אורביטלים כדוריים נקראים. צורת אורביטלים אטומיים. §5. ענני אלקטרונים - אורביטלים

התכונות הפיזיקליות והכימיות של אטומים, וכתוצאה מכך, של החומר בכללותו, נקבעות במידה רבה על ידי התכונות של ענן האלקטרונים סביב גרעין האטום. גרעין טעון חיובי מושך אלקטרונים בעלי מטען שלילי. האלקטרונים מסתובבים סביב הגרעין כל כך מהר עד שאי אפשר לאתר את מיקומם המדויק. ניתן להשוות את האלקטרונים הנעים סביב הגרעין לענן או לערפל, במקומות מסוימים צפופים יותר או פחות, באחרים נדירים למדי. ניתן לקבוע את צורת ענן האלקטרון, כמו גם את ההסתברות למצוא אלקטרון בכל נקודה בו, על ידי פתרון המשוואות המתאימותמכניקה קוואנטית. האזורים שבהם יש סיכוי גבוה ביותר להימצא אלקטרונים נקראים אורביטלים. כל מסלול מאופיין באנרגיה מסוימת, והוא יכול להכיל לא יותר משני אלקטרונים. בדרך כלל, ממלאים תחילה את האורביטלים בעלי האנרגיה הנמוכה ביותר הקרובים לגרעין, לאחר מכן את האורביטלים בעלי האנרגיה הגבוהה, וכן הלאה.

קבוצה של אורביטלים של אלקטרונים עם אנרגיה קרובה יוצרת שכבה (כלומר, קליפה או רמת אנרגיה). רמות האנרגיה ממוספרים החל מגרעין האטום: 1, 2, 3,... . ככל שהשכבות רחוקות יותר מהגרעין, השכבות מרווחות יותר והן יכולות להכיל יותר אורביטלים ואלקטרונים. כן, עלנ-הרמה נ 2 אורביטלים, והם יכולים להכיל עד 2נ 2 אלקטרונים. ליסודות ידועים יש אלקטרונים רק בשבע הרמות הראשונות, ורק ארבע הראשונות מתוכם מלאות.

ישנם ארבעה סוגים של אורביטלים, הם מסומניםס , ע , דו ו . לכל רמה (שכבה) יש אחתס המסלול המכיל את האלקטרונים הקשורים בצורה החזקה ביותר לגרעין. אחריו שלושהע-אורביטלים, חמישה ד -אורביטלים ולבסוף שבעהו-אורביטלים.

צדף נ

מספר אורביטלים נ 2

סוג של אורביטלים

מספר אלקטרונים 2נ 2

ס, ע

ס, ע, ד

ס, ע, ד, ו

ס - האורביטלים הם כדורייםע – צורה של משקולת או שני כדורים רציפים,ד-אורביטלים 4 "עלי כותרת", ו ו -אורביטלים 8. בהקשר, האורביטלים הללו נראים בערך כמו זה שמוצג באיור.

שְׁלוֹשָׁה ר-אורביטלים מכוונים במרחב לאורך הצירים של מערכת קואורדינטות מלבנית ומסומנים בהתאםע איקס, pyו pz; ד- ו ו אורביטלים ממוקמים גם בזוויות מסוימות זה לזה; כַּדוּרִיס -לאורביטלים אין אוריינטציה מרחבית.

לכל יסוד הבא בתקופה יש מספר אטומי גדול באחד ממספר היסוד הקודם, והוא מכיל אלקטרון אחד נוסף. האלקטרון הנוסף הזה תופס את המסלול הבא בסדר עולה. יש לזכור ששכבות האלקטרונים מפוזרות והאנרגיה של חלק מהאורביטלים של השכבות החיצוניות נמוכה מזו של הפנימיות. לכן, למשל, ממלאים אותו תחילהס מסלול רמה רביעית (4ס -אורביטל), ורק אחריו מתבצעת המילוי של 3ד -אורביטלים. אורביטלים ממולאים בדרך כלל בסדר הבא: 1ס , 2 ס , 2 ע , 3 ס , 3 ע , 4 ס , 3 ד , 4 ע , 5 ס , 4 ד , 5 ע , 6 ס , 4 ו , 5 ד , 6 ע , 7 ס . בסימון המשמש לייצוג התצורה האלקטרונית של אלמנט, הכתובת העילית על האות המציינת את האורביטל מציינת את מספר האלקטרונים באותו אורביטל. למשל, הערך 1 ס 2 2 ס 2 2 ע 5 אומר שב-1ס למסלול של האטום יש שני אלקטרונים, ב-2ס -אורביטלים שניים, על 2ר חמישה אלקטרונים. אטומים ניטרליים שיש להם 8 אלקטרונים על מעטפת האלקטרונים החיצונית (כלומר מלאס- ו ר -אורביטלים), כל כך יציבים שהם כמעט ולא נכנסים לאף אחד תגובה כימית. אלה הם האטומים של גזים אינרטיים. תצורה אלקטרונית של הליום 1 ס 2, ניאון 2 ס 2 2 ע 6, ארגון 3 ס 2 3 ע 6, קריפטון 4 ס 2 3 ד 10 4 ע 6, קסנון 5 ס 2 4 ד 10 5 ע 6 ולבסוף ראדון 6 ס 2 4 ו 14 5 ד 10 6 ע 6 .

כאשר דנים תכונות כימיותאטומים ומולקולות - מבנה ותגובתיות - עזרה רבה בפתרון האיכותי של סוגיה מסוימת יכולה להינתן על ידי רעיון של הצורה המרחבית של אורביטלים אטומיים. במקרה הכללי, AOs נכתבים בצורה מורכבת, אך באמצעות שילובים ליניאריים של פונקציות מורכבות הקשורות לאותה רמת אנרגיה עם המספר הקוונטי הראשי פועם אותו ערךמומנט מסלול /, אתה יכול לקבל ביטויים בצורה אמיתית, שניתן לתאר במרחב אמיתי.

הבה נבחן ברצף את סדרת ה-AOs באטום המימן.

פונקציית הגל של מצב הקרקע 4^ נראית הפשוטה ביותר. יש לו סימטריה כדורית

הערך של a נקבע על ידי הביטוי שבו הערך

שקוראים לו רדיוס בוהר.רדיוס בוהר מספר על הגדלים האופייניים של אטומים. הערך 1/oc קובע את קנה המידה של הדעיכה האופיינית של פונקציות באטומי אלקטרון אחד

ניתן לראות מ-(ZLO) שגודלם של אטומים בעלי אלקטרון אחד מתכווץ ככל שהמטען הגרעיני גדל ביחס הפוך לערך של Z. לדוגמה, באטום He +, פונקציית הגל תרד פי שניים מהר יותר מאשר ב אטום מימן עם מרחק אופייני של 0.265 A.

עלילה של *F ls לעומת המרחק מוצגת באיור. 3.3. המקסימום של הפונקציה *Fj הוא אפס. מציאת אלקטרון בתוך הגרעין לא אמורה לגרום להפתעה רבה, שכן לא ניתן לייצג את הגרעין ככדור בלתי חדיר.

ההסתברות המקסימלית למצוא אלקטרון במרחק מסוים מהגרעין במצב היסוד של אטום מימן נופלת על r = a 0 = 0.529 A. ניתן למצוא ערך זה כדלקמן. ההסתברות למצוא אלקטרון באיזה נפח קטן A Vשווה |*P| 2 DY. כרך אָבההנחה היא כל כך קטנה עד שהערך של פונקציית הגל יכול להיחשב קבוע בתוך נפח קטן זה. אנו מתעניינים בהסתברות למצוא אלקטרון במרחק Gמהליבה בשכבה דקה בעובי A G.מאז ההסתברות למצוא אלקטרון במרחק Gלא תלוי בכיוון ואנחנו לא מעוניינים בכיוון מסוים, אז צריך למצוא את ההסתברות שאלקטרון יהיה בשכבה כדורית דקה מאוד בעובי A G.מאז הערך | VF| 2 קל לחישוב, אנחנו צריכים

אורז. 3.3. תלות של *F 1s במרחק. ערכי הפונקציה מנורמלים לערכה ב- r = O

אורז. 3.4.תכנית לחישוב נפח של שכבה כדורית

מצא את נפח השכבה הכדורית, אותה אנו מציינים ב-A K זה שווה להפרש בין הנפחים של שני כדורים עם רדיוסים Gו r + ar(איור 3.4):

מאז Gמעט בהשוואה ל G,לאחר מכן בעת ​​חישוב הערך (r + Ar) 3 נוכל להגביל את עצמנו לשני האיברים הראשונים. לאחר מכן עבור נפח השכבה הכדורית אנו מקבלים

את הביטוי האחרון אפשר להשיג אפילו יותר בצורה פשוטה. מאז Gמעט בהשוואה ל G,אז ניתן לקחת את נפח השכבה הכדורית שווה למכפלת שטח השכבה הכדורית ולעובי שלה (ראה איור 3.4). שטח הכדור הוא 4 ק"ג 2,ועובי א G.המכפלה של שתי הכמויות הללו נותן את אותו ביטוי (3.11).

אז ההסתברות Wלמצוא אלקטרון בשכבה זו שווה ל

הביטוי עבור *P ls לקוח מנספח 3.1. אם ניקח בחשבון את הערך של A Gקבוע, אז המקסימום של הפונקציה המופחתת נצפה ב G = ו-0.

אם אתה רוצה לדעת מה ההסתברות Wלמצוא אלקטרון בנפח V,אז יש צורך לשלב את צפיפות ההסתברות למציאת אלקטרון על אזור זה של החלל בהתאם לביטוי (3.6).

לדוגמה, מהי ההסתברות למצוא אלקטרון באטום מימן באזור כדורי של החלל שבמרכזו הגרעין וברדיוס d 0 . לאחר מכן

כאן הערך ד ובתהליך של חישובים מוחלף על ידי 4 ק"ג 1 דרבאנלוגיה ל-(3.11), מכיוון שפונקציית הגל תלויה רק ​​במרחק, ולכן אין צורך להשתלב על פני זוויות עקב היעדר התלות הזוויתית של הפונקציה הניתנת לאינטגרציה.

ייצוג איכותי של התפלגות פונקציית הגל במרחב ניתן על ידי תמונה של אורביטלים אטומיים בצורת עננים, וככל שהצבע עז יותר, כך ערך פונקציית ה-H " גבוה יותר. האורביטל ייראה כך. (איור 3.5):

אורז. 3.5.

אֲרוּבַּתִי 2p z Bצורת הענן מוצגת באיור. 3.6.

אורז. 3.6.תמונה של אורביטלים 2p r של אטום המימן בצורה של ענן

באופן דומה, התפלגות צפיפות האלקטרונים תיראה כמו ענן, אותו ניתן למצוא על ידי הכפלת צפיפות ההסתברות I "Fj 2 במטען האלקטרונים. במקרה זה מדברים לפעמים על מריחת אלקטרונים. עם זאת, זה בשום אופן לא אומר שאנחנו עוסקים במריחת אלקטרונים על פני החלל - לא מתרחשת התפשטות אמיתית של האלקטרון על פני החלל, ולכן לא ניתן לייצג את אטום המימן כגרעין השקוע בענן אמיתי של מטען שלילי.

עם זאת, תמונות כאלה בצורת עננים משמשות לעתים רחוקות, ולעתים קרובות הרבה יותר הם משתמשים בקווים כדי ליצור מושג על התלות הזוויתית של פונקציות H "-. לשם כך, הערכים של פונקציות H" מחושבים על כדור המצויר במרחק מה מהגרעין. אז הערכים המחושבים משורטטים על הרדיוסים המציינים את הסימן של H "-פונקציות עבור הפונקציות האינפורמטיביות ביותר עבור הפונקציות הנתונות של H" של קטע שטוח. לדוגמה, מסלול האיז מתואר בדרך כלל כמעגל (איור 3.7).

אורז.

על איור. 3.8 2/> r-orbital בנוי על כדור ברדיוס כלשהו. כדי לקבל תמונה מרחבית, יש צורך לסובב את הדמות סביב ציר ה-Z. האינדקס "z" בעת כתיבת פונקציה מציין את כיוון הפונקציה לאורך ציר "z". הסימנים "+" ו-"-" תואמים את הסימנים של הפונקציות ^-. הערכים של הפונקציה 2/? z חיוביים באזור המרחב שבו הקואורדינטה ^ חיובית, ושליליים ב- אזור שבו הקואורדינטה ^ שלילית.

אורז. 3.8.הצורה 2pz-אורביטלים. בנוי על כדור ברדיוס מסוים

המצב דומה במקרה של/האורביטלים הנותרים. לדוגמה, 2/? מסלול ה-x מכוון לאורך ציר ה-X והוא חיובי באותו חלק במרחב שבו קואורדינטת ה-X חיובית, והערכים שלו שליליים כאשר ערכי קואורדינטת ה-X שליליים (איור 3.9).

ייצוג פונקציות הגל עם ציון הסימן חשוב לתיאור איכותי של תגובתיות של תרכובות כימיות, ולכן תמונות מהסוג המוצג באיורים. 3.9 נמצאים לרוב בספרות הכימית.

שקול כעת את ד-אורביטלים (איור 3.10). אורביטלים dxy, dxz, dyz,נראה שווה ערך. האוריינטציה והסימנים שלהם נקבעים לפי מנויים: אינדקס huמופעים

אורז. 3.9.הצורה 2p x -אורביטלים. בנוי על כדור ברדיוס מסוים


שהמסלול מכוון בזוויות של 45° ביחס ל-x ו בְּ-וכי הסימן של פונקציית Y חיובי כאשר מכפלת המדדים x ו בְּ-באופן חיובי.


אורז. 3.10.

המצב דומה עם שאר ^/-אורביטלים. התמונה של ^/-אורביטלים המוצגת באיור. 3.10 הוא הנפוץ ביותר בספרות. ניתן לראות שהאורביטלים ד , ד x2 _ י2 , ד z2 אינם שוות ערך. רק אורביטלים שווים d , d xz , d yz .אם יש צורך להשתמש בחמישה שווים ^/-אורביטלים כדי לתאר את המבנה של מולקולה, אז ניתן לבנות אותם באמצעות שילובים ליניאריים של אורביטלים.

תצורה אלקטרוניתאטום הוא ייצוג מספרי של אורביטלי האלקטרונים שלו. אורביטלים של אלקטרונים הם אזורים בצורות שונות הממוקמים מסביב לגרעין האטום, שבהם סביר מבחינה מתמטית שיימצא אלקטרון. התצורה האלקטרונית עוזרת לומר לקורא במהירות ובקלות כמה אורביטלים של אלקטרונים יש לאטום, כמו גם לקבוע את מספר האלקטרונים בכל אורביטל. לאחר קריאת מאמר זה, תוכל לשלוט בשיטת הידור של תצורות אלקטרוניות.

שלבים

הפצה של אלקטרונים באמצעות המערכת המחזורית של D.I. Mendeleev

    מצא את המספר האטומי של האטום שלך.לכל אטום יש מספר מסויםאלקטרונים הקשורים אליו. מצא את הסמל של האטום שלך בטבלה המחזורית. המספר האטומי הוא מספר שלם חיובי שמתחיל מ-1 (עבור מימן) ועולה באחד עבור כל אטום עוקב. המספר האטומי הוא מספר הפרוטונים באטום, ולכן הוא גם מספר האלקטרונים באטום בעל מטען אפס.

    קבע את המטען של אטום.לאטומים ניטרליים יהיה אותו מספר של אלקטרונים כפי שמוצג בטבלה המחזורית. עם זאת, לאטומים טעונים יהיו יותר או פחות אלקטרונים, בהתאם לגודל המטען שלהם. אם אתה עובד עם אטום טעון, הוסף או החסר אלקטרונים באופן הבא: הוסף אלקטרון אחד עבור כל מטען שלילי וחסר אחד עבור כל מטען חיובי.

    • לדוגמה, לאטום נתרן עם מטען של -1 יהיה אלקטרון נוסף בנוסףלמספר האטומי הבסיסי שלו 11. במילים אחרות, לאטום יהיו 12 אלקטרונים בסך הכל.
    • אם אנחנו מדברים על אטום נתרן עם מטען של +1, יש להפחית אלקטרון אחד ממספר האטומי הבסיסי 11. אז לאטום יהיו 10 אלקטרונים.

  1. שנן את הרשימה הבסיסית של האורביטלים.ככל שמספר האלקטרונים גדל באטום, הם ממלאים את תת-הרמות השונות של מעטפת האלקטרונים של האטום לפי רצף מסוים. כל תת-רמה של מעטפת האלקטרונים, כאשר היא מלאה, מכילה מספר זוגי של אלקטרונים. יש את רמות המשנה הבאות:

    הבן את רשומת התצורה האלקטרונית.תצורות אלקטרוניות נכתבות על מנת לשקף בבירור את מספר האלקטרונים בכל מסלול. אורביטלים נכתבים ברצף, כאשר מספר האטומים בכל מסלול כתוב ככתב עילי מימין לשם המסלול. לתצורה האלקטרונית שהושלמה יש צורה של רצף של ייעודי רמות משנה וכתבי על.

    • הנה, למשל, התצורה האלקטרונית הפשוטה ביותר: 1s 2 2s 2 2p 6 .תצורה זו מראה שיש שני אלקטרונים ברמת המשנה 1s, שני אלקטרונים ברמת המשנה 2s ושישה אלקטרונים ברמת המשנה 2p. 2 + 2 + 6 = 10 אלקטרונים בסך הכל. זוהי התצורה האלקטרונית של אטום הניאון הנייטרלי (מספר אטומי ניאון הוא 10).

  2. זכור את סדר האורביטלים.זכור שאורביטלים של אלקטרונים ממוספרים בסדר עולה של מספר מעטפת האלקטרונים, אך מסודרים בסדר אנרגיה עולה. לדוגמה, מסלול 4s 2 מלא יש פחות אנרגיה (או פחות ניידות) מאשר 3d 10 מלא או מלא חלקית, אז מסלול 4s נכתב ראשון. ברגע שיודעים את סדר האורביטלים, אפשר למלא אותם בקלות לפי מספר האלקטרונים באטום. סדר מילוי האורביטלים הוא כדלקמן: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

    • התצורה האלקטרונית של אטום שבו כל האורביטלים מלאים תהיה בצורתה הבאה: 10 7p 6
    • שימו לב שהסימון לעיל, כאשר כל המסלולים מלאים, הוא תצורת האלקטרונים של היסוד Uuo (ununoctium) 118, האטום בעל המספרים הגבוהים ביותר בטבלה המחזורית. לכן, תצורה אלקטרונית זו מכילה את כל תת הרמות האלקטרוניות הידועות כיום של אטום בעל מטען ניטרלי.

  3. מלא את האורביטלים לפי מספר האלקטרונים באטום שלך.לדוגמה, אם ברצוננו לרשום את התצורה האלקטרונית של אטום סידן ניטרלי, עלינו להתחיל בחיפוש המספר האטומי שלו בטבלה המחזורית. המספר האטומי שלו הוא 20, אז נכתוב את התצורה של אטום עם 20 אלקטרונים לפי הסדר שלעיל.

    • מלאו את האורביטלים בסדר שלמעלה עד שתגיעו לאלקטרון העשרים. לאורביטל 1s הראשון יהיו שני אלקטרונים, לאורביטל 2s יהיו גם שניים, לאורביטל 2s יהיו שישה, לאורביטל 3s יהיו שניים, לאורביטל 3p יהיו 6, ולאורביטל 4s יהיו 2 (2 + 2 + 6 +2 +6 + 2 = 20 .) במילים אחרות, לתצורה האלקטרונית של סידן יש את הצורה: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .
    • שימו לב שהאורביטלים נמצאים בסדר אנרגיה עולה. לדוגמה, כאשר אתה מוכן לעבור לרמת האנרגיה הרביעית, רשום תחילה את מסלול ה-4s, ו לאחר מכן 3d. לאחר רמת האנרגיה הרביעית, עוברים לרמה החמישית, שבה אותו סדר חוזר על עצמו. זה קורה רק לאחר רמת האנרגיה השלישית.

  4. השתמש בטבלה המחזורית כרמז חזותי.בטח כבר שמתם לב שצורת הטבלה המחזורית מתאימה לסדר רמות המשנה האלקטרוניות בתצורות אלקטרוניות. לדוגמה, אטומים בעמודה השנייה משמאל תמיד מסתיימים ב-"s 2", בעוד אטומים בקצה הימני של החלק האמצעי הדק תמיד מסתיימים ב-"d 10", וכן הלאה. השתמש בטבלה המחזורית כמדריך חזותי לכתיבת תצורות – שכן הסדר שבו אתה מוסיף לאורביטלים מתאים למיקומך בטבלה. ראה למטה:

    • בפרט, שני העמודות השמאליות ביותר מכילות אטומים שתצורותיהם האלקטרוניות מסתיימות ב-s-אורביטלים, הבלוק הימני של הטבלה מכיל אטומים שתצורותיהם מסתיימות ב-p-אורביטלים, ובתחתית האטומים מסתיימים ב-f-אורביטלים.
    • לדוגמה, כאשר אתה רושם את התצורה האלקטרונית של כלור, תחשוב כך: "אטום זה ממוקם בשורה השלישית (או "תקופה") של הטבלה המחזורית. הוא ממוקם גם בקבוצה החמישית של בלוק האורביטלי p של הטבלה המחזורית. לכן, התצורה האלקטרונית שלה תסתיים ב...3p 5
    • שימו לב שליסודות באזורי המסלול d ו-f בטבלה יש רמות אנרגיה שאינן תואמות את התקופה שבה הם נמצאים. לדוגמה, השורה הראשונה של גוש אלמנטים עם ד-אורביטלים מתאימה לאורביטלים תלת-ממדיים, למרות שהיא ממוקמת בתקופה ה-4, והשורה הראשונה של אלמנטים עם-אורביטלים f מתאימה לאורביטלים 4f, למרות העובדה שהיא ממוקם בתקופה ה-6.

  5. למד את הקיצורים לכתיבת תצורות אלקטרוניות ארוכות.האטומים בצד ימין של הטבלה המחזורית נקראים גזים אצילים.יסודות אלה יציבים מאוד מבחינה כימית. כדי לקצר את התהליך של כתיבת תצורות אלקטרוניות ארוכות, פשוט כתוב בסוגריים מרובעים את הסמל הכימי עבור הגז האציל הקרוב ביותר עם פחות אלקטרונים מהאטום שלך, ולאחר מכן המשך לכתוב את התצורה האלקטרונית של רמות האורביטליות הבאות. ראה למטה:

    • כדי להבין את המושג הזה, זה יעזור לכתוב תצורה לדוגמה. בוא נכתוב את תצורת האבץ (מספר אטומי 30) באמצעות קיצור הגז האציל. תצורת האבץ המלאה נראית כך: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 . עם זאת, אנו רואים ש-1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 היא התצורה האלקטרונית של ארגון, גז אציל. פשוט החלף את חלק התצורה האלקטרונית של אבץ בסמל הכימי של ארגון בסוגריים מרובעים (.)
    • אז, התצורה האלקטרונית של אבץ, הכתובה בצורה מקוצרת, היא: 4s 2 3d 10 .
    • שימו לב שאם אתם כותבים את התצורה האלקטרונית של גז אצילי, נגיד ארגון, אינכם יכולים לכתוב! יש להשתמש בקיצור של הגז האציל מול יסוד זה; עבור ארגון זה יהיה ניאון ().

    שימוש בטבלה המחזורית של ADOMAH

    1. שולט בטבלה המחזורית של ADOMAH. השיטה הזאתהקלטת התצורה האלקטרונית אינה דורשת שינון, אולם היא דורשת טבלה מחזורית מומרת, שכן בטבלה המחזורית המסורתית, החל מהתקופה הרביעית, מספר התקופה אינו מתאים למעטפת האלקטרונים. מצא את הטבלה המחזורית ADOMAH, סוג מיוחד של טבלה מחזורית שעוצבה על ידי המדען ולרי צימרמן. קל למצוא אותו בחיפוש קצר באינטרנט.

      • בטבלה המחזורית של ADOMAH, השורות האופקיות מייצגות קבוצות של יסודות כגון הלוגנים, גזים אצילים, מתכות אלקליות, מתכות אדמה אלקליות וכו'. עמודות אנכיות מתאימות למפלסים אלקטרוניים, ומה שנקרא "מפלים" (קווים אלכסוניים המחברים בלוקים s,p,dו) תואמים לתקופות.
      • הליום מועבר למימן, מכיוון ששני היסודות הללו מאופיינים במסלול 1s. בלוקים מחזוריים (s,p,d ו-f) מוצגים עם צד ימין, ומספרי הרמה ניתנים בבסיס. יסודות מיוצגים בתיבות הממוספרות מ-1 עד 120. מספרים אלו הם המספרים האטומיים הרגילים, המייצגים את המספר הכולל של אלקטרונים באטום ניטרלי.

    2. מצא את האטום שלך בטבלת ADOMAH.כדי לרשום את התצורה האלקטרונית של יסוד, מצאו את הסמל שלו בטבלה המחזורית של ADOMAH וחצו את כל היסודות בעלי מספר אטומי גבוה יותר. לדוגמה, אם אתה צריך לרשום את התצורה האלקטרונית של ארביום (68), חוצה את כל האלמנטים מ-69 עד 120.

      • שימו לב למספרים מ-1 עד 8 בבסיס הטבלה. אלו הם מספרי הרמה האלקטרונית, או מספרי העמודות. התעלם מעמודות המכילות רק פריטים עם חוצה. עבור ארביום נותרו עמודות עם המספרים 1,2,3,4,5 ו-6.

    3. ספור את רמות המשנה של המסלול עד לאלמנט שלך.בהסתכלות על סמלי הבלוקים המוצגים מימין לטבלה (s, p, d, ו-f) ובמספרי העמודות המוצגים בתחתית, התעלם מהקווים האלכסוניים בין הגושים ושבור את העמודות לעמודות בלוק, ורשום אותן ב להזמין מלמטה למעלה. ושוב, התעלם מהבלוקים שבהם כל האלמנטים מחוצים החוצה. כתוב את בלוקי העמודות החל ממספר העמודה ואחריו סמל הבלוק, כך: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (עבור ארביום).

      • שימו לב: התצורה האלקטרונית לעיל Er כתובה בסדר עולה של המספר האלקטרוני של תת-הרמה. אפשר גם לכתוב אותו לפי סדר מילוי האורביטלים. כדי לעשות זאת, עקוב אחר המפלסים מלמטה למעלה, לא עמודות, כאשר אתה כותב בלוקים של עמודות: 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. סופר את האלקטרונים עבור כל תת-רמה אלקטרונית.ספור את היסודות בכל גוש עמודים שלא נחצו על ידי הצמדת אלקטרון אחד מכל אלמנט, ורשום את מספרם ליד סמל הבלוק עבור כל גוש עמודה באופן הבא: 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 . בדוגמה שלנו, זוהי התצורה האלקטרונית של ארביום.

    5. היו מודעים לתצורות אלקטרוניות שגויות.ישנם שמונה עשר חריגים אופייניים הקשורים לתצורות האלקטרוניות של אטומים במצב האנרגיה הנמוכה ביותר, הנקרא גם מצב אנרגיית הקרקע. הם לא מצייתים חוק כללירק בשניים-שלושה המיקומים האחרונים שנכבשו על ידי אלקטרונים. במקרה זה, התצורה האלקטרונית בפועל מניחה שהאלקטרונים נמצאים במצב של אנרגיה נמוכה יותר בהשוואה לתצורה הסטנדרטית של האטום. אטומים חריגים כוללים:

      • Cr(..., 3d5, 4s1); Cu(..., 3d10, 4s1); נ.ב(..., 4d4, 5s1); מו(..., 4d5, 5s1); Ru(..., 4d7, 5s1); Rh(..., 4d8, 5s1); Pd(..., 4d10, 5s0); א.ג(..., 4d10, 5s1); לָה(..., 5d1, 6s2); לִספִירַת הַנוֹצרִים(..., 4f1, 5d1, 6s2); אלוקים(..., 4f7, 5d1, 6s2); Au(..., 5d10, 6s1); AC(..., 6d1, 7s2); Th(..., 6d2, 7s2); אבא(..., 5f2, 6d1, 7s2); U(..., 5f3, 6d1, 7s2); Np(..., 5f4, 6d1, 7s2) ו ס"מ(..., 5f7, 6d1, 7s2).
    • כדי למצוא את המספר האטומי של אטום כשהוא כתוב בצורה אלקטרונית, פשוט חבר את כל המספרים שאחרי האותיות (s, p, d ו-f). זה עובד רק עבור אטומים ניטרליים, אם יש לך עסק עם יון זה לא יעבוד - תצטרך להוסיף או להחסיר את מספר האלקטרונים הנוספים או האבודים.
    • המספר שאחרי האות הוא כתב עילית, אל תטעו בפקד.
    • "יציבות של תת-רמה מלאה למחצה" אינה קיימת. זוהי פשטות. כל יציבות הנוגעת לרמות משנה "חצי מלאות" נובעת מהעובדה שכל מסלול תפוס על ידי אלקטרון אחד, ולכן הדחייה בין אלקטרונים ממוזערת.
    • כל אטום נוטה למצב יציב, והתצורות היציבות ביותר מילאו תת-רמות s ו-p (s2 ו-p6). לגזים אצילים יש תצורה זו, ולכן הם מגיבים לעתים רחוקות והם ממוקמים בצד ימין בטבלה המחזורית. לכן, אם תצורה מסתיימת ב-3p 4, אז היא זקוקה לשני אלקטרונים כדי להגיע למצב יציב (צריך יותר אנרגיה כדי לאבד שישה, כולל אלקטרונים ברמת s, כך שארבעה קל יותר לאבד). ואם התצורה מסתיימת ב-4d 3, אז היא צריכה לאבד שלושה אלקטרונים כדי להגיע למצב יציב. בנוסף, תת-רמות מלאות למחצה (s1, p3, d5..) יציבות יותר מאשר, למשל, p4 או p2; עם זאת, s2 ו-p6 יהיו אפילו יותר יציבים.
    • כאשר אתה מתמודד עם יון, זה אומר שמספר הפרוטונים אינו זהה למספר האלקטרונים. מטען האטום במקרה זה יוצג בחלק הימני העליון (בדרך כלל) של הסמל הכימי. לכן, לאטום אנטימון עם מטען של +2 יש את התצורה האלקטרונית 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 1 . שים לב ש-5p 3 השתנה ל-5p 1. היזהר כאשר התצורה של אטום ניטרלי מסתיימת ברמות משנה שאינן s ו-p.כאשר אתה לוקח אלקטרונים, אתה יכול לקחת אותם רק מאורביטלים ערכיים (s ו-p אורביטלים). לכן, אם התצורה מסתיימת ב-4s 2 3d 7 והאטום מקבל +2 מטען, אז התצורה תסתיים ב-4s 0 3d 7. שימו לב ש-3d 7 לֹאשינויים, במקום אלקטרונים של ה-s-orbital הולכים לאיבוד.
    • ישנם תנאים שבהם אלקטרון נאלץ "לעבור לרמת אנרגיה גבוהה יותר". כאשר תת-רמה חסר אלקטרון אחד כדי להיות חצי או מלא, קח אלקטרון אחד מתת-הרמה הקרובה ביותר s או p והעבר אותו לתת-הרמה שצריכה אלקטרון.
    • ישנן שתי אפשרויות לכתיבת תצורה אלקטרונית. ניתן לכתוב אותם בסדר עולה של מספרי רמות האנרגיה או לפי סדר מילוי אורביטלי האלקטרונים, כפי שהוצג לעיל עבור ארביום.
    • אתה יכול גם לכתוב את התצורה האלקטרונית של אלמנט על ידי כתיבת תצורת הערכיות בלבד, שהיא תת-הרמה האחרונה של s ו-p. לפיכך, תצורת הערכיות של אנטימון תהיה 5s 2 5p 3.
    • יונים זה לא אותו דבר. הרבה יותר קשה איתם. דלג על שתי רמות ופעל על פי אותה תבנית בהתאם למקום שבו התחלת ועד כמה גבוה מספר האלקטרונים.

לאלקטרון יש אופי כפול: בניסויים שונים הוא יכול להציג תכונות של חלקיק וגל. תכונות של אלקטרון כחלקיק: מסה, מטען; תכונות גל - בתכונות של תנועה, הפרעות ודיפרקציה.

תנועת האלקטרון מצייתת לחוקים מכניקה קוואנטית .

המאפיינים העיקריים הקובעים את תנועת האלקטרון סביב הגרעין: אנרגיה ותכונות מרחביות של המסלול המתאים.

בעת אינטראקציה (חפיפה) אורביטלים אטומיים(AO ) נוצרים השייכים לשני אטומים או יותר אורביטלים מולקולריים(MO).

אורביטלים מולקולריים מתמלאים באלקטרונים חברתיים ומבצעים קשר קוולנטי.

לפני היווצרותם של אורביטלים מולקולריים, הכלאה של אורביטלים אטומיים של אטום אחד.

הכלאה -שינוי צורתם של חלק מהאורביטלים במהלך יצירת קשר קוולנטי לחפיפה יעילה יותר. נוצרים אותם כלאיים JSCהעוסקים בחינוך MO, חופפים את האורביטלים האטומיים של אטומים אחרים. הכלאה אפשרית רק עבור אטומים היוצרים קשרים כימיים, אך לא עבור אטומים חופשיים.


פחמימנים

שאלות עיקריות:

  1. פחמימנים. מִיוּן. מִנוּחַ.
  2. מִבְנֶה. נכסים.
  3. השימוש בפחמימנים.

פחמימנים- מחלקה של תרכובות אורגניות המורכבות משני יסודות: פחמן ומימן.

בחר איזומרים והומולוגים:

שם אלקנים:

____________________________________________

__________________________________________


Ä תגובת חנקה (תגובתו של קונובלוב, 1889) היא התגובה של החלפת מימן לקבוצת ניטרו.

תנאים: 13% HNO 3, t \u003d 130 - 140 0 C, P \u003d 15 - 10 5 Pa. בקנה מידה תעשייתי, הניטרציה של אלקנים מתבצעת בשלב הגז ב-150 - 170 0 C עם תחמוצת חנקן (IV) או אדי חומצה חנקתית.

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

ניטרומתאן

@ לפתור משימות:

1. הרכב האלקנים משקף את הנוסחה הכללית:

א) C n H 2 n +2; ב) C n H 2 n -2; ג) C n H 2 n; ד) C n H 2 n -6.

2. עם אילו ריאגנטים יכולים אלקנים לקיים אינטראקציה:

א) Br 2 (פתרון); ב)בר 2 , ט 0 ; ב) H 2 SO 4; ז) HNO 3 (מדולל), t 0; ד) KMnO 4 ; ה) CON?

תשובות: 1) ריאגנטים א, ב, ד, ה; 2) ריאגנטים ב, ג, ה;

3) ריאגנטים ב, ד; 4) ריאגנטים ב, ד, ה, ו.

  1. קבע התאמה בין סוג התגובה לבין הסכימה (המשוואה) של התגובה:
  1. ציין את החומר שנוצר במהלך הכלרה מלאה של מתאן:

א) טריכלורומתאן; ב) פחמן טטרכלוריד; ג) דיכלורומתאן; ד) טטרכלורואתן.

  1. ציין את המוצר הסביר ביותר של מונוברומינציה של 2,2,3-טרימתיל בוטאן:

א) 2-ברומו-2,3,3-טרימתיל בוטאן; ב) 1-ברומו-2,2,3-טרימתיל בוטאן;

ג) 1-ברומו-2,3,3-טרימתיל בוטאן; ד) 2-ברומו-2,2,3-טרימתיל בוטאן.

כתבו משוואה לתגובה.

תגובת וורץ – הפעולה של נתרן מתכתי על נגזרות הלוגן של פחמימנים. כששתי נגזרות הלוגן שונות מגיבות, נוצרת תערובת של פחמימנים, אותה ניתן להפריד בזיקוק.

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

@ לפתור משימות:

1. ציין את שם הפחמימן שנוצר כאשר מחממים ברום-אתן עם מתכת נתרן:

א) פרופאן; ב) בוטאן; ג) פנטן; ד) הקסאן; ה) הפטן.

כתבו משוואה לתגובה.

  1. אילו פחמימנים נוצרים מפעולת נתרן מתכתי על תערובת:

א) יודומתאן ו-1-ברומו-2-מתיל-פרופן; ב) 2-ברומופרופן ו-2-ברומובוטן?

ציקלואלקנים

1. למחזורים קטנים (C 3 - C 4) אופייניים תגובות תוספת מימן, הלוגנים והלידי מימן. התגובות מלוות בפתיחת המחזור.

2. למחזורים אחרים (מ-5 ומעלה) אופייניים תגובות החלפה.


פחמימנים בלתי רוויים(בלתי רווי):

אלקנים (אולפינים, פחמימנים בלתי רוויים בקשר כפול, פחמימנים אתילן): מִבְנֶה:הכלאה sp 2, מיקום מישורי של אורביטלים (ריבוע שטוח). תגובות:הוספה (הידרוגנציה, הלוגנציה, הידרו-הלוגנציה, פילמור), החלפה (לא אופייני), חמצון (בעירה, KMnO 4), פירוק (ללא גישה לחמצן).

@ לפתור משימות:

  1. מהי הכלאה של אטומי פחמן במולקולת אלקן:

א) 1 ו-4 - sp 2, 2 ו-3 - sp 3; ב) 1 ו-4 - sp 3, 2 ו-3 - sp 2;

ג) 1 ו-4 - sp 3, 2 ו-3 - sp; ד) 1 ו-4 - לא הכלאה, 2 ו-3 - sp2.

2. תן שם לאלקן:



  1. כתוב משוואות תגובה באמצעות הדוגמה של בוטן-1, שמות את המוצרים שהתקבלו.

4. בסכימת הטרנספורמציה להלן, אתילן נוצר בתגובה:

א) 1 ו-2; ב) 1 ו-3; ג) 2 ו-3;

ד) אתילן לא נוצר בשום תגובה.

  1. איזו תגובה נוגדת את הכלל של מרקובניקוב:

א) CH 3 - CH \u003d CH 2 + HBr →; ב) CH 3 - CH \u003d CH 2 + H 2 O →;;

ג) CH 3 - CH \u003d CH - CH 2 + HCI →; ד) CCI 3 - CH \u003d CH 2 + HCI →?


þ דיינים עם קשרים מצומדים:הִידרָצִיָה 1,3-בוטדיאן - נוצר 2-בוטן (תוספת 1,4):

þ הידרוגנציה 1,3-בוטאדיאן בנוכחות זרז Ni-butane:

þ הלוגנציה 1,3-בוטדיאן - 1,4-תוספת (1,4 - דיברומו-2-בוטן):

þ פילמור דין:


פוליאנה(פחמימנים בלתי רוויים בעלי קשרים כפולים רבים) הם פחמימנים שהמולקולות שלהם מכילות לפחות שלושה קשרים כפולים.

השגת דינים:

Ø פעולה של תמיסה אלכוהולית של אלקלי:

Ø שיטת לבדב (סינתזה של דיוויניל):

Ø התייבשות של גליקולים (אלקנדיולים):

אלקינים (פחמימנים אצטילניים, פחמימנים עם קשר משולש אחד): מִבְנֶה:הכלאה sp, מיקום ליניארי של אורביטלים. תגובות:הוספה (הידרוגנציה, הלוגנציה, הידרו-הלוגנציה, פילמור), החלפה (יצירת מלחים), חמצון (בעירה, KMnO 4), פירוק (ללא גישה לחמצן). 5-מתיל-הקסין-2 1-פנטין 3-מתיל-בוטין-1

1. אילו פחמימנים תואמים את הנוסחה הכללית C n H 2n-2: א) אצטילנית, דין; ב) אתילן, דין; ג) ציקלו-אלקנים, אלקנים; ד) אצטילן, ארומטי? 2. קשר משולש הוא שילוב של: א) שלושה קשרי σ; ב) קשר σ אחד ושני קשרי π; ג) שני קשרי σ וקשר π אחד; ד) שלושה קשרי π. 3. חבר את הנוסחה של 3-מתילפנטין -3.
אני. תגובות תוספת
v הידרוגנציהמתרחש בשלב היווצרות של אלקנים:
v תוספת הלוגניםקורה גרוע יותר מאשר באלקנים: אלקנים מאבדים צבע של מי ברום ( תגובה איכותית).
v תוספת של הלידים מימן:
תוצרי תוספת לאלקינים לא סימטריים נקבעים הכלל של מרקובניקוב:
v כניסת מים (הידרציה)- תגובה של M.G. Kucherov, 1881.
עבור הומולוגים של אצטילן, התוצר של הוספת מים הוא קטון:
III. היווצרות מלח (תכונות חומציות) - תגובות החלפה
ð אינטראקציה עם מתכות פעילות: אצטילידים משמשים לסינתזה של הומולוגים.
ð אינטראקציה של אלקינים עם תמיסות אמוניה של תחמוצת כסף או נחושת(I) כלוריד:
תגובה איכותית לקשר המשולש הסופי -היווצרות משקע לבן אפרפר של אצטילניד כסף או אצטילניד אדום-חום נחושת (I): HC ≡ CH + СuCI → СuC ≡ ССu ↓ + 2HCI תגובה לא מתרחשת
IV. תגובות חמצון
Ÿ חמצון קל- שינוי צבע של תמיסה מימית של אשלגן פרמנגנט ( תגובה איכותית לקשר מרובה): כאשר אצטילן יוצר אינטראקציה עם תמיסה מדוללת של KMnO 4 (טמפרטורת החדר) - חומצה אוקסלית.

אורביטלים

בחינה מדוקדקת של הספקטרום האטומי מראה שהקווים ה"עבים" הנובעים ממעברים בין רמות האנרגיה מפוצלים למעשה לקווים דקים יותר. המשמעות היא שקליפות האלקטרונים מפוצלות למעשה לתת-קליפות. תת-קונכיות אלקטרוניות מיועדות לפי סוגי הקווים התואמים להן בספקטרום האטומי:

ס- תת-קליפה על שם "חד" ס-שורות - חַד;
ע- תת-מעטפת על שם "ראשי" ע-שורות - קֶרֶן;
ד- תת-מעטפת בשם "מפוזר" ד-שורות - מְפוּזָר;
ו- תת-מעטפת על שם "בסיסי" ו-שורות - בסיסי.

הקווים הנובעים ממעברים בין תת-קליפות אלו חווים פיצול נוסף אם האטומים של היסודות ממוקמים בשדה מגנטי חיצוני. פיצול זה נקרא אפקט זימן. זה נמצא בניסוי ס- הקו אינו מתפצל, ר- הקו מתפצל ל-3, ד-שורה - על ידי 5, ו-שורה - עד 7.
על פי עקרון אי הוודאות של הייזנברג, לא ניתן לקבוע את המיקום והתנע של האלקטרון בו-זמנית בדיוק מוחלט. עם זאת, למרות חוסר האפשרות לקבוע במדויק את מיקומו של אלקטרון, ניתן לציין את ההסתברות למצוא אלקטרון במיקום מסוים בכל זמן נתון. ישנן שתי השלכות חשובות לעקרון אי הוודאות של הייזנברג.
1. תנועה של אלקטרון באטום היא תנועה ללא מסלול. במקום מסלול במכניקת הקוונטים, מושג אחר מוצג - הִסתַבְּרוּתשהות של אלקטרון בחלק מסוים מנפחו של אטום, המתאם עם צפיפות האלקטרון כאשר בוחנים אלקטרון כענן אלקטרונים.
2. אלקטרון לא יכול ליפול על גרעין. התיאוריה של בוהר לא הסבירה את התופעה הזו. מכניקת הקוונטים סיפקה הסבר גם לתופעה זו. עלייה במידת הוודאות של הקואורדינטות של אלקטרון כשהוא נופל על הגרעין תגרום לעלייה חדה באנרגיה של האלקטרון עד 10 11 קילו-ג'ל/מול ויותר. אלקטרון בעל אנרגיה כזו, במקום ליפול על הגרעין, יצטרך לעזוב את האטום. מכאן נובע שדרוש כוח לא כדי למנוע מהאלקטרון ליפול על הגרעין, אלא כדי "להכריח" את האלקטרון להיות בתוך האטום.
פונקציה התלויה בקואורדינטות של אלקטרון, שדרכן נקבעת ההסתברות להיותו בנקודה מסוימת במרחב, נקראת אֲרוּבַּתִי. אין לזהות את המושג "מסלול" עם המושג "מסלול", המשמש בתיאוריה של בוהר. מתחת למסלול בתיאוריה של בוהר מובן המסלול (הנתיב) של האלקטרון סביב הגרעין.
לעתים קרובות נהוג לראות באלקטרון כענן בעל מטען שלילי המתפזר בחלל עם מטען כולל השווה לזה של האלקטרון. אז הצפיפות של ענן אלקטרוני כזה בכל נקודה בחלל היא פרופורציונלית להסתברות למצוא בו אלקטרון. מודל ענן האלקטרונים נוח מאוד לתיאור חזותי של התפלגות צפיפות האלקטרונים בחלל. איפה סהמסלול הוא כדורי ר-אורביטל - צורת משקולת, ד-אורביטל - פרח בעל ארבעה עלי כותרת או משקולת כפולה (איור 1.10).

בדרך זו, ס- תת-מעטפת מורכבת מאחד ס-אורביטלים, ע- subshell - של שלושה ע-אורביטלים, ד- subshell - מתוך חמישה ד-אורביטלים, ו- subshell - של שבע ו-אורביטלים.