Sferne orbitale nazivaju se. Oblik atomskih orbitala. §5. Elektronski oblaci – orbitale

Fizička i kemijska svojstva atoma, a time i materije u cjelini, uvelike su određena značajkama elektronskog oblaka oko atomske jezgre. Pozitivno nabijena jezgra privlači negativno nabijene elektrone. Elektroni se okreću oko jezgre tako brzo da je nemoguće odrediti njihov točan položaj. Elektroni koji se kreću oko jezgre mogu se usporediti s oblakom ili maglom, na nekim mjestima više ili manje guste, na drugim prilično rijetke. Oblik elektronskog oblaka, kao i vjerojatnost pronalaska elektrona u bilo kojoj točki u njemu, može se odrediti rješavanjem odgovarajućih jednadžbikvantna mehanika. Područja u kojima se najvjerojatnije nalaze elektroni nazivaju se orbitale. Svaku orbitalu karakterizira određena energija, a ne može sadržavati više od dva elektrona. Obično se prvo popune orbitale s najnižom energijom najbliže jezgri, zatim orbitale s višom energijom i tako dalje.

Skup elektronskih orbitala s bliskom energijom tvori sloj (tj. ljusku ili energetsku razinu). Energetske razine su numerirane počevši od jezgre atoma: 1, 2, 3,... . Što je dalje od jezgre, to su slojevi prostraniji i mogu primiti više orbitala i elektrona. Da, nan-tu razinu n 2 orbitale, a mogu primiti do 2n 2 elektroni. Poznati elementi imaju elektrone samo u prvih sedam razina, a samo su prve četiri od njih popunjene.

Postoje četiri vrste orbitala, one su označenes , str , d i f . Svaka razina (sloj) ima jedans Orbitala koja sadrži elektrone najjače vezane za jezgru. Slijede tristr-orbitale, pet d -orbitale i na kraju sedamf-orbitale.

Ljuska n

Broj orbitala n 2

Vrsta orbitala

Broj elektrona 2n 2

s, str

s, str, d

s, str, d, f

s - Orbitale su sfernestr – oblik bučice ili dvije susjedne kugle,d-orbitale - 4 "latice", i f -orbitale - 8. U kontekstu ove orbitale izgledaju otprilike kao na slici.

Tri R-orbitale su orijentirane u prostoru duž osi pravokutnog koordinatnog sustava i prema tome se označavajustr x, py i pz; d- i f Orbitale se također nalaze pod određenim kutovima jedna prema drugoj; kuglastogs -orbitale nemaju prostornu orijentaciju.

Svaki sljedeći element u periodi ima atomski broj za jedan veći od broja prethodnog elementa i sadrži jedan elektron više. Ovaj dodatni elektron zauzima sljedeću orbitalu u uzlaznom redoslijedu. Mora se imati na umu da su slojevi elektrona difuzni i da je energija nekih orbitala vanjskih slojeva niža od energije unutarnjih. Stoga se npr. prvo punis - orbitala 4. razine (4s -orbitala), a tek nakon nje vrši se punjenje 3d -orbitale. Orbitale se obično popunjavaju sljedećim redoslijedom: 1s , 2 s , 2 str , 3 s , 3 str , 4 s , 3 d , 4 str , 5 s , 4 d , 5 str , 6 s , 4 f , 5 d , 6 str , 7 s . U oznaci koja se koristi za predstavljanje elektroničke konfiguracije elementa, gornji indeks na slovu koje označava orbitalu označava broj elektrona u toj orbitali. Na primjer, unos 1 s 2 2 s 2 2 str 5 znači da je 1s -orbitala atoma ima dva elektrona, na 2s -orbitale - dvije, za 2R - pet elektrona. Neutralni atomi koji imaju 8 elektrona na vanjskoj elektronskoj ljusci (tj. ispunjenis- i R -orbitale), toliko su stabilne da praktički ne ulaze ni u jednu kemijske reakcije. To su atomi inertnih plinova. Elektronička konfiguracija helija 1 s 2, neon - 2 s 2 2 str 6, argon - 3 s 2 3 str 6, kripton - 4 s 2 3 d 10 4 str 6, ksenon - 5 s 2 4 d 10 5 str 6 i na kraju radon - 6 s 2 4 f 14 5 d 10 6 str 6 .

Prilikom raspravljanja kemijska svojstva atomi i molekule - strukture i reaktivnost - veliku pomoć u kvalitativnom rješenju pojedinog pitanja može pružiti ideja o prostornom obliku atomskih orbitala. U općem slučaju, AO su zapisani u složenom obliku, ali koristeći linearne kombinacije složenih funkcija povezanih s istom energetskom razinom s glavnim kvantnim brojem P i sa ista vrijednost orbitalni moment /, možete dobiti izraze u stvarnom obliku, koji se mogu prikazati u stvarnom prostoru.

Razmotrimo uzastopno niz AO u atomu vodika.

Valna funkcija osnovnog stanja 4^ izgleda najjednostavnije. Ima sfernu simetriju

Vrijednost a određena je izrazom gdje je vrijednost

nazvao Bohrov radijus. Bohrov radijus govori o karakterističnim veličinama atoma. Vrijednost 1/oc određuje skalu karakterističnog raspada funkcija u jednoelektronskim atomima

Može se vidjeti iz (ZLO) da se veličina jednoelektronskih atoma smanjuje kako nuklearni naboj raste obrnuto proporcionalno s vrijednošću Z. Na primjer, u He + atomu, valna funkcija će pasti dvostruko brže nego u atom vodika s karakterističnom udaljenosti od 0,265 A.

Grafički prikaz *F ls u odnosu na udaljenost prikazan je na sl. 3.3. Maksimum funkcije *Fj je na nuli. Pronalazak elektrona unutar jezgre ne bi trebao izazvati veliko iznenađenje, budući da se jezgra ne može prikazati kao neprobojna sfera.

Najveća vjerojatnost pronalaska elektrona na određenoj udaljenosti od jezgre u osnovnom stanju atoma vodika pada na r = a 0 = 0,529 A. Ova se vrijednost može pronaći na sljedeći način. Vjerojatnost pronalaska elektrona u nekom malom volumenu A V jednako |*P| 2 DY. Volumen AV pretpostavlja se da je toliko mala da se vrijednost valne funkcije može smatrati konstantnom unutar ovog malog volumena. Zanima nas vjerojatnost pronalaska elektrona na daljinu G iz jezgre u tankom sloju debljine A G. Budući da je vjerojatnost pronalaska elektrona na daljinu G ne ovisi o smjeru i ne zanima nas određeni smjer, tada moramo pronaći vjerojatnost da se elektron nalazi u vrlo tankom sfernom sloju debljine A G. Budući da je vrijednost | VF| 2 je lako izračunati, trebamo

Riža. 3.3. Ovisnost *F 1s o udaljenosti. Vrijednosti funkcije normalizirane su na njezinu vrijednost u pri r = O

Riža. 3.4.Shema za proračun volumena sfernog sloja

nalazimo volumen sfernog sloja koji označavamo s A K. Jednak je razlici volumena dviju kuglica polumjera G i r + ar(Sl. 3.4):

Budući da je A G malo u usporedbi s G, zatim pri izračunavanju vrijednosti (r + Ar) 3 možemo se ograničiti na prva dva člana. Tada za volumen sferičnog sloja dobivamo

Posljednji izraz može se dobiti čak i više na jednostavan način. Budući da je A G malo u usporedbi s G, tada se volumen sferičnog sloja može uzeti jednak proizvodu površine sferičnog sloja i njegove debljine (vidi sliku 3.4). Površina sfere je 4 kg 2, i debljine A G. Umnožak tih dviju veličina daje isti izraz (3.11).

Dakle, vjerojatnost W pronaći elektron u ovom sloju je jednako

Izraz za *P ls preuzet je iz Dodatka 3.1. Ako uzmemo u obzir vrijednost A G konstantna, tada se maksimum reducirane funkcije promatra na G = i 0 .

Ako želite znati kolika je vjerojatnost W pronaći elektron u volumenu V, tada je potrebno integrirati gustoću vjerojatnosti pronalaženja elektrona nad ovim područjem prostora u skladu s izrazom (3.6).

Na primjer, kolika je vjerojatnost pronalaska elektrona u atomu vodika u sfernom području prostora sa središtem na jezgri i radijusa d 0 . Zatim

Ovdje je vrijednost d V u procesu izračuna zamjenjuje se sa 4 kg 1 dr analogno (3.11), budući da valna funkcija ovisi samo o udaljenosti i stoga nije potrebno integrirati po kutovima zbog nepostojanja kutne ovisnosti integrabilne funkcije.

Kvalitativan prikaz raspodjele valne funkcije u prostoru daje slika atomskih orbitala u obliku oblaka, a što je boja intenzivnija to je vrijednost H"-funkcije veća. Orbitala će izgledati ovako (Sl. 3.5):

Riža. 3.5.

Orbitalni 2p z B oblik oblaka prikazan je na sl. 3.6.

Riža. 3.6. Slika 2p r orbitala atoma vodika u obliku oblaka

Slično tome, distribucija gustoće elektrona izgledat će poput oblaka, što se može pronaći množenjem gustoće vjerojatnosti I "Fj 2 s nabojem elektrona. U ovom slučaju ponekad se govori o razmazivanju elektrona. Međutim, to ni na koji način ne znači da bave se razmazivanjem elektrona po prostoru - ne događa se stvarno širenje elektrona po prostoru, pa se atom vodika ne može prikazati kao jezgra uronjena u pravi oblak negativnog naboja.

Međutim, takve se slike u obliku oblaka rijetko koriste, a mnogo češće koriste linije za stvaranje ideje o kutnoj ovisnosti H "-funkcija. Za to su vrijednosti H"-funkcija izračunavaju se na sferi nacrtanoj na određenoj udaljenosti od jezgre. Zatim se izračunate vrijednosti iscrtavaju na polumjerima koji označavaju znak H "-funkcija za najinformativnije za dane H"-funkcije ravnog presjeka. Na primjer, Is orbitala se obično prikazuje kao krug (slika 3.7).

Riža.

Na sl. 3.8 2/> r-orbitala je izgrađena na sferi nekog radijusa. Za dobivanje prostorne slike potrebno je lik rotirati oko z-osi. Indeks "z" pri pisanju funkcije označava orijentaciju funkcije duž osi "z". Znakovi "+" i "-" odgovaraju predznacima ^-funkcija. Vrijednosti 2/? z-funkcije su pozitivne u području prostora gdje je ^-koordinata pozitivna, a negativne u područje gdje je ^-koordinata negativna.

Riža. 3.8. Oblik 2pz-orbitale. Izgrađen na sferi nekog radijusa

Slična je situacija i u slučaju preostalih /orbitala. Na primjer, 2/? X-orbitala je orijentirana duž x-osi i pozitivna je u onom dijelu prostora gdje je x-koordinata pozitivna, a njene vrijednosti su negativne tamo gdje su vrijednosti x-koordinate negativne (slika 3.9).

Prikaz valnih funkcija s naznakom predznaka važan je za kvalitativni opis reaktivnosti kemijskih spojeva, pa stoga slike tipa prikazanog na sl. 3.9 najčešće se nalaze u kemijskoj literaturi.

Razmotrimo sada d-orbitale (slika 3.10). Orbitale dxy, dxz, dyz, izgledaju jednako. Njihova orijentacija i znakovi određeni su indeksima: indeks hu pokazuje

Riža. 3.9. Oblik 2p x - orbitale. Izgrađen na sferi nekog radijusa


da je orbitala orijentirana pod kutem od 45° u odnosu na x i na te da je predznak Y-funkcije pozitivan gdje je umnožak indeksa x i na pozitivno.


Riža. 3.10.

Slična je situacija i s ostalim ^/-orbitalama. Slika ^/-orbitala prikazana na si. 3.10 je najčešći u literaturi. Vidi se da orbitale d , d x2 _ y2 , d z2 nisu ekvivalentni. Ekvivalentne su samo orbitale d, d xz, d yz. Ako je potrebno upotrijebiti pet ekvivalentnih ^/-orbitala za opisivanje strukture molekule, tada se one mogu konstruirati pomoću linearnih kombinacija orbitala.

Elektronička konfiguracija atom je numerički prikaz njegovih elektronskih orbitala. Elektronske orbitale su područja različitih oblika smještena oko atomske jezgre, u kojima je matematički vjerojatno da će se elektron naći. Elektronička konfiguracija pomaže da se čitatelju brzo i jednostavno kaže koliko elektronskih orbitala atom ima, kao i da se odredi broj elektrona u svakoj orbitali. Nakon čitanja ovog članka svladat ćete metodu sastavljanja elektroničkih konfiguracija.

Koraci

Raspodjela elektrona pomoću periodnog sustava D. I. Mendeljejeva

    Pronađite atomski broj svog atoma. Svaki atom ima određeni broj elektrona povezanih s njim. Pronađite simbol za svoj atom u periodnom sustavu. Atomski broj je pozitivan cijeli broj počevši od 1 (za vodik) i povećavajući se za jedan za svaki sljedeći atom. Atomski broj je broj protona u atomu, pa je stoga i broj elektrona u atomu bez naboja.

    Odredite naboj atoma. Neutralni atomi imat će isti broj elektrona kao što je prikazano u periodnom sustavu. Međutim, nabijeni atomi će imati više ili manje elektrona, ovisno o veličini njihovog naboja. Ako radite s nabijenim atomom, dodajte ili oduzmite elektrone na sljedeći način: dodajte jedan elektron za svaki negativni naboj i oduzmite jedan za svaki pozitivni naboj.

    • Na primjer, atom natrija s nabojem od -1 imat će dodatni elektron u Dodatku na svoj osnovni atomski broj 11. Drugim riječima, atom će imati ukupno 12 elektrona.
    • Ako govorimo o atomu natrija s nabojem +1, jedan elektron se mora oduzeti od baznog atomskog broja 11. Dakle, atom će imati 10 elektrona.

  1. Zapamtite osnovni popis orbitala. Kako se broj elektrona u atomu povećava, oni ispunjavaju različite podrazine elektronske ljuske atoma prema određenom slijedu. Svaka podrazina elektronske ljuske, kada je ispunjena, sadrži paran broj elektrona. Postoje sljedeći podrazine:

    Razumjeti elektronički konfiguracijski zapis. Elektroničke konfiguracije su zapisane kako bi se jasno prikazao broj elektrona u svakoj orbitali. Orbitale se pišu sekvencijalno, s brojem atoma u svakoj orbitali napisanim kao superskript desno od naziva orbitale. Dovršena elektronička konfiguracija ima oblik niza oznaka podrazine i nadskripta.

    • Evo, na primjer, najjednostavnije elektroničke konfiguracije: 1s 2 2s 2 2p 6 . Ova konfiguracija pokazuje da postoje dva elektrona u podrazini 1s, dva elektrona u podrazini 2s i šest elektrona u podrazini 2p. 2 + 2 + 6 = 10 elektrona ukupno. Ovo je elektronička konfiguracija neutralnog atoma neona (atomski broj neona je 10).

  2. Zapamti redoslijed orbitala. Imajte na umu da su elektronske orbitale numerirane uzlaznim redoslijedom prema broju elektronske ljuske, ali raspoređene uzlaznim energetskim redoslijedom. Na primjer, ispunjena 4s 2 orbitala ima manju energiju (ili manju pokretljivost) od djelomično ispunjene ili ispunjene 3d 10, pa se 4s orbitala piše prva. Nakon što saznate redoslijed orbitala, možete ih jednostavno ispuniti prema broju elektrona u atomu. Redoslijed kojim se orbitale popunjavaju je sljedeći: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

    • Elektronska konfiguracija atoma u kojem su sve orbitale popunjene imat će sljedeći oblik: 10 7p 6
    • Imajte na umu da je gornja oznaka, kada su sve orbite popunjene, elektronska konfiguracija elementa Uuo (ununoktij) 118, atoma s najvećim brojem u periodnom sustavu elemenata. Stoga ova elektronička konfiguracija sadrži sve trenutno poznate elektroničke podrazine neutralno nabijenog atoma.

  3. Upiši orbitale prema broju elektrona u svom atomu. Na primjer, ako želimo zapisati elektroničku konfiguraciju neutralnog atoma kalcija, moramo početi traženjem njegovog atomskog broja u periodnom sustavu. Njegov atomski broj je 20, pa ćemo konfiguraciju atoma s 20 elektrona napisati prema gornjem redoslijedu.

    • Popunite orbitale gornjim redoslijedom dok ne dođete do dvadesetog elektrona. Prva 1s orbitala će imati dva elektrona, 2s orbitala će također imati dva, 2p orbitala će imati šest, 3s orbitala će imati dva, 3p orbitala će imati 6, a 4s orbitala će imati 2 (2 + 2 + 6 +2 +6 + 2 = 20 .) Drugim riječima, elektronska konfiguracija kalcija ima oblik: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .
    • Imajte na umu da su orbitale u uzlaznom redoslijedu energije. Na primjer, kada ste spremni prijeći na 4. energetsku razinu, tada prvo zapišite 4s orbitalu i zatim 3d. Nakon četvrte energetske razine prelazi se na petu, gdje se ponavlja isti redoslijed. To se događa tek nakon treće energetske razine.

  4. Koristite periodni sustav kao vizualni znak. Vjerojatno ste već primijetili da oblik periodnog sustava odgovara redoslijedu elektroničkih podrazina u elektroničkim konfiguracijama. Na primjer, atomi u drugom stupcu slijeva uvijek završavaju na "s 2", dok atomi na desnom rubu tankog srednjeg dijela uvijek završavaju na "d 10", i tako dalje. Koristite periodni sustav kao vizualni vodič za pisanje konfiguracija - jer redoslijed kojim dodajete orbitalama odgovara vašem položaju u tablici. Pogledaj ispod:

    • Konkretno, dva krajnja lijeva stupca sadrže atome čije elektroničke konfiguracije završavaju s orbitalama, desni blok tablice sadrži atome čije konfiguracije završavaju s p orbitalama, a na dnu atomi završavaju s f orbitalama.
    • Na primjer, kada zapisujete elektroničku konfiguraciju klora, razmislite ovako: "Ovaj se atom nalazi u trećem redu (ili "periodi") periodnog sustava. Također se nalazi u petoj skupini orbitalnog bloka p periodnog sustava. Stoga će njegova elektronička konfiguracija završiti u. ..3p 5
    • Imajte na umu da elementi u d i f orbitalnim područjima tablice imaju energetske razine koje ne odgovaraju razdoblju u kojem se nalaze. Na primjer, prvi red bloka elemenata s d-orbitalama odgovara 3d orbitalama, iako se nalazi u 4. periodi, a prvi red elemenata s f-orbitalama odgovara 4f orbitali, unatoč činjenici da nalazi se u 6. razdoblju.

  5. Naučite kratice za pisanje dugih elektroničkih konfiguracija. Atomi s desne strane periodnog sustava nazivaju se plemeniti plinovi. Ovi elementi su kemijski vrlo stabilni. Kako biste skratili proces pisanja dugih elektronskih konfiguracija, jednostavno napišite u uglate zagrade kemijski simbol za najbliži plemeniti plin s manje elektrona od vašeg atoma, a zatim nastavite pisati elektroničku konfiguraciju sljedećih orbitalnih razina. Pogledaj ispod:

    • Da biste razumjeli ovaj koncept, bilo bi korisno napisati primjer konfiguracije. Napišimo konfiguraciju cinka (atomski broj 30) koristeći kraticu plemeniti plin. Kompletna konfiguracija cinka izgleda ovako: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 . Međutim, vidimo da je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 elektronska konfiguracija argona, plemenitog plina. Jednostavno zamijenite dio elektroničke konfiguracije cinka kemijskim simbolom za argon u uglatim zagradama (.)
    • Dakle, elektronička konfiguracija cinka, napisana u skraćenom obliku, je: 4s 2 3d 10 .
    • Imajte na umu da ako pišete elektroničku konfiguraciju plemenitog plina, recimo argona, ne možete pisati! Ispred ovog elementa treba koristiti kraticu plemeniti plin; za argon to će biti neon ().

    Korištenje ADOMAH periodnog sustava

    1. Ovladajte periodnim sustavom ADOMAH. Ova metoda snimanje elektroničke konfiguracije ne zahtijeva memoriranje, već zahtijeva redizajnirani periodni sustav, budući da u tradicionalnom periodnom sustavu, počevši od četvrte periode, broj periode ne odgovara elektronskoj ljusci. Pronađite ADOMAH periodni sustav, posebnu vrstu periodnog sustava koji je dizajnirao znanstvenik Valery Zimmerman. Lako ga je pronaći kratkom internetskom pretragom.

      • U ADOMAH periodnom sustavu vodoravni redovi predstavljaju skupine elemenata kao što su halogeni, plemeniti plinovi, alkalijski metali, zemnoalkalijski metali itd. Vertikalni stupci odgovaraju elektroničkim razinama, a takozvane "kaskade" (dijagonalne linije koje povezuju blokovi s,p,d i f) odgovaraju razdobljima.
      • Helij se premješta u vodik, budući da oba ova elementa karakterizira 1s orbitala. Blokovi razdoblja (s, p, d i f) prikazani su s desna strana, a brojevi razina navedeni su u podnožju. Elementi su predstavljeni u okvirima označenim brojevima od 1 do 120. Ovi brojevi su uobičajeni atomski brojevi, koji predstavljaju ukupan broj elektrona u neutralnom atomu.

    2. Pronađite svoj atom u tablici ADOMAH. Da biste zapisali elektroničku konfiguraciju elementa, pronađite njegov simbol u periodnom sustavu ADOMAH i prekrižite sve elemente s višim atomskim brojem. Na primjer, ako trebate zapisati elektroničku konfiguraciju erbija (68), prekrižite sve elemente od 69 do 120.

      • Obratite pozornost na brojeve od 1 do 8 u podnožju tablice. Ovo su brojevi elektroničkih razina ili brojevi stupaca. Zanemarite stupce koji sadrže samo prekrižene stavke. Za erbij ostaju stupci s brojevima 1,2,3,4,5 i 6.

    3. Prebrojite orbitalne podrazine do svog elementa. Gledajući simbole blokova prikazane desno od tablice (s, p, d i f) i brojeve stupaca prikazane na dnu, zanemarite dijagonalne linije između blokova i razdvojite stupce u blok-stupce, navodeći ih u poredak odozdo prema gore. I opet, zanemarite blokove u kojima su svi elementi prekriženi. Napišite blokove stupaca počevši od broja stupca iza kojeg slijedi simbol bloka, ovako: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (za erbij).

      • Imajte na umu: gornja elektronička konfiguracija Er napisana je uzlaznim redoslijedom broja elektroničke podrazine. Može se napisati i redoslijedom kojim su popunjene orbitale. Da biste to učinili, slijedite kaskade odozdo prema gore, a ne stupce, kada pišete blokove stupaca: 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. Prebrojite elektrone za svaku elektronsku podrazinu. Prebrojite elemente u svakom bloku stupca koji nisu prekriženi pripajanjem jednog elektrona iz svakog elementa i napišite njihov broj pored simbola bloka za svaki blok stupca na sljedeći način: 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 . U našem primjeru, ovo je elektronička konfiguracija erbija.

    5. Vodite računa o neispravnim elektroničkim konfiguracijama. Postoji osamnaest tipičnih iznimaka povezanih s elektroničkim konfiguracijama atoma u najnižem energetskom stanju, koje se naziva i osnovno energetsko stanje. Oni se ne pokoravaju opće pravilo samo na posljednja dva ili tri mjesta koja zauzimaju elektroni. U ovom slučaju, stvarna elektronička konfiguracija pretpostavlja da su elektroni u stanju niže energije u usporedbi sa standardnom konfiguracijom atoma. Atomi izuzetaka uključuju:

      • Kr(..., 3d5, 4s1); Cu(..., 3d10, 4s1); Nb(..., 4d4, 5s1); Mo(..., 4d5, 5s1); Ru(..., 4d7, 5s1); Rh(..., 4d8, 5s1); Pd(..., 4d10, 5s0); Ag(..., 4d10, 5s1); La(..., 5d1, 6s2); Ce(..., 4f1, 5d1, 6s2); Gd(..., 4f7, 5d1, 6s2); Au(..., 5d10, 6s1); AC(..., 6d1, 7s2); Th(..., 6d2, 7s2); Godišnje(..., 5f2, 6d1, 7s2); U(..., 5f3, 6d1, 7s2); Np(..., 5f4, 6d1, 7s2) i cm(..., 5f7, 6d1, 7s2).
    • Da biste pronašli atomski broj atoma kada je napisan u elektroničkom obliku, jednostavno zbrojite sve brojeve koji slijede iza slova (s, p, d i f). Ovo funkcionira samo za neutralne atome, ako imate posla s ionom neće raditi - morat ćete dodati ili oduzeti broj dodatnih ili izgubljenih elektrona.
    • Broj iza slova je superskript, nemojte pogriješiti u kontroli.
    • "Stabilnost napola popunjene" podrazine ne postoji. Ovo je pojednostavljenje. Svaka stabilnost koja se odnosi na "polu-pune" podrazine je zbog činjenice da je svaka orbitala zauzeta jednim elektronom, tako da je odbijanje između elektrona minimalizirano.
    • Svaki atom teži stabilnom stanju, a najstabilnije konfiguracije imaju ispunjene podrazine s i p (s2 i p6). Plemeniti plinovi imaju ovu konfiguraciju, pa rijetko reagiraju i nalaze se desno u periodnom sustavu. Stoga, ako konfiguracija završava na 3p 4, tada su joj potrebna dva elektrona da bi dosegla stabilno stanje (potrebno je više energije da se izgubi šest, uključujući elektrone na s-razini, pa je lakše izgubiti četiri). A ako konfiguracija završava na 4d 3 , tada treba izgubiti tri elektrona da bi dosegla stabilno stanje. Osim toga, polupopunjene podrazine (s1, p3, d5..) su stabilnije od npr. p4 ili p2; međutim, s2 i p6 će biti još stabilniji.
    • Kada imate posla s ionom, to znači da broj protona nije isti kao broj elektrona. Naboj atoma u ovom će slučaju biti prikazan u gornjem desnom kutu (obično) kemijskog simbola. Stoga atom antimona s nabojem +2 ima elektronsku konfiguraciju 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 1 . Imajte na umu da se 5p 3 promijenilo u 5p 1 . Budite oprezni kada konfiguracija neutralnog atoma završava na podrazinama koje nisu s i p. Kada uzimate elektrone, možete ih uzeti samo iz valentnih orbitala (s i p orbitala). Stoga, ako konfiguracija završi s 4s 2 3d 7 i atom dobije +2 naboj, tada će konfiguracija završiti s 4s 0 3d 7 . Imajte na umu da 3d 7 ne promjene, umjesto toga gube se elektroni s-orbitale.
    • Postoje uvjeti kada je elektron prisiljen "prijeći na višu energetsku razinu". Kada podrazini nedostaje jedan elektron da bude polovična ili puna, uzmite jedan elektron s najbliže s ili p podrazine i premjestite ga na podrazinu kojoj je potreban elektron.
    • Postoje dvije opcije za pisanje elektroničke konfiguracije. Mogu se napisati uzlaznim redoslijedom brojeva energetskih razina ili redoslijedom popunjenosti elektronskih orbitala, kao što je prikazano gore za erbij.
    • Također možete napisati elektroničku konfiguraciju elementa tako da zapišete samo konfiguraciju valencije, koja je zadnja s i p podrazina. Dakle, valentna konfiguracija antimona će biti 5s 2 5p 3 .
    • Ioni nisu isti. S njima je puno teže. Preskočite dvije razine i slijedite isti obrazac ovisno o tome gdje ste počeli i koliki je broj elektrona.

Elektron ima dvojaku prirodu: u različitim eksperimentima može pokazivati ​​svojstva čestice i vala. Svojstva elektrona kao čestice: masa, naboj; valna svojstva - u značajkama kretanja, interferencije i difrakcije.

Gibanje elektrona slijedi zakone kvantna mehanika .

Glavne karakteristike koje određuju kretanje elektrona oko jezgre: energetske i prostorne značajke odgovarajuće orbitale.

Prilikom interakcije (preklapanja) atomske orbitale(AO ) koji pripadaju dvama ili više atoma nastaju molekularne orbitale(MO).

Molekulske orbitale su ispunjene socijaliziranim elektronima i izvode kovalentna veza.

Prije formiranja molekularnih orbitala, hibridizacija atomskih orbitala jednog atoma.

hibridizacija - mijenjanje oblika nekih orbitala tijekom stvaranja kovalentne veze radi učinkovitijeg preklapanja. Formiraju se isti hibridi JSC koji se bave obrazovanjem MO, preklapajući atomske orbitale drugih atoma. Hibridizacija je moguća samo za atome koji tvore kemijske veze, ali ne i za slobodne atome.


ugljikovodici

Glavna pitanja:

  1. Ugljikovodici. Klasifikacija. Nomenklatura.
  2. Struktura. Svojstva.
  3. Upotreba ugljikovodika.

ugljikovodici- klasa organskih spojeva koji se sastoje od dva elementa: ugljika i vodika.

Odaberite izomere i homologe:

Naziv alkana:

____________________________________________

__________________________________________


Ä reakcija nitracije (Konovalovljeva reakcija, 1889) je reakcija supstitucije vodika za nitro skupinu.

Pojmovi: 13% HNO3, t \u003d 130 - 140 0 C, P \u003d 15 - 10 5 Pa. U industrijskim razmjerima, nitriranje alkana se provodi u plinovitoj fazi na 150 - 170 0 C s dušikovim oksidom (IV) ili parama dušične kiseline.

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

nitrometan

@ Riješite zadatke:

1. Sastav alkana odražava opću formulu:

a) C n H 2 n +2; b) C n H 2 n -2; c) C n H 2 n; d) C n H 2 n -6.

2. S kojim reagensima alkani mogu djelovati:

a) Br 2 (otopina); b) Br2, t0; u) H2S04; G) HNO3 (razrijeđeno), t 0 ; d) KMnO 4 ; e) CON?

odgovori: 1) reagensi a, b, d, e; 2) reagensi b, c, e;

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

  1. Uspostavite korespondenciju između vrste reakcije i sheme (jednadžbe) reakcije:
  1. Navedite tvar koja nastaje pri potpunom kloriranju metana:

a) triklorometan; b) ugljikov tetraklorid; c) diklorometan; d) tetrakloretan.

  1. Navedite najvjerojatniji produkt monobromiranja 2,2,3-trimetilbutana:

a) 2-brom-2,3,3-trimetilbutan; b) l-brom-2,2,3-trimetilbutan;

c) l-brom-2,3,3-trimetilbutan; d) 2-brom-2,2,3-trimetilbutan.

Napiši jednadžbu reakcije.

Wurtz reakcija – djelovanje metalnog natrija na halogene derivate ugljikovodika. Kada dva različita derivata halogena reagiraju, nastaje smjesa ugljikovodika koja se može odvojiti destilacijom.

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

@ Riješite zadatke:

1. Navedite naziv ugljikovodika koji nastaje zagrijavanjem bromoetana s metalnim natrijem:

a) propan; b) butan; c) pentan; d) heksan; e) heptan.

Napiši jednadžbu reakcije.

  1. Koji ugljikovodici nastaju djelovanjem metalnog natrija na smjesu:

a) jodometan i l-brom-2-metilpropan; b) 2-brompropan i 2-brombutan?

Cikloalkani

1. Za male cikluse (C 3 - C 4) su karakteristični reakcije adicije vodik, halogeni i vodikovi halogenidi. Reakcije su popraćene otvaranjem ciklusa.

2. Za druge cikluse (od 5 i više) su karakteristični supstitucijske reakcije.


Nezasićeni ugljikovodici(nezasićen):

Alkeni (olefini, nezasićeni ugljikovodici s dvostrukom vezom, etilenski ugljikovodici): Struktura: sp 2 hibridizacija, planarni smještaj orbitala (ravni kvadrat). Reakcije: adicija (hidrogenacija, halogenacija, hidrohalogenacija, polimerizacija), supstitucija (nije tipična), oksidacija (izgaranje, KMnO 4), razgradnja (bez pristupa kisika).

@ Riješite zadatke:

  1. Što je hibridizacija ugljikovih atoma u molekuli alkena:

a) 1 i 4 - sp 2, 2 i 3 - sp 3; b) 1 i 4 - sp 3, 2 i 3 - sp 2;

c) 1 i 4 - sp 3, 2 i 3 - sp; d) 1 i 4 - nisu hibridizirani, 2 i 3 - sp2.

2. Imenujte alken:



  1. Napišite jednadžbe reakcije na primjeru butena-1, navedite dobivene produkte.

4. U donjoj shemi transformacije, etilen nastaje u reakciji:

a) 1 i 2; b) 1 i 3; c) 2 i 3;

d) etilen ne nastaje niti u jednoj reakciji.

  1. Koja je reakcija protiv Markovnikovljevog pravila:

a) CH3 - CH \u003d CH2 + HBr →; b) CH3 - CH \u003d CH2 + H2O →;;

c) CH3 - CH \u003d CH - CH2 + HCl →; d) CCI 3 - CH \u003d CH 2 + HCI →?


þ Dieni s konjugiranim vezama:hidratacija 1,3-butadien - nastaje 2-buten (1,4-adicija):

þ hidrogeniranje 1,3-butadien u prisutnosti Ni-butan katalizatora:

þ halogeniranje 1,3-butadien - 1,4-adicija (1,4 - dibromo-2-buten):

þ polimerizacija diena:


Polyena(nezasićeni ugljikovodici s mnogo dvostrukih veza) su ugljikovodici čije molekule sadrže najmanje tri dvostruke veze.

Dobivanje diena:

Ø djelovanje alkoholne otopine lužine:

Ø Lebedevska metoda (divinil sinteza):

Ø dehidracija glikola (alkandioli):

Alkini (acetilenski ugljikovodici, ugljikovodici s jednom trostrukom vezom): Struktura: sp hibridizacija, linearni raspored orbitala. Reakcije: adicija (hidrogenacija, halogenacija, hidrohalogenacija, polimerizacija), supstitucija (stvaranje soli), oksidacija (izgaranje, KMnO 4), razgradnja (bez pristupa kisiku). 5-metilheksin-2 1-pentin 3-metilbutin-1

1. Koji ugljikovodici odgovaraju općoj formuli C n H 2n-2: a) acetilenski, dien; b) etilen, dien; c) cikloalkani, alkeni; d) acetilen, aromatski? 2. Trostruka veza je kombinacija: a) tri σ-veze; b) jedna σ-veza i dvije π-veze; c) dvije σ-veze i jednu π-vezu; d) tri π-veze. 3. Sastavite formulu 3-metilpentina -3.
ja Reakcije adicije
v hidrogeniranje odvija se kroz fazu stvaranja alkena:
v Adicija halogena događa se gore nego u alkenima: Alkini obezbojavaju bromnu vodu ( kvalitativna reakcija).
v Adicija halogenovodika:
Određeni su adicijski produkti na nesimetrične alkine Markovnikovljevo pravilo:
v Pristupanje vode (hidratacija)- reakcija M. G. Kucherova, 1881.
Za homologe acetilena, produkt adicije vode je keton:
III. Stvaranje soli (kisela svojstva) - supstitucijske reakcije
ð Interakcija s aktivnim metalima: Acetilidi se koriste za sintezu homologa.
ð Interakcija alkina s amonijačnim otopinama srebrovog oksida ili bakrovog(I) klorida:
Kvalitativna reakcija na konačnu trostruku vezu - stvaranje sivkasto-bijelog taloga srebrovog acetilenida ili crveno-smeđeg - bakrovog (I) acetilenida: HC ≡ CH + SuCI → SuC ≡ SSu ↓ + 2HCI Reakcija se ne događa
IV. Reakcije oksidacije
Ÿ blaga oksidacija– promjena boje vodene otopine kalijeva permanganata ( kvalitativna reakcija na višestruku vezu): Kada acetilen stupa u interakciju s razrijeđenom otopinom KMnO 4 (sobna temperatura) - oksalna kiselina.

Orbitale

Pažljivo ispitivanje atomskih spektara pokazuje da su "debele" linije zbog prijelaza između energetskih razina zapravo podijeljene na tanje linije. To znači da su elektronske ljuske zapravo podijeljene na podljuske. Elektroničke podljuske označene su prema vrstama linija koje im odgovaraju u atomskim spektrima:

s- podljuska nazvana po "oštar" s-linije - oštar;
str- podljuska nazvana po "main" str-linije - glavni;
d- podljuska nazvana za "difuzno" d-linije - difuzno;
f- podljuska nazvana po "fundamental" f-linije - Temeljno.

Linije zbog prijelaza između ovih podljusaka doživljavaju daljnje cijepanje ako se atomi elemenata stave u vanjsko magnetsko polje. Ovo cijepanje naziva se Zeemanov učinak. Eksperimentalno je utvrđeno da s- linija se ne razdvaja, R- linija se dijeli na 3, d-linija - za 5, f-linija - za 7.
Prema Heisenbergovom principu neodređenosti, položaj i moment elektrona ne mogu se odrediti istovremeno s apsolutnom točnošću. Međutim, unatoč nemogućnosti točnog određivanja položaja elektrona, moguće je specificirati vjerojatnost pronalaska elektrona u određenom položaju u bilo kojem trenutku. Postoje dvije važne posljedice Heisenbergovog principa nesigurnosti.
1. Kretanje elektrona u atomu je kretanje bez putanje. Umjesto putanje u kvantnoj mehanici uvodi se drugi pojam - vjerojatnost boravak elektrona u određenom dijelu volumena atoma, što je u korelaciji s gustoćom elektrona kada se elektron promatra kao elektronski oblak.
2. Elektron ne može pasti na jezgru. Bohrova teorija nije objasnila ovaj fenomen. Kvantna mehanika je dala objašnjenje i za ovaj fenomen. Povećanje stupnja izvjesnosti koordinata elektrona pri njegovom padu na jezgru izazvalo bi naglo povećanje energije elektrona do 10 11 kJ/mol i više. Elektron s takvom energijom, umjesto da padne na jezgru, morat će napustiti atom. Iz toga slijedi da je sila potrebna ne da bi spriječila elektron da padne na jezgru, već da bi "prisilila" elektron da bude unutar atoma.
Funkcija koja ovisi o koordinatama elektrona, preko kojih se određuje vjerojatnost njegovog boravka u određenoj točki prostora, naziva se orbitalni. Pojam "orbitale" ne treba poistovjećivati ​​s pojmom "orbite" koji se koristi u Bohrovoj teoriji. Pod orbitom u Bohrovoj teoriji podrazumijeva se putanja (put) elektrona oko jezgre.
Često je uobičajeno da se elektron smatra negativno nabijenim oblakom raspršenim u prostoru s ukupnim nabojem jednakim onom elektrona. Tada je gustoća takvog elektronskog oblaka u bilo kojoj točki prostora proporcionalna vjerojatnosti da se u njemu nađe elektron. Model elektronskog oblaka vrlo je pogodan za vizualni opis distribucije gustoće elektrona u prostoru. pri čemu s orbitala je sferična R-orbitalni - oblik bučice, d-orbitala - cvijet s četiri latice ili dvostruka bučica (slika 1.10).

Na ovaj način, s- podljuska se sastoji od jedne s- orbitale, str- podljuska - od tri str- orbitale, d- podljuska - od pet d- orbitale, f- podljuska - od sedam f-orbitale.