Цирконий схема электронного строения

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Электронное строение

Описать электронное строение молекул СО и СХ с позиций методов ВС и МО. Какая из молекул характеризуется большей кратностью связи [c.61]

На основе электронного строения атомов указать, могут ли быть окислителями атомы натрия, катионы натрия, кистород в степени окисленности —2, иод в степени окисленности О, фторид-ионы, катионы водорода, нитрит-ионы, гидрид-ионы.. [c.166]

Благодаря тому, что атомы и ионы аналогичных элементов побочных подгрупп пятого и шестого периодов имеют не только сходное электронное строение, но и практически совпадающие размеры,— а их химических свойствах наблюдается гораздо более близкое сходство, чем в случае элементов четвертого и пятого периодов. Так, цирконий по своим свойствам значительно ближе к гафнию, чем к титану, ниобий сходен с танталом в большей степени, чем с ванадием и т. д. [c.642]

Дать краткую характеристику кремния, указав а) электронное строение атома и его валентные возможности б) химические свойства свободного кремния. [c.237]

Описать электронное строение молекулы Оз, сравнить химическую активность озона и молекулярного кислорода Ог. Как получить озон из молекулярного кислорода [c.224]

Поляризуемость ионов с аналогичным электронным строением возрастает с ростом ионного радпуса (т. е. с увеличением числа электронных слоев). Так, по возрастанию поляризуемости ионы можно расположить в следующие ряды [c.68]

Описать электронное строение карбонильных соединений железа и никеля. Для чего применяются эти соединения [c.252]

При возбуждении атом кремния переходит в состояние, li 2s 2/) 3s 3p а электронное строение его валентных орбиталей соответствует схеме [c.56]

Описать свойства оксида углерода (П), указав а) электронное строение молекулы с позиций методов ВС и МО б) отношение к воде и к водным растворам кислот и щелочей в) окислительно-восстановительные свойства. [c.236]

Луи де Бройль (род, в 1892 г,) — французский физик, автор гипотезы о волновых свойствах материи, которая легла в основу квантовой механики, Работал также в области теории электронов, строения атомного ядра, теории распространения электромагнитных волн, В 1929 г. награжден Нобелевской премией, с 1958 г. — иностранный член Академии наук СССР. [c.70]

Электронное строение молекулы СО рассмотрено на стр. 149, Как показано на рис. 53, шесть валентных электронов атомов углерода и кислорода размещаются на трех связывающих МО, образуя тройную связь эта связь характеризуется высокой прочностью (1076 кДж/моль). [c.442]

Когда к изучению органических реакций подошли с позиций теории электронного строения, стало очевидно, что реакции.часто включают стадию образования свободных радикалов. Такие свободные радикалы, как правило, не стабилизированные за счет резонанса существуют только непродолжительное время и образуются всегда с трудом. Именно из-за сложности образования промежуточных свободных радикалов большинство органических реакций протекают так медленно. [c.163]

Описать с позиций метода ВС электронное строение молекулы ВРз и иона ВР . [c.61]

Описать электронное строение молекулы Nj с позиций методов В С и МО. [c.228]

Описать электронное строение и геометрическую структуру молекулы Be la. В каком состоянии гибридизации находится атом бериллия в молекуле ВеС1г Как изменится тип гибридизации при переходе ВеСЬ в твердое состояние [c.241]

Решение. Электронная конфигурация атом а кремния ls 2s 2p 3s-3p . Электронное строение его валентных орбиталей в невозбужденном состоя [ии может быть представлено следующей-графииеской схемо] [c.55]

Однако между металлами главных и побочных подгрупп есть ц существенные различия. Они также связаны с особенностями электронного строения переходных элементов, а именно с тем, что во втором снаружи электронном слое их атомов имеется неполностью занятый электронами -подуровень. Для образования химических связей атомы переходных элементов могут использовать не только внешний электронный слой (как это имеет место у элементов главных подгрупп), но также -электроны и свободные -орбитали предшествующего слоя. Поэтому для переходных элементов значительно более характерна переменная валентность, чем для металлов главных подгрупп. Возможность создания химических связей с участием -электронов и свободных -орбиталей обусловливает и ярко выраженную способность переходных элементов к образованию устойчивых комплексных соединений, С этим же связана, как указывалось на стр. 598, характерная окраска многих соединений переходных элементов, тогда как соединения металлов главных подгрупп в большинстве случаев бесцветны. [c.646]

Подобная близость свойств объясняется тем, что в высшей степени окисленности атомы элементов главных и побочных подгрупп приобретают сходное электронное строение. Например, атом хрома имеет электронную структуру Когда [c.647]

Современная периодическая таблица основана прежде всего на расположе- , НИИ элементов в порядке возрастания атомного номера. Она отражает также i и электронное строение атомов. [c.125]

Типы кристаллических структур окислов металлов разно образны и определяются электронным строением катиона, степенью его окисления, ионным радиусом. В целом для твердых окислов характерны простые кубические решетки типа ЫаС1, гексагональные решетки типа а-ЛЬО , тетрагональные решетки типа Т1О2, моноклинные решетки типа МоО, [1.2]. [c.6]

Различия в магнитных свойствах веществ связаны с электронным строением их составных частей — атомов, нонов пли молекул. Если в частице все электроны спарены, то их магнитные моменты взаимно компенсируются и суммарный магнитный момент час-(грщы равен нулю такая частица диамагнтна. Парамагнетизм проявляется частицей при наличии в ней одного или нескольких неспареиных электроиов. Суммарный магнитный момент такой частицы не равен нулю с увеличением числа неспареиных электронов он возрастает. [c.205]

Электронное строение и свойства атомов [c.385]

В предыдущей главе мы познакомились с волновыми функциями и энергетическими уровнями атома водорода. При помощи этих сведений и так называемого принципа заполнения мы сможем перейти к выяснению электронного строения атомов всех элементов. Это позволит нам понять структуру периодической системы, таблица которой изображена на рис. 7-3 [c.385]

Многие исследователи пытались усовершенствовать теорию электровыделения металлов, привлекая представления об электронном строении их ионов. Одна из та . орбитах (внутрнорбитальпые комплексы), благодаря чему создаются наиболее прочные связи ионов в растворе. Во-вторых, если велика разница в электронных структурах иона и металла в этом случае требуется значительная энергия активации для их перестройки в процессе разряда. Разря- [c.466]

Дслокализованная л-связь. Рассмотрим химические связи в кар-бона1-ионе СО3. Этот ион имеет треугольное строение. Атом углерода за счет электронов. чр -гибридных орбиталей образует три ст-связк, лежащие в плоскости под углом 120°. Четвертый электрон углерода образует я-связь. Валентное насыщение одного атома кислорода достигается за счет образования л-связи, двух других — за счет присоединения электрона. Строение такого иона изображают следующей формулой [c.77]

Каждая аюмная орбиталь (АО) характеризуется определенным распределением в пространстве волновой функции 1), квадрат которой определяет вероятность обнаружения электрона в соответствующей области пространства. Атомные орбитали, которым отвечают значения I, равные О, I, 2 и 3, называются соответственно 3-, р-, ё- и /-орбиталями. В графических схемах электронного строения атомов каждая орбиталь обозначается символом [c.40]

В формулах электронного строения прпнято сначала последовательно записывать все состояния с данным значением п, а аатем уже переходить к состояниям с более высоким значением п. Поэтому порядок записи не всегда совпадает с порядком заполнения энергетических подуровней. Так, в записи электронной формулы атома скандия подуровень Зй помещен раньше подуровня 45, хотя заполняются эти подуровни в обратной последовательности. [c.95]

Решение. При одинаковых зарядах и размерах ионов Na и Си+ различие в их поляризующем действии определяется особенностями нх электронного строения. Ион Си+ имеет 18-элск-тронную внешнюю оболочку н более сильно поляризует анион С1 , чем ион N3+, обладающий благородногазовой электронной структурой. Поэтому в хлориде меди(1) в результате поляриза- [c.68]

Не составляет труда записать волновое уравнение Шрёдингера для атома лития, состоящего из ядра и трех электронов, или атома урана, состоящего из ядра и 92 электронов. Однако, к сожалению, эти дифференциальные уравнения невозможно решить. Нет ничего утешительного в том, что строение атома урана в принципе может быть найдено путем расчетов, если математические (хотя отнюдь не физические) трудности препятствуют получению этого решения. Правда, физики и физикохимики разработали для решения уравнения Шрёдингера множество приближенных методов, основанных на догадках и последовательных приближениях. Проведение последовательных приближений существенно облегчается использованием электронно-вычислительных машин. Однако главное достоинство применения теории Шрёдингера к атому водорода заключается в том, что она позволяет получить ясную качественную картину электронного строения многоэлектронных атомов без проведения дополнительных расчетов. Теория Бора оказалась слишком упрошенной и не смогла дать таких результатов, даже после ее усовершенствования Зом-мерфельдом. [c.374]

Поляризующая способность ионов, т. е. их способ-, ность оказывать деформирующее воздействие на другие ноны, также зависит от заряда и размера иона. Чем больше заряд иона, тем сильнее создаваемое им электрическое ноле следовательно, наибольшей поляризующей способностью обладают многозарядные ионы. При одном и том же заряде напряженность электрического поля вблизи иона тем выше, чем меньше его размеры. Поэтому поляризующая способность ионов одинакового заряда и аиалогичиого электронного строения падает с увеличением иотюго радиуса. Так, в ряду катионов щелочных металлов поляризующ.а,я [c.152]

Описать электронное строение диборана. Одинаковы ли свойства всех атомов водорода, входящих в состав молекулы ВгНб Ответ мотивировать. [c.245]

Прн увеличении заряда ядра еще иа единицу, т. е. прн переходе к углероду (Z = 6), ЧИСЛО электронов на 2 -подуровне возрастает до 2 электронное строение атома углерода выражается формулой ls 2,s 2p . Однако этой формуле могла бы соогиетсгво-вать любая из трех схем [c.90]

Теперь, когда каждая из 2р-орбиталей занята одним электроном, начинается попарное размещение электронов на 2р-орбита-лях. Атому кислорода (2 = 8) соответствует фор 1ула электронного строения 15225-2 и следующая схема [c.91]

Продолжим рассмотрение электронного строения атомо . Мы остановились на атоме аргона, у которого целиком заполнены 3s- и Зр-подуровнн, но остаются незанятыми все орбитали З -под-уровня. Однако у слсдуюилих за аргоном элементов — калия (Z = 19) и кальция (Z = 20) —заполиение третьего электронного слоя временно прекращается и начинает формироваться -подуровень четвертого слоя электронное строение атома калия выражается формулой ls 22s 2//3i 3p 4.s , атома кальция [c.92]

Электронное строение атомов калпя и кальция соответствует этому правилу. Действительно, для Зй(-орбнталей (л — 3, / = 2) сумма (п + 1) равна 5, а для 45-орбиталн (п = 4, / = 0)— равна [c.93]

Следует иметь в виду, что последняя схема (как и сами правила Клечковского) не отражает частных особенностей электронной структуры атомов некоторых элементоа. Например, при переходе от атома никеля (2 = 28) к атому меди (2 = 29) число Зй-электронов увеличивайся не иа один, а сразу на два за счет проскока одного из 45-электронов на подуровень З . Таким образом, электронное строение атома меди выражается формулой Аналогичный проскок электрона с внешнего на й-иодуро-вень предыдущего слоя происходит и в атомах аналогов меди — серебра и золота. Это явление связано с повышенной энергетической устойчивостью электронных структур, отвечающих полностью занятым энергетическим подуровням (см. 34). Переход электрона Б атоме меди с подуровня 4 на пп 1урсвонь 3 Библиография для Электронное строение: [c.274] Смотреть страницы где упоминается термин Электронное строение: [c.467] [c.238] [c.92] [c.95] [c.96] [c.535] [c.408] Смотреть главы в:

Смотрите так же:  Схема подключения дрл ламп

Электронные формулы атомов химических элементов (109)

Порядок заполнения атомных орбиталей по мере увеличения энергии: 1s 1

Распределение электронов по слоям

Формулы элементов (распределение по подуровням)

Главная » ЕГЭ — химия для чайников » Электронные формулы атомов химических элементов (109)

Группа, где только полезные материалы. Подпишитесь, если хотите поступить на бюджет:

СОСТАВ И ЭЛЕКТРОННАЯ
СТРУКТУРА АТОМА

Продолжение. Начало см. в № 4, 6/2005

17. Учитывая описанные закономерности, рассмотрите состояние и распределение электронов по энергетическим уровням и орбиталям для атомов калия (Z = 19) и скандия (Z = 21).

1) Предшествующий калию в ПСХЭ элемент аргон (Z = 18) имеет следующее распределение электронов:

а) по уровням атома:

б) по орбиталям атома:

Электронная формула атома аргона:

Электронно-графическая формула атома аргона:

При распределении электронов в атоме К в соответствии с правилом Клечковского предпочтение отдается орбитали 4s (сумма квантовых чисел n + l равна: 4 + 0 = 4) по сравнению с орбиталью 3d (сумма квантовых чисел n + l равна: 3 + 2 = 5) как орбитали, имеющей минимальное значение n + l. Следовательно, для атома калия распределение электронов по орбиталям (электронно-графическая формула) имеет вид (см. п. 16 методических указаний):

Калий относится к s-элементам со следующей электронной формулой (конфигурацией) атома:

Распределение электронов по энергетическим уровням для атома К изображено ниже:

2) Предшествующий скандию в ПСХЭ элемент кальций (Z = 20) имеет следующее распределение электронов:

а) по уровням атома:

б) по орбиталям атома:

Электронная формула атома кальция:

Из орбиталей 3d (n + l равно: 3 + 2 = 5) и 4p (n + l равно: 4 + 1 = 5) при распределении электронов в атоме скандия по орбиталям предпочтение следует отдать 3d-орбитали как имеющей минимальное значение n = 3 при одинаковых суммах квантовых чисел (n + l), равных пяти. Следовательно, скандий относится к d-элементам, и его атом характеризуется следующим распределением электронов по орбиталям:

Электронная формула атома скандия:

Распределение электронов по энергетическим уровням для атома Sc изображено ниже:

18. Дополните рисунок так, чтобы показать вид одной s-орбитали и трех р-орбиталей, ориентированных вдоль осей.

Распределение электронов
по квантовым уровням и подуровням

20. Последовательность заполнения энергетических уровней атомов см. в табл. 6.

21. Число элементов в периоде таблицы Д.И.Менделеева определяется формулами:

а) для нечетных периодов:

б) для четных периодов:

где Ln – число элементов в периоде, n – номер периода.

Определите число элементов в каждом периоде ПСХЭ Д.И.Менделеева.

а) полученную числовую закономерность с позиций состояния электронов в атомах и их распределения по энергетическим уровням;

б) разделение групп элементов на главные и побочные подгруппы;

в) предопределенность числа главных и побочных подгрупп в ПСХЭ Д.И.Менделеева с точки зрения теории строения атомов.

Проверьте в дальнейшем свои выводы по приложению 1 (П-21).

22. Строгая периодичность расположения элементов в ПСХЭ Д.И.Менделеева полностью объясняется последовательным заполнением энергетических уровней атомов (см. выше п. 20). Укреплению позиций периодического закона на основе закономерностей изменения электронной структуры атомов элементов, впервые предсказанных Н.Бором, способствовало открытие 72-го элемента. Еще не открытый тогда элемент химики искали среди минералов, содержащих редкоземельные элементы, исходя из неправильной предпосылки, что к лантаноидам следует отнести 15 элементов.

По аналогии с переходными элементами число лантаноидов (элементы № 58–71) должно быть равно разности между максимальными числами электронов на N и М энергетических уровнях
(32 – 18 = 14), т. е. равно максимальному числу электронов на f-подуровне (см. выше п. 19). Элемент с Z = 72 (гафний Hf) является аналогом циркония Zr и был обнаружен в циркониевых рудах.

23. Следующим важным выводом из анализа табл. 6 в п. 20 является вывод о периодичности заполнения электронами внешних энергетических уровней атомов, чем обусловлена периодичность изменения химических свойств элементов и их соединений.

Электронные конфигурации атомов
первых 20 элементов периодической системы

Так, второй период таблицы Д.И.Менделеева состоит из восьми элементов со следующими подуровнями:

При переходе от лития к неону заряд ядра атома постепенно увеличивается от Z = 3 до Z = 10, а значит, возрастают силы притяжения электронов к ядру, и в результате радиусы атомов этих элементов уменьшаются. Поэтому способность атома отдавать электроны (типично металлическое свойство), ярко выраженная у атома лития, постепенно ослабевает при переходе от лития к фтору. Последний является типичным неметаллом, т. е. элементом более, чем другие, способным присоединять электроны.

Начиная со следующего за неоном элемента (Na, Z = 11) электронные структуры атомов повторяются, и поэтому электронные конфигурации их внешних электронных оболочек обобзначаются сходным образом (n – номер периода):

ns 1 (Li, Na), ns 2 (Be, Mg), ns 2 np 1 (B, Al), ns 2 np 2 (C, Si) и т. д.

В четвертом периоде таблицы Д.И.Менделеева появляются переходные элементы, принадлежащие побочным подгруппам.

24. Элементы, принадлежащие одной и той же подгруппе, имеют сходный характер расположения электронов на внешних электронных уровнях атомов. Например, атомы галогенов (главная подгруппа VII группы) все имеют электронную конфигурацию ns 2 np 5 , а атомам элементов побочной подгруппы той же группы свойственна электронная конфигурация (n – 1)s 2 (n – 1)p 6 (n – 1)d 5 ns 2 .

В чем заключается суть сходства и различия атомов элементов, принадлежащих разным подгруппам одной и той же группы таблицы Д.И.Менделеева? Свои выводы в дальнейшем сверьте с приложением 1 (П-24).

25. Численное значение валентности атома, определяемое числом образованных им ковалентных химических связей, отражает положение элемента в ПСХЭ Д.И.Менделеева. Во многих случаях валентность атома элемента в соединении численно равна номеру группы в ПСХЭ Д.И.Менделеева. Однако из этого правила существуют исключения. Например, у атома фосфора на внешнем (третьем, М) энергетическом уровне находятся три неспаренных электрона (3р-орбитали) и свободные валентные ячейки d-орбиталей. Следовательно, для атома фосфора характерно так называемое возбуждение электрона, связанное c распариванием электронной пары и переходом одного их образующихся неспаренных электронов на 3d-орбиталь. Для возбужденного состояния атома фосфора возможно образование пяти ковалентных связей, а для основного – только трех.

Для атома азота возбужденное состояние нетипично, поскольку в этом атоме на внешнем энергетическом уровне количество и состояние электронов такое же, как в атоме фосфора, но вакантных ячеек нет, и для завершения и устойчивости этого уровня недостает всего трех электронов.

Почему же тогда максимальная валентность атома азота в соединениях (т.е. способность к образованию общих электронных пар) все же не III, а IV?

26. Повторив пп. 16, 17 методической разработки, можно объяснить порядок заполнения электронами энергетических уровней в атомах элементов 4-го большого периода ПСХЭ Д.И.Менделеева. Четный ряд этого периода начинается элементами главных подгрупп – 39К и 40Са, являющимися типичными металлами с постоянной валентностью, а уже с элемента № 21 (Z = 21, Sс) далее идут элементы побочных подгрупп, называемые d-элементами или переходными. Попробуйте объяснить суть этих названий, привести соответствующие примеры. Правильность своих выводов в дальнейшем сверьте с приложением 1 (П-26).

27. Химический знак водорода Н в ПСХЭ Д.И.Менделеева помещают и в главную подгруппу
I группы, и в главную подгруппу VII группы. Почему это допустимо? Проверьте в дальнейшем правильность своих выводов по приложению 1 (П-27).

Электронное строение

Электронная структура (строение) любого химического элемента является отражением свойств (^) атома этого химического элемента, а для более простого представления свойств химического элемента используется упрощенное электронное строение этого химического элемента. Переход электрона с более высокого энергетического уровня на более низкий сопровождается излучением (V) фотона

Содержание

История открытия электронного строения атомов [ править ]

Впервые слово «atomos» – неделимый, в V веке использовали древнегреческие философы Левкипп и Демокрит. Атомов, считал Демокрит, бесконечно много, они движутся в пустоте и, сталкиваясь, соединяются, существуют какое-то время вместе, потом, под воздействием новых столкновений, разъединяются и вновь движутся, взаимодействуя один с другим, соединяются снова. В IV веке учение о дискретном строении материи было продолжено тоже древнегреческим философом-материалистом Эпикуром, окончательно закрепившим понятие «атом» в научной терминологии. Эпикур высказывал:

Хоть и древнегреческие ученые предположили существование атомов, только в XVIII веке теоретическими выводами и практическими опытами Антуан Лавуазье, Михаил Ломоносов и другие ученые доказали реальность существования атомов. А, на основании исследований Майкл Фарадей сделал вывод о существовании внутри атомов электрических зарядов. В начале XIX века были открыты дискретные спектральные линии в излучении атомов водорода в видимой части спектра, впоследствии чего в 1885 году Иоганн Бальмер установил математические закономерности, связывающие длины волн этих линий. В 1897 году Джозеф Томсон открыл электрон и измерил отношение e/m заряда электрона к массе, и опыты подтвердили, что электроны входят в состав атомов.Таким образом, на основании всех известных к началу XX века экспериментальных фактов можно было сделать вывод о том, что атомы вещества имеют сложное внутреннее строение.

В XX веке наука исследовала и доказала, что все вещества состоят из атомов, что атом состоит из частиц, и, что электронное строение полностью раскрывают свойства атома любого химического элемента. (см. Электронная структура атомов) Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных, в 1903 году принадлежит Джозефу Томсону, когда теоретически предполагалось, что атом представляет собой электронейтральную систему шарообразной формы радиусом равным

Но первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов сделал Эрнст Резерфорд и его сотрудники Э. Марсденом и Х. Гейгером в 1909–1911 годах. Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая сопротивления. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°. Эти данные показали, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме, и, эту часть атома Резерфорд назвал атомным ядром. Опыты Резерфорда и его сотрудников привели к выводу, что в центре атома находится плотное положительно заряженное ядро, диаметр которого не превышает 10 –14 – 10 –15 м. Это ядро занимает только 10 –12 часть полного объема атома, но содержит весь положительный заряд и не менее 99,95 % его массы. Опираясь на классические представления о движении микрочастиц, Резерфорд предложил планетарную модель атома. Так возникла ядерная модель атома.

Проанализировав всю совокупность опытных фактов Резерфорда, в 1913 году Нильс Бор пришел к выводу, что при описании поведения атомных систем следует отказаться от многих представлений классической физики. Он сформулировал постулаты, которым должна удовлетворять новая теория о строении атомов. Теория Бора при описании поведения атомных систем не отвергла полностью законы классической физики, но сохраняла представления об орбитальном движении электронов в кулоновском поле ядра. Классическая ядерная модель атома Резерфорда в теории Бора была дополнена идеей о квантовании электронных орбит. Поэтому теорию Бора иногда называют полуклассической. Прекрасное согласие боровской теории атома водорода с экспериментом служило веским аргументом в пользу ее справедливости. Однако попытки применить эту теорию к более сложным атомам не увенчались успехом. Бор не смог дать физическую интерпретацию правилу квантования.

Это было сделано десятилетием позже де Бройлем на основе представлений о волновых свойствах частиц, что каждая орбита в атоме водорода соответствует волне, распространяющейся по окружности около ядра атома. Стационарная орбита возникает в том случае, когда волна непрерывно повторяет себя после каждого оборота вокруг ядра. Успехи теории Бора в объяснении спектральных закономерностей в изучении атома водорода были поразительны. Стало ясно, что атомы – это квантовые системы, а энергетические уровни стационарных состояний атомов дискретны. Почти одновременно с созданием теории Бора было получено прямое экспериментальное доказательство существования стационарных состояний атома и квантования энергии.

Смотрите так же:  Провода на бензонасос ваз 2114

Электронные орбиты в модели Бора обозначаются целыми числами 1, 2, 3, . n, начиная от ближайшей к ядру, и такие орбиты принято называть уровнями. Бор постулировал, что в электронной оболочке любого атома ровно столько электронов, сколько протонов в его ядре, поэтому атом в целом электронейтрален. Электроны в атоме заселяют ближайшие к ядру уровни и подуровни, потому что в этом случае их энергия меньше, чем если бы они заселяли более удаленные уровни. На каждом уровне и подуровне может помещаться только определенное количество электронов.

Нильс Бор образно говоря, сравнивал электронное облако атома с архитектурным строением (домом), где «живут» все электроны данного атома, уровню отводил сходство с этажом, подуровню — с квартирой, а орбитали — с комнатой для электронов. Все орбитали какого-нибудь подуровня имеют одинаковую энергию. На s-подуровне всего «однокомнатная квартира» — одна орбиталь, на p-подуровне 3 орбитали, на d-подуровне 5 орбиталей, а на f-подуровне — целых 7 орбиталей, и на g-подуровне — 9 орбиталей. Бор выражал своим студентам, что в каждой «комнате»-орбитали могут «жить» один или два электрона, или может существовать «комната»-орбиталь и быть не заселенной, но, для химической связи атомов значимой. Запрещение электронам находиться более чем по двое на одной орбитали называют запретом Вольфганга Паули, что важная особенность строения атома. Таким представлением Нильс Бор отражал студентам простое понимание электронного строения атомов и вещества, что молекулы с наименьшим количеством атомов словно дома и связаны электронами, что сложные молекулы с многообразием атомов схожи с улицей на которой находятся дома и связаны электронами. Как и существуют настолько сложные молекулы или вещества, которые подобны поселку или городу с разными улицами и множеством домов, и весь город существует посредством связей электронов в домах.

В 20-е годы XX века была выдвинута волновая модель электронной оболочки атома, которую предложил австрийский физик Эрвин Шредингер. К этому времени было экспериментально установлено, что электрон имеет свойства не только частицы, но и волны. Шредингер применил к электрону-волне математические уравнения, описывающие движение волны в трехмерном пространстве. Однако с помощью этих уравнений рассчитывается не траектория движения электрона внутри атома, а вероятность найти электрон-волну в той или иной точке пространства вокруг ядра. Поэтому, общее волновой модели Шредингера и планетарной модели Бора, в том, что электроны в атоме существуют на определенных уровнях, подуровнях и орбиталях, и, что утвердило электронное строение атома.

Уровни, подуровни и орбитали электронов [ править ]

В таблице Менделеева порядковый (атомный) номер, это число электронов в атоме химического элемента. Электроны расположены на электронных оболочках атома, и чем больше заряд ядра, тем больше электронов и электронных оболочках. В волновой модели существуют орбитали разных видов, как бы подуровни, которые представлены: s-орбиталями (сферической формы), p-орбиталями (похожие на веретено или на объемные восьмерки), а также d- и f-орбиталями которые более сложной формы. Элементы, у которых внешние электроны занимают только s-подуровень, принято называть s-элементами, как и существуют p-элементы, d-элементы и f-элементы.

На n-м уровне помещается в сумме n 2 различных орбиталей, а электронов вдвое больше — 2(n 2 ), но любая орбиталь способна вмещать не более двух электронов. На подуровнях помещается определённое количество электронов, так s-подуровень может вмещать максимум только 2 электрона, p-подуровень может вмещать только 6 электронов, d-подуровень может вмещать только 10 электронов, а f-подуровень только 14. И, расположение подуровней в атоме обусловлено не столько их большей или меньшей энергией, сколько требованием минимума полной энергии атома. Исходя из этого, минимум энергии достигается у большинства атомов тогда, когда их подуровни заполняются в показанной выше последовательности:

1s 1 , электронная формула атома гелия — 1s 2 . И, каждый период в таблице Менделеева начинается с добавлением нового s-подуровеня химическому элементу.

Электронные конфигурации атомов VIIIА-группы (He, Ne, Ar, и другие из благородных газов) имеют завершенные валентные s- и p- подуровни (s2p6), и обладают повышенной химической устойчивостью и пассивностью. В атомах остальных химических элементов внешние s- и p- подуровни — незавершенные, называются также валентными, поскольку именно они могут участвовать в образовании химических связей между атомами.

Для изображения электронной конфигурации атома, электроны распределяют по подуровням так, чтобы каждой атомной орбитали соответствовала одна квантовая ячейка. На s-подуровне может находиться одна атомная орбиталь, на p-подуровне три орбитали (в соответствии с тремя осями координат; x, y, z), орбиталей d-подуровня пять и f-подуровня семь.

Атом за счёт неполных орбиталей s- и p- подуровней способен не только отдать свои электроны – окислиться, но и принять – восстановиться. Если катиона и аниона химического элемента не существуют, то, атом этого элемента может прибывать в степени окисления. Степень окисления – условный заряд, который могут иметь атомы различных элементов в химических соединениях.

Это выражается в образовании молекулярной связи при взаимодействии катион-аниона или при разной степени окисления химических элементов происходит донорно-акцепторный механизм с образованием ковалентной связи. В ковалентной связи донором является кто отдаёт электрон, акцептором — тот, кто принимает электрон.

Располагая химические элементы в периодической таблице Дмитрий Иванович Менделеев руководствовался их химическими свойствами, то, есть способностью химических элементов образовывать те или иные соединения. А, свойства химического элемента зависят от числа электронов и расположения вокруг ядра атома. И, только в XX веке стало возможным составить таблицу электронного строения всех химических элементов в периодической таблице Менделеева, что отразилось, как истинный порядок химических элементов.

Таблица электронного строения химических элементов [ править ]

Таблица электронного строения химических элементов содержит все электронные строения химических элементов из периодической таблицы Менделеева, с учётом периода и порядкового номера, и, полностью показано электронное строение атома химического элемента, со всеми подуровнями и количеством электронов.

Цирконий схема электронного строения

Основным или нормальным состоянием атома называется состояние, отвечающее минимальному запасу энергии, т.е. электроны занимают энергетические состояния с меньшей энергией. С небольшой затратой энергии (например, при воздействии светового излучения) электроны могут переходить в пределах одного энергетического уровня на более высокий энергетический подуровень. Атом переходит в «возбуждённое» состояние, например, для атома бериллия:

Строение внешних электронных уровней определяет формы и свойства его соединений. Например, для атома № 22 Ti имеем электронную формулу ,это d – элемент.

Ti имеет всего четыре валентных электрона, поэтому высшая степень окисления +4.

Оксид, отвечающий этой степени окисления – TiO2, имеет амфотерный характер (с преобладанием основных свойств), поэтому соответствующий ему гидроксид может быть записан в двух формах: Ti(OH)4 или H2TiO3, соответственно он образует соли при взаимодействии и с кислотами и со щелочами:

Ti(OH)4 + 2Н2SO4 Ti (SO4)2 + 4H2O и H2TiO3 + 2NaOH Na2TiO3 + 2H2O

Ti(OH)4 + 2НCl Ti Сl2 + 4H2O и H2TiO3 + K2O K2TiO3 + H2O

Низшая степень окисления Ti (как у большинства d–элементов) +2. Оксид TiО имеет основный характер, гидроксид Ti(OH)2 образует соли только с кислотами, например, TiSO4 или TiCl2.

Для характеристики любого элемента необходимо выполнить следующие действия:

Определить состав атома, т.е. указать число протонов, нейтронов и электронов.

Дать электронную формулу атома и распределение электронов внешних энергетических уровней по атомным орбиталям.

Определить высшую и низшую степень окисления и привести формулы и названия соединений, отвечающих данным степеням окисления.

Например, элемент № 34 Se.

Состав атома: (34 p, 46 n) 34 e.

Электронная формула: 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4 – это p–элемент.

Высшая степень окисления +6, оксид селена (VI) SeO3 – кислотный, гидроксид H2SeO4 — селеновая кислота, соли: Na2SeO4 — cеленат натрия, K2SeO4 — селенат калия.

Низшая степень окисления -2, H2S — селеноводород, K2Se — селенид калия, Na2Se — селенид натрия.

Свойства элементов, определяемые строением внешних электронных слоев атомов, закономерно изменяются по периодам и группам периодической системы. При этом сходство электронных структур порождает сходство свойств элементов–аналогов, но не тождественность этих свойств. Поэтому при переходе от одного элемента к другому в группах и подгруппах наблюдается не простое повторение свойств, а их более или менее ярко выраженное закономерное изменение. В частности, химическое поведение атомов элементов проявляется в их способности терять и приобретать электроны, т.е. в их способности к окислению и восстановлению. Количественной мерой способности атома терять электроны является потенциал ионизации(Еи), а мерой способности их приобретатьсродство к электрону (Ес). Характер изменения этих величин при переходе от одного периода к другому повторяется, причем в основе этих изменений лежит изменение электронной конфигурации атома. Так, завершенные электронные слои, соответствующие атомам инертных газов, обнаруживают повышенную устойчивость и повышенное значение потенциалов ионизации в пределах периода. В то же время наименьшими значениями потенциала ионизации обладают s–элементы первой группы (Li, Na, K, Rb, Cs).

Электроотрицательность является мерой способности атома данного элемента оттягивать на себя электроны по сравнению с атомами других элементов в соединении. Согласно одному из определений (Малликен), электроотрицательность атома может быть выражена как полусумма его энергии ионизации и сродства к электрону:=и + Ес).

В периодах наблюдается общая тенденция роста электроотрицательности элемента, а в подгруппах – ее снижение. Наименьшими значениями электроотрицательности обладают s–элементы I группы, а наибольшими – р–элементы VII группы.

Электроотрицательность одного и того же элемента может меняться в зависимости от валентного состояния, гибридизации, степени окисления и пр. Электроотрицательность существенно влияет на характер изменения свойств соединений элементов. Так, например, серная кислота проявляет более сильные кислотные свойства, чем ее химический аналог – селеновая кислота, поскольку в последней центральный атом селена из-за меньшей по сравнению с атомом серы электроотрицательности не так сильно поляризует связи Н–О в кислоте, что и означает ослабление кислотности.

Н–ОO

Se

Другой пример: гидроксид хрома (II) и гидроксид хрома (VI). Гидроксид хрома (II), Cr(OH)2, проявляет основные свойства в отличие от гидроксида хрома (VI), Н2CrO4, поскольку степень окисления хрома +2 обусловливает слабость кулоновского взаимодействия Cr 2+ с гидроксид-ионом и легкость отщепления этого иона, т.е. проявление основных свойств. В то же время высокая степень окисления хрома +6 в гидроксиде хрома (VI) обусловливает сильное кулоновское притяжение между гидроксид-ионом и центральным атомом хрома и невозможность диссоциации по связи –OH. С другой стороны, высокая степень окисления хрома в гидроксиде хрома (VI) усиливает его способность притягивать электроны, т.е. электроотрицательность, что обусловливает высокую степень поляризации связей Н–О в этом соединении, являясь предпосылкой увеличения кислотности.

Н–О+6 O

Cr

Следующей важной характеристикой атомов является их радиусы. В периодах радиусы атомов металлов с ростом порядкового номера элемента уменьшаются, т.к. с ростом порядкового номера элемента в пределах периода возрастает заряд ядра, а следовательно и уравновешивающий его общий заряд электронов; как следствие, возрастает и кулоновское притяжение электронов, что приводит в конечном счете к уменьшению расстояния между ними и ядром. Наиболее рельефно снижение радиуса наблюдается у элементов малых периодов, у которых происходит заполнение электронами внешнего энергетического уровня.

Смотрите так же:  Неоновые провода как работают

В больших периодах у d- и f-элементов наблюдается более плавное снижение радиусов при увеличении заряда ядра атома. В пределах каждой подгруппы элементов радиусы атомов, как правило, увеличиваются сверху вниз, так как такое смещение означает переход на более высокий энергетический уровень.

Влияние радиусов ионов элементов на свойства образуемых ими соединений можно проиллюстрировать на примере возрастания кислотности галогенводородных кислот в газовой фазе: HI > HBr > HCl > HF.

В этих соединениях сила кулоновского притяжения зависит от кулоновского радиуса, представляющего собой сумму радиусов ионов галогена и водорода. Очевидно, что с ростом радиуса галогена сила кулоновского притяжения снижается, что делает отщепление протона более выгодным.

Примеры решения типовых задач.

Пример 1. Составление электронных и электронно-графических формул атомов элементов, молекулярных формул соответствующих оксидов и гидроксидов по номеру элемента в периодической системе.

Задача. Постройте электронные и электронно-графические формулы атомов элементов № 35 и № 73 и приведите молекулярные формулы образуемых ими оксидов, гидроксидов и солей.

Решение. Электронные формулы показывают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням и подуровням. Электронная формула обозначается символами , где– главное квантовое число,– орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующее буквенное обозначение –),– число электронов в данном подуровне. В основе последовательности заполнения многоэлектронного атома лежит принцип наименьшей энергии, согласно которому в первую очередь заполняются орбитали с минимальным уровнем энергии. Реализация этого принципа осуществляется на основе правил Клечковского, и, согласно первому правилу, атомные орбитали заполняются электронами в порядке увеличения суммы; согласно второму – при равенстве суммыдля различных энергетических уровней в первую очередь заполняются орбитали, имеющие меньшее значение главного квантового числап.

Приложение этих правил к многоэлектронному атому приводит к следующей последовательности заполнения его энергетических уровней и подуровней:

1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s(5d 1 )4f

5d6p7s (6d 3-2 )5f6d7p.

Положение элементов в периодической системе дает для него следующие характеристики: порядковый номер элемента, номер периода, номер группы, подгруппа (главная или побочная). Каждая из этих характеристик однозначно связана со строением атома элемента.

Порядковый номер элемента указывает на число электронов, номер периода показывает на число энергетических уровней. Номер группы для элементов главных подгрупп указывает на число электронов на внешнем энергетическом уровне и на высшую положительную степень окисления. Для элементов побочных подгрупп номер группы указывает только на высшую положительную степень окисления, число же электронов на внешнем энергетическом уровне может быть 1 или 2.

В связи с выше сказанным, электронные формулы для элементов №35 (Br) и №73 (Та) имеют следующий вид:

35Br 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5

73Ta 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 3 6s 2

Электронная структура атома может быть изображена также графическим образом с помощью энергетических, или квантовых ячеек, которые являются схематическим изображением атомных орбиталей (АО).

аждая такая ячейка обозначается в виде прямоугольника, а электроны в этих ячейках обозначаются стрелками. В каждой квантовой ячейке может быть не более двух электронов с противоположными спинами:

Согласно правилу Хунда орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному электрону с одинаковыми спинами, а затем по второму электрону с противоположными спинами.

Графическая схема для указанных элементов имеет следующий вид:

Br находится в VIIA группе, т.к. все валентные электроны у него находятся на внешнем энергетическом уровне. Следовательно, Br – неметалл, оксид брома (VII) Br2O7 проявляет свойства кислотного оксида, соответствующий ему гидроксид – бромная кислота HBrO4, соль пербромат натрия NaBrO4. Так как на внешнем энергетическом уровне 7 электронов, то приобретая один электрон, бром имеет низкую степень окисления –1. Соединения, соответствующие :HBr, KBr.

Тантал – d-элемент, поэтому он может проявлять переменную степень окисления и образует несколько оксидов и гидроксидов, причем характер их зависит от степени окисления. Для тантала наиболее типичны соединения, в которых их степень окисления равна +5. Оксид тантала (V) проявляет свойства кислотного оксида, его формула Та2О5, соответствующий ему гидроксид танталовая кислота НТаО3, соль КТаО3. Низшая степень окисления для тантала +2. Оксид и гидроксид Та(II) проявляет основные свойства. Соединения, соответствующие : ТаО, Та(ОН)2, Та(NO3)2.

Пример 2. Определение местонахождения элемента в периодической системе химических элементов по его электронной формуле.

Задача. Определите элемент, его местонахождение в периодической системе, если его электронная формула имеет следующий вид: …5s 2 5p 2 .

Решение. Определить элемент и найти его местоположение в периодической системе можно двумя путями.

Первый путь: определить число электронов, а оно укажет на порядковый номер элемента. Электронная формула, соответствующая этому элементу, имеет следующий вид:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 2 ,

т.к. число электронов равно 50, следовательно, это олово. Оно находится в 5 периоде, четвертой группе, главной подгруппе.

Второй путь: этот элемент находится в 5 периоде, т.к. имеет строение внешнего энергетического уровня 5s 2 5р 2 . На внешнем энергетическом уровне находится 4 электрона, следовательно, он находится в IVA группе. Элемент, соответствующий этим координатам – олово.

Пример 3. Составление электронных формул атомов элементов на основе значений квантовых чисел электронов наружного слоя.

Решение. Состояние каждого электрона наружного энергетического уровня определяется следующим набором квантовых чисел:

Главное квантовое число равно четырем, следовательно, электроны находятся на 4-м энергетическом уровне. Орбитальное квантовое число определяет форму орбитали. Если l=1, то орбиталь называется р-орбиталью, следовательно, три электрона находятся на р-подуровне 4-го энергетического уровня. Магнитное квантовое число ml (-1, 0, +1) определяет ориентацию орбитали в пространстве. На всех трех р-орбиталях (px, py, pz) находится по одному электрону (ms=+1/2). Наружный энергетический уровень атома этого элемента содержит пять электронов: …4s 2 4p 3 . Такую электронную конфигурацию наружного энергетического уровня имеет атом мышьяка As, электронная формула которого следующая: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 .

Пример 4. Составление электронных формул вещества на основе значения порядкового номера элемента.

Задача. Составьте электронные формулы атома элемента с порядковым номером 40. Приведите распределение электронов атома этого элемента по квантовым (энергетическим) ячейкам.

Решение. Элемент с порядковым номером 40 – цирконий Zr. Соответственно, на электронных уровнях и соответствующих им подуровнях (орбиталях) необходимо разместить 40 электронов.

В соответствии с правилами заполнения многоэлектронного атома начинаем размещение электронов на нем с самого низкого энергетического уровня, n=1. Ему соответствует единственное значение орбитального числа l=0, определяющего сферическую форму орбитали (s-подуровень). Магнитное квантовое число, определяемое значением l (-l, . 0,…+l) также принимает для этого случая единственное значение ml=0, что демонстрирует наличие единственной орбитали (s-орбитали) на этом подуровне. Согласно правилу Паули на одной орбитали (и соответственно, на s-подуровне) может быт размещено максимум два электрона со спиновыми квантовыми числами ms=+1/2 и ms=-1/2. Поскольку рассматриваемый уровень (n=1) и соответствующий ему s-подуровень после размещения на нем двух электронов исчерпан (1s 2 ), переходим к следующему энергетическому уровню n=2. Этому уровню соответствуют два подуровня, характеризующегося значениями l=0 и l=1. Как указывалось выше, значение l=0 определяет s-подуровень, на котором может быть размещено максимум два электрона 2s 2 . Следующий подуровень, определяемый значением l=1, называется р-подуровнем. Ему соответствует гантелеобразная форма орбитали (p-орбиталь). Для l=1 магнитное квантовое число принимает три значения -1, 0 и +1. Эти три значения определяют наличие на р-подуровне трех орбиталей, каждая из которых может принять максимум два электрона. Это означает, что на р-подуровне (l=1) можно разместить максимум шесть электронов (2р 6 ). Итак, на двух первых энергетических уровнях (n=1, n=2) мы расположим 10 электронов: 1s 2 2s 2 2p 6 . Переходим к следующему уровню, n=3. На этом уровне находятся три подуровня, которым соответствуют значения l: 0, 1, 2 (l=0,1…..n-1). 3s-подуровень (l=0) этого уровня как любой s-подуровень содержит максимум 2 электрона (3s 2 ). 3р-подуровень (l=1) – 6 электронов (3р 6 ). При дальнейшем заполнении многоэлектронного атома возникает дилемма: куда размещать следующие электроны — на 3d (l=2) или 4s (l=0) подуровень? Здесь мы руководствуемся первым правилом Клечковского, согласно которому в первую очередь заполняется подуровень, которому соответствует меньшее значение суммы n+l. Для 3d-подуровня эта сумма равна 3+2=5, а для 4s она равна 4+0=4. Поэтому заполняем 4s-подуровень 4s 2 . Далее необходимо решить дилемму, на каком подуровне размещать следующие электроны: 3d или 4р. Обоим этим подуровням соответствует одинаковое значение n+l=5. Здесь мы руководствуемся вторым правилом Клечковского, согласно которому при равенстве суммы n+l в первую очередь заполняется подуровень, которому соответствует меньшее значение n. Поэтому заполняет 3d-подуровень. Любой d-подуровень (l=2) содержит 5 орбиталей, которым соответствует набор значений m: -2, -1, 0, +1, +2. Максимальное число электронов, размещенных на этом подуровне, равно 5·2=10 (3d 10 ). Таким образом, мы пришли к ситуации, когда полностью исчерпаны первые три уровня (n=1, n=2, n=3) и заполнен s-подуровень 4-го уровня: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 . При заполнении использовано 30 электронов, остается еще 10. Следующий подуровень, подлежащий заполнению, — 4р-подуровень (но не 5s – см. второе правило Клечковского). Ему соответствуют 3р-орбитали, на которых размещаем шесть электронов. Затем заполняем 5s-подуровень (два электрона) и приходим к ситуации 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 2 . Остающиеся два электрона размещаем (руководствуясь первым правилом Клечковского) на 4d-подуровне и приходим к электронной формуле атома циркония: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2 . Ей соответствует графическая электронная формула

Похожие статьи:

  • Белый и черный провода где плюс какого цвета провод плюс и минус? в зарядном устройстве 2 провода черный и белый . где плюс где минус? какого цвета провод плюс и минус? в зарядном устройстве 2 провода черный и белый . где плюс где минус? можно определить с помощью […]
  • Как соединить провода интернета обжать Как обжать витую пару В сегодняшней статье я расскажу о том, как правильно обжать сетевой кабель “витая пара” и какие инструменты и аксессуары для этого понадобятся. Конечно, до сих пор встречаются умельцы, которые могут это сделать с […]
  • Сечение кабеля ga 10 Акустический кабель из посеребренной меди сечением 10 Ga (5.2 мм2) готовый с разъемами типа "банан" DAXX S90-25 (2,5 метра) Предназначение: кабель для подключения акустических систем Особенность: cеребро отлично работает в области […]
  • Активное и реактивное сопротивление провода ас-95 Форум проектировщиков электрических и слаботочных сетей Автор Тема: активное и индуктивное сопротивление проводов АС сечение 120 и 95 мм2 (Прочитано 4839 раз) 0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему. Быстрый ответ […]
  • Экономическое сечение провода определение ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7 Раздел 1. Общие правила Глава 1.3. Выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны Выбор сечения проводников по экономической плотности тока 1.3.25. […]
  • Заземление этажного щита Этажный щиток. Заземление. дом 9-ти этажный, 7-ми подъездный, 87 года выпуска (сделан из блок-комнат). 2 ввода. от ТП идет два кабеля 4-х жильного. щитки на этажах на 4-ре квартиры. к этажным щиткам идет 4 кабеля: 3 фазы, ноль. в этижном […]