Сферичните орбитали се наричат. Форма на атомните орбитали. §5. Електронни облаци – орбитали

Физическите и химичните свойства на атомите, а следователно и на материята като цяло, до голяма степен се определят от характеристиките на електронния облак около атомното ядро. Положително зареденото ядро ​​привлича отрицателно заредени електрони. Електроните се въртят около ядрото толкова бързо, че е невъзможно да се определи точното им местоположение. Електроните, движещи се около ядрото, могат да бъдат сравнени с облак или мъгла, на някои места повече или по-малко плътни, на други доста разредени. Формата на електронния облак, както и вероятността да се намери електрон във всяка точка от него, могат да бъдат определени чрез решаване на съответните уравненияквантова механика. Областите, където е най-вероятно да се открият електрони, се наричат ​​орбитали. Всяка орбитала се характеризира с определена енергия и може да съдържа не повече от два електрона. Обикновено първо се запълват орбиталите с най-ниска енергия, които са най-близо до ядрото, след това орбиталите с по-висока енергия и т.н.

Набор от електронни орбитали с близка енергия образува слой (т.е. обвивка или енергийно ниво). Енергийните нива са номерирани, като се започне от ядрото на атома: 1, 2, 3,... . Колкото по-далеч от ядрото, толкова по-просторни са слоевете и толкова повече орбитали и електрони могат да поемат. Да, нан-то ниво н 2 орбитали и могат да поберат до 2н 2 електрони. Известните елементи имат електрони само в първите седем нива и само първите четири от тях са запълнени.

Има четири вида орбитали, те са означенис , стр , ди f . Всяко ниво (слой) има по еднос Орбитала, която съдържа електроните, най-силно свързани с ядрото. Следват го тристр-орбитали, пет д -орбитали и накрая седемf-орбитали.

Черупка н

Брой орбитали н 2

Тип орбитали

Брой електрони 2н 2

с, стр

с, стр, д

с, стр, д, f

с - Орбиталите са сферичнистр – формата на дъмбел или две съседни сфери,д-орбитали 4 "венчелистчета", и f -орбитали 8. В контекста тези орбитали изглеждат нещо като показаното на фигурата.

Три Р-орбиталите са ориентирани в пространството по осите на правоъгълна координатна система и се обозначават съответностр х, pyи pz; д- и f Орбиталите също са разположени под определени ъгли една спрямо друга; сферичнас -орбиталите нямат пространствена ориентация.

Всеки следващ елемент в периода има атомен номер с едно по-голям от номера на предходния елемент и съдържа още един електрон. Този допълнителен електрон заема следващата орбитала във възходящ ред. Трябва да се има предвид, че електронните слоеве са дифузни и енергията на някои орбитали на външните слоеве е по-ниска от тази на вътрешните. Затова, например, първо се попълвас - орбита от 4-то ниво (4с -орбитален), и едва след него става запълването на 3д -орбитали. Орбиталите обикновено се попълват в следния ред: 1с , 2 с , 2 стр , 3 с , 3 стр , 4 с , 3 д , 4 стр , 5 с , 4 д , 5 стр , 6 с , 4 f , 5 д , 6 стр , 7 с . В нотацията, използвана за представяне на електронната конфигурация на даден елемент, горният индекс на буквата, обозначаваща орбиталата, показва броя на електроните в тази орбитала. Например вписването 1 с 2 2 с 2 2 стр 5 означава, че на 1с -орбитала на атома има два електрона, при 2с -орбитали две, на 2Р пет електрона. Неутрални атоми, които имат 8 електрона на външната електронна обвивка (т.е. запълненис- и Р -орбитали), са толкова стабилни, че практически не влизат в нито една химична реакция. Това са атомите на инертните газове. Електронна конфигурация на хелий 1 с 2, неон 2 с 2 2 стр 6, аргон 3 с 2 3 стр 6, криптон 4 с 2 3 д 10 4 стр 6, ксенон 5 с 2 4 д 10 5 стр 6 и накрая радон 6 с 2 4 f 14 5 д 10 6 стр 6 .

При обсъждане химични свойстваатоми и молекули - структура и реактивност - голяма помощ при качественото решаване на конкретен проблем може да бъде предоставена от представа за пространствената форма на атомните орбитали. В общия случай АО се записват в сложна форма, но с помощта на линейни комбинации от сложни функции, свързани със същото енергийно ниво с главното квантово число Пи със същата стойносторбитален момент/, можете да получите изрази в реална форма, които могат да бъдат изобразени в реално пространство.

Нека разгледаме последователно серията от АО във водородния атом.

Вълновата функция на основното състояние 4^ изглежда най-проста. Има сферична симетрия

Стойността на a се определя от израза, където стойността

Наречен Радиус на Бор.Радиусът на Бор разказва за характерните размери на атомите. Стойността 1/oc определя мащаба на характерното разпадане на функции в едноелектронни атоми

Може да се види от (ZLO), че размерът на едноелектронните атоми се свива, докато ядреният заряд нараства обратно пропорционално на стойността на Z. Например, в He + атом, вълновата функция ще спадне два пъти по-бързо, отколкото в водороден атом с характерно разстояние 0,265 A.

График на *F ls спрямо разстоянието е показан на фиг. 3.3. Максимумът на функцията *Fj е на нула. Намирането на електрон вътре в ядрото не трябва да предизвиква голяма изненада, тъй като ядрото не може да бъде представено като непроницаема сфера.

Максималната вероятност за намиране на електрон на известно разстояние от ядрото в основното състояние на водороден атом пада на r = a 0 = 0,529 A. Тази стойност може да се намери по следния начин. Вероятността за намиране на електрон в някакъв малък обем А Vе равно на |*P| 2 DY. Сила на звука AVсе приема за толкова малка, че стойността на вълновата функция може да се счита за постоянна в този малък обем. Ние се интересуваме от вероятността да намерим електрон на разстояние Жот ядрото в тънък слой с дебелина А Ж.Тъй като вероятността за намиране на електрон на разстояние Жне зависи от посоката и не се интересуваме от конкретна посока, тогава трябва да намерим вероятността един електрон да бъде в много тънък сферичен слой с дебелина A Ж.Тъй като стойността | VF| 2 е лесно за изчисляване, имаме нужда

Ориз. 3.3. Зависимост на *F 1s от разстоянието. Стойностите на функцията се нормализират към нейната стойност в при r = O

Ориз. 3.4.Схема за изчисляване на обема на сферичен слой

намерете обема на сферичния слой, който означаваме с A K Той е равен на разликата между обемите на две топки с радиуси Жи r + ar(фиг. 3.4):

Тъй като А Жмалко в сравнение с G,след това при изчисляване на стойността (r + Ar) 3 можем да се ограничим до първите два члена. Тогава за обема на сферичния слой получаваме

Последният израз може да се получи още повече по прост начин. Тъй като А Жмалко в сравнение с G,тогава обемът на сферичния слой може да се приеме равен на произведението на площта на сферичния слой и неговата дебелина (виж фиг. 3.4). Площта на сферата е 4 кг 2,и дебелина А Ж.Произведението на тези две количества дава същия израз (3.11).

Така че вероятността Унамерете електрон в този слой е равно на

Изразът за *P ls е взет от Приложение 3.1. Ако вземем предвид стойността на A Жпостоянна, тогава максимумът на намалената функция се наблюдава при Ж = и 0 .

Ако искате да знаете каква е вероятността Унамерете електрон в обем V,тогава е необходимо да се интегрира плътността на вероятността за намиране на електрон над тази област от пространството в съответствие с израз (3.6).

Например, каква е вероятността да се намери електрон във водороден атом в сферична област на пространството, центрирана върху ядрото и с радиус d 0 . Тогава

Ето стойността d Vв процеса на изчисления се заменя с 4 кг 1 дрпо аналогия с (3.11), тъй като вълновата функция зависи само от разстоянието и следователно не е необходимо да се интегрира по ъгли поради липсата на ъглова зависимост на интегрируемата функция.

Качествено представяне на разпределението на вълновата функция в пространството се дава от изображението на атомни орбитали под формата на облаци и колкото по-интензивен е цветът, толкова по-висока е стойността на H "-функцията. Орбиталата ще изглежда така (фиг. 3.5):

Ориз. 3.5.

Орбитален 2p z Bформата на облак е показана на фиг. 3.6.

Ориз. 3.6.Изображение на 2p r орбиталите на водородния атом под формата на облак

По същия начин разпределението на електронната плътност ще изглежда като облак, което може да се намери чрез умножаване на плътността на вероятността I "Fj 2 по заряда на електрона. В този случай понякога се говори за размазване на електрони. Това обаче по никакъв начин не означава, че ние се занимават с размазване на електрон в пространството - не се получава реално разпространение на електрона в пространството и следователно водородният атом не може да бъде представен като ядро, потопено в истински облак от отрицателен заряд.

Въпреки това, такива изображения под формата на облаци се използват рядко и много по-често те използват линии, за да създадат представа за ъгловата зависимост на H "-функциите. За това стойностите на H"-функциите се изчисляват върху сфера, начертана на известно разстояние от ядрото. След това изчислените стойности се нанасят върху радиусите, показващи знака на H "-функциите за най-информативни за дадените H"-функции на плосък участък. Например орбиталата Is обикновено се изобразява като кръг (фиг. 3.7).

Ориз.

На фиг. 3.8 2/> r-орбитала е изградена върху сфера с някакъв радиус. За да се получи пространствена картина, е необходимо фигурата да се завърти около оста z. Индексът "z" при писане на функция показва ориентацията на функцията по оста "z". Знаците "+" и "-" съответстват на знаците на ^-функциите. Стойностите на 2/? z-функцията са положителни в областта на пространството, където ^-координатата е положителна, и отрицателни в област, където ^-координатата е отрицателна.

Ориз. 3.8.Формата 2pz-орбитали. Построен върху сфера с някакъв радиус

Подобна е ситуацията и при останалите /орбитали. Например 2/? X-орбиталата е ориентирана по оста x и е положителна в тази част от пространството, където x-координатата е положителна, а нейните стойности са отрицателни, когато стойностите на x-координатата са отрицателни (фиг. 3.9).

Представянето на вълнови функции с посочване на знака е важно за качествено описание на реактивността на химичните съединения и следователно изображения от вида, показан на фиг. 3.9 се срещат най-често в химическата литература.

Помислете сега за d-орбиталите (фиг. 3.10). Орбитали dxy, dxz, dyz,изглежда еквивалентно. Тяхната ориентация и знаци се определят от индекси: индекс хупоказва

Ориз. 3.9.Формата 2p x -орбитали. Построен върху сфера с някакъв радиус


че орбиталата е ориентирана под ъгъл от 45° спрямо х и прии че знакът на Y-функцията е положителен, когато произведението на индексите x и приположително.


Ориз. 3.10.

Подобно е положението и с другите ^/-орбитали. Изображението на ^/-орбиталите, показано на фиг. 3.10 е най-често срещаният в литературата. Вижда се, че орбиталите d, d x2 _ y2, d z2 не са еквивалентни. Само орбиталите са еквивалентни d, d xz, d yz.Ако е необходимо да се използват пет еквивалентни ^/-орбитали, за да се опише структурата на една молекула, тогава те могат да бъдат конструирани с помощта на линейни комбинации от орбитали.

Електронна конфигурацияатомът е числено представяне на неговите електронни орбитали. Електронните орбитали са области с различни форми, разположени около атомното ядро, в които е математически вероятно да се намери електрон. Електронната конфигурация помага бързо и лесно да се каже на читателя колко електронни орбитали има един атом, както и да се определи броят на електроните във всяка орбитала. След като прочетете тази статия, ще овладеете метода за компилиране на електронни конфигурации.

стъпки

Разпределение на електрони с помощта на периодичната система на Д. И. Менделеев

    Намерете атомния номер на вашия атом.Всеки атом има определен бройелектрони, свързани с него. Намерете символа за вашия атом в периодичната таблица. Атомното число е положително цяло число, започващо от 1 (за водород) и нарастващо с единица за всеки следващ атом. Атомното число е броят на протоните в един атом и следователно е и броят на електроните в атом с нулев заряд.

    Определете заряда на атома.Неутралните атоми ще имат същия брой електрони, както е показано в периодичната таблица. Въпреки това, заредените атоми ще имат повече или по-малко електрони, в зависимост от големината на техния заряд. Ако работите със зареден атом, добавете или извадете електрони, както следва: добавете по един електрон за всеки отрицателен заряд и извадете по един за всеки положителен заряд.

    • Например, натриев атом със заряд -1 ще има допълнителен електрон в допълнениедо основния си атомен номер 11. С други думи, един атом ще има общо 12 електрона.
    • Ако говорим за натриев атом със заряд +1, един електрон трябва да се извади от базовия атомен номер 11. Така че атомът ще има 10 електрона.

  1. Запомнете основния списък от орбитали.Тъй като броят на електроните в атома се увеличава, те запълват различните поднива на електронната обвивка на атома според определена последователност. Всяко подниво на електронната обвивка, когато е запълнено, съдържа четен брой електрони. Има следните поднива:

    Разберете електронния конфигурационен запис.Електронните конфигурации са записани, за да се отрази ясно броят на електроните във всяка орбитала. Орбиталите се записват последователно, като броят на атомите във всяка орбитала е написан като горен индекс вдясно от името на орбитата. Завършената електронна конфигурация има формата на последователност от обозначения на подниво и горни индекси.

    • Ето, например, най-простата електронна конфигурация: 1s 2 2s 2 2p 6 .Тази конфигурация показва, че има два електрона в подниво 1s, два електрона в подниво 2s и шест електрона в подниво 2p. 2 + 2 + 6 = общо 10 електрона. Това е електронната конфигурация на неутралния неонов атом (атомният номер на неона е 10).

  2. Запомнете реда на орбиталите.Имайте предвид, че електронните орбитали са номерирани във възходящ ред на номера на електронната обвивка, но са подредени във възходящ енергиен ред. Например, запълнена 4s 2 орбитала има по-малко енергия (или по-малко подвижност) от частично запълнена или запълнена 3d 10, така че 4s орбитала се записва първа. След като знаете реда на орбиталите, можете лесно да ги попълните според броя на електроните в атома. Редът, в който се запълват орбиталите, е както следва: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

    • Електронната конфигурация на атом, в който всички орбитали са запълнени, ще има следния вид: 10 7p 6
    • Имайте предвид, че горната нотация, когато всички орбити са запълнени, е електронната конфигурация на елемента Uuo (унунокций) 118, най-високо номерирания атом в периодичната таблица. Следователно тази електронна конфигурация съдържа всички известни в момента електронни поднива на неутрално зареден атом.

  3. Попълнете орбиталите според броя на електроните във вашия атом.Например, ако искаме да запишем електронната конфигурация на неутрален калциев атом, трябва да започнем с търсене на неговия атомен номер в периодичната таблица. Неговият атомен номер е 20, така че ще запишем конфигурацията на атом с 20 електрона според горния ред.

    • Попълнете орбиталите в горния ред, докато стигнете до двадесетия електрон. Първата 1s орбитала ще има два електрона, 2s орбитала също ще има два, 2p орбитала ще има шест, 3s орбитала ще има два, 3p орбитала ще има 6 и 4s орбитала ще има 2 (2 + 2 + 6 +2 +6 + 2 = 20 .) С други думи, електронната конфигурация на калций има формата: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .
    • Обърнете внимание, че орбиталите са във възходящ ред на енергия. Например, когато сте готови да преминете към 4-то енергийно ниво, тогава първо запишете 4s орбитала и тогава 3г. След четвъртото енергийно ниво преминавате към петото, където се повтаря същият ред. Това се случва едва след третото енергийно ниво.

  4. Използвайте периодичната таблица като визуален ориентир.Вероятно вече сте забелязали, че формата на периодичната таблица съответства на реда на електронните поднива в електронните конфигурации. Например атомите във втората колона отляво винаги завършват на "s 2", докато атомите в десния край на тънката средна част винаги завършват на "d 10" и т.н. Използвайте периодичната таблица като визуално ръководство за писане на конфигурации - тъй като редът, в който добавяте към орбиталите, съответства на вашата позиция в таблицата. Виж отдолу:

    • По-специално, двете най-леви колони съдържат атоми, чиито електронни конфигурации завършват на s-орбитали, десният блок на таблицата съдържа атоми, чиито конфигурации завършват на p-орбитали, а в долната част на атомите завършват на f-орбитали.
    • Например, когато записвате електронната конфигурация на хлора, помислете така: „Този ​​атом се намира в третия ред (или „период“) на периодичната таблица. Той също така се намира в петата група на орбиталния блок p от периодичната таблица. Следователно неговата електронна конфигурация ще завършва с. ..3p 5
    • Имайте предвид, че елементите в d и f орбиталните области на таблицата имат енергийни нива, които не съответстват на периода, в който се намират. Например, първият ред на блок от елементи с d-орбитали съответства на 3d орбитали, въпреки че се намира в 4-тия период, а първият ред от елементи с f-орбитали съответства на 4f орбитала, въпреки факта, че се намира в 6 период.

  5. Научете съкращенията за писане на дълги електронни конфигурации.Атомите от дясната страна на периодичната таблица се наричат благородни газове.Тези елементи са химически много стабилни. За да съкратите процеса на писане на дълги електронни конфигурации, просто напишете в квадратни скоби химическия символ за най-близкия благороден газ с по-малко електрони от вашия атом и след това продължете да пишете електронната конфигурация на следващите орбитални нива. Виж отдолу:

    • За да разберете тази концепция, ще бъде полезно да напишете примерна конфигурация. Нека напишем конфигурацията на цинк (атомен номер 30), използвайки съкращението за благороден газ. Пълната конфигурация на цинка изглежда така: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 . Въпреки това виждаме, че 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 е електронната конфигурация на аргон, благороден газ. Просто заменете частта за електронна конфигурация на цинка с химическия символ за аргон в квадратни скоби (.)
    • И така, електронната конфигурация на цинка, написана в съкратена форма, е: 4s 2 3d 10 .
    • Имайте предвид, че ако пишете електронната конфигурация на благороден газ, да речем аргон, не можете да пишете! Трябва да се използва съкращението на благородния газ пред този елемент; за аргон ще бъде неон ().

    Използване на периодичната таблица на ADOMAH

    1. Овладейте периодичната таблица на ADOMAH. Този методзаписването на електронната конфигурация не изисква запаметяване, но изисква преобразувана периодична таблица, тъй като в традиционната периодична таблица, започвайки от четвъртия период, номерът на периода не съответства на електронната обвивка. Намерете периодичната таблица на ADOMAH, специален тип периодична таблица, проектирана от учения Валери Цимерман. Лесно се намира с кратко търсене в интернет.

      • В периодичната таблица на ADOMAH хоризонталните редове представляват групи от елементи като халогени, благородни газове, алкални метали, алкалоземни метали и др. Вертикалните колони съответстват на електронни нива, а така наречените "каскади" (диагонални линии, свързващи блокове s,p,dи е) съответстват на периоди.
      • Хелият се премества във водород, тъй като и двата елемента се характеризират с 1s орбитала. Периодичните блокове (s, p, d и f) са показани с правилната страна, а номерата на нивата са дадени в основата. Елементите са представени в полета, номерирани от 1 до 120. Тези числа са обичайните атомни числа, които представляват общия брой електрони в неутрален атом.

    2. Намерете своя атом в таблицата ADOMAH.За да запишете електронната конфигурация на даден елемент, намерете неговия символ в периодичната таблица на ADOMAH и зачеркнете всички елементи с по-висок атомен номер. Например, ако трябва да запишете електронната конфигурация на ербий (68), зачеркнете всички елементи от 69 до 120.

      • Обърнете внимание на числата от 1 до 8 в основата на таблицата. Това са номерата на електронните нива или номерата на колоните. Игнорирайте колони, които съдържат само задраскани елементи. За ербия остават колони с номера 1,2,3,4,5 и 6.

    3. Пребройте орбиталните поднива до вашия елемент.Гледайки блоковите символи, показани вдясно на таблицата (s, p, d и f), и номерата на колоните, показани в долната част, игнорирайте диагоналните линии между блоковете и разделете колоните на блокови колони, изброявайки ги в ред отдолу нагоре. И отново игнорирайте блоковете, в които всички елементи са зачеркнати. Напишете блоковете на колоните, като започнете от номера на колоната, последван от символа на блока, по този начин: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (за ербий).

      • Моля, обърнете внимание: Горната електронна конфигурация Er е записана във възходящ ред на номера на електронното подниво. Може да се напише и в реда, в който са запълнени орбиталите. За да направите това, следвайте каскадите отдолу нагоре, а не колоните, когато пишете блокове колони: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 12 .

    4. Пребройте електроните за всяко електронно подниво.Пребройте елементите във всеки блок от колони, които не са били зачеркнати, като прикрепите по един електрон от всеки елемент и напишете номера им до символа на блок за всеки блок от колони, както следва: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 12 5s 2 5p 6 6s 2 . В нашия пример това е електронната конфигурация на ербий.

    5. Внимавайте за неправилни електронни конфигурации.Има осемнадесет типични изключения, свързани с електронните конфигурации на атомите в най-ниско енергийно състояние, наричано още основно енергийно състояние. Те не се подчиняват общо правилосамо в последните две или три позиции, заети от електрони. В този случай действителната електронна конфигурация предполага, че електроните са в състояние на по-ниска енергия в сравнение със стандартната конфигурация на атома. Атомите с изключение включват:

      • Кр(..., 3d5, 4s1); Cu(..., 3d10, 4s1); Nb(..., 4d4, 5s1); мо(..., 4d5, 5s1); Ru(..., 4d7, 5s1); Rh(..., 4d8, 5s1); Pd(..., 4d10, 5s0); Ag(..., 4d10, 5s1); Ла(..., 5d1, 6s2); Ce(..., 4f1, 5d1, 6s2); Gd(..., 4f7, 5d1, 6s2); Au(..., 5d10, 6s1); AC(..., 6d1, 7s2); Th(..., 6d2, 7s2); татко(..., 5f2, 6d1, 7s2); U(..., 5f3, 6d1, 7s2); Np(..., 5f4, 6d1, 7s2) и см(..., 5f7, 6d1, 7s2).
    • За да намерите атомния номер на атом, когато е написан в електронен вид, просто съберете всички числа, които следват буквите (s, p, d и f). Това работи само за неутрални атоми, ако имате работа с йон, няма да работи - ще трябва да добавите или извадите броя на допълнителните или изгубените електрони.
    • Цифрата след буквата е горен индекс, не допускайте грешка в контролата.
    • „Стабилността на полузапълнено“ подниво не съществува. Това е опростяване. Всяка стабилност, която се отнася до "полупълните" поднива, се дължи на факта, че всяка орбитала е заета от един електрон, така че отблъскването между електроните е сведено до минимум.
    • Всеки атом се стреми към стабилно състояние и най-стабилните конфигурации имат запълнени поднива s и p (s2 и p6). Благородните газове имат тази конфигурация, така че рядко реагират и се намират вдясно в периодичната таблица. Следователно, ако една конфигурация завършва на 3p 4, тогава тя се нуждае от два електрона, за да достигне стабилно състояние (необходима е повече енергия, за да се загубят шест, включително електрони на s-ниво, така че четири е по-лесно да се загубят). И ако конфигурацията завършва на 4d 3 , тогава тя трябва да загуби три електрона, за да достигне стабилно състояние. В допълнение, полузапълнените поднива (s1, p3, d5..) са по-стабилни от, например, p4 или p2; s2 и p6 обаче ще бъдат още по-стабилни.
    • Когато имате работа с йон, това означава, че броят на протоните не е същият като броя на електроните. Зарядът на атома в този случай ще бъде показан в горния десен ъгъл (обикновено) на химическия символ. Следователно атом на антимон със заряд +2 има електронна конфигурация 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 1 . Обърнете внимание, че 5p 3 се промени на 5p 1. Бъдете внимателни, когато конфигурацията на неутрален атом завършва на поднива, различни от s и p.Когато вземете електрони, можете да ги вземете само от валентни орбитали (s и p орбитали). Следователно, ако конфигурацията завършва с 4s 2 3d 7 и атомът получи +2 заряд, тогава конфигурацията ще завърши с 4s 0 3d 7 . Моля, имайте предвид, че 3d 7 непромени, вместо това се губят електрони от s-орбиталата.
    • Има условия, когато един електрон е принуден да се „премести на по-високо енергийно ниво“. Когато на подниво липсва един електрон, за да бъде наполовина или пълно, вземете един електрон от най-близкото s или p подниво и го преместете на поднивото, което се нуждае от електрон.
    • Има два варианта за писане на електронна конфигурация. Те могат да бъдат записани във възходящ ред на номерата на енергийните нива или в реда, в който са запълнени електронните орбитали, както беше показано по-горе за ербия.
    • Можете също да напишете електронната конфигурация на елемент, като напишете само валентната конфигурация, която е последното s и p подниво. Така валентната конфигурация на антимона ще бъде 5s 2 5p 3 .
    • Йоните не са еднакви. С тях е много по-трудно. Пропуснете две нива и следвайте същия модел в зависимост от това къде сте започнали и колко висок е броят на електроните.

Електронът има двойна природа: в различни експерименти той може да проявява свойствата на частица и вълна. Свойства на електрона като частица: маса, заряд; вълнови свойства - в характеристиките на движение, интерференция и дифракция.

Движението на електрона се подчинява на законите квантова механика .

Основните характеристики, които определят движението на електрона около ядрото: енергийни и пространствени характеристики на съответната орбитала.

При взаимодействие (припокриване) атомни орбитали(AO ) се образуват принадлежащи на два или повече атома молекулни орбитали(МО).

Молекулярните орбитали са пълни със социализирани електрони и извършват ковалентна връзка.

Преди образуването на молекулни орбитали, хибридизация на атомни орбитали на един атом.

Хибридизация -промяна на формата на някои орбитали по време на образуването на ковалентна връзка за по-ефективно припокриване. Образуват се еднакви хибриди АДкоито се занимават с образование МО, припокривайки атомните орбитали на други атоми. Хибридизацията е възможна само за атоми, които образуват химични връзки, но не и за свободни атоми.


въглеводороди

Основни въпроси:

  1. Въглеводороди. Класификация. Номенклатура.
  2. Структура. Имоти.
  3. Използването на въглеводороди.

въглеводороди- клас органични съединения, които се състоят от два елемента: въглерод и водород.

Изберете изомери и хомолози:

Наименувайте алкани:

____________________________________________

__________________________________________


Ä реакция на нитриране (Реакцията на Коновалов, 1889 г) е реакцията на заместване на водород с нитро група.

Условия: 13% HNO 3, t \u003d 130 - 140 0 C, P \u003d 15 - 10 5 Pa. В промишлен мащаб нитрирането на алкани се извършва в газова фаза при 150 - 170 0 С с азотен оксид (IV) или пари на азотна киселина.

CH 4 + HO - NO 2 → CH 3 - NO 2 + H 2 O

нитрометан

@ Решете задачи:

1. Съставът на алканите отразява общата формула:

а) C n H 2 n +2; б) C n H 2 n -2; в) C n H 2 n; г) C n H 2 n -6.

2. С какви реагенти могат да взаимодействат алканите:

а) Br 2 (разтвор); б) Br 2, t 0; в) H2SO4; G) HNO3 (разреден), t 0 ; д) KMnO 4 ; д) CON?

Отговори: 1) реактиви a, b, d, e; 2) реактиви b, c, e;

3) реактиви b, d; 4) реактиви b, d, e, f.

  1. Установете съответствие между вида на реакцията и схемата (уравнението) на реакцията:
  1. Посочете веществото, което се образува при пълното хлориране на метана:

а) трихлорометан; б) тетрахлорметан; в) дихлорометан; г) тетрахлороетан.

  1. Посочете най-вероятния продукт от монобромирането на 2,2,3-триметилбутан:

а) 2-бромо-2,3,3-триметилбутан; b) 1-бромо-2,2,3-триметилбутан;

c) 1-бромо-2,3,3-триметилбутан; d) 2-бромо-2,2,3-триметилбутан.

Напишете уравнение за реакцията.

Реакция на Wurtz – действието на металния натрий върху халогенните производни на въглеводородите. Когато две различни халогенни производни реагират, се образува смес от въглеводороди, която може да бъде разделена чрез дестилация.

CH 3 I + 2 Na + CH 3 I → C 2 H 6 + 2 NaI

@ Решете задачи:

1. Посочете името на въглеводорода, който се образува при нагряване на бромоетан с метален натрий:

а) пропан; б) бутан; в) пентан; г) хексан; д) хептан.

Напишете уравнение за реакцията.

  1. Какви въглеводороди се образуват при действието на метален натрий върху смес:

а) йодометан и 1-бромо-2-метилпропан; б) 2-бромопропан и 2-бромобутан?

Циклоалкани

1. За малки цикли (C 3 - C 4) са характерни реакции на присъединяване водород, халогени и водородни халиди. Реакциите са придружени от отваряне на цикъла.

2. За други цикли (от 5 и нагоре) са характерни реакции на заместване.


Ненаситени въглеводороди(ненаситени):

Алкени (олефини, ненаситени въглеводороди с двойна връзка, етиленови въглеводороди): Структура: sp 2 хибридизация, планарно разположение на орбиталите (плосък квадрат). Реакции:добавяне (хидрогениране, халогениране, хидрохалогениране, полимеризация), заместване (нетипично), окисление (изгаряне, KMnO 4), разлагане (без достъп на кислород).

@ Решете задачи:

  1. Каква е хибридизацията на въглеродните атоми в молекулата на алкена:

а) 1 и 4 - sp 2, 2 и 3 - sp 3; б) 1 и 4 - sp 3, 2 и 3 - sp 2;

в) 1 и 4 - sp 3, 2 и 3 - sp; г) 1 и 4 - нехибридизирани, 2 и 3 - sp2.

2. Назовете алкена:



  1. Напишете уравнения на реакцията, като използвате примера на бутен-1, назовете получените продукти.

4. В схемата на трансформация по-долу етиленът се образува в реакцията:

а) 1 и 2; б) 1 и 3; в) 2 и 3;

г) етилен не се образува при никаква реакция.

  1. Коя реакция противоречи на правилото на Марковников:

а) CH 3 - CH \u003d CH 2 + HBr →; б) СН 3 - СН \u003d СН 2 + Н 2 О →;;

в) CH 3 - CH \u003d CH - CH 2 + HCI →; г) CCI 3 - CH \u003d CH 2 + HCI →?


þ Диени със спрегнати връзки:хидратацияОбразува се 1,3-бутадиен - 2-бутен (1,4-присъединяване):

þ хидрогениране 1,3-бутадиен в присъствието на Ni-бутанов катализатор:

þ халогениране 1,3-бутадиен - 1,4-присъединяване (1,4 - дибромо-2-бутен):

þ полимеризация на диен:


Полиена(ненаситени въглеводороди с много двойни връзки) са въглеводороди, чиито молекули съдържат най-малко три двойни връзки.

Получаване на диени:

Ø действие на алкохолен разтвор на алкали:

Ø Метод на Лебедев (дивинил синтез):

Ø дехидратация на гликоли (алкандиоли):

Алкини (ацетиленови въглеводороди, въглеводороди с една тройна връзка): Структура: sp хибридизация, линейно разположение на орбиталите. Реакции:добавяне (хидрогениране, халогениране, хидрохалогениране, полимеризация), заместване (образуване на соли), окисление (изгаряне, KMnO 4), разлагане (без достъп на кислород). 5-метилхексин-2 1-пентин 3-метилбутин-1

1. Какви въглеводороди съответстват на общата формула C n H 2n-2: а) ацетилен, диен; б) етилен, диен; в) циклоалкани, алкени; г) ацетилен, ароматен? 2. Тройната връзка е комбинация от: а) три σ-връзки; б) една σ-връзка и две π-връзки; в) две σ-връзки и една π-връзка; г) три π-връзки. 3. Съставете формулата на 3-метилпентин -3.
аз Реакции на присъединяване
v хидрогениранепротича през етапа на образуване на алкени:
v Добавяне на халогенисе случва по-лошо, отколкото в алкените: Алкините обезцветяват бромната вода ( качествена реакция).
v Добавяне на халогеноводороди:
Определят се присъединителни продукти към несиметрични алкини Правилото на Марковников:
v Присъединяване на вода (хидратация)- реакция на М. Г. Кучеров, 1881 г.
За ацетиленовите хомолози продуктът от добавянето на вода е кетон:
III. Образуване на сол (киселинни свойства) - реакции на заместване
ð Взаимодействие с активни метали: Ацетилидите се използват за синтеза на хомолози.
ð Взаимодействие на алкини с амонячни разтвори на сребърен оксид или меден (I) хлорид:
Качествена реакция на крайната тройна връзка -образуването на сиво-бяла утайка от сребърен ацетиленид или червено-кафяв - меден (I) ацетиленид: HC ≡ CH + СuCI → СuC ≡ ССu ↓ + 2HCI Реакция не настъпва
IV. Окислителни реакции
Ÿ леко окисление– обезцветяване на воден разтвор на калиев перманганат ( качествена реакция към множествена връзка): Когато ацетиленът взаимодейства с разреден разтвор на KMnO 4 (стайна температура) - оксалова киселина.

Орбитали

Внимателното изследване на атомните спектри показва, че "дебелите" линии, дължащи се на преходите между енергийните нива, всъщност се разделят на по-тънки линии. Това означава, че електронните обвивки всъщност са разделени на подобвивки. Електронните подобвивки се обозначават според типовете линии, съответстващи им в атомните спектри:

с- подчерупка, наречена на "остър" с-линии - остър;
стр- подобвивка, наречена на "main" стр-линии - главница;
д- подобвивка, наречена "дифузен" д-линии - дифузен;
f- подчерупка, наречена на "фундаментален" f-линии - Фундаментален.

Линиите, дължащи се на преходи между тези подчерупки, претърпяват допълнително разделяне, ако атомите на елементите са поставени във външно магнитно поле. Това разделяне се нарича ефект на Зееман. Експериментално е установено, че с- линията не се разделя, Р- линията се разделя на 3, д- линия - с 5, f- линия - със 7.
Съгласно принципа на неопределеността на Хайзенберг позицията и импулсът на електрона не могат да бъдат определени едновременно с абсолютна точност. Въпреки това, въпреки невъзможността за точно определяне на позицията на електрона, е възможно да се определи вероятността за намиране на електрон в определена позиция във всеки даден момент. Има две важни следствия от принципа на неопределеността на Хайзенберг.
1. Движението на електрона в атома е движение без траектория. Вместо траектория в квантовата механика се въвежда друго понятие - вероятностоставането на електрон в определена част от обема на атома, което корелира с електронната плътност, когато се разглежда електрона като електронен облак.
2. Електронът не може да падне върху ядрото. Теорията на Бор не обяснява този феномен. Квантовата механика е дала обяснение и за този феномен. Увеличаването на степента на сигурност на координатите на електрона при падането му върху ядрото би довело до рязко увеличаване на енергията на електрона до 10 11 kJ/mol и повече. Електрон с такава енергия, вместо да падне върху ядрото, ще трябва да напусне атома. От това следва, че силата е необходима не за да попречи на електрона да падне върху ядрото, а за да "принуди" електрона да бъде в атома.
Функция, която зависи от координатите на електрона, чрез които се определя вероятността той да бъде в определена точка на пространството, се нарича орбитален. Понятието "орбитала" не трябва да се идентифицира с понятието "орбита", което се използва в теорията на Бор. Под орбита в теорията на Бор се разбира траекторията (пътя) на електрона около ядрото.
Често е обичайно да се разглежда електронът като отрицателно зареден облак, разпръснат в пространството с общ заряд, равен на този на електрона. Тогава плътността на такъв електронен облак във всяка точка на пространството е пропорционална на вероятността да се намери електрон в него. Моделът на електронния облак е много удобен за визуално описание на разпределението на електронната плътност в пространството. При което сорбитата е сферична Р-орбитална - формата на дъмбел, д-орбитален - цвете с четири венчелистчета или двоен дъмбел (фиг. 1.10).

По този начин, с- подчерупката се състои от един с-орбитали, стр- подчерупка - от три стр-орбитали, д- подчерупка - от пет д-орбитали, f- подчерупка - от седем f-орбитали.