اوربیتال های کروی نامیده می شوند. شکل اوربیتال های اتمی §5. ابرهای الکترونی - اوربیتال ها

خواص فیزیکی و شیمیایی اتم ها و در نتیجه کل ماده تا حد زیادی توسط ویژگی های ابر الکترونی در اطراف هسته اتم تعیین می شود. یک هسته با بار مثبت، الکترون های با بار منفی را جذب می کند. الکترون ها به قدری سریع به دور هسته می چرخند که نمی توان مکان دقیق آنها را مشخص کرد. الکترون‌هایی که در اطراف هسته حرکت می‌کنند را می‌توان به ابر یا مه تشبیه کرد، در برخی مکان‌ها کم و بیش متراکم و در برخی دیگر کاملاً نادر است. شکل ابر الکترونی و همچنین احتمال یافتن الکترون در هر نقطه از آن را می توان با حل معادلات مربوطه تعیین کرد.مکانیک کوانتومی. نواحی که احتمال یافتن الکترون در آنها بیشتر است، اوربیتال نامیده می شوند. هر اوربیتال با انرژی خاصی مشخص می شود و نمی تواند بیش از دو الکترون داشته باشد. معمولاً ابتدا اوربیتال های کم انرژی نزدیک به هسته پر می شوند، سپس اوربیتال های با انرژی بالاتر و غیره.

مجموعه ای از اوربیتال های الکترونی با انرژی نزدیک یک لایه (یعنی یک پوسته یا یک سطح انرژی) را تشکیل می دهند. سطوح انرژی با شروع از هسته یک اتم شماره گذاری می شوند: 1، 2، 3،... . هرچه از هسته دورتر باشد، لایه‌ها جادارتر بوده و اوربیتال‌ها و الکترون‌های بیشتری را می‌توانند در خود جای دهند. بله، روشن استnسطح -ام n 2 اوربیتال ها، و می توانند تا 2 را در خود جای دهندn 2 الکترون ها عناصر شناخته شده فقط در هفت سطح اول الکترون دارند و فقط چهار سطح اول پر شده اند.

چهار نوع اوربیتال وجود دارد که نشان داده می شوندس , پ , دو f . هر سطح (لایه) دارای یکی استس اوربیتالی که حاوی الکترون هایی است که به شدت به هسته متصل هستند. پس از آن سهپ-اوربیتال، پنج د -اوربیتال ها و در نهایت هفتf-اوربیتال ها

پوسته n	تعداد اوربیتال ها n 2	نوع اوربیتال ها	تعداد الکترون ها 2n 2
		س, پ
		س, پ, د
		س, پ, د, f

س - اوربیتال ها کروی هستندپ – شکل یک دمبل یا دو کره به هم پیوسته،د-اوربیتال 4 "گلبرگ"، و f -اوربیتال ها 8. در زمینه، این اوربیتال ها چیزی شبیه به چیزی هستند که در شکل نشان داده شده است.

سه آراوربیتال ها در فضا در امتداد محورهای یک سیستم مختصات مستطیلی قرار دارند و بر این اساس نشان داده می شوند.پ ایکس, pyو pz; د- و f اوربیتال ها نیز در زوایای خاصی نسبت به یکدیگر قرار دارند. کرویس -اوربیتال ها جهت گیری فضایی ندارند.

هر عنصر بعدی در دوره دارای عدد اتمی یک بزرگتر از عدد عنصر قبلی است و حاوی یک الکترون بیشتر است. این الکترون اضافی اوربیتال بعدی را به ترتیب صعودی اشغال می کند. باید در نظر داشت که لایه های الکترونی پراکنده هستند و انرژی برخی از اوربیتال های لایه های بیرونی کمتر از اوربیتال های داخلی است. بنابراین مثلاً ابتدا پر می شودس -اوربیتال سطح 4 (4س -اوربیتال)، و تنها پس از آن پر کردن 3 انجام می شودد -اوربیتال ها اوربیتال ها معمولا به ترتیب زیر پر می شوند: 1س , 2 س , 2 پ , 3 س , 3 پ , 4 س , 3 د , 4 پ , 5 س , 4 د , 5 پ , 6 س , 4 f , 5 د , 6 پ , 7 س . در نمادی که برای نمایش پیکربندی الکترونیکی یک عنصر استفاده می‌شود، بالانویس روی حرف نشان‌دهنده اوربیتال، تعداد الکترون‌های موجود در آن اوربیتال را نشان می‌دهد. به عنوان مثال، ورودی 1 س 2 2 س 2 2 پ 5 به این معنی است که در 1س -اوربیتال اتم دارای دو الکترون در 2 استس -اوربیتال دو، روی 2آر پنج الکترون اتم های خنثی که دارای 8 الکترون در لایه الکترونی بیرونی هستند (یعنی پر شدهس- و آر -اوربیتال ها) آنقدر پایدار هستند که عملا وارد هیچ کدام نمی شوند واکنش های شیمیایی. اینها اتمهای گازهای بی اثر هستند. پیکربندی الکترونیکی هلیوم 1 س 2، نئون 2 س 2 2 پ 6، آرگون 3 س 2 3 پ 6، کریپتون 4 س 2 3 د 10 4 پ 6، زنون 5 س 2 4 د 10 5 پ 6 و در نهایت رادون 6 س 2 4 f 14 5 د 10 6 پ 6 .

هنگام بحث خواص شیمیاییاتم ها و مولکول ها - ساختار و واکنش - کمک بزرگی در حل کیفی یک موضوع خاص می تواند با ایده شکل فضایی اوربیتال های اتمی ارائه شود. در حالت کلی، AO ها به شکل مختلط نوشته می شوند، اما با استفاده از ترکیبات خطی توابع پیچیده مربوط به همان سطح انرژی با عدد کوانتومی اصلی. پو با همان مقدارلحظه مداری /، می توانید عباراتی را به شکل واقعی دریافت کنید که می توانند در فضای واقعی به تصویر کشیده شوند.

اجازه دهید سری AOs را به صورت متوالی در اتم هیدروژن در نظر بگیریم.

تابع موج حالت پایه 4^ ساده ترین به نظر می رسد. دارای تقارن کروی است

مقدار a با عبارتی که مقدار آن تعیین می شود

تماس گرفت شعاع بور.شعاع بور در مورد اندازه های مشخصه اتم ها می گوید. مقدار 1/oc مقیاس فروپاشی مشخصه توابع در اتم های تک الکترونی را تعیین می کند.

از (ZLO) می توان دریافت که اندازه اتم های یک الکترون با افزایش بار هسته ای به نسبت معکوس با مقدار Z کوچک می شود. به عنوان مثال، در یک اتم He +، تابع موج دو برابر سریعتر از اتم سقوط می کند. یک اتم هیدروژن با فاصله مشخصه 0.265 A.

نمودار *F ls در مقابل فاصله در شکل نشان داده شده است. 3.3. حداکثر تابع *Fj صفر است. یافتن یک الکترون در داخل هسته نباید تعجب زیادی ایجاد کند، زیرا هسته را نمی توان به عنوان یک کره غیر قابل نفوذ نشان داد.

حداکثر احتمال یافتن الکترون در فاصله ای از هسته در حالت پایه اتم هیدروژن بر روی r = a 0 = 0.529 A. این مقدار را می توان به صورت زیر یافت. احتمال یافتن الکترون در حجم کوچک A Vبرابر |*P| 2 DY. جلد AVآنقدر کوچک فرض می شود که مقدار تابع موج را می توان در این حجم کوچک ثابت در نظر گرفت. ما علاقه مند به احتمال یافتن یک الکترون در فاصله هستیم جیاز هسته در یک لایه نازک به ضخامت A جی.از آنجایی که احتمال یافتن الکترون در فاصله وجود دارد جیبه جهت بستگی ندارد و ما به یک جهت خاص علاقه مند نیستیم، پس باید احتمال وجود یک الکترون در یک لایه کروی بسیار نازک با ضخامت A را پیدا کنیم. جی.از آنجایی که مقدار | VF| 2 آسان است برای محاسبه، ما نیاز داریم

برنج. 3.3. وابستگی *F 1s به فاصله. مقادیر تابع به مقدار آن در r = O نرمال می شود

برنج. 3.4.طرحی برای محاسبه حجم یک لایه کروی

حجم لایه کروی را که با A K نشان می دهیم را پیدا کنید برابر است با اختلاف حجم دو توپ با شعاع. جیو r + ar(شکل 3.4):

از وقتی که جیکمی در مقایسه با جی،سپس هنگام محاسبه مقدار (r + Ar) 3 می توانیم خود را به دو عبارت اول محدود کنیم. سپس برای حجم لایه کروی بدست می آوریم

آخرین عبارت را می توان حتی بیشتر به دست آورد به روشی ساده. از وقتی که جیکمی در مقایسه با جی،سپس حجم لایه کروی را می توان برابر با حاصلضرب مساحت لایه کروی و ضخامت آن در نظر گرفت (شکل 3.4 را ببینید). مساحت کره است 4 کیلوگرم 2،و ضخامت A جی.حاصل ضرب این دو کمیت بیان یکسانی را به دست می دهد (3.11).

بنابراین احتمال دبلیوپیدا کردن یک الکترون در این لایه برابر است با

عبارت *P ls از ضمیمه 3.1 گرفته شده است. اگر مقدار A را در نظر بگیریم جیثابت، سپس حداکثر تابع کاهش یافته در مشاهده می شود جی = و 0 .

اگر می خواهید بدانید که احتمال آن چقدر است دبلیویک الکترون در یک حجم پیدا کنید V،سپس لازم است چگالی احتمال یافتن یک الکترون بر روی این ناحیه از فضا مطابق با بیان (3.6) ادغام شود.

به عنوان مثال، احتمال یافتن یک الکترون در اتم هیدروژن در ناحیه کروی از فضا با مرکز هسته و با شعاع d 0 چقدر است. سپس

اینجا ارزش dVدر فرآیند محاسبات جایگزین می شود 4 کیلوگرم 1 دربا قیاس با (3.11)، از آنجایی که تابع موج فقط به فاصله بستگی دارد و بنابراین، به دلیل عدم وابستگی زاویه‌ای تابع انتگرال‌پذیر، لازم نیست بر روی زوایا ادغام شود.

یک نمایش کیفی از توزیع تابع موج در فضا با تصویر اوربیتال‌های اتمی به شکل ابر ارائه می‌شود و هر چه رنگ شدیدتر باشد، مقدار تابع H بالاتر است. اوربیتال به شکل زیر خواهد بود. (شکل 3.5):

برنج. 3.5.

مداری 2p z Bشکل ابر در شکل نشان داده شده است. 3.6.

برنج. 3.6.تصویر اوربیتال های 2p r اتم هیدروژن به شکل ابر

به طور مشابه، توزیع چگالی الکترون مانند یک ابر به نظر می رسد که می توان آن را با ضرب چگالی احتمال I "Fj 2 در بار الکترون پیدا کرد. در این مورد، آنها گاهی اوقات در مورد لکه گیری الکترون صحبت می کنند. اما این به هیچ وجه به این معنی نیست که ما با لک زدن الکترون بر روی فضا سر و کار دارند - هیچ پخش واقعی الکترون در فضا رخ نمی دهد، و بنابراین اتم هیدروژن را نمی توان به عنوان یک هسته غوطه ور در یک ابر واقعی بار منفی نشان داد.

با این حال، چنین تصاویری به شکل ابرها به ندرت مورد استفاده قرار می گیرند و اغلب آنها از خطوط برای ایجاد ایده ای از وابستگی زاویه ای توابع H استفاده می کنند. برای این، مقادیر توابع H - بر روی کره ای که در فاصله ای از هسته ترسیم شده است محاسبه می شوند. سپس مقادیر محاسبه‌شده بر روی شعاع‌هایی رسم می‌شوند که نشان‌دهنده علامت H "-توابع برای آموزنده‌ترین توابع H" - توابع داده شده در یک بخش مسطح است. به عنوان مثال، اوربیتال Is معمولا به صورت دایره ای به تصویر کشیده می شود (شکل 3.7).

برنج.

روی انجیر 3.8 2/> r-orbital بر روی کره ای با شعاع خاصی ساخته شده است. برای به دست آوردن یک تصویر فضایی، لازم است شکل را حول محور z بچرخانید. شاخص "z" هنگام نوشتن یک تابع، جهت گیری تابع را در امتداد محور "z" نشان می دهد. علائم "+" و "-" با علائم توابع ^ مطابقت دارد. مقادیر تابع z 2/? در ناحیه ای از فضا که مختصات ^ مثبت است، مثبت و در قسمت منفی است. منطقه ای که مختصات ^ منفی است.

برنج. 3.8.فرم 2pz-اوربیتال ها بر روی کره ای به شعاع ساخته شده است

وضعیت در مورد اوربیتال های باقی مانده نیز مشابه است. مثلا 2/؟ اوربیتال x در امتداد محور x قرار دارد و در قسمتی از فضا که مختصات x مثبت است مثبت است و مقادیر آن در جایی که مقادیر مختصات x منفی هستند منفی است (شکل 3.9).

نمایش توابع موج با نشان دادن علامت برای توصیف کیفی واکنش پذیری ترکیبات شیمیایی مهم است و بنابراین تصاویری از نوع نشان داده شده در شکل 1. 3.9 اغلب در متون شیمیایی یافت می شود.

اکنون اوربیتال های d را در نظر بگیرید (شکل 3.10). اوربیتال ها dxy، dxz، dyz،معادل به نظر برسند جهت گیری و علائم آنها توسط زیرنویس ها تعیین می شود: شاخص هونشان می دهد

برنج. 3.9.فرم 2p x -اوربیتال ها بر روی کره ای به شعاع ساخته شده است

که اوربیتال در زوایای 45 درجه نسبت به x و درو اینکه علامت تابع Y در جایی مثبت است که حاصل ضرب شاخص های x و درمثبت

برنج. 3.10.

وضعیت مشابه با سایر اوربیتال های ^/- است. تصویر مدارهای ^/- در شکل. 3.10 رایج ترین در ادبیات است. دیده می شود که اوربیتال ها d، d x2 _ y2، d z2 معادل نیستند. فقط اوربیتال ها معادل هستند d , d xz , d yz .اگر برای توصیف ساختار یک مولکول نیاز به استفاده از پنج اوربیتال ^/- معادل باشد، می توان آنها را با استفاده از ترکیب خطی اوربیتال ها ساخت.

پیکربندی الکترونیکییک اتم نمایش عددی اوربیتال های الکترونی آن است. اوربیتال های الکترونی نواحی با اشکال مختلف هستند که در اطراف هسته اتم قرار دارند و از نظر ریاضی احتمال یافتن الکترون در آنها وجود دارد. پیکربندی الکترونیکی کمک می کند تا به سرعت و به راحتی به خواننده بگوید که یک اتم چند اوربیتال الکترونی دارد و همچنین تعداد الکترون های هر اوربیتال را تعیین می کند. پس از مطالعه این مقاله، به روش تدوین تنظیمات الکترونیکی مسلط خواهید شد.

مراحل

توزیع الکترون ها با استفاده از سیستم تناوبی D.I. مندلیف

عدد اتمی اتم خود را پیدا کنید.هر اتم دارد تعداد معینالکترون های مرتبط با آن نماد اتم خود را در جدول تناوبی بیابید. عدد اتمی یک عدد صحیح مثبت است که از 1 (برای هیدروژن) شروع می شود و برای هر اتم بعدی یک عدد افزایش می یابد. عدد اتمی تعداد پروتون های یک اتم است و بنابراین تعداد الکترون های یک اتم با بار صفر نیز می باشد.

بار یک اتم را تعیین کنید.اتم های خنثی دارای همان تعداد الکترون هستند که در جدول تناوبی نشان داده شده است. با این حال، اتم های باردار بسته به میزان بار خود، الکترون های بیشتری یا کمتری خواهند داشت. اگر با یک اتم باردار کار می کنید، الکترون ها را به صورت زیر اضافه یا کم کنید: برای هر بار منفی یک الکترون اضافه کنید و برای هر بار مثبت یک الکترون کم کنید.

• به عنوان مثال، یک اتم سدیم با بار 1- یک الکترون اضافی خواهد داشت علاوه بر اینبه عدد اتمی پایه خود 11. به عبارت دیگر، یک اتم در مجموع 12 الکترون خواهد داشت.
• اگر در مورد اتم سدیم با بار 1+ صحبت می کنیم، یک الکترون باید از عدد اتمی پایه 11 کم شود. بنابراین اتم 10 الکترون خواهد داشت.

1. فهرست اولیه اوربیتال ها را به خاطر بسپارید.با افزایش تعداد الکترون ها در یک اتم، آنها طبق یک توالی مشخص، زیرسطح های مختلف لایه الکترونی اتم را پر می کنند. هر سطح فرعی از پوسته الکترونی، هنگامی که پر شود، حاوی تعداد زوج الکترون است. سطوح فرعی زیر وجود دارد:

   سوابق پیکربندی الکترونیکی را درک کنید.پیکربندی های الکترونیکی به منظور منعکس کردن واضح تعداد الکترون ها در هر اوربیتال نوشته شده است. اوربیتال ها به صورت متوالی نوشته می شوند و تعداد اتم های هر اوربیتال در سمت راست نام اوربیتال به صورت رونوشت نوشته می شود. پیکربندی الکترونیکی تکمیل‌شده به‌شکل دنباله‌ای از نام‌گذاری‌های زیرسطحی و بالانویس‌ها است.

   • برای مثال، در اینجا ساده ترین پیکربندی الکترونیکی وجود دارد: 1s 2 2s 2 2p 6 .این پیکربندی نشان می‌دهد که دو الکترون در زیرسطح 1s، دو الکترون در سطح فرعی 2s و شش الکترون در سطح فرعی 2p وجود دارد. 2 + 2 + 6 = 10 الکترون در کل. این پیکربندی الکترونیکی اتم نئون خنثی است (عدد اتمی نئون 10 است).

2. ترتیب اوربیتال ها را به خاطر بسپارید.به خاطر داشته باشید که اوربیتال های الکترونی به ترتیب افزایشی تعداد پوسته الکترونی شماره گذاری می شوند، اما به ترتیب انرژی صعودی مرتب شده اند. به عنوان مثال، یک اوربیتال 4s 2 پر انرژی (یا تحرک کمتر) نسبت به یک اوربیتال 3d 10 نیمه پر یا پر شده دارد، بنابراین ابتدا اوربیتال 4s نوشته می شود. هنگامی که ترتیب اوربیتال ها را بدانید، می توانید به راحتی آنها را با توجه به تعداد الکترون های اتم پر کنید. ترتیب پر شدن اوربیتال ها به شرح زیر است: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

   • پیکربندی الکترونیکی یک اتم که در آن همه اوربیتال ها پر شده اند به شکل زیر خواهد بود: 10 7p 6
   • توجه داشته باشید که نماد بالا، هنگامی که همه مدارها پر می شوند، پیکربندی الکترونی عنصر Uuo (ununoctium) 118 است، که بالاترین عدد اتم در جدول تناوبی است. بنابراین، این پیکربندی الکترونیکی شامل تمام سطوح فرعی الکترونیکی شناخته شده فعلی یک اتم با بار خنثی است.

3. اوربیتال ها را با توجه به تعداد الکترون های اتم خود پر کنید.برای مثال، اگر بخواهیم پیکربندی الکترونیکی یک اتم کلسیم خنثی را بنویسیم، باید با جستجوی عدد اتمی آن در جدول تناوبی شروع کنیم. عدد اتمی آن 20 است، بنابراین پیکربندی یک اتم با 20 الکترون را طبق ترتیب بالا می نویسیم.

   • اوربیتال ها را به ترتیب بالا پر کنید تا به الکترون بیستم برسید. اوربیتال 1s اول دارای دو الکترون، اوربیتال 2s نیز دارای دو الکترون، اوربیتال 2p دارای شش، اوربیتال 3s دارای دو، اوربیتال 3p دارای 6 و اوربیتال 4s دارای 2 خواهد بود (2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 = 20 .) به عبارت دیگر، پیکربندی الکترونیکی کلسیم به شکل زیر است: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .
   • توجه داشته باشید که اوربیتال ها به ترتیب صعودی انرژی هستند. به عنوان مثال، هنگامی که آماده حرکت به سطح انرژی 4 هستید، ابتدا مدار 4s را یادداشت کنید، و سپس 3 بعدی پس از چهارمین سطح انرژی، به مرحله پنجم می روید، جایی که همان ترتیب تکرار می شود. این فقط پس از سومین سطح انرژی اتفاق می افتد.

4. از جدول تناوبی به عنوان یک نشانه بصری استفاده کنید.احتمالاً قبلاً متوجه شده اید که شکل جدول تناوبی با ترتیب سطوح فرعی الکترونیکی در تنظیمات الکترونیکی مطابقت دارد. به عنوان مثال، اتم های ستون دوم از سمت چپ همیشه به "s 2" ختم می شوند، در حالی که اتم های لبه سمت راست بخش میانی نازک همیشه به "d 10" ختم می شوند و غیره. از جدول تناوبی به عنوان راهنمای بصری برای نوشتن پیکربندی استفاده کنید - زیرا ترتیبی که به اوربیتال ها اضافه می کنید با موقعیت شما در جدول مطابقت دارد. زیر را ببینید:

   • به طور خاص، دو ستون سمت چپ شامل اتم هایی است که تنظیمات الکترونیکی آنها به اوربیتال s ختم می شود، بلوک سمت راست جدول حاوی اتم هایی است که پیکربندی آنها به اوربیتال p ختم می شود و در پایین اتم ها به اوربیتال f ختم می شود.
   • به عنوان مثال، هنگامی که پیکربندی الکترونیکی کلر را یادداشت می کنید، اینگونه فکر کنید: "این اتم در ردیف سوم (یا "دوره") جدول تناوبی قرار دارد. همچنین در گروه پنجم بلوک مداری p قرار دارد. از جدول تناوبی.بنابراین پیکربندی الکترونیکی آن به ..3p 5 ختم می شود
   • توجه داشته باشید که عناصر موجود در مناطق مداری d و f جدول دارای سطوح انرژی هستند که با دوره ای که در آن قرار دارند مطابقت ندارد. به عنوان مثال، ردیف اول یک بلوک از عناصر با اوربیتال d با اوربیتال های 3 بعدی مطابقت دارد، اگرچه در دوره چهارم قرار دارد، و ردیف اول عناصر با اوربیتال f با اوربیتال 4f مطابقت دارد. در دوره ششم قرار دارد.

5. اختصارات نوشتن تنظیمات الکترونیکی طولانی را بیاموزید.اتم های سمت راست جدول تناوبی نامیده می شوند گازهای نجیب.این عناصر از نظر شیمیایی بسیار پایدار هستند. برای کوتاه کردن فرآیند نوشتن پیکربندی‌های طولانی الکترون، به سادگی نماد شیمیایی نزدیک‌ترین گاز نجیب با الکترون‌های کمتر از اتم خود را در پرانتز مربع بنویسید و سپس به نوشتن پیکربندی الکترونیکی سطوح مداری بعدی ادامه دهید. زیر را ببینید:

   • برای درک این مفهوم، نوشتن یک پیکربندی مثال مفید خواهد بود. بیایید پیکربندی روی (عدد اتمی 30) را با استفاده از مخفف گاز نجیب بنویسیم. پیکربندی کامل روی به این صورت است: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 . با این حال، می بینیم که 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 پیکربندی الکترونیکی آرگون، یک گاز نجیب است. به سادگی قسمت پیکربندی الکترونیکی روی را با نماد شیمیایی آرگون در براکت های مربع (.) جایگزین کنید.
   • بنابراین، پیکربندی الکترونیکی روی که به صورت اختصاری نوشته شده است، به صورت زیر است: 4s 2 3d 10.
   • توجه داشته باشید که اگر پیکربندی الکترونیکی گاز نجیب را بنویسید، مثلاً آرگون، نمی توانید بنویسید! در مقابل این عنصر باید از مخفف گاز نجیب استفاده کرد. برای آرگون نئون ().

   با استفاده از جدول تناوبی ADOMAH

   1. بر جدول تناوبی ADOMAH مسلط شوید. این روشثبت پیکربندی الکترونیکی نیازی به به خاطر سپردن ندارد، اما نیاز به یک جدول تناوبی دوباره طراحی شده دارد، زیرا در جدول تناوبی سنتی، با شروع دوره چهارم، عدد دوره با پوسته الکترونی مطابقت ندارد. جدول تناوبی ADOMAH را پیدا کنید، نوع خاصی از جدول تناوبی که توسط دانشمند والری زیمرمن طراحی شده است. با یک جستجوی کوتاه در اینترنت پیدا کردن آن آسان است.

      • در جدول تناوبی ADOMAH، ردیف های افقی نشان دهنده گروه هایی از عناصر مانند هالوژن، گازهای نجیب، فلزات قلیایی، فلزات قلیایی خاکی و غیره است. ستون های عمودی مربوط به سطوح الکترونیکی و به اصطلاح "آبشار" (خطوط مورب اتصال بلوک های s,p,dو و) مربوط به دوره است.
      • هلیم به هیدروژن منتقل می شود، زیرا هر دوی این عناصر با یک مدار 1s مشخص می شوند. بلوک های دوره (s،p،d و f) با نشان داده می شوند سمت راست، و اعداد سطح در پایه داده شده است. عناصر در جعبه هایی با شماره 1 تا 120 نشان داده می شوند. این اعداد اعداد اتمی معمولی هستند که نشان دهنده تعداد کل الکترون های یک اتم خنثی هستند.

   2. اتم خود را در جدول ADOMAH پیدا کنید.برای نوشتن پیکربندی الکترونیکی یک عنصر، نماد آن را در جدول تناوبی ADOMAH پیدا کنید و تمام عناصر با عدد اتمی بالاتر را خط بزنید. به عنوان مثال، اگر نیاز به نوشتن پیکربندی الکترونیکی اربیوم (68) دارید، تمام عناصر را از 69 تا 120 خط بزنید.

      • به اعداد 1 تا 8 در پایه جدول دقت کنید. اینها اعداد سطح الکترونیکی یا شماره ستون هستند. ستون هایی که فقط حاوی موارد خط خورده هستند را نادیده بگیرید. برای اربیوم، ستون هایی با اعداد 1،2،3،4،5 و 6 باقی می مانند.

   3. سطوح فرعی مداری را تا عنصر خود بشمارید.با نگاهی به نمادهای بلوک نشان داده شده در سمت راست جدول (s، p، d، و f) و شماره ستون های نشان داده شده در پایین، خطوط مورب بین بلوک ها را نادیده بگیرید و ستون ها را به ستون های بلوک تقسیم کنید و آنها را در فهرست قرار دهید. از پایین به بالا سفارش دهید و دوباره، بلوک هایی را که در آنها تمام عناصر خط زده شده اند نادیده بگیرید. بلوک های ستون را از شماره ستون و سپس نماد بلوک بنویسید، به این ترتیب: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (برای اربیوم).

      • لطفاً توجه داشته باشید: پیکربندی الکترونیکی بالا Er به ترتیب صعودی شماره زیرسطح الکترونیکی نوشته شده است. همچنین می توان آن را به ترتیب پر شدن اوربیتال ها نوشت. برای این کار، هنگام نوشتن بلوک‌های ستون، آبشارها را از پایین به بالا دنبال کنید، نه ستون‌ها: 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. الکترون ها را برای هر زیرسطح الکترونیکی بشمارید.با پیوستن یک الکترون به هر عنصر، عناصر هر بلوک ستون را که خط خطی نشده اند بشمارید و تعداد آنها را در کنار نماد بلوک هر بلوک به صورت زیر بنویسید: 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 . در مثال ما، این پیکربندی الکترونیکی اربیوم است.

   5. مراقب تنظیمات الکترونیکی نادرست باشید.هجده استثنای معمولی مربوط به پیکربندی الکترونیکی اتم ها در پایین ترین حالت انرژی وجود دارد که به آن حالت انرژی زمین نیز می گویند. آنها اطاعت نمی کنند قانون کلیفقط در دو یا سه موقعیت آخر که توسط الکترون ها اشغال شده است. در این حالت، پیکربندی الکترونیکی واقعی فرض می‌کند که الکترون‌ها در مقایسه با پیکربندی استاندارد اتم در وضعیت انرژی کمتری قرار دارند. اتم های استثنا عبارتند از:

      • Cr(..., 3d5, 4s1); مس(..., 3d10, 4s1); Nb(..., 4d4, 5s1); مو(..., 4d5, 5s1); Ru(..., 4d7, 5s1); Rh(..., 4d8, 5s1); Pd(..., 4d10, 5s0); Ag(..., 4d10, 5s1); لا(..., 5d1, 6s2); CE(..., 4f1, 5d1, 6s2); Gd(..., 4f7, 5d1, 6s2); طلا(..., 5d10, 6s1); AC(..., 6d1, 7s2); Th(..., 6d2, 7s2); پا(..., 5f2, 6d1, 7s2); U(..., 5f3, 6d1, 7s2); Np(...، 5f4، 6d1، 7s2) و سانتی متر(...، 5f7، 6d1، 7s2).
   • برای پیدا کردن عدد اتمی یک اتم زمانی که به صورت الکترونیکی نوشته می شود، کافی است تمام اعدادی که پس از حروف (s، p، d، و f) قرار دارند را جمع کنید. این فقط برای اتم های خنثی کار می کند، اگر با یک یون سر و کار دارید کار نمی کند - باید تعداد الکترون های اضافی یا از دست رفته را اضافه یا کم کنید.
   • عدد بعد از حرف بالا خط است، در کنترل اشتباه نکنید.
   • "پایداری یک سطح فرعی نیمه پر" وجود ندارد. این یک ساده سازی است. هر ثباتی که مربوط به سطوح فرعی "نیمه پر" باشد به این دلیل است که هر اوربیتال توسط یک الکترون اشغال شده است، بنابراین دافعه بین الکترون ها به حداقل می رسد.
   • هر اتم به یک حالت پایدار تمایل دارد و پایدارترین پیکربندی ها سطوح فرعی s و p (s2 و p6) را پر کرده اند. گازهای نجیب این پیکربندی را دارند، بنابراین به ندرت واکنش نشان می دهند و در سمت راست جدول تناوبی قرار دارند. بنابراین، اگر یک پیکربندی به 3p 4 ختم شود، آنگاه برای رسیدن به حالت پایدار به دو الکترون نیاز دارد (از دست دادن شش الکترون، از جمله الکترون‌های سطح s، انرژی بیشتری لازم است، بنابراین از دست دادن چهار الکترون راحت‌تر است). و اگر پیکربندی به 4d 3 ختم شود، برای رسیدن به حالت پایدار نیاز به از دست دادن سه الکترون دارد. علاوه بر این، سطوح فرعی نیمه پر (s1، p3، d5..) پایدارتر از p4 یا p2 هستند. با این حال، s2 و p6 حتی پایدارتر خواهند بود.
   • وقتی با یک یون سر و کار دارید، به این معنی است که تعداد پروتون ها با تعداد الکترون ها یکسان نیست. بار اتم در این حالت در سمت راست بالا (معمولا) نماد شیمیایی نشان داده می شود. بنابراین، یک اتم آنتیموان با بار 2+ دارای پیکربندی الکترونیکی 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 1 است. توجه داشته باشید که 5p 3 به 5p 1 تغییر کرده است. وقتی پیکربندی یک اتم خنثی به سطوح فرعی غیر از s و p ختم می شود، مراقب باشید.وقتی الکترون می گیرید، فقط می توانید آنها را از اوربیتال های ظرفیتی (اوربیتال های s و p) بگیرید. بنابراین، اگر پیکربندی با 4s 2 3d 7 به پایان برسد و اتم بار +2 دریافت کند، پیکربندی با 4s 0 3d 7 به پایان می رسد. لطفا توجه داشته باشید که 3d 7 نهتغییر می کند، در عوض الکترون های اوربیتال s از بین می روند.
   • شرایطی وجود دارد که یک الکترون مجبور به "حرکت به سطح انرژی بالاتر" می شود. هنگامی که یک تراز فرعی فاقد یک الکترون است تا نیمه یا کامل باشد، یک الکترون را از نزدیکترین تراز فرعی s یا p بردارید و آن را به سطح فرعی منتقل کنید که به الکترون نیاز دارد.
   • دو گزینه برای نوشتن پیکربندی الکترونیکی وجود دارد. همانطور که در بالا برای اربیوم نشان داده شد، می توان آنها را به ترتیب صعودی تعداد سطوح انرژی یا به ترتیب پر شدن اوربیتال های الکترونی نوشت.
   • شما همچنین می توانید پیکربندی الکترونیکی یک عنصر را فقط با نوشتن پیکربندی ظرفیت، که آخرین سطح فرعی s و p است، بنویسید. بنابراین، پیکربندی ظرفیت آنتیموان 5s 2 5p 3 خواهد بود.
   • یون ها یکسان نیستند. با آنها خیلی سخت تر است. بسته به اینکه از کجا شروع کرده اید و تعداد الکترون ها چقدر است، از دو سطح بگذرید و از همان الگو پیروی کنید.

الکترون ماهیت دوگانه دارد: در آزمایش های مختلف، می تواند خواص یک ذره و یک موج را نشان دهد. خواص الکترون به عنوان ذره: جرم، شارژ; خواص موج - در ویژگی های حرکت، تداخل و پراش.

حرکت الکترون از قوانین پیروی می کند مکانیک کوانتومی .

ویژگی های اصلی که حرکت الکترون را در اطراف هسته تعیین می کند: انرژی و ویژگی های فضایی مدار مربوطه.

هنگام تعامل (همپوشانی) اوربیتال های اتمی(AO ) متعلق به دو یا چند اتم تشکیل می شود اوربیتال های مولکولی(MO).

اوربیتال های مولکولی با الکترون های اجتماعی پر شده و انجام می شوند پیوند کووالانسی.

قبل از تشکیل اوربیتال های مولکولی، هیبریداسیون اوربیتال های اتمی یک اتم

هیبریداسیون -تغییر شکل برخی از اوربیتال ها در طول تشکیل پیوند کووالانسی برای همپوشانی موثرتر. همان هیبریدها تشکیل می شوند JSCکه در امر آموزش نقش دارند MO، همپوشانی اوربیتال های اتمی اتم های دیگر. هیبریداسیون فقط برای اتم هایی که پیوندهای شیمیایی تشکیل می دهند امکان پذیر است، اما برای اتم های آزاد امکان پذیر نیست.

هیدروکربن ها

سوالات اصلی:

1. هیدروکربن ها طبقه بندی. نامگذاری.
2. ساختار. خواص.
3. استفاده از هیدروکربن ها.

هیدروکربن ها- دسته ای از ترکیبات آلی که از دو عنصر کربن و هیدروژن تشکیل شده است.

ایزومرها و همولوگ ها را انتخاب کنید:

نام آلکان ها:

____________________________________________

__________________________________________

Ä واکنش نیتراسیون (واکنش کونوالوف، 1889) واکنش جایگزینی هیدروژن برای یک گروه نیترو است.

مقررات: 13٪ HNO 3، t \u003d 130 - 140 0 C، P \u003d 15 - 10 5 Pa. در مقیاس صنعتی، نیتراسیون آلکان ها در فاز گاز در دمای 150 تا 170 درجه سانتیگراد با اکسید نیتریک (IV) یا بخار اسید نیتریک انجام می شود.

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

نیترومتان

@ حل وظایف:

1. ترکیب آلکان ها منعکس کننده فرمول کلی است:

الف) C n H 2 n +2; ب) C n H 2 n -2; ج) C n H 2 n; د) C n H 2 n -6.

2. آلکان ها با چه معرف هایی می توانند تعامل داشته باشند:

آ) Br 2 (محلول)؛ ب) Br 2 , t 0 ; که در) H 2 SO 4 ; ز) HNO 3 (رقیق)، t 0; د KMnO 4 ; ه) CON؟

پاسخ ها: 1) معرف ها الف، ب، د، ه; 2) معرف ها ب، ج، ه;

3) معرف ها ب، د; 4) معرف ها ب، د، ه، ف.

1. یک تناظر بین نوع واکنش و طرح (معادله) واکنش ایجاد کنید:

1. ماده ای که در طی کلرزنی کامل متان تشکیل می شود را مشخص کنید:

الف) تری کلرومتان؛ ب) تتراکلرید کربن؛ ج) دی کلرومتان؛ د) تتراکلرواتان.

1. محتمل ترین محصول مونوبرومیناسیون 2،2،3-تری متیل بوتان را مشخص کنید:

الف) 2-برومو-2،3،3-تری متیل بوتان؛ ب) 1-برومو-2،2،3-تری متیل بوتان.

ج) 1-برومو-2،3،3-تری متیل بوتان. د) 2-برومو-2،2،3-تری متیل بوتان.

یک معادله برای واکنش بنویسید.

واکنش ورتز – اثر سدیم فلزی بر مشتقات هالوژن هیدروکربن ها. هنگامی که دو مشتق مختلف هالوژن واکنش نشان می دهند، مخلوطی از هیدروکربن ها تشکیل می شود که می توان آنها را با تقطیر جدا کرد.

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

@ حل وظایف:

1. نام هیدروکربنی را که هنگام گرم شدن برومواتان با فلز سدیم تشکیل می شود، مشخص کنید:

الف) پروپان؛ ب) بوتان؛ ج) پنتان؛ د) هگزان؛ ه) هپتان.

یک معادله برای واکنش بنویسید.

1. چه هیدروکربن هایی از اثر سدیم فلزی روی یک مخلوط تشکیل می شود:

الف) یدومتان و 1-بروم-2-متیل پروپان. ب) 2-بروموپروپان و 2-بروموبوتان؟

سیکلوآلکان ها

1. برای چرخه های کوچک (ج 3 - ج 4) مشخصه هستند واکنش های اضافه هیدروژن، هالوژن ها و هالیدهای هیدروژن. واکنش ها با باز شدن چرخه همراه است.

2. برای چرخه های دیگر (از 5 به بالا) مشخصه هستند واکنش های جایگزینی

هیدروکربن های غیر اشباع(اشباع نشده):

آلکن ها (الفین ها، هیدروکربن های غیر اشباع با پیوند دوگانه، هیدروکربن های اتیلن): ساختار:هیبریداسیون sp 2، قرارگیری مسطح اوربیتال ها (مربع مسطح). واکنش ها:افزودن (هیدروژناسیون، هالوژناسیون، هیدروهالوژناسیون، پلیمریزاسیون)، جایگزینی (غیر معمولی)، اکسیداسیون (احتراق، KMnO 4)، تجزیه (بدون دسترسی به اکسیژن).

@ حل وظایف:

1. هیبریداسیون اتم های کربن در یک مولکول آلکن چیست:

الف) 1 و 4 - sp 2، 2 و 3 - sp 3؛ ب) 1 و 4 - sp 3، 2 و 3 - sp 2;

ج) 1 و 4 - sp 3، 2 و 3 - sp; د) 1 و 4 - هیبرید نشده، 2 و 3 - sp2.

2- آلکن را نام ببرید:

1. معادلات واکنش را با استفاده از مثال بوتن-1 بنویسید، محصولات به دست آمده را نام ببرید.

4. در طرح تبدیل زیر، اتیلن در واکنش تشکیل می شود:

الف) 1 و 2؛ ب) 1 و 3؛ ج) 2 و 3;

د) اتیلن در هیچ واکنشی تشکیل نمی شود.

1. کدام واکنش مخالف قانون مارکوفنیکف است:

الف) CH 3 - CH \u003d CH 2 + HBr →؛ ب) CH 3 - CH \u003d CH 2 + H 2 O →؛؛

ج) CH 3 - CH \u003d CH - CH 2 + HCI →؛ د) CCI 3 - CH \u003d CH 2 + HCI →؟

þ دیین ها با پیوندهای مزدوج:هیدراتاسیون 1،3-بوتادین - 2-بوتن تشکیل می شود (1،4-افزودن):

þ هیدروژناسیون 1،3-بوتادین در حضور کاتالیزور نیکل بوتان:

þ هالوژناسیون 1،3-بوتادین - 1،4-افزودن (1،4 - دیبرومو-2-بوتن):

þ پلیمریزاسیون دین:

پولینا(هیدروکربن های غیراشباع با پیوندهای دوگانه زیاد) هیدروکربن هایی هستند که مولکول های آنها حداقل دارای سه پیوند دوگانه هستند.

دریافت دیین:

Ø اثر محلول الکلی قلیایی:

Ø روش لبدف (سنتز دیوینیل):

Ø کم آبی گلیکول ها (آلکاندیول ها):

آلکین ها (هیدروکربن های استیلنیک، هیدروکربن های با یک پیوند سه گانه): ساختار:هیبریداسیون sp، قرارگیری خطی اوربیتال ها. واکنش ها:افزودن (هیدروژناسیون، هالوژناسیون، هیدروهالوژناسیون، پلیمریزاسیون)، جایگزینی (تشکیل نمک)، اکسیداسیون (احتراق، KMnO 4)، تجزیه (بدون دسترسی به اکسیژن).	5-متیل هگزین-2 1-پنتاین 3-متیل بوتین-1
	1. چه هیدروکربن هایی با فرمول کلی CnH 2n-2 مطابقت دارند: الف) استیلن، دی ان. ب) اتیلن، دی ان؛ ج) سیکلوآلکان ها، آلکن ها. د) استیلن، معطر؟ 2. پیوند سه گانه ترکیبی از: الف) سه پیوند σ; ب) یک پیوند σ و دو پیوند π. ج) دو پیوند σ و یک پیوند π. د) سه پیوند π. 3. فرمول 3- متیل پنتین -3 را بسازید.
من. واکنش های اضافه
v هیدروژناسیوندر مرحله تشکیل آلکن ها رخ می دهد:
v افزودن هالوژن هابدتر از آلکن ها اتفاق می افتد: آلکین ها آب برم را بی رنگ می کنند ( واکنش کیفی).
v افزودن هالیدهای هیدروژن:
محصولات افزودن به آلکین های نامتقارن تعیین می شود قانون مارکوفنیکف:
v دسترسی به آب (هیدراتاسیون)- واکنش M.G. Kucherov، 1881.
برای همولوگ های استیلن، محصول اضافه آب یک کتون است:
III. تشکیل نمک (خواص اسیدی) - واکنش های جایگزینی
ð برهمکنش با فلزات فعال: از استیلیدها برای سنتز همولوگ ها استفاده می شود.
ð برهمکنش آلکین ها با محلول های آمونیاک اکسید نقره یا کلرید مس (I):
واکنش کیفی به پیوند سه گانه نهایی -تشکیل یک رسوب سفید مایل به خاکستری از استیلنید نقره یا قرمز قهوه ای - استیلنید مس (I):	HC ≡ CH + СuCI → СuC ≡ ССu ↓ + 2HCI واکنشی رخ نمی دهد
IV. واکنش های اکسیداسیون
Ÿ اکسیداسیون خفیف- تغییر رنگ محلول آبی پرمنگنات پتاسیم ( یک واکنش کیفی به یک پیوند چندگانه):	هنگامی که استیلن با محلول رقیق KMnO 4 (دمای اتاق) برهمکنش می کند - اسید اگزالیک.

اوربیتال ها

بررسی دقیق طیف‌های اتمی نشان می‌دهد که خطوط "ضخیم" به دلیل انتقال بین سطوح انرژی در واقع به خطوط نازک‌تری تقسیم می‌شوند. این به این معنی است که لایه های الکترونی در واقع به لایه های فرعی تقسیم می شوند. زیر پوسته های الکترونیکی با توجه به انواع خطوط مربوط به آنها در طیف اتمی تعیین می شوند:

س- پوسته فرعی به نام "شارپ" س- خطوط - تیز;
پ- پوسته فرعی به نام "اصلی" پ- خطوط - اصلی;
د- پوسته فرعی به نام "Diffuse" د- خطوط - پراکنده;
f- پوسته فرعی به نام "بنیادی" f- خطوط - اساسی.

اگر اتم های عناصر در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار گیرند، خطوط به دلیل انتقال بین این لایه های فرعی، شکافتن بیشتری را تجربه می کنند. به این تقسیم، اثر زیمن می گویند. به طور تجربی مشخص شد که س- خط تقسیم نمی شود، آر- خط به 3 تقسیم می شود، د-خط - توسط 5، f-خط - توسط 7.
بر اساس اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، موقعیت و تکانه یک الکترون را نمی توان همزمان با دقت مطلق تعیین کرد. با این حال، با وجود عدم امکان تعیین دقیق موقعیت یک الکترون، می توان احتمال یافتن یک الکترون را در یک موقعیت خاص در هر زمان مشخص کرد. دو نتیجه مهم از اصل عدم قطعیت هایزنبرگ وجود دارد.
1. حرکت الکترون در اتم حرکتی بدون مسیر است. به جای یک مسیر در مکانیک کوانتومی، مفهوم دیگری معرفی شده است - احتمالباقی ماندن یک الکترون در قسمت معینی از حجم یک اتم، که با چگالی الکترون در هنگام در نظر گرفتن یک الکترون به عنوان ابر الکترونی همبستگی دارد.
2. الکترون نمی تواند روی هسته بیفتد. نظریه بور این پدیده را توضیح نداد. مکانیک کوانتومی توضیحی برای این پدیده نیز ارائه کرده است. افزایش درجه قطعیت مختصات یک الکترون زمانی که روی هسته می افتد باعث افزایش شدید انرژی الکترون تا 1011 کیلوژول بر مول و بیشتر می شود. الکترونی با چنین انرژی به جای اینکه روی هسته بیفتد، باید اتم را ترک کند. نتیجه این است که نیرو برای جلوگیری از سقوط الکترون به هسته، بلکه برای «اجبار کردن» الکترون به درون اتم لازم است.
تابعی که به مختصات یک الکترون بستگی دارد و از طریق آن احتمال قرار گرفتن آن در نقطه خاصی از فضا مشخص می شود، نامیده می شود. مداری. مفهوم «مدار» را نباید با مفهوم «مدار» که در نظریه بور به کار می رود، یکی دانست. تحت مدار در نظریه بور مسیر (مسیر) الکترون در اطراف هسته درک می شود.
معمولاً مرسوم است که الکترون را به عنوان ابری با بار منفی در نظر بگیریم که در فضا پراکنده شده و بار کل آن برابر با بار الکترون است. سپس چگالی چنین ابر الکترونی در هر نقطه از فضا با احتمال یافتن الکترون در آن متناسب است. مدل ابر الکترونی برای توصیف بصری توزیع چگالی الکترون در فضا بسیار مناسب است. که در آن ساوربیتال کروی است آر-اوربیتال - شکل یک دمبل، د-اوربیتال - یک گل چهار گلبرگ یا یک دمبل دوتایی (شکل 1.10).

به این ترتیب، س- پوسته فرعی از یک تشکیل شده است س-اوربیتال ها پ- پوسته فرعی - از سه پ-اوربیتال ها د- پوسته فرعی - از پنج د-اوربیتال ها f- پوسته فرعی - از هفت f-اوربیتال ها