Сегодня будем учиться записывать электронную формулу атома и понимать, как распределены электроны по подуровням.
Те, кто знаком с этой темой, может сразу перейти к третьей части - непосредственно про гибридизации
Про электронные уровни мы уже поговорили в прошлом уроке. Но вы же не думали, что все так просто?) Просто есть два электрона на первом уровне, восемь на втором, 18 на третьем. И все они 18 в одной куче? Нееет, они распределены по подуровням.
Хорошая новость: подуровней всего 4 типа. И на каждом уровне они одинаковые. Они называются буквами: s, p, d, f. Вообще если углубляться в строение вещества, то можно узнать, что есть еще и такие уровни как g, h, ... . Но в школе даже f не используют, так что тебе вполне хватит s, p, и d.
Когда я говорю, что "электрон находится на s-подуровне", я подразумеваю, что он летает где-то в пределах сферы. Когда же я говорю, что "электрон находится на d-подуровне" - он где-то в пределах одной из этих интересных синеньких фигур.
При этом подуровни не резиновые, на них влезает ограниченное количество электронов. Самым первым всегда начинают заполнять s, его максимальная вместимость - 2 электрона. Если s уже заполнился, а у нас на уровне еще остались электроны, начинаем заполнять p, на который влезет 6 e. Если и его не хватает, то подключаем d, который вмещает 10 электронов. Дальше в рамках школьной программы ты не дойдешь). Ну и не забываем, что на каждом уровне свои собственные подуровни. А теперь тренируемся.
Базовая электронная формула
Будем расписывать все те же элементы, что и на прошлом уроке, так что я очень рекомендую открыть те записи и пользоваться ими - будет удобно.
Кислород:
Итак, начинаем с первого уровня. Каждый уровень начинается с s, на который помещается максимум 2 е. Смотрим, а у нас как раз на первом уровне 2 е, все и уместятся. Записываем это так:
Поскольку тут я не освоила всякие индексы, будем записывать это как 1s2. Уровень закончился, начинаем второй уровень. На нем 6 е. Всегда начинаем с s, на него уместятся 2 е. Осталось 4 - закинем их на следующий - р. Получим 2s2, 2p4.
Ну и теперь все это соберем в единую формулу: 1s2, 2s2, 2p4. Готово!
Теперь не подглядывать! Сначала написать самостоятельно все, что можется и не можется. Даже если полный бред. И только потом проверять.
Тренируемся на магнии:
На первом уровне 2 электрона: оба поместятся на s - 1s2
На втором уровне 8 е: два поместятся на s, остальные шесть - на p - 2s2, 2p6
На третьем уровне 2 электрона: оба поместятся на s - 3s2
Получаем 1s2, 2s2, 2p6, 3s2
Дальше разберем хлор
На первом уровне 2 электрона: оба поместятся на s - 1s2
На втором уровне 8 е: два поместятся на s, остальные шесть - на p - 2s2, 2p6
На третьем уровне 7 электронов: два поместятся на s, остальные пять - на p - 3s2, 3p5
Получаем 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p5
Добавляем d-подуровень
Дальше у нас титан, вспоминаем, как мы говорили о побочных подгруппах. Все, что находится в побочных подгруппах - это "d-элементы". То есть те элементы, у которых заполняется d-подуровень.
На первом уровне 2 электрона: оба поместятся на s - 1s2
На втором уровне 8 е: два поместятся на s, остальные шесть - на p - 2s2, 2p6
На третьем уровне 8+2 электронов: два поместятся на s, шесть - на p - 3s2, 3p6, и оставшиеся 2 - закидываем на d.
На четвертом уровне 2 электрона: оба поместятся на s - 4s2
Получаем 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d2, 4s2
Продолжаем тренировку с кобальтом
На первом уровне 2 электрона: оба поместятся на s - 1s2
На втором уровне 8 е: два поместятся на s, остальные шесть - на p - 2s2, 2p6
На третьем уровне 8+7 электронов: два поместятся на s, шесть - на p - 3s2, 3p6, и оставшиеся 7- закидываем на d.
На четвертом уровне 2 электрона: оба поместятся на s - 4s2
Получаем 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d7, 4s2
Мне кажется, проще уже некуда. Если не получается что-то, или не понятно - советую еще раз перечитать предыдущий урок и проделать все задания без подглядываний в ответы. Если все еще остаются вопросы - пиши.
Ну и давайте отшлифуем навык с мышьяком:
На первом уровне 2 электрона: оба поместятся на s - 1s2
На втором уровне 8 е: два поместятся на s, остальные шесть - на p - 2s2, 2p6
На третьем уровне 8+10 электронов: два поместятся на s, шесть - на p - 3s2, 3p6, и оставшиеся 10- закидываем на d.
На четвертом уровне 5 электронов: два поместятся на s, остальные три - на p - 4s2, 4р3
Получаем 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d10, 4s2, 4р3
Давайте, чтобы зря все это не гонять, добавим интересного. Видите в конце каждого периода инертный газ? Восьмая группа, главная подгруппа: гелий, неон, аргон всякий. Напишите их электронные формулы. Особенно меня интересует электронная формула аргона.
А теперь сравни формулу аргона и формулу мышьяка. Теперь понятно, почему в википедии электронная формула мышьяка записана так: [Ar] 3d10 4s24p3? На будущее: нас всегда интересует только последний электронный уровень. И предпоследний, если там d заполнен не полностью. Поэтому если ты уже понял, как все это пишется, и устал каждый раз записывать первые три периода - можешь сокращать.
Последний пример: стронций
Строение: [Kr] 5s2
Базу освоили. Теперь последний нюанс.
Провал электрона
Все, что мы тут записываем циферками и буковками, можно еще и нарисовать, чтобы было наглядно. Покажу как на примере кислорода, ибо мне лень много рисовать.
Есть два способа: школьный и нормальный. Покажу обоими.
Школьный: Подуровень рисуется как прямоугольник. Если подуровень большой (p или d) - делим прямоугольник на секции.
Электрон рисуем как стрелочку. При этом в одной секции стрелочки всегда смотрят в противоположную сторону. Если у нас к примеру строение 2s2, 2p6, то мы рисуем два электрона (две стрелочки) в прямоугольнике s, и шесть стрелочек в прямоугольнике p, очевидно, разбивая по два электрона в каждую секцию.
Так же нужно заметить, что если у нас уровень заполняется не до конца, то мы сначала размещаем по одному электрону с каждой секции, и только потом начинаем их "спаривать". То есть для формулы 2s2, 2p3 мы получим вот такое:
Но поскольку мы не в школе, и терпения у меня нет, это все же не урок рисования, я, как и все нормальные люди, немного упрощаю эту композицию: вместо прямоугольников я рисую просто линию. Чем больше уровень - тем длиннее линия. И стрелочки у меня однобокие. Получается вот такое:
Все это просто прекрасно, и теперь, когда мы можем визуализировать электроны, давайте посмотрим еще раз на такой концепт, как энергия: чем больше номер уровня, на котором находятся электрон, и чем больше объем подуровня, на котором находится электрон, тем больше энергии тратит атом, чтобы его там поддерживать.
Таким образом, содержать электрон на втором уровне проще, чем на шестом. Содержать электрон на s подуровне проще, чем на d.
И еще: если подуровень полностью заполнился - атому становится проще. Даже есть он заполнился наполовину (то есть в каждой секции всего по одному электрону, но тем не менее - каждая секция заполнена) - все равно проще.
Давайте посмотрим, как выглядят внешние (не до конца заполненные, или "валентные") уровни известного нам титана:
[Ne] 3s2, 3p6, 3d2, 4s2
Что мы тут видим? Чем больше подуровень - тем он "выше" по энергии - то есть тем больше энергии уходит на поддержание на нем электрона. И мы видим, что оказывается, электроны на 3d подуровне сложнее содержать, чем на 4s. Собственно, именно поэтому у нас в таблице Менделеева сначала заполняется 4s, и только потом мы попадаем на побочную d подгруппу.
А к чему я все это рассказываю? Давайте посмотрим на хром:
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d4, 4s2
Нарисуем для него такую же схему
Что мы тут видим: на большом и тяжелом 3d подуровне в четырех из пяти секций присутствуют электроны. То есть подуровень почти наполовину заполнен. Но не хватает одного жалкого электрончика. Тащить всю эту конструкцию атому не хочется. Поэтому он принимает стратегическое решение: забрать с соседнего 4s подуровня один электрон. Ну и ничего, что надо его чуть выше по энергии закинуть. Затоооо будет полностью (наполовину) укомплектована такая громадина как 3d подуровень. В результате получаем:
То есть наша электронная формула теперь
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d5, 4s1
Это и есть "проскок электрона". Я знаю, что чаще всего, его все же объясняют в школе. Если не дай бог вас заставляют учить, в каких элементах он есть - не надо! Это очень просто: он есть во всех элементах, где получается d4 или d9 - то есть громадному d-подуровню не хватает одного электрончика, чтобы быть заполненным до конца и снизить потребление энергии. Попробуйте сами на примере меди.
Пишем формулу, видим: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d9, 4s2. Ага, 3d9 - попался. Мы знаем, что атом такие штуки не любит, и переделает это в 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d10, 4s1.
Ну вот и все. Рекомендую потренироваться: напишите формулы ванадия, никеля, молибдена, технеция, палладия, серебра, кадмия. И посмотрите, где у вас будет электрон проскакивать, а где - нет.
Ура, поздравляю. Теперь мы готовы разбирать сами гибридизации. Возвращаемся завтра и читаем третий урок.
Кто хочет со мной позаниматься - пишите в тг @Ana_Snegilina
