شوند، یعنی عناصری که به ترتیب زیرسطح های 4f و 5f سومین لایه الکترونیکی بیرونی در حال پر شدن هستند.

عناصر 4f لانتانید نامیده می شوند.

عناصر 5f اکتینید نامیده می شوند.

ترتیب پر کردن سطوح فرعی الکترونیکی در اتم های عناصر دوره ششم: 55 Сs و 56 Ва - 6s-عناصر.

57 La... 6s 2 5d 1 - 5d element; 58 Ce - 71 Lu - عناصر 4f; 72 Hf - 80 Hg - عناصر 5d. 81 Tl- 86 Rn - 6p-عناصر. اما حتی در اینجا عناصری وجود دارد که در آنها ترتیب پر کردن اوربیتال های الکترونیکی "نقض" می شود، که به عنوان مثال، با پایداری انرژی بیشتر در سطوح فرعی نیمه و کاملاً پر شده f، یعنی nf 7 و nf 14 همراه است.

بسته به اینکه آخرین سطح اتم با الکترون ها پر شده باشد، همه عناصر، همانطور که قبلاً فهمیدید، به چهار خانواده یا بلوک الکترونیکی تقسیم می شوند (شکل 7).

1) s-Elements; زیرسطح β سطح بیرونی اتم با الکترون پر شده است. عناصر s شامل هیدروژن، هلیوم و عناصر زیرگروه های اصلی گروه های I و II هستند.

2) عناصر p. زیرسطح p سطح بیرونی اتم با الکترون پر شده است. عناصر p شامل عناصر زیرگروه های اصلی گروه های III-VIII است.

3) عناصر d. زیرسطح d سطح ماقبل خارجی اتم با الکترون پر شده است. عناصر d شامل عناصر زیرگروه های ثانویه گروه های I-VIII هستند، یعنی عناصر دهه های درهم تنیده از دوره های بزرگ واقع بین عناصر s و p. به آنها عناصر انتقالی نیز گفته می شود.

4) عناصر f، زیرسطح f سومین سطح بیرونی اتم با الکترون پر شده است. اینها شامل لانتانیدها و اکتینیدها هستند.

1. اگر اصل پائولی رعایت نمی شد چه اتفاقی می افتاد؟

2. اگر قانون هوند رعایت نمی شد چه اتفاقی می افتاد؟

3. نمودارهای ساختار الکترونیکی، فرمول های الکترونیکی و فرمول های الکترونیکی گرافیکی اتم های عناصر شیمیایی زیر را تهیه کنید: Ca، Fe، Zr، Sn، Nb، Hf، Ra.

4. فرمول الکترونیکی عنصر #110 را با استفاده از نماد گاز نجیب مناسب بنویسید.

محتوای درس خلاصه درسفن آوری های تعاملی از روش های شتاب دهنده ارائه درس پشتیبانی می کند تمرین کارها و تمرینات کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، سوالات بحث تکلیف منزل سوالات بلاغیاز دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس ها، تصاویر گرافیکی، جداول، طرح های طنز، حکایت ها، جوک ها، تمثیل های کمیک، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول ها افزونه ها چکیده هاتراشه های مقاله برای برگه های تقلب کنجکاو کتاب های درسی پایه و واژه نامه اضافی اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی بخشی در کتاب درسی عناصر نوآوری در درس جایگزین دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کاملبرنامه تقویم برای سال دستورالعمل هابرنامه های بحث و گفتگو دروس تلفیقی