Elektronska strukturna formula fluora. Katalog datoteka o kemiji

Otkrijmo kako stvoriti elektroničku formulu kemijskog elementa. Ovo pitanje je važno i relevantno, jer daje ideju ne samo o strukturi, već io pretpostavljenim fizičkim i kemijska svojstva dotični atom.

Pravila kompilacije

Da bi se sastavila grafička i elektronička formula kemijskog elementa, potrebno je poznavati teoriju strukture atoma. Za početak, postoje dvije glavne komponente atoma: jezgra i negativni elektroni. Jezgra uključuje neutrone, koji nemaju naboj, kao i protone, koji imaju pozitivan naboj.

Raspravljajući o tome kako sastaviti i odrediti elektroničku formulu kemijskog elementa, napominjemo da će za pronalaženje broja protona u jezgri biti potreban periodični sustav Mendelejeva.

Broj elementa odgovara redom broju protona koji se nalaze u njegovoj jezgri. Broj perioda u kojem se nalazi atom karakterizira broj energetskih slojeva na kojima se nalaze elektroni.

Da bi se odredio broj neutrona bez električno punjenje, potrebno je od relativne mase atoma elementa oduzeti njegov atomski broj (broj protona).

upute

Da biste razumjeli kako sastaviti elektroničku formulu kemijskog elementa, razmotrite pravilo za punjenje podrazina negativnim česticama koje je formulirao Klechkovsky.

Ovisno o tome koliko slobodne energije imaju slobodne orbitale, sastavlja se serija koja karakterizira slijed razina punjenja elektronima.

Svaka orbitala sadrži samo dva elektrona, koji su raspoređeni u antiparalelnim spinovima.

Da bi se izrazila struktura elektroničkih ljuski, koriste se grafičke formule. Kako izgledaju elektronske formule atoma? kemijski elementi? Kako izraditi grafičke opcije? Ova su pitanja uključena u školski tečaj kemije, pa ćemo se detaljnije zadržati na njima.

Postoji određena matrica (osnova) koja se koristi pri izradi grafičkih formula. S-orbitalu karakterizira samo jedna kvantna ćelija, u kojoj se dva elektrona nalaze jedan nasuprot drugome. Oni su grafički označeni strelicama. Za p-orbitalu prikazane su tri ćelije, od kojih svaka također sadrži dva elektrona, d orbitala sadrži deset elektrona, a f orbitala je ispunjena s četrnaest elektrona.

Primjeri sastavljanja elektroničkih formula

Nastavimo razgovor o tome kako sastaviti elektroničku formulu kemijskog elementa. Na primjer, trebate izraditi grafičku i elektroničku formulu za element mangan. Prvo odredimo položaj ovog elementa u periodnom sustavu. Ima atomski broj 25, dakle, u atomu ima 25 elektrona. Mangan je element četvrte periode i stoga ima četiri energetske razine.

Kako napisati elektroničku formulu kemijskog elementa? Zapisujemo znak elementa, kao i njegov redni broj. Koristeći Klečkovskovo pravilo, elektrone raspodjeljujemo po energetskim razinama i podrazinama. Smještamo ih redom na prvu, drugu i treću razinu, postavljajući dva elektrona u svaku ćeliju.

Zatim ih zbrajamo, dobivamo 20 komada. Tri razine potpuno su ispunjene elektronima, a na četvrtoj ostaje samo pet elektrona. S obzirom da svaka vrsta orbitale ima svoju rezervu energije, preostale elektrone raspoređujemo u 4s i 3d podrazine. Kao rezultat toga, gotova elektronička grafička formula za atom mangana ima sljedeći oblik:

1s2 / 2s2, 2p6 / 3s2, 3p6 / 4s2, 3d3

Praktični značaj

Pomoću elektronskih grafičkih formula možete jasno vidjeti broj slobodnih (nesparenih) elektrona koji određuju valenciju određenog kemijskog elementa.

Nudimo generalizirani algoritam radnji s kojima možete stvoriti elektronske grafičke formule za bilo koje atome koji se nalaze u periodnom sustavu.

Prije svega, potrebno je odrediti broj elektrona pomoću periodnog sustava. Broj razdoblja označava broj energetskih razina.

Pripadnost određenoj skupini povezana je s brojem elektrona koji se nalaze na vanjskoj energetskoj razini. Razine su podijeljene na podrazine i popunjene uzimajući u obzir pravilo Klečkovskog.

Zaključak

Da bi se odredile valentne mogućnosti bilo kojeg kemijskog elementa koji se nalazi u periodnom sustavu, potrebno je sastaviti elektroničku grafičku formulu njegovog atoma. Gornji algoritam omogućit će vam da se nosite sa zadatkom, odredite moguće kemijske i fizička svojstva atom.

Konvencionalni prikaz raspodjele elektrona u elektronskom oblaku po razinama, podrazinama i orbitalama naziva se elektronska formula atoma.

Pravila na temelju|na temelju| koji|koji| nadoknaditi|predati| elektronske formule

1. Princip minimalne energije: što manje energije sustav ima, to je stabilniji.

2. pravilo Klečkovskog: raspodjela elektrona među razinama i podrazinama elektronskog oblaka događa se rastućim redoslijedom vrijednosti zbroja glavnog i orbitalnog kvantnog broja (n + 1). Ako su vrijednosti jednake (n + 1), prvi se popunjava podrazina koja ima manju vrijednost n.

1 s 2 s p 3 s p d 4 s p d f 5 s p d f 6 s p d f 7 s p d f Broj razine n 1 2 2 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 6 7 7 7 7 Orbitalni 1* 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 kvantni broj

n+1| 1 2 3 3 4 5 4 5 6 7 5 6 7 8 6 7 8 9 7 8 9 10

Serija Klečkovskog

1* - vidi tablicu br. 2.

3. Hundovo pravilo: pri popunjavanju orbitala jednog podnivoa niži nivo energija odgovara smještaju elektrona s paralelnim spinovima.

Kompilacija|prolazi| elektronske formule

Potencijalni niz: 1 s 2 s p 3 s p d 4 s p d f 5 s p d f 6 s p d f 7 s p d f

(n+1|) 1 2 3 3 4 5 4 5 6 7 5 6 7 8 6 7 8 9 7 8 9 10

Serija Klečkovskog

Redoslijed popunjavanja Elektronika 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 ..

(n+l|) 1 2 3 3 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 7 8.

Elektronska formula 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 d 10 4s 2 p 6 d 10 f 14 5s 2 p 6 d 10 f 14 6s 2 p 6 d 10 f 14 7s 2 p 6 d 10 f 14 8...

(n+1|) 1 2 3 3 4 5 4 5 6 7 5 6 7 8 6 7 8 9 7 8 9 10

Informacijski sadržaj elektroničkih formula

1. Položaj elementa u periodi|periodi| sustav.

2. Mogući stupnjevi| oksidacija elementa.

3. Kemijska svojstva elementa.

4. Sastav|skladište| i svojstva veza elemenata.

Položaj elementa u periodi|periodično|Sustav D. I. Mendeljejeva:

A) broj razdoblja, u kojem se element nalazi, odgovara broju razina na kojima se nalaze elektroni;

b) broj grupe, kojoj pripada dati element, jednak je zbroju valentnih elektrona. Valentni elektroni za atome s- i p-elemenata su elektroni vanjske razine; za d – elemente to su elektroni vanjske razine i nepopunjene podrazine prethodne razine.

V) elektronička obitelj određen simbolom podrazine na koju dolazi zadnji elektron (s-, p-, d-, f-).

G) podskupina određeno pripadnošću elektroničkoj obitelji: s - i p - elementi zauzimaju glavne podskupine, a d - elementi - sekundarne, f - elementi zauzimaju zasebne odjeljke u donjem dijelu periodnog sustava (aktinoidi i lantanidi).

2. Mogući stupnjevi| oksidacija elemenata.

Oksidacijsko stanje je naboj koji atom dobiva kada predaje ili dobiva elektrone.

Atomi koji doniraju elektrone dobivaju pozitivan naboj, koji je jednak broju predanih elektrona (naboj elektrona (-1)

Z E 0 – ne  Z E + n

Atom koji je predao elektrone pretvara se u kation(pozitivno nabijeni ion). Proces odvajanja elektrona od atoma naziva se proces ionizacije. Energija potrebna za odvijanje tog procesa naziva se energija ionizacije ( Eion, eV).

Prvi se od atoma odvajaju elektroni vanjske razine koji nemaju par u orbitali – nespareni. U prisutnosti slobodnih orbitala unutar jedne razine, pod utjecajem vanjske energije, elektroni koji su formirali parove na ovoj razini su nespareni, a zatim se svi zajedno razdvajaju. Proces rasparivanja, koji se javlja kao rezultat apsorpcije dijela energije od strane jednog od elektrona para i njegovog prijelaza na višu podrazinu, naziva se proces pobude.

Najveći broj elektrona koje atom može donirati jednak je broju valentnih elektrona i odgovara broju skupine u kojoj se element nalazi. Naboj koji atom dobije nakon što izgubi sve valentne elektrone naziva se najviše oksidacijsko stanje atom.

Nakon otpusta|razrješenja| valentna razina vanjski postaje|postaje| razina koja|što| prethodna valencija. Ovo je razina potpuno ispunjena elektronima, i stoga|i stoga| energetski stabilan.

Atomi elemenata koji imaju od 4 do 7 elektrona na vanjskoj razini postižu energetski stabilno stanje ne samo davanjem elektrona, već i njihovim dodavanjem. Kao rezultat toga nastaje razina (.ns 2 p 6) - stabilno stanje inertnog plina.

Atom koji je dodao elektrone dobiva negativanstupanjoksidacija– negativni naboj, koji je jednak broju primljenih elektrona.

Z E 0 + ne  Z E - n

Broj elektrona koje atom može dodati jednak je broju (8 –N|), gdje je N broj skupine u kojoj|koja| element (ili broj valentnih elektrona) koji se nalazi.

Proces dodavanja elektrona atomu prati oslobađanje energije tzv afinitet prema elektronu (Esafinitet,eB).

Elektronička konfiguracija atoma je formula koja prikazuje raspored elektrona u atomu po razinama i podrazinama. Nakon proučavanja članka saznat ćete gdje i kako se nalaze elektroni, upoznati se s kvantnim brojevima i moći konstruirati elektroničku konfiguraciju atoma prema njegovom broju; na kraju članka nalazi se tablica elemenata.

Zašto proučavati elektroničku konfiguraciju elemenata?

Atomi su poput konstrukcijskog sklopa: postoji određeni broj dijelova, međusobno se razlikuju, ali dva dijela iste vrste su apsolutno ista. Ali ovaj konstrukcioni set puno je zanimljiviji od plastičnog i evo zašto. Konfiguracija se mijenja ovisno o tome tko je u blizini. Na primjer, kisik pored vodika Može biti pretvara u vodu, u blizini natrija pretvara se u plin, a u blizini željeza potpuno ga pretvara u rđu. Da bi se odgovorilo na pitanje zašto se to događa i predvidjelo ponašanje atoma pored drugog, potrebno je proučiti elektroničku konfiguraciju, o čemu će biti riječi u nastavku.

Koliko elektrona ima atom?

Atom se sastoji od jezgre i elektrona koji rotiraju oko nje; jezgra se sastoji od protona i neutrona. U neutralnom stanju svaki atom ima broj elektrona jednak broju protona u njegovoj jezgri. Broj protona je označen atomskim brojem elementa, na primjer, sumpor ima 16 protona - 16. element periodnog sustava elemenata. Zlato ima 79 protona - 79. element periodnog sustava elemenata. Prema tome, sumpor ima 16 elektrona u neutralnom stanju, a zlato ima 79 elektrona.

Gdje tražiti elektron?

Promatranjem ponašanja elektrona izvedeni su određeni obrasci koji su opisani kvantnim brojevima, a ima ih ukupno četiri:

• Glavni kvantni broj
• Orbitalni kvantni broj
• Magnetski kvantni broj
• Spinski kvantni broj

Orbitalni

Nadalje, umjesto riječi orbita koristit ćemo termin orbitala; orbitala je valna funkcija elektrona, ugrubo, to je područje u kojem elektron provodi 90% svog vremena.

N - razina
L - školjka
M l - orbitalni broj
M s - prvi ili drugi elektron u orbitali

Orbitalni kvantni broj l

Kao rezultat proučavanja elektronskog oblaka, otkrili su da, ovisno o razini energije, oblak ima četiri glavna oblika: loptu, bučice i dva druga, složenija. Prema rastućoj energiji, ti se oblici nazivaju s-, p-, d- i f-ljuska. Svaka od ovih ljuski može imati 1 (na s), 3 (na p), 5 (na d) i 7 (na f) orbitala. Orbitalni kvantni broj je ljuska u kojoj se nalaze orbitale. Orbitalni kvantni broj za s, p, d i f orbitale ima vrijednosti 0, 1, 2 odnosno 3.

Na s-ljusci postoji jedna orbitala (L=0) – dva elektrona
Na p-ljusci (L=1) nalaze se tri orbitale - šest elektrona
Na d-ljusci (L=2) nalazi se pet orbitala - deset elektrona
Na f-ljusci (L=3) nalazi se sedam orbitala - četrnaest elektrona

Magnetski kvantni broj m l

Na p-ljusci postoje tri orbitale, označene su brojevima od -L do +L, odnosno za p-ljusku (L=1) postoje orbitale “-1”, “0” i “1” . Magnetski kvantni broj označava se slovom m l.

Unutar ljuske elektroni se lakše nalaze u različitim orbitalama, tako da prvi elektroni ispunjavaju po jedan u svakoj orbitali, a zatim se u svaku dodaje par elektrona.

Razmotrimo d-ljusku:
D-ljuska odgovara vrijednosti L=2, odnosno pet orbitala (-2,-1,0,1 i 2), prvih pet elektrona ispunjava ljusku uzimajući vrijednosti M l =-2, M l = -1, Ml =0, Ml =1, Ml =2.

Spinski kvantni broj m s

Spin je smjer rotacije elektrona oko svoje osi, postoje dva smjera, pa kvantni broj spina ima dvije vrijednosti: +1/2 i -1/2. Jedna energetska podrazina može sadržavati samo dva elektrona suprotnih spinova. Spinski kvantni broj označava se m s

Glavni kvantni broj n

Glavni kvantni broj je razina energije na ovaj trenutak poznato je sedam energetskih razina, a svaka je označena arapskim brojem: 1,2,3,...7. Broj školjki na svakoj razini jednak je broju razine: jedna je školjka na prvoj razini, dvije na drugoj itd.

Elektronski broj

Dakle, svaki elektron se može opisati s četiri kvantna broja, kombinacija tih brojeva je jedinstvena za svaki položaj elektrona, uzmimo prvi elektron, najniža razina energije je N = 1, na prvoj razini postoji jedna ljuska, prva ljuska na bilo kojoj razini ima oblik lopte (s -ljuska), tj. L=0, magnetski kvantni broj može poprimiti samo jednu vrijednost, M l =0 i spin će biti jednak +1/2. Ako uzmemo peti elektron (u kojem god atomu bio), tada će glavni kvantni brojevi za njega biti: N=2, L=1, M=-1, spin 1/2.

Sastav atoma.

Atom se sastoji od atomska jezgra I elektronska ljuska.

Jezgra atoma sastoji se od protona ( p+) i neutroni ( n 0). Većina atoma vodika ima jezgru koja se sastoji od jednog protona.

Broj protona N(p+) jednak je nuklearnom naboju ( Z) i redni broj elementa u prirodnom nizu elemenata (i u periodnom sustavu elemenata).

N(str +) = Z

Zbroj neutrona N(n 0), označen jednostavno slovom N, i broj protona Z nazvao maseni broj a označava se slovom A.

A = Z + N

Elektronski omotač atoma sastoji se od elektrona koji se kreću oko jezgre ( e -).

Broj elektrona N(e-) u elektronskom omotaču neutralnog atoma jednak je broju protona Z u svojoj srži.

Masa protona približno je jednaka masi neutrona i 1840 puta veća od mase elektrona, pa je masa atoma gotovo jednaka masi jezgre.

Oblik atoma je sferičan. Polumjer jezgre približno je 100 000 puta manji od polumjera atoma.

Kemijski element- vrsta atoma (skupina atoma) s istim nabojem jezgre (s istim brojem protona u jezgri).

Izotop- skup atoma istog elementa s istim brojem neutrona u jezgri (ili vrsta atoma s istim brojem protona i istim brojem neutrona u jezgri).

Različiti izotopi međusobno se razlikuju po broju neutrona u jezgri svojih atoma.

Oznaka pojedinog atoma ili izotopa: (E - simbol elementa), na primjer: .

Građa elektronske ljuske atoma

Atomska orbitala- stanje elektrona u atomu. Simbol za orbitalu je . Svaka orbitala ima odgovarajući elektronski oblak.

Orbitale stvarnih atoma u osnovnom (nepobuđenom) stanju su četiri vrste: s, str, d I f.

Elektronički oblak- dio prostora u kojem se može naći elektron s vjerojatnošću od 90 (ili više) posto.

Bilješka: ponekad se koncepti "atomske orbitale" i "elektronskog oblaka" ne razlikuju, nazivajući ih "atomskom orbitalom".

Elektronski omotač atoma je slojevit. Elektronički sloj formirani od elektronskih oblaka iste veličine. Orbitale jednog sloja tvore elektronska ("energetska") razina, njihove su energije iste za atom vodika, ali različite za ostale atome.

Orbitale iste vrste grupiraju se u elektronički (energetski) podrazine:
s-podrazina (sastoji se od jedne s-orbitale), simbol - .
str-podrazina (sastoji se od tri str
d-podrazina (sastoji se od pet d-orbitale), simbol - .
f-podrazina (sastoji se od sedam f-orbitale), simbol - .

Energije orbitala istog podrazina su iste.

Kod označavanja podrazina simbolu podrazine dodaje se broj sloja (elektronička razina), na primjer: 2 s, 3str, 5d sredstva s- podrazina druge razine, str- podrazina treće razine, d-podrazina pete razine.

Ukupan broj podrazina na jednoj razini jednak je broju razine n. Ukupan broj orbitala na jednoj razini jednak je n 2. Prema tome, ukupan broj oblaka u jednom sloju također je jednak n 2 .

Oznake: - slobodna orbitala (bez elektrona), - orbitala s nesparenim elektronom, - orbitala s elektronskim parom (s dva elektrona).

Redoslijed kojim elektroni ispunjavaju orbitale atoma određen je s tri zakona prirode (formulacije su dane u pojednostavljenim terminima):

1. Načelo najmanje energije - elektroni ispunjavaju orbitale redoslijedom povećanja energije orbitala.

2. Paulijev princip – u jednoj orbitali ne može biti više od dva elektrona.

3. Hundovo pravilo - unutar podrazine elektroni prvo ispunjavaju prazne orbitale (jedan po jedan), a tek nakon toga formiraju elektronske parove.

Ukupan broj elektrona u elektronskoj razini (ili elektronskom sloju) je 2 n 2 .

Distribucija podrazina po energiji izražava se na sljedeći način (prema rastućoj energiji):

1s, 2s, 2str, 3s, 3str, 4s, 3d, 4str, 5s, 4d, 5str, 6s, 4f, 5d, 6str, 7s, 5f, 6d, 7str ...

Ovaj niz je jasno izražen energetskim dijagramom:

Raspodjela elektrona atoma po razinama, podrazinama i orbitalama (elektronička konfiguracija atoma) može se prikazati kao formula elektrona, energetski dijagram ili, jednostavnije, kao dijagram slojeva elektrona ("elektronski dijagram").

Primjeri elektroničke strukture atoma:

valentni elektroni- elektroni atoma koji mogu sudjelovati u stvaranju kemijskih veza. Za svaki atom, to su svi vanjski elektroni plus oni predvanjski elektroni čija je energija veća od energije vanjskih. Na primjer: atom Ca ima 4 vanjska elektrona s 2, oni su također valentni; atom Fe ima 4 vanjska elektrona s 2 ali on ima 3 d 6, dakle atom željeza ima 8 valentnih elektrona. Valentna elektronska formula atoma kalcija je 4 s 2, a atomi željeza - 4 s 2 3d 6 .

Periodni sustav kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva
(prirodni sustav kemijskih elemenata)

Periodički zakon kemijskih elemenata(moderna formulacija): svojstva kemijskih elemenata, kao i jednostavnih i složenih tvari koje oni formiraju, periodički ovise o vrijednosti naboja atomskih jezgri.

Periodni sustav elemenata- grafički izraz periodičkog zakona.

Prirodni nizovi kemijskih elemenata- niz kemijskih elemenata raspoređenih prema rastućem broju protona u jezgri njihovih atoma, ili, što je isto, prema rastućim nabojima jezgri tih atoma. Serijski broj elementa u ovom retku jednak broju protona u jezgri bilo kojeg atoma tog elementa.

Tablica kemijskih elemenata konstruirana je "rezanjem" prirodnog niza kemijskih elemenata razdoblja(vodoravni redovi tablice) i grupiranja (okomiti stupci tablice) elemenata sa sličnom elektronskom strukturom atoma.

Ovisno o načinu na koji kombinirate elemente u skupine, tablica može biti dugotrajni(elementi s istim brojem i vrstom valentnih elektrona skupljaju se u skupine) i kratak period(elementi s istim brojem valentnih elektrona skupljaju se u skupine).

Skupine kratkoperiodične tablice podijeljene su u podskupine ( glavni I strana), podudarajući se sa skupinama dugoperiodične tablice.

Svi atomi elemenata iste periode imaju isti broj elektronskih slojeva, jednak broju periode.

Broj elemenata u periodama: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Većina elemenata osme periode dobivena je umjetnim putem, posljednji elementi ove periode još nisu sintetizirani. Sva razdoblja osim prvoga počinju elementom koji tvori alkalijski metal (Li, Na, K itd.) i završavaju elementom koji tvori plemeniti plin (He, Ne, Ar, Kr itd.).

U kratkoperiodnoj tablici postoji osam skupina, od kojih je svaka podijeljena u dvije podskupine (glavnu i sporednu), u dugoperiodičnoj tablici postoji šesnaest skupina, koje su numerirane rimskim brojevima slovima A ili B, tj. primjer: IA, IIIB, VIA, VIIB. Skupina IA dugoperiodičnog sustava odgovara glavnoj podskupini prve skupine kratkoperiodičnog sustava; skupina VIIB - sekundarna podskupina sedme skupine: ostatak - slično.

Svojstva kemijskih elemenata prirodno se mijenjaju u skupinama i periodima.

U razdobljima (s rastućim rednim brojem)

• povećava se nuklearni naboj
• povećava se broj vanjskih elektrona,
• radijus atoma se smanjuje,
• povećava se snaga veze između elektrona i jezgre (energija ionizacije),
• elektronegativnost se povećava,
• pojačana su oksidacijska svojstva jednostavnih tvari ("nemetalnost"),
• redukcijska svojstva jednostavnih tvari slabe ("metalnost"),
• slabi osnovni karakter hidroksida i odgovarajućih oksida,
• povećava se kiseli karakter hidroksida i odgovarajućih oksida.

U grupama (s rastućim rednim brojem)

• povećava se nuklearni naboj
• radijus atoma se povećava (samo u A-skupinama),
• smanjuje se jakost veze između elektrona i jezgre (energija ionizacije; samo u A-skupinama),
• smanjuje se elektronegativnost (samo u A-skupinama),
• slabe oksidacijska svojstva jednostavnih tvari ("nemetalnost"; samo u A-skupinama),
• pojačana su redukcijska svojstva jednostavnih tvari ("metalnost"; samo u A-skupinama),
• povećava se bazičnost hidroksida i odgovarajućih oksida (samo u A-skupinama),
• slabi kiseli karakter hidroksida i odgovarajućih oksida (samo u A-skupinama),
• smanjuje se stabilnost vodikovih spojeva (povećava se njihova redukcijska aktivnost; samo u A-skupinama).

Zadaci i testovi na temu "Tema 9. "Građa atoma. Periodni zakon i periodni sustav kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva (PSHE) "."

• Periodični zakon - Periodički zakon i građa atoma 8.–9
  Morate znati: zakonitosti popunjavanja orbitala elektronima (načelo najmanje energije, Paulijev princip, Hundovo pravilo), građu periodnog sustava elemenata.

  Morate znati: odrediti sastav atoma prema položaju elementa u periodnom sustavu i, obrnuto, pronaći element u periodnom sustavu, poznavajući njegov sastav; prikazati strukturni dijagram, elektroničku konfiguraciju atoma, iona i, obrnuto, odrediti položaj kemijskog elementa u PSCE iz dijagrama i elektroničke konfiguracije; karakterizirati element i tvari koje tvori prema položaju u PSCE-u; odrediti promjene polumjera atoma, svojstava kemijskih elemenata i tvari koje oni tvore unutar jedne periode i jedne glavne podskupine periodnog sustava.

  Primjer 1. Odredite broj orbitala u trećoj elektronskoj razini. Koje su to orbitale?
  Za određivanje broja orbitala koristimo formulu N orbitale = n 2 gdje n- broj razine. N orbitale = 3 2 = 9. Jedan 3 s-, tri 3 str- i pet 3 d-orbitale.

  Primjer 2. Odredite koji atom elementa ima elektronsku formulu 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 1 .
  Da biste odredili o kojem se elementu radi, morate saznati njegov atomski broj, koji je jednak ukupnom broju elektrona atoma. U ovom slučaju: 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13. Ovo je aluminij.

  Nakon što ste se uvjerili da ste naučili sve što trebate, prijeđite na izvršavanje zadataka. Želimo vam uspjeh.

  
  Preporučena literatura:
  • O. S. Gabrielyan i dr. Kemija 11. razred. M., Droplja, 2002.;
  • G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. Kemija 11. razred. M., Obrazovanje, 2001.

Zapisan je u obliku tzv. elektroničkih formula. U elektroničkim formulama slova s, p, d, f označavaju energetske podrazine elektrona; Brojevi ispred slova označavaju energetsku razinu u kojoj se nalazi određeni elektron, a indeks gore desno je broj elektrona u određenoj podrazini. Za sastavljanje elektroničke formule atoma bilo kojeg elementa dovoljno je znati broj tog elementa u periodnom sustavu i slijediti osnovne principe koji upravljaju raspodjelom elektrona u atomu.

Struktura elektronske ljuske atoma također se može prikazati u obliku dijagrama rasporeda elektrona u energetskim ćelijama.

Za atome željeza ova shema ima sljedeći oblik:

Ovaj dijagram jasno prikazuje primjenu Hundovog pravila. Na 3d podrazini najveći broj stanica (četiri) ispunjen je nesparenim elektronima. Slika strukture elektronske ljuske u atomu u obliku elektroničkih formula i u obliku dijagrama ne odražava jasno valna svojstva elektrona.

Tekst periodičnog zakona s izmjenama i dopunama DA. Mendeljejev : svojstva jednostavnih tijela, kao i oblici i svojstva spojeva elemenata, u periodičnoj su ovisnosti o veličini atomskih težina elemenata.

Moderna formulacija periodnog zakona: svojstva elemenata, kao i oblici i svojstva njihovih spojeva, periodički su ovisna o veličini naboja jezgre njihovih atoma.

Tako se pokazalo da je pozitivni naboj jezgre (a ne atomska masa) točniji argument o kojem ovise svojstva elemenata i njihovih spojeva

Valencija- To je broj kemijskih veza kojima je jedan atom povezan s drugim.
Mogućnosti valencije atomi su određeni brojem nesparenih elektrona i prisutnošću slobodnih atomskih orbitala na vanjskoj razini. Struktura vanjskih energetskih razina atoma kemijskih elemenata uglavnom određuje svojstva njihovih atoma. Stoga se te razine nazivaju valentnim razinama. Elektroni ovih razina, a ponekad i predvanjskih razina, mogu sudjelovati u stvaranju kemijskih veza. Takvi se elektroni nazivaju i valentni elektroni.

Stehiometrijska valencija kemijski element - ovo je broj ekvivalenata koje određeni atom može spojiti na sebe, ili broj ekvivalenata u atomu.

Ekvivalenti su određeni brojem spojenih ili supstituiranih vodikovih atoma, tako da je stehiometrijska valencija jednaka broju vodikovih atoma s kojima određeni atom stupa u interakciju. Ali ne međusobno djeluju svi elementi slobodno, ali gotovo svi međusobno djeluju s kisikom, pa se stehiometrijska valencija može definirati kao dvostruki broj vezanih atoma kisika.

Na primjer, stehiometrijska valencija sumpora u vodikovom sulfidu H 2 S je 2, u oksidu SO 2 - 4, u oksidu SO 3 -6.

Pri određivanju stehiometrijske valencije elementa pomoću formule binarnog spoja treba se voditi pravilom: ukupna valencija svih atoma jednog elementa mora biti jednaka ukupnoj valenciji svih atoma drugog elementa.

Oksidacijsko stanje Također karakterizira sastav tvari i jednaka je stehiometrijskoj valenciji s predznakom plus (za metal ili elektropozitivniji element u molekuli) ili minus.

1. B jednostavne tvari stupanj oksidacije elemenata je nula.

2. Oksidacijsko stanje fluora u svim spojevima je -1. Ostali halogeni (klor, brom, jod) s metalima, vodikom i drugim elektropozitivnijim elementima također imaju oksidacijsko stanje -1, ali u spojevima s više elektronegativnih elemenata imaju pozitivne vrijednosti oksidacijska stanja.

3. Kisik u spojevima ima oksidacijski stupanj -2; izuzetak su vodikov peroksid H 2 O 2 i njegovi derivati ​​(Na 2 O 2, BaO 2 i dr., u kojima kisik ima oksidacijsko stanje -1, kao i kisikov fluorid OF 2, u kojem je oksidacijsko stanje kisika je +2.

4. Alkalni elementi (Li, Na, K itd.) i elementi glavne podskupine druge skupine periodnog sustava (Be, Mg, Ca itd.) uvijek imaju oksidacijski stupanj jednak broju skupine, tj. je, +1 i +2, respektivno.

5. Svi elementi treće skupine, osim talija, imaju konstantno oksidacijsko stanje jednako broju skupine, t.j. +3.

6. Najviše oksidacijsko stanje elementa jednako je broju skupine periodnog sustava, a najmanje je razlika: broj skupine - 8. Npr. najviši stupanj oksidacija dušika (nalazi se u petoj skupini) je +5 (kod dušične kiseline i njezinih soli), a najniža je -3 (kod amonijaka i amonijevih soli).

7. Oksidacijska stanja elemenata u spoju se međusobno poništavaju tako da je njihov zbroj za sve atome u molekuli ili jedinici neutralne formule jednak nuli, a za ion to je njegov naboj.

Ova se pravila mogu koristiti za određivanje nepoznatog oksidacijskog stanja elementa u spoju ako su poznata oksidacijska stanja ostalih i za konstruiranje formula za višeelementne spojeve.

Oksidacijsko stanje (oksidacijski broj) — pomoćna konvencionalna vrijednost za bilježenje procesa oksidacije, redukcije i redoks reakcija.

Koncept oksidacijsko stanječesto se koristi u anorganska kemija umjesto pojma valencija. Oksidacijsko stanje atoma jednako je numeričkoj vrijednosti električnog naboja dodijeljenog atomu, uz pretpostavku da su vezni elektronski parovi potpuno usmjereni prema više elektronegativnih atoma (to jest, uz pretpostavku da se spoj sastoji samo od iona).

Oksidacijski broj odgovara broju elektrona koji se moraju dodati pozitivnom ionu da bi se reducirao u neutralni atom, ili oduzeti od negativnog iona da bi se oksidirao u neutralni atom:

Al 3+ + 3e − → Al
S 2− → S + 2e − (S 2− − 2e − → S)

Svojstva elemenata, ovisno o građi elektronske ljuske atoma, variraju prema periodima i skupinama periodnog sustava. Budući da su u nizu analognih elemenata elektroničke strukture samo slične, ali ne i identične, tada se pri prelasku s jednog elementa u skupini na drugi kod njih ne opaža jednostavno ponavljanje svojstava, već njihova više ili manje jasno izražena prirodna promjena .

Kemijska priroda elementa određena je sposobnošću njegovog atoma da gubi ili dobiva elektrone. Ta se sposobnost kvantificira vrijednostima ionizacijskih energija i afiniteta elektrona.

Energija ionizacije (E i) je najmanja količina energije potrebna za apstrakciju i potpuno uklanjanje elektrona iz atoma u plinovitoj fazi pri T = 0

K bez prijenosa kinetičke energije na oslobođeni elektron uz transformaciju atoma u pozitivno nabijen ion: E + Ei = E+ + e-. Energija ionizacije je pozitivna veličina i ima najniže vrijednosti za atome alkalijskih metala, a najveće za atome plemenitih plinova.

Elektronski afinitet (Ee) je energija koja se oslobađa ili apsorbira kada se elektron doda atomu u plinovitoj fazi pri T = 0

K s transformacijom atoma u negativno nabijeni ion bez prijenosa kinetičke energije na česticu:

E + e- = E- + Ee.

Halogeni, posebice fluor, imaju najveći afinitet prema elektronu (Ee = -328 kJ/mol).

Vrijednosti Ei i Ee izražene su u kilodžulima po molu (kJ/mol) ili u elektronvoltima po atomu (eV).

Sposobnost vezanog atoma da pomakne elektrone kemijskih veza prema sebi, povećavajući gustoću elektrona oko sebe naziva se elektronegativnost.

Taj je koncept u znanost uveo L. Pauling. Elektronegativnostoznačava se simbolom ÷ i karakterizira tendenciju danog atoma da dodaje elektrone kada formira kemijsku vezu.

Prema R. Malikenu, elektronegativnost atoma procjenjuje se polovicom zbroja energija ionizacije i afiniteta prema elektronima slobodnih atoma = (Ee + Ei)/2

U periodima postoji opća tendencija povećanja energije ionizacije i elektronegativnosti s povećanjem naboja atomske jezgre; u skupinama te vrijednosti opadaju s povećanjem atomskog broja elementa.

Treba naglasiti da se elementu ne može dodijeliti konstantna vrijednost elektronegativnosti, jer ona ovisi o mnogim čimbenicima, posebice o valentnom stanju elementa, vrsti spoja u koji je uključen, te broju i vrsti susjednih atoma. .

Atomski i ionski radijusi. Veličine atoma i iona određene su veličinama elektronske ljuske. Prema kvantnomehaničkim pojmovima, elektronska ljuska nema strogo definirane granice. Stoga se radijus slobodnog atoma ili iona može uzeti kao teorijski izračunata udaljenost od jezgre do položaja glavnog maksimuma gustoće vanjskih elektronskih oblaka. Ta se udaljenost naziva orbitalni radijus. U praksi se obično koriste polumjeri atoma i iona u spojevima izračunati na temelju eksperimentalnih podataka. U ovom slučaju razlikuju se kovalentni i metalni polumjeri atoma.

Ovisnost atomskih i ionskih radijusa o naboju jezgre atoma elementa periodične je prirode. U razdobljima, kako se atomski broj povećava, radijusi se smanjuju. Najveće smanjenje tipično je za elemente kratkih razdoblja, budući da je njihova vanjska elektronička razina ispunjena. U velikim periodima u obiteljima d- i f-elemenata, ova promjena je manje oštra, budući da se u njima punjenje elektrona događa u predvanjskom sloju. U podskupinama radijusi atoma i iona iste vrste općenito rastu.

Periodični sustav elemenata jasan je primjer manifestacije različitih vrsta periodičnosti u svojstvima elemenata, koji se promatra vodoravno (u razdoblju s lijeva na desno), okomito (u skupini, na primjer, od vrha do dna). ), dijagonalno, tj. neko svojstvo atoma se povećava ili smanjuje, ali periodičnost ostaje.

U periodi slijeva na desno (→) povećavaju se oksidacijska i nemetalna svojstva elemenata, a smanjuju redukcijska i metalna svojstva. Dakle, od svih elemenata perioda 3, natrij će biti najaktivniji metal i najjači redukcijski agens, a klor će biti najjači oksidacijski agens.

Kemijska veza- To je međusobna povezanost atoma u molekuli, odnosno kristalnoj rešetki, kao rezultat djelovanja električnih sila privlačenja između atoma.

To je međudjelovanje svih elektrona i svih jezgri, što dovodi do stvaranja stabilnog, poliatomskog sustava (radikal, molekulski ion, molekula, kristal).

Kemijske veze ostvaruju valentni elektroni. Prema suvremenim shvaćanjima, kemijska veza je elektroničke prirode, ali se ostvaruje na različite načine. Stoga postoje tri glavne vrste kemijskih veza: kovalentni, ionski, metalni.Nastaje između molekula vodikova veza, i dogoditi se van der Waalsove interakcije.

Glavne karakteristike kemijske veze uključuju:

- duljina veze - To je međunuklearna udaljenost između kemijski povezanih atoma.

Ovisi o prirodi atoma koji međusobno djeluju i višestrukosti veze. Kako se množina povećava, duljina veze se smanjuje i, posljedično, povećava se njezina snaga;

- višestrukost veze određena je brojem elektronskih parova koji povezuju dva atoma. Kako se množina povećava, energija vezanja raste;

- spojni kut- kut između zamišljenih ravnih linija koje prolaze kroz jezgre dvaju kemijski međusobno povezanih susjednih atoma;

Energija veze E SV - to je energija koja se oslobađa tijekom stvaranja određene veze i troši na njezino kidanje, kJ/mol.

Kovalentna veza - Kemijska veza nastala dijeljenjem para elektrona između dva atoma.

Objašnjenje kemijske veze pojavom zajedničkih elektronskih parova između atoma čini osnovu spinske teorije valencije, čiji je alat metoda valentne veze (MVS) , otkrio Lewis 1916. Za kvantno mehanički opis kemijskih veza i strukture molekula koristi se druga metoda - metoda molekularne orbite (MMO) .

Metoda valentne veze

Osnovni principi stvaranja kemijske veze pomoću MBC-a:

1. Kemijsku vezu tvore valentni (nespareni) elektroni.

2. Elektroni s antiparalelnim spinovima koji pripadaju dvama različitim atomima postaju uobičajeni.

3. Kemijska veza nastaje samo ako se pri približavanju dva ili više atoma ukupna energija sustava smanjuje.

4. Glavne sile koje djeluju u molekuli su električnog, Coulombovog podrijetla.

5. Što je veza jača, to se oblaci elektrona koji međusobno djeluju više preklapaju.

Postoje dva mehanizma za stvaranje kovalentnih veza:

Mehanizam razmjene. Veza nastaje dijeljenjem valentnih elektrona dva neutralna atoma. Svaki atom daje jedan nespareni elektron zajedničkom elektronskom paru:

Riža. 7. Mehanizam izmjene za stvaranje kovalentnih veza: A- nepolarni; b- polarni

Donorsko-akceptorski mehanizam. Jedan atom (donor) daje elektronski par, a drugi atom (akceptor) daje praznu orbitalu za taj par.

veze, obrazovan prema donor-akceptorskom mehanizmu pripadaju kompleksni spojevi

Riža. 8. Donor-akceptorski mehanizam stvaranja kovalentne veze

Kovalentna veza ima određene karakteristike.

Zasićenost - svojstvo atoma da stvaraju strogo određeni broj kovalentnih veza. Zbog zasićenosti veza molekule imaju određeni sastav.

Usmjerenost - t . e. veza se formira u smjeru maksimalnog preklapanja elektronskih oblaka . S obzirom na crtu koja spaja središta atoma koji tvore vezu, razlikuju se: σ i π (slika 9): σ-veza - nastaje preklapanjem AO duž crte koja povezuje središta atoma koji međusobno djeluju; π veza je veza koja se javlja u smjeru osi okomite na ravnu liniju koja povezuje jezgre atoma. Smjer veze određuje prostornu strukturu molekula, odnosno njihov geometrijski oblik. hibridizacija - to je promjena u obliku nekih orbitala pri formiranju kovalentne veze kako bi se postiglo učinkovitije preklapanje orbitala. Kemijska veza nastala uz sudjelovanje elektrona hibridnih orbitala jača je od veze uz sudjelovanje elektrona nehibridnih s- i p-orbitala, jer dolazi do većeg preklapanja. Razlikuju se sljedeće vrste hibridizacije (slika 10, tablica 31): sp hibridizacija - jedna s-orbitala i jedna p-orbitala pretvaraju se u dvije identične “hibridne” orbitale, čiji je kut između osi 180°. Molekule u kojima dolazi do sp-hibridizacije imaju linearnu geometriju (BeCl 2).

sp 2 hibridizacija- jedna s-orbitala i dvije p-orbitale pretvaraju se u tri identične "hibridne" orbitale, čiji je kut između osi 120°. Molekule u kojima dolazi do sp 2 hibridizacije imaju ravnu geometriju (BF 3, AlCl 3).

sp 3-hibridizacija- jedna s-orbitala i tri p-orbitale transformiraju se u četiri identične "hibridne" orbitale, čiji je kut između osi 109°28". Molekule u kojima dolazi do sp 3 hibridizacije imaju tetraedarsku geometriju (CH 4 , NH 3).

Riža. 10. Tipovi hibridizacije valentnih orbitala: a - sp-hibridizacija valentnih orbitala; b - sp 2 - hibridizacija valentnih orbitala; V - sp 3-hibridizacija valentnih orbitala