11-тапсырма.
17-ші элементтің электронды-графикалық формуласын жазыңыз, оның валенттік электрондарын анықтаңыз және кванттық сандар арқылы сипаттаңыз.
Шешімі:
Электрондық конфигурация nlx
, қайда n
бас кванттық сан, л
x
n+1
(Клечковский ережесі
1s>2s>2p>3s>3p>4s>3d>4p>5s>4d>5p>6s>(5d1)>4f>5d>6p>7s>(6d1-2)>5f>6d>7p
Элемент атомындағы электрондар саны оның D.I кестесіндегі реттік нөміріне тең болғандықтан. Менделеев, онда 17-ші элемент – хлор (Cl – реттік нөмірі 17) үшін электрондық формула:
1с 2 2с 2 2п 6 3с 2 3п 5
Хлордың валенттік электрондары 3с 2 3п 5
- 3s және 3p ішкі деңгейлерде орналасқан Cl атомының валенттік орбитальдарында 7 электрон бар. Сондықтан элемент Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесінің жетінші тобына орналастырылған.
Титан атомының электрондық формуласы
12-тапсырма.
Титан атомының электрондық формуласын жазыңыз, валенттілік электрондарын анықтаңыз және кванттық сандар арқылы сипаттаңыз.
Шешімі:
Электрондық формулалар атомдағы электрондардың энергия деңгейлері, ішкі деңгейлері (атомдық орбитальдар) бойынша таралуын көрсетеді. Электрондық конфигурациякейіпкерлер топтарымен белгіленеді nlx
, қайда n
бас кванттық сан, л
- орбиталық кванттық сан (оның орнына сәйкес әріптік белгілеу көрсетіледі - s, p, d, f), x
берілген ішкі деңгейдегі (орбитальдар) электрондар саны. Бұл жағдайда электрон ең аз энергияға ие болатын энергияның ішкі деңгейін - азырақ қосынды алатынын ескеру керек. n+1
(Клечковский ережесі). Энергия деңгейлері мен ішкі деңгейлерді толтыру реті келесідей:
1s>2s>2p>3s>3p>4s>3d>4p>5s>4d>5p>6s>(5d1)>4f>5d>6p>7s>(6d1-2)>5f>6d>7p
Элемент атомындағы электрондар саны оның D.I кестесіндегі реттік нөміріне тең болғандықтан. Менделеев, содан кейін 22-ші элемент -Ti үшін электрондық формула келесі түрде болады:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2
Титанның валенттік электрондары 4с 2 3д 2 4s 3D ішкі деңгейлерінде. Атомдардың электрондық графикалық формулаларында әрбір атомдық орбиталь шаршымен () белгіленеді.
Атом – оң зарядталған ядро мен теріс зарядталған электрондардан тұратын электрлік бейтарап жүйе. Электрондар атомда орналасып, энергетикалық деңгейлер мен ішкі деңгейлерді құрайды.
Электрондық формулаатом – атомдағы электрондардың энергия деңгейлері мен ішкі деңгейлер бойынша ең аз энергия принципіне сәйкес таралуы (Клечковский), Паули принципі, Хунд ережесі.
Атомдағы электронның күйі кванттық механикалық модель – электронды бұлт арқылы сипатталады, оның сәйкес бөлімдерінің тығыздығы электронды табу ықтималдығына пропорционал. Әдетте, электронды бұлт электрон бұлтының шамамен 90%-ын қамтитын ядролық кеңістіктің аймағы ретінде түсініледі. Ғарыштың бұл аймағын орбиталь деп те атайды.
Атомдық орбитальдар энергияның ішкі деңгейін құрайды. Орбитальдар мен ішкі деңгейлерге әріптік белгілер тағайындалады. Әрбір ішкі деңгей атомдық орбитальдардың белгілі бір санына ие. Егер атомдық орбиталь магниттік-кванттық ұяшық ретінде бейнеленген болса, онда ішкі деңгейлерде орналасқан атомдық орбитальдарды келесідей көрсетуге болады:
Әрбір атомдық орбиталь бір уақытта екіден көп емес электрондарды қамтуы мүмкін, олар спин бойынша ерекшеленеді (Паули принципі). Бұл айырмашылық ¯ көрсеткілерімен көрсетіледі. Мұны білу с-бірінші деңгей с-орбиталық, қосулы Р- үшінші деңгей Р-орбитальдар, бойынша г- бесінші деңгей г-орбитальдар, бойынша f- жетінші деңгей f-орбитальдар үшін әрбір ішкі деңгей мен деңгейде электрондардың максималды санын табуға болады. Иә, қосулы с-қосалқы деңгей, бірінші энергетикалық деңгейден бастап, 2 электрон; үстінде Р-қосалқы деңгей, екінші энергетикалық деңгейден бастап, 6 электрон; үстінде г-ішкі деңгей, үшінші энергетикалық деңгейден бастап, 10 электрон; үстінде f-төменгі деңгей, төртінші энергетикалық деңгейден бастап, 14 электрон. Электрондар қосулы s-, p-, d-, f-ішкі деңгейлер сәйкес аталды s-, p-, d-, f-электрондар.
Сәйкес ең аз энергия принципі, энергияның ішкі деңгейлерінің электрондармен дәйекті толтырылуы атомдағы әрбір электрон оның ядромен күшті байланысына сәйкес келетін энергиясы ең аз ішкі деңгейді алатындай жолмен жүреді. Ішкі деңгейлер энергиясының өзгеруін Клечковский қатары немесе энергетикалық шкала ретінде көрсетуге болады:
1с<2с<2б<3с<3б<4с<3г<4б<5с<4г<5б<6с<4f<5г<6б<7с<5f<6г<7б...
Хунд ережесі бойынша энергетикалық ішкі деңгейдің әрбір кванттық ұяшықтары (орбитальдары) алдымен спиндері бірдей бір электрондармен, сосын спиндері қарама-қарсы екінші электрондармен толтырылады. Бір атомдық орбитальда спиндері қарама-қарсы екі электрон жұпталған электрондар деп аталады. Жалғыз электрондар жұпталмаған.
1-мысал 7 электронды орналастырыңыз г-хунд ережесін ескере отырып, ішкі деңгей.
Шешім.
Үстінде гішкі деңгей – бес атомдық орбиталь. Бірдей ішкі деңгейде орналасқан орбитальдардың энергиясы бірдей. Содан кейін гішкі деңгейді келесідей көрсетуге болады: г 
. Хунд ережесін ескере отырып, атомдық орбитальдарды электрондармен толтырғаннан кейін г-қосалқы деңгей келесідей болады 
.
Енді ең аз энергия және Паули принциптері ұғымдарын пайдалана отырып, атомдардағы электрондарды энергия деңгейлері бойынша таратамыз (1-кесте).
1-кесте
Атомдардың энергетикалық деңгейлері бойынша электрондардың таралуы
Бұл схеманы пайдалана отырып, электрондық формулалар түрінде жазылған периодтық жүйе элементтерінің атомдарының электрондық құрылымдарының түзілуін түсіндіруге болады. Атомдағы электрондардың жалпы саны элементтің атомдық нөмірімен анықталады.
Сонымен, бірінші период элементтерінің атомдарында бір с-бірінші энергетикалық деңгейдегі орбиталь (1-кесте). Бұл деңгейде екі электрон болғандықтан, бірінші периодта тек екі элемент (1 H және 2 He) бар, олардың электрондық формулалары келесідей: 1 H 1. с 1 және 2 емес 1 с 2 .
Екінші период элементтерінің атомдарында бірінші энергетикалық деңгей толығымен электрондармен толтырылған. ретімен электрондармен толтырылады с- және Р-екінші энергетикалық деңгейдің ішкі деңгейлері. сомасы с- және Р-бұл деңгейді толтырған электрондар сегіз, сондықтан екінші периодта 8 элемент бар (3 Li ... 10 ne).
Үшінші период элементтерінің атомдарында бірінші және екінші энергетикалық деңгейлер толығымен электрондармен толтырылған. ретімен толтырылады с- және Р-үшінші энергетикалық деңгейдің ішкі деңгейлері. сомасы с- және Р-үшінші энергетикалық деңгейді толтырған электрондар сегіз. Демек, үшінші периодта 8 элемент бар (11 Na ... 18 Ar).
Төртінші период элементтерінің атомдарында бірінші, екінші және үшінші 3 толтырылады с 2 3Р 6 энергия деңгейі. Үшінші энергетикалық деңгейде бос қалады г- ішкі деңгей (3 г). Бұл ішкі деңгейдің бірден онға дейінгі электрондармен толтырылуы максималды электрондармен толтырылғаннан кейін басталады 4 с- төменгі деңгей. Әрі қарай электрондардың орналасуы 4-те жүреді Р- төменгі деңгей. Сома 4 с-, 3г- және 4p-электрондар он сегізге тең, бұл төртінші периодтың 18 элементіне сәйкес келеді (19 К ... 36 Кр).
Дәл осылай бесінші периодтағы элементтер атомдарының электрондық құрылымдарының түзілуі бір ғана айырмашылықпен жүреді. с- және Р- ішкі деңгейлер бесіншіде және г- төртінші энергетикалық деңгейлердегі ішкі деңгей. Қосындысы 5 болғандықтан с-, 4г- және 5 Р-электрондар он сегіз, онда бесінші периодта 18 элемент бар (37 Rb ... 54 Xe).
Өте үлкен алтыншы кезеңде 32 элемент бар (55 Cs ... 86 Rn). Бұл сан электрондардың қосындысына 6 сәйкес келеді с-, 4f-, 5г- және 6 Р- ішкі деңгейлер. Ішкі деңгейлерді электрондармен толтыру реті келесідей. Алдымен электрондармен толтырылған 6 с- төменгі деңгей. Сонда, Клечковский сериясына қарама-қайшы, ол бір электронмен 5 толтырылады г- төменгі деңгей. Осыдан кейін 4 максималды толтырылады. f- төменгі деңгей. Келесіде 5 толтырылады г- және 6 Р- ішкі деңгейлер. Алдыңғы энергия деңгейлері электрондармен толтырылған.
Осыған ұқсас құбылыс жетінші периодтағы элементтер атомдарының электрондық құрылымдарының түзілуі кезінде де байқалады.
Сонымен, элемент атомының электрондық формуласын жазу үшін мынаны білу керек.
1. Элементтердің периодтық жүйесіндегі элементтің реттік саны Д.И. Менделеев, атомдағы электрондардың жалпы санына сәйкес.
2. Атомдағы энергетикалық деңгейлердің жалпы санын анықтайтын период саны. Бұл жағдайда атомдағы соңғы энергетикалық деңгейдің саны элемент орналасқан периодтың санына сәйкес келеді. Екінші және үшінші период элементтерінің атомдарында соңғы энергетикалық деңгейдің электрондармен толтырылуы келесі реттілікпен жүреді: ns 1–2 …np 1–6. Үшінші және төртінші период элементтерінің атомдарында соңғы және соңғы энергетикалық деңгейлердің ішкі деңгейлері келесідей электрондармен толтырылады: ns 1–2 …(n–1)г 1–10 …np 1–6. Алтыншы және жетінші период элементтерінің атомдарында ішкі деңгейлерді электрондармен толтыру реті келесідей: ns 1–2 …(n–1)г 1 …(n-2)f 1–14 …(n–1)г 2–10 …np 1–6 .
3. Негізгі топша элементтерінің атомдарында, қосындысы с- және Р-соңғы энергетикалық деңгейдегі электрондар топ нөміріне тең.
4. Екінші реттік топша элементтерінің атомдарында, қосындысы г-соңғыдан кейінгі және электрондар с-соңғы энергетикалық деңгейлердегі электрондар кобальт, никель, мыс және мырыш топшаларының элементтерінің атомдарынан басқа топ нөміріне тең.
Бір энергетикалық ішкі деңгейдегі атомдық орбитальдарда электрондардың орналасуы сәйкес жүреді Гунд ережесі: бір ішкі деңгейде орналасқан электрондардың спинінің жалпы мәні максималды болуы керек, яғни. Орбитальға берілген ішкі деңгей алдымен параллель спиндері бар бір электронды, содан кейін қарама-қарсы спинді екінші электронды қабылдайды.
2-мысал . Реттік нөмірлері 4, 13, 22 болатын элементтер атомдарының электрондық формулаларын жазыңыз.
Шешім. Атомдық нөмірі 4 элемент - бериллий. Демек, бериллий атомында 4 электрон бар. Бериллий екінші периодта, негізгі топшаның екінші тобында. Период нөмірі энергия деңгейлерінің санына сәйкес келеді, яғни. екі. Бұл энергия деңгейлері төрт электронды қамтуы керек. Бірінші энергетикалық деңгейде екі электрон бар (1 с 2) ал екіншісінде де екі электрон бар (2 с 2) (1-кестені қараңыз). Осылайша, электрондық формула келесі пішінге ие: 4 Be 1 с 2 2с 2. Соңғы энергетикалық деңгейдегі электрондар саны ол орналасқан топтың санына сәйкес келеді.
Алюминий элементі периодтық жүйедегі 13 элементке сәйкес келеді. Алюминий үшінші кезеңде, үшінші топта, негізгі топшада. Демек, үшінші энергетикалық деңгейде үш электрон болуы керек, олар осылай орналасады: 3 с 2 3Р 1 (сома с- және Р-электрондар топ нөміріне тең). Он электрон бірінші және екінші энергетикалық деңгейде: 1 с 2 2с 2 2б 6 (1-кестені қараңыз). Жалпы алюминийдің электрондық формуласы келесідей: 13 Al 1 с 2 2с 2 2б 6 3с 2 3б 1 .
Периодтық жүйеде атомдық нөмірі 22 элемент титан болып табылады. Титан атомында жиырма екі электрон бар. Элемент төртінші периодта болғандықтан, олар төрт энергетикалық деңгейге орналастырылған. Электрондарды ішкі деңгейлерге орналастырған кезде, бұл бүйірлік топшаның төртінші тобының элементі екенін ескеру керек. Сондықтан төртінші энергетикалық деңгейде с- қосалқы деңгейде екі электрон бар: 4 с 2. Бірінші, екінші, үшінші деңгейлер с- және Р- ішкі деңгейлер толығымен электрондармен толтырылған 1 с 2 2с 2 2б 6 3с 2 3б 6 (1-кестені қараңыз). Қалған екі электрон орналасады г- үшінші энергетикалық деңгейдің ішкі деңгейі: 3 г 2. Жалпы титанның электрондық формуласы: 22 Ti 1 с 2 2с 2 2б 6 3с 2 3б 6 3г 2 4с 2 .
Электрондардың «сырғануы».
Электрондық формулаларды жазу кезінде электрондардың «ағып кетуін» ескеру керек с- сыртқы энергетикалық деңгейдің ішкі деңгейі nsүстінде г- сыртқы алдыңғы деңгейдің ішкі деңгейі ( n – 1)г. Мұндай күй ең энергетикалық қолайлы болып саналады. Электронның «сырғауы» кейбір атомдарда болады г-элементтер, мысалы, 24 Cr, 29 Cu, 42 Mo, 47 Ag, 79 Au, 41 Nb, 44 Ru, 45 Rh, 46 Pd.
3-мысал. Бір электронның «серпілісін» ескере отырып, хром атомының электрондық формуласын жаз.
Шешім. Минималды энергия принципіне сәйкес хромның электрондық формуласы: 24 Cr 1 болуы керек с 2 2с 2 2б 6 3с 2 3б 6 3г 4 4с 2. Дегенмен, бұл элемент атомында біреудің «сырғауы» бар с-сыртқы электрон 4 с- ішкі деңгейден 3-ші деңгейге дейін г. Демек, хром атомындағы электрондардың орналасуы: 24 Cr 1 с 2 2с 2 2б 6 3с 2 3б 6 3г 5 4с 1 .
Электрондық-графикалық формулаларды құруды үйрену үшін ядролық ядроның құрылысы теориясын жүзеге асырудың маңызы зор. Атом ядросы протондар мен нейтрондардан тұрады. Электрондар атом ядросының айналасындағы электронды орбитальдарда орналасады.
Саған қажет болады
- - қалам;
- - ескертпе қағаз;
- - элементтердің периодтық жүйесі (Менделеев кестесі).
Нұсқау
1. Атомдағы электрондар энергетикалық шкала деп аталатын реттілікпен бос орбитальдарды алады: 1s/2s, 2p/3s, 3p/4s, 3d, 4p/5s, 4d, 5p/6s, 4d, 5d, 6p/7s, 5f, 6d. , 7б. Спиндері қарама-қарсы екі электрон – айналу бағыттары бір орбитальда орналасуы мүмкін.
2. Электрондық қабықшалардың дизайны графикалық электрондық формулалардың көмегімен өрнектеледі. Формула жазу үшін матрицаны пайдаланыңыз. Бір ұяшықта қарама-қарсы спиндері бар бір немесе екі электрон болуы мүмкін. Электрондар көрсеткілермен бейнеленген. Матрица екі электрон s-орбитальда, 6-р-орбитальда, 10-d-орбитальда, 14-f-орбитальда орналасуы мүмкін екенін анық көрсетеді.
3. Мысал ретінде марганецті пайдаланып электронды графикалық формуланы құрастыру ережесін қарастырыңыз. Периодтық жүйеде марганецті табыңыз. Оның реттік нөмірі 25, яғни атомда 25 электрон бар, бұл төртінші периодтың элементі.
4. Матрицаның жанына элементтің реттік нөмірі мен таңбасын жазыңыз. Энергия шкаласына сәйкес әр ұяшыққа екі электрон енгізе отырып, 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s деңгейлерін кезең-кезеңмен толтырыңыз. Сіз 2+2+6+2+6+2=20 электрон аласыз. Бұл деңгейлер толығымен толтырылған.
5. Сізде тағы бес электрон және бос 3D деңгейі қалды. Электрондарды сол жақтан бастап d-қосалқы деңгейдің ұяшықтарына орналастырыңыз. Спиндері бірдей электрондарды алдымен бір-бірден ұяшықтарға орналастырыңыз. Барлық ұяшықтар толтырылған болса, сол жақтан бастап, қарама-қарсы спинмен екінші электрон қосыңыз. Марганецтің бес d-электрондары бар, олар бір уақытта бүкіл жасушада орналасқан.
6. Электрондық графикалық формулалар валенттілікті анықтайтын жұпталмаған электрондардың санын анық көрсетеді.
Математика, физика, химия пәндерінен теориялық және фактілік жұмыстарды жасау кезінде студент немесе мектеп оқушысы арнайы белгілер мен қиын формулаларды енгізу қажеттілігіне тап болады. Microsoft Office жиынтығынан Word қосымшасы бар болса, электронды теруге рұқсат етіледі формулаәрбір қиындық.
Нұсқау
1. Microsoft Word бағдарламасында ең жаңа құжатты ашыңыз. Болашақта оны іздемеу үшін оған ат беріңіз және оны жұмысыңыз орналасқан қалтаға сақтаңыз.
2. «Кірістіру» қойындысына өтіңіз. Оң жақта ? белгісін табыңыз және оның жанында «Формула» жазуы бар. Көрсеткіні басыңыз. Кірістірілген формуланы, мысалы, квадрат теңдеу формуласын таңдауға болатын терезе пайда болады.
3. Көрсеткіні нұқыңыз және жоғарғы панельде осы формуланы жазу кезінде қажет болуы мүмкін әртүрлі таңбалар пайда болады. Оны өзіңіз қалағандай өзгерту арқылы оны сақтауға болады. Енді ол кірістірілген формулалар тізімінен шығып қалады.
4. Егер формуланы мәтінге көшіру қажет болса, оны кейінірек сайтқа орналастыру керек, содан кейін онымен тінтуірдің оң жақ түймешігімен энергетикалық өрісті нұқыңыз және жоғары кәсіби емес, жазудың сызықтық әдісін таңдаңыз. Атап айтқанда, дәл осындай квадрат теңдеудің формуласы бұл жағдайда келесідей болады: x=(-b±?(b^2-4ac))/2a.
5. Word бағдарламасында электрондық формуланы жазудың тағы бір нұсқасы - конструктор арқылы. Alt және = пернелерін бір уақытта басып тұрыңыз. Сізде бірден формула жазу өрісі болады, ал жоғарғы панельде конструктор ашылады. Мұнда теңдеу жазу және кез келген есепті шешу үшін қажет болуы мүмкін барлық белгілерді таңдауға болады.
6. Кейбір сызықтық белгілер компьютерлік белгілермен таныс емес оқырманға түсініксіз болуы мүмкін. Бұл жағдайда ең қиын формулаларды немесе теңдеулерді графикалық түрде сақтау мағынасы бар. Ол үшін Paint ең оңай графикалық редакторын ашыңыз: «Бастау» - «Бағдарламалар» - «Paint». Осыдан кейін формула құжатын әрбір экранды алатындай етіп үлкейтіңіз. Бұл сақталған кескін ең жоғары ажыратымдылыққа ие болуы үшін қажет. Пернетақтада PrtScr пернесін басып, Paint қолданбасына өтіп, Ctrl+V пернелерін басыңыз.
7. Кез келген артық мөлшерін кесіңіз. Нәтижесінде сіз қажетті формуласы бар қатты кескінді аласыз.
Қатысты бейнелер
Назар аударыңыз!
Химия ерекше жағдайлар туралы ғылым екенін есте сақтаңыз. Периодтық жүйенің екінші реттік топшаларының атомдарында электронды «серпіліс» болады. Мысалы, атомдық нөмірі 24 хромда 4s-деңгейінен бір электрон d-деңгейлі ұяшыққа өтеді. Молибден, ниобий және т.б осындай нәтиже береді.Сонымен қатар жұпталған электрондар жұпталмаған және көрші орбитальдарға ауысқан кезде атомның қозған күйінің көрінісі бар. Сондықтан қосалқы топшаның бесінші және одан кейінгі периодтарының элементтеріне электрондық графикалық формулаларды құрастыру кезінде анықтамалық кітапқа жүгінеді.
Көптеген металдар табиғатта әртүрлі тау жыныстарының немесе минералдардың құрамында ғана емес, сонымен қатар еркін - табиғи түрде де кездеседі. Мысалы, алтын, күміс және мыс. Алайда, біз электронды-графикалық формуласын зерттейтін натрий сияқты белсенді металл элементтері жай зат ретінде кездеспейді. Себебі олардың жоғары реактивтілігі болып табылады, бұл заттың атмосфералық оттегімен жылдам тотығуына әкеледі. Сондықтан зертханада металды керосин немесе техникалық май қабатының астында сақтайды. Сілтілік металдардың барлық элементтерінің химиялық белсенділігін олардың атомдарының құрылымдық ерекшеліктерімен түсіндіруге болады. Натрийдің электронды-графикалық формуласын қарастырайық және оның сипаттамалары физикалық қасиеттеріне және басқа заттармен әрекеттесу ерекшеліктеріне қалай әсер ететінін анықтайық.
натрий атомы
Периодтық жүйенің бірінші тобының негізгі топшасындағы элементтің орны оның электрлік бейтарап бөлшек құрылымына әсер етеді. Бұл диаграмма атом ядросының айналасындағы электрондардың орналасуын суреттейді және ондағы энергия деңгейлерінің санын анықтайды:
Натрий атомындағы протондар, нейтрондар, электрондар саны сәйкесінше 11, 12, 11 болады.Протон саны мен электрондар саны элементтің реттік нөмірімен анықталады, ал бейтарап ядролық бөлшектердің саны тең болады. нуклон саны (атомдық масса) мен протон нөмірі (сериялық нөмірі) арасындағы айырмашылыққа дейін. Атомдағы теріс зарядталған бөлшектердің таралуын жазу үшін келесі электрондық формуланы қолдануға болады: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1.
Атом құрылысы мен зат қасиеттері арасындағы байланыс
Натрийдің сілтілік метал ретіндегі қасиеттерін оның s-элементтеріне жататындығымен, валенттілігі 1, тотығу дәрежесі +1 болуымен түсіндіруге болады. Үшінші, соңғы қабаттағы жұпталмаған бір электрон оның қалпына келтіру сипаттамаларын анықтайды. Басқа атомдармен реакцияларда натрий әрқашан өзінің теріс бөлшектерін электртеріс элементтерге береді. Мысалы, атмосфералық оттегімен тотыққан Na атомдары оң зарядты бөлшектерге – негізгі оксид Na 2 O молекуласының құрамына кіретін катиондарға айналады.Бұл реакция келесі формада болады:
4Na + O 2 \u003d 2Na 2 O.
Физикалық қасиеттері
Натрийдің электронды-графикалық формуласы және оның кристалдық торы агрегаттық күй, балқу және қайнау температуралары, сондай-ақ жылу мен электр тогын өткізу қабілеті сияқты элементтердің параметрлерін анықтайды. Натрий жеңіл (тығыздығы 0,97 г/см3) және өте жұмсақ күмістей метал. Кристалдық торда еркін қозғалатын электрондардың болуы жоғары жылу және электр өткізгіштігін тудырады. Ол табиғи түрде ас тұзы NaCl және сильвинит NaCl × KCl сияқты минералдарда кездеседі. Натрий тек жансыз табиғатта ғана емес, мысалы, тас тұздарының шөгінділерінің немесе теңіздер мен мұхиттардың теңіз суларының құрамында өте кең таралған. Ол хлор, күкірт, кальций, фосфор және басқа элементтермен бірге тірі биологиялық жүйелерді құрайтын ең маңызды он органогендік химиялық элементтердің қатарына кіреді.
Химиялық қасиеттердің ерекшеліктері
Натрийдің электронды-графикалық формуласы Na атомының соңғы, үшінші энергетикалық қабатында айналатын жалғыз s-электронның оң зарядталған ядромен әлсіз байланысқандығын анық көрсетеді. Ол атомның шегінен оңай шығып кетеді, сондықтан натрий оттегімен, сумен, сутегімен және азотпен реакцияларда күшті тотықсыздандырғыш сияқты әрекет етеді. Сілтілік металдарға тән реакция теңдеулерінің мысалдары:
2Na + H 2 \u003d 2NaH;
6Na + N 2 \u003d 2Na 3 N;
2Na + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2.
Сумен реакция химиялық агрессивті қосылыстар – сілтілердің түзілуімен аяқталады. Натрий гидроксиді деп те аталады, белсенді негіздердің қасиеттерін көрсетеді және қатты күйде газды құрғатқыш ретінде қолдануды тапты. Натрий металы өнеркәсіпте тұз балқымасының – натрий хлоридінің немесе оған сәйкес гидроксидтің электролизі арқылы өндіріледі, ал катодта натрий металының қабаты түзіледі.
Біздің мақалада біз натрийдің электронды графикалық формуласын қарастырдық, сонымен қатар оның қасиеттері мен өнеркәсіптегі өндірісін зерттедік.
Химиялық элемент атомындағы электрондардың энергетикалық деңгейлер мен ішкі деңгейлер бойынша таралуын көрсететін жазба деп аталады электрондық конфигурациябұл атом. Атомның негізгі (қозбаған) күйінде барлық электрондар минималды энергия принципін қанағаттандырады. Бұл алдымен ішкі деңгейлер толтырылады дегенді білдіреді, ол үшін:
1) Негізгі кванттық саны n минималды;
2) Деңгейдің ішінде алдымен s-ішкі деңгей толтырылады, содан кейін p- содан кейін ғана d- (l минималды);
3) Толтыру (n + l) минималды болатындай болады (Клечковский ережесі);
4) Бір ішкі деңгейдің ішінде электрондар олардың жалпы спині максималды болатындай орналасады, яғни. құрамында жұпталмаған электрондардың ең көп саны болды (Гунд ережесі).
5) Электрондық атомдық орбитальдарды толтыру кезінде Паули принципі орындалады. Оның нәтижесі n саны бар энергетикалық деңгейде n 2 ішкі деңгейлерде орналасқан 2n 2 электроннан аспауы мүмкін.
Осы дәйектілікті көрсететін электрондық формулалар (немесе конфигурациялар) жазбасында бірінші сан тең n, одан кейінгі әріп сәйкес келеді л, ал жоғарғы оң жақ көрсеткіш осы күйдегі электрондар санына тең.
Мысалға, цезий (Cs) 6-шы периодта, оның 55 электроны (сериялық нөмірі 55) 6 энергетикалық деңгейге және олардың ішкі деңгейлеріне таралады, орбитальдарды электрондармен толтыру ретін сақтай отырып, аламыз: 55 Cs 1 с 2 2 с 2 2 б 6 3 с 2 3 б 6 4 с 2 4 б 6 4 г 10 5 с 2 5 б 6 5 г 10 6 с 1
Өз кезегінде литийдің электрондық формуласы - 1 с 2 2 с 1 , көміртек - 1 с 2 2 с 2 2 б 2 , хлор - 1 с 2 2 с 2 2 б 6 3 с 2 3 б 5 .
Электрондық қабаттардың популяциясын кванттық ұяшықтар (шаршы немесе көлденең сызықтар) түрінде көрсетуге болады. Электрондық формулалардан айырмашылығы мұнда екі емес, төрт кванттық сандар қолданылады. Көпэлектронды атомдардағы электрондардың энергиясы кванттық сан ретінде анықталатынын көруге болады n, Сонымен л; электрондар мәндері бойынша ерекшеленеді мл, және жұпталған электрондар үшін тек спиндер әртүрлі. Біздің мысалдағы бос ұяшықтар бос дегенді білдіреді б-атом қозған кезде электрондарды басып алатын орбитальдар (8-сурет).
Күріш. 8. Бордың электрондық формуласының графикалық көрінісі.
Салыстырмалы атомдық массасының (атомдық салмағының) мәніне байланысты элементтердің химиялық қасиеттерінің өзгеруін зерттей отырып, Д.И.Менделеев 1869 ж. мерзімділік заңы бұл қасиеттер: Элементтердің қасиеттері, демек олар түзетін қарапайым және күрделі денелердің қасиеттері элементтердің атомдық салмағына периодты түрде тәуелді болады.«. Химиялық қасиеттер атомның электрондық қабаттарының құрылымымен анықталатындықтан, Менделеевтің периодтық жүйесі - бұл элементтердің атомдарының электрондық құрылымдары бойынша табиғи жіктелуі (4-қосымша). Мұндай жіктеудің ең қарапайым негізі нейтрал атомдағы ядро зарядына тең электрондар саны болып табылады. Бірақ химиялық байланыс пайда болған кезде электрондар атомдар арасында қайта бөлінуі мүмкін, ал ядро заряды өзгеріссіз қалады, сондықтан периодтық заңның қазіргі тұжырымы былай дейді: «Элементтердің қасиеттері олардың атомдарының ядроларының зарядтарына периодты түрде тәуелді».
Бұл жағдай периодтық жүйеде көлденең және тік қатарлар – периодтар мен топтар түрінде көрінеді.
Кезең - электрондық деңгейлердің бірдей саны бар көлденең жол, период нөмірі негізгі кванттық санның мәнімен сәйкес келеді nсыртқы деңгей (қабат); Периодтық жүйеде мұндай жеті кезең бар. Екінші және одан кейінгі периодтар сілтілі элементтен басталады ( ns 1) және асыл газбен аяқталады ( ns 2 np 6).
Тігінен периодтық жүйе сегіз топқа бөлінеді, олар бөлінеді негізгі – А , тұрады с- және б-элементтер, және жағы - В-топшалары қамтитын г-элементтер. III В кіші тобы, қоспағанда г-элементтер, құрамында 14 4 f- және 5 f-элементтер (отбасы 4 f-лантанидтер және 5 f-актинидтер). Негізгі топшалар сыртқы электрондық қабаттағы электрондардың бірдей санын қамтиды, бұл топ нөміріне тең. Негізгі топшаларда валенттік электрондар (химиялық байланыс түзуге қабілетті электрондар) орналасқан. с- және б-сыртқы энергетикалық деңгейдегі орбитальдар, бүйірінде – on с-сыртқы орбитальдар және г-сыртқы қабаттың орбитальдары. Үшін f-элементтер валенттілік ( n – 2)f- (n – 1)г- және ns-электрондар. Әр топтағы элементтердің ұқсастығы периодтық жүйедегі ең маңызды заңдылық болып табылады. Сонымен қатар, мынаны атап өткен жөн диагональды ұқсастық элементтердің жұптары үшін Li және Mg, Be және Al, B және Si және т.
Элемент атомдарының электрондық қабықшасының құрылымы бір жағынан элементтің реттік санының ұлғаюымен периодты түрде өзгереді, ал екінші жағынан қасиеттері электронды қабаттың құрылымымен анықталады және, сондықтан атом ядросының зарядына периодты тәуелді болады.
Атомдық сипаттамалардың периодтылығы
Элементтердің атомдарының химиялық қасиеттерінің өзгеруінің периодтық сипаты тәуелді атом мен ион радиусының өзгеруі.
Сыртқы электрон қабаттарының негізгі максималды тығыздығының орны бос атомның радиусы ретінде қабылданады. Бұл деп аталатын орбитаның радиусы . Егер атом радиустарының салыстырмалы мәндерін қарастыратын болсақ, онда олардың элемент санына тәуелділігінің кезеңділігін анықтау оңай.
Кезеңдердеядро заряды артқан сайын орбиталық атом радиустары Зсыртқы электрондардың ядромен әрекеттесу дәрежесінің жоғарылауына байланысты жалпы алғанда монотонды түрде төмендейді. Ішкі топтардарадиустар негізінен электронды қабаттар санының артуына байланысты артады.
Сағат с- және б-элементтер, радиустардың периодтарда да, топшаларда да өзгерісі радиустарға қарағанда айқынырақ болады. г- және f-элементтер, бері г- және fэлектрондар ішкі. Радиустарды азайту г- және периодтардағы f-элементтер деп аталады г - жәнеf - қысу. Салдары f-сығымдау - бұл электронды ұқсастардың атомдық радиустары г-бесінші және алтыншы период элементтері дерлік бірдей.
Бұл элементтер қасиеттерінің жақындығына байланысты егіз элементтер деп аталады.
Иондардың түзілуі атомдық радиустармен салыстырғанда иондық радиустардың өзгеруіне әкеледі. Бұл жағдайда катион радиустары әрқашан кішірек, ал аниондық радиустар сәйкес атомдық радиустардан әрқашан үлкен болады.
Атомдардың қасиеттері атомдардың инертті газдарға ұқсас тұрақты электрондық конфигурацияға ие болу ұмтылысына байланысты электрондарды беру немесе қабылдау қабілеті ретінде қарастырылады. Металлдық қасиеттер элемент атомдарының электрондарды беру және тотықсыздандырғыш қасиет көрсету қабілеті ретінде қарастырылады, ал металл емес қасиеттер электрондарды қабылдап, тотықтырғыш қасиет көрсетеді.
Иондану энергиясы атом Iбейтарап атомды оң зарядты ионға айналдыруға қажетті энергия. Оның мәні ядро зарядының мәніне, атомның радиусына және электрондардың өзара әрекеттесуіне байланысты. Иондану энергиясы кДж∙моль –1 немесе эВ-де өрнектеледі. Химиялық зерттеулер үшін ең маңыздысы иондану потенциалыбірінші ретті – қозбаған күйдегі атомнан әлсіз байланысқан электронды толық жоюға жұмсалатын энергия.
E o - e- \u003d E +, I 1 – бірінші иондану потенциалы;
E + - e- \u003d E 2+, I 2 – екінші иондану потенциалы және т.б. I 1 < I 2 < I 3 < I 4 ...
Иондану энергиясы химиялық байланыстың сипаты мен күшін анықтайды, және қалпына келтіретінэлементтердің қасиеттері (28-кесте).