Содержание статьи.
- Электронная оболочка атома.
- Электронные уровни.
1. Электронная оболочка атома
Электронная оболочка атома - совокупность всех электронов в данном атоме, которые постоянно движутся вокруг ядра.
Для описания состояния электрона оценивается вероятность его нахождения в околоядерной области пространства. Оно имеет сложное строение. Энергия электронов отличается друг от друга, в соответствии с этим электроны занимают различные энергетические уровни.
Энергетический уровень (электронный слой) – это энергетический слой с определённым уровнем энергии находящихся на нём электронов
Совокупность орбиталей, которые имеют одинаковое значение главного квантового числа.
Число энергетических уровней в атоме химического элемента равно номеру пе-риода, в котором этот элемент расположен.
Номер уровня (n) характеризует энергию электрона, так как элементарные ча-стицы могут передавать и принимать только определенными порциями – кван-тами.
Чем выше уровень, тем большей энергией обладает электрон. Чем ниже энер-гия системы, тем она устойчивее (сравните низкую устойчивость камня на вер-шине горы, обладающего большой потенциальной энергией, и устойчивое по-ложение того же камня внизу, когда его энергия значительно ниже), вначале за-полняются уровни с низкой энергией электрона и только потом - высокие. Чем дальше электрон от ядра, тем больше его энергия и слабее связь с ядром.
Самый низкий энергетический уровень (n = 1) соответствует минимально воз-можной энергии электрона. Находящиеся на этом уровне электроны наиболее сильно связаны с ядром. Чем больше n, слабее его связь с ядром, больше рамер электронного облака, тем больше энергия электрона. При n = ∞ электрон теряет связь с ядром и считается свободным.
Максимальное число электронов, которое может вместить уровень рассчитыва-ют по формуле: N(e–) = 2n2(в квадрате), где N - максимальное число электронов на уровне, n - номер уровня.
Тогда для первого уровня N = 2x12 = 2, для второго N = 2x22 = 8 и т. д.
Электронное (атомная) облако (электронная орбиталь) - область околоя-дерного пространства, в каждой точке которой может находиться данный электрон, вероятность нахождения в нем электрона более 90 %; модель движения электрона в атоме.
В многоэлектронных атомах одинаковые по форме и энергии энергетические уровни расщепляются на энергетические подуровни (s, р, d, f - подуровни).
Обозначение орбиталей
Орбитали различаются по размеру, форме, энергии, ориентации. Каждая орби-таль обозначается цифрой (энергетический уровень, т. е на сколько далеко ор-биталь находится от ядра) и латинской буквой (s, p, d, f) - форму орбитали, сте-пенью над буквой обозначается количество электронов на подуровне (1 элек-трон не пишется).
Форма атомных орбиталей
Обитали объёмны, направлены по одной из трёх координатных осей (x, y, z).
Завершенный (замкнутый) внешний уровнь – внешний уровнь атома с 8 эле-ктронами (для водорода и гелия 2 электрона). Он обладает наибольшей устой-чивостью и обусловливает химическую инертность благородных газов, к этому же стремятся все остальные атомы.
Если на внешнем уровне содержится меньшее количество электронов, то такой уровень называется незавершённым.
Уровни, на которых они располагаются валентные электроны, называются ва-лентными.
2. Электронные уровни
Графически любая атомная орбиталь изображается в виде ячейки (квадрат). На каждом энергетическом подуровне может находиться определённое число оди-наковых по энергии орбиталей: на любом s-подуровне - 1 ячейка, на p-3, на d- 5.
Электроны обозначают стрелочками. На одной орбитали (ячейке) может содер- жаться не более двух электронов с разными спинами. Два электрона на одной орбитали называют спаренными (или неподеленной электронной парой), а ор-биталь - заполненной. Если на орбитали находится один электрон, то он - нес-паренный, а орбиталь называется наполовину заполненной. Именно неспарен-ные валентные электроны способны к образованию химической связи. Атомную орбиталь без электронов называют вакантной, или свободной.
1. Квантовые числа
Квантовые числа описывают состояния электрона в атоме, характеристики атом-ных орбиталей и электронной конфигурации атома в целом.
1. Главное квантовое число (n). Определяет полную энергию электрона, степень его удаления от ядра и является номером энергетического уровня.
2. Орбитальное квантовое число (l). Характеризует форму орбитали и под-уровень энергетического уровня, задаваемого главным квантовым числом.
3. Магнитное квантовое число (ml). Определяет расположение (ориента-цию) орбитали в пространстве; показывает количество орбиталей каждого вида.
4. Спиновое квантовое число (ms). Характеризует не орбиталь, а свойство самого электрона - его собственный момент импульса (спин).
Набор значений квантовых чисел, характеризующих электронную оболочку ато-ма, определяется положением элемента в Периодической системе.
3. Принципы и правила заполнения уровней и подуровней
1. Принцип минимума энергии
Справедлив только для основного состояния атома, характеризующегося ми-нимумом энергии. В возбуждённых состояниях электроны могут занимать лю-бые орбитали атома, если при этом не нарушается принцип Паули.
Для выполнения этого принципа применяют правила Клечковского.
Первое правило Клечковского. "При заполнении электронных оболочек в атоме в первую очередь заполняются те подуровни, для которых сумма главного и по-бочного квантовых чисел (п+1) минимальна".
Второе правило Клечковского. "Если для двух подуровней одного или разных уровней суммы (п+1) равны, то сначала заполняется подуровень с меньшим значением п".
Последовательность заполнения электронных орбиталей:
2. Принцип Паули (принцип запрета)
"В атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел, то есть не может быть даже двух абсолютно одинаковых эле-ктронов".
На любой орбитали может находиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если они имеют противоположные спины (неодинаковые спиновые чис-ла).
3. Правило Гунда (Хунда) (порядок заполнения электронами орбиталей)
"В основном состоянии в пределах одного подуровня атом должен иметь макси-мально возможное число неспаренных электронов".
Те есть на одном подуровне электроны заполняют орбитали сначала наполови-ну, одиночными электронами с параллельными (одинаковыми по знаку) спина-ми, а затем идет окончательное заполнение орбиталей парами электронов с противоположными спинами. В результате суммарный спин (и сумма спиновых квантовых чисел) всех электронов в атоме будет максималным.
4. Электронные семейства химических элементов
Подуровень, на котором заканчивается заполнение электронов, определяет принадлежность этого элемента к некоторому семейству: s-элементы – элемен-ты, в атомах которых электронами заполняется s-подуровень внешнего энерге-гетического уровня; р-элементы – элементы, в атомах которых электронами за-полняется p-подуровень внешнего энергетического уровня; d-элементы – эле-менты, в которых заполняется d-подуровень второго снаружи уровня; f-элемен-ты – элементы, в которых заполняется f-подуровень третьего снаружи уровня.
5. Способы изображения распределения электронов в атоме.
1. Электронная схема (показывают распределение электронов только по энергетическим уровням).
Например. для углерода 6С 2е–, 4е–
2. Электронная формула (конфигурация) (показывают распределение элек-тронов по орбиталям).
Цифрой обозначают номер энергетического уровня (перед каждым подуров-нем!). Английской прописной буквой обозначают форму электронного облака, а верхний индекс над буквами - число электронов, размещённых на подуровне.
Например. 6С 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6
Иногда в конфигурации изображают только внешний уровень: 6С - ... 2s22p2 (4 валентных электрона).
3. Ячеечная формула (электронно-графическая схема) (показывают распределение электронов по орбиталям с учётом спина электрона)
- Подуровни обозначают ячейками (квадратами, смотри ниже).
- Электроны обозначают стрелками.
- В одной ячейке можно записать не более двух стрелок.
- Две разнонаправленные стрелки (↑↓) - это спаренные электроны, которые вращаются вокруг своей оси в разных направлениях (разный спин): по и про-тив часовой стрелки.
- Сначала заполняется по одному электрону в каждой ячейке подуровня, толь-ко потом по второму!
Например. Cера. Электронная формула: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 3d0
Ячеечная формула:
6. Алгоритм составления электронной конфигурацией атома (использовать периодическую таблицу)
- Записать символ элемента и заряд его ядра (равен порядковому номеру со знаком +).
- Определить число энергетических уровней (равно номеру периода).
- Записываем максимальное число электронов на уровне, до третьего периода, кроме внешнего (на 1 – 2 электрона, на 2 – 8 электронов).
- На внешнем уровне для главных подгрупп число электронов равно номеру группы.
- Для элементов, начиная с 4 периода, предвнешний уровень заполнять в пос-леднюю очередь, сначала первые заполнять максимально, затем внешний для главных подгрупп по номеру группы, после из всех электронов элемента вычесть сумму тех, что записаны, и записать на предвнешнем уровне.
- Сумма всех электронов должна быть равна порядковому номеру.
Сперва следует заполнить орбитали с наименьшей энергией, и только после перехода к энергетически более высоким. На орбитали (в одной "ячейке") не может располагаться более двух электронов. Орбитали заполняются электро-нами так: сначала в каждую ячейку помещают по одному электрону, после чего орбитали дополняются еще одним электроном с противоположным направ-лением.
7. Провал (проскок) электрона
Провалом электрона - это переход электрона с внешнего, более высокого энер-гетического уровня, на предвнешний, энергетически более низкий. Это связано с большей энергетической устойчивостью получающихся при этом электронных конфигураций.
Провал характерен лишь для некоторых элементов: медь, хром, серебро, золото, молибден: Cu - 3d94s23d104s1; Ag - 4d95s24d105s1; Au - 5d96s25d106s1; Cr - 3d44s23d54s1; Mo - 4d45s24d55s1
ФАКТЧЕК
- Электрону присущи свойства как частицы, так и волны.
- Атомная орбиталь — это характеристика состояния электрона в атоме, ко-торая включает определённое значение энергии, форму и размер электрон-ного облака.
- Электронное строение атома характеризуют с помощью электронной схемы, формулы электронной конфигурации и электронно-графической схемы.
- Порядок заполнения уровней и подуровней (орбиталей): 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p
Содержание контента канала:
Приглашаю подписаться на канал:
Интересно, но необязательно
