Imeandikwa kwa namna ya kinachojulikana fomula za elektroniki. Katika fomula za elektroniki, herufi s, p, d, f zinaashiria viwango vidogo vya nishati ya elektroni; nambari mbele ya herufi inamaanisha kiwango cha nishati, ambayo elektroni iliyotolewa iko, na faharisi iliyo juu kulia ni idadi ya elektroni katika kiwango kidogo kilichotolewa. Ili kutunga fomula ya elektroniki ya atomi ya kipengele chochote, inatosha kujua idadi ya kipengele hiki kwenye jedwali la upimaji na kufuata kanuni za msingi zinazosimamia usambazaji wa elektroni kwenye atomi.
Muundo wa shell ya elektroni ya atomi pia inaweza kuonyeshwa kwa namna ya mchoro wa mpangilio wa elektroni katika seli za nishati.
Kwa atomi za chuma, mpango huu una fomu ifuatayo:
Mchoro huu unaonyesha wazi utekelezaji wa utawala wa Hund. Katika ngazi ndogo ya 3d kiasi cha juu, seli (nne) zimejazwa na elektroni ambazo hazijaoanishwa. Picha ya muundo wa ganda la elektroni katika atomi katika mfumo wa fomula za elektroniki na katika mfumo wa michoro haionyeshi wazi. mali ya wimbi elektroni.
Maneno ya sheria ya muda kama ilivyorekebishwa NDIYO. Mendeleev : mali ya miili rahisi, pamoja na fomu na mali ya misombo ya vipengele, ni katika utegemezi wa mara kwa mara juu ya ukubwa wa uzito wa atomiki wa vipengele.
Uundaji wa kisasa wa Sheria ya Kipindi: mali ya vipengele, pamoja na fomu na mali ya misombo yao, mara kwa mara hutegemea ukubwa wa malipo ya kiini cha atomi zao.
Kwa hivyo, malipo chanya ya kiini (sio wingi wa atomiki) iligeuka kuwa hoja sahihi zaidi ambayo mali ya vipengele na misombo yao hutegemea
Valence- Hii ni idadi ya vifungo vya kemikali ambavyo atomi moja inaunganishwa na nyingine.
Uwezo wa valence wa atomi imedhamiriwa na idadi ya elektroni ambazo hazijaunganishwa na uwepo wa obiti za atomiki za bure kwenye ngazi ya nje. Muundo wa viwango vya nishati ya nje ya atomi za vitu vya kemikali huamua tabia ya atomi zao. Kwa hivyo, viwango hivi huitwa viwango vya valence. Elektroni za viwango hivi, na wakati mwingine za viwango vya awali vya nje, zinaweza kushiriki katika uundaji wa vifungo vya kemikali. Elektroni kama hizo pia huitwa elektroni za valence.
Valency ya Stoichiometrickipengele cha kemikali- hii ni idadi ya vilinganishi ambavyo atomi fulani inaweza kujiambatanisha nayo yenyewe, au idadi ya visawe katika atomi.
Sawa huamuliwa na idadi ya atomi za hidrojeni zilizoambatishwa au kubadilishwa, kwa hivyo valency ya stoichiometric ni sawa na idadi ya atomi za hidrojeni ambazo atomi fulani huingiliana. Lakini sio vitu vyote vinavyoingiliana kwa uhuru, lakini karibu vyote vinaingiliana na oksijeni, kwa hivyo valence ya stoichiometric inaweza kufafanuliwa kama mara mbili ya idadi ya atomi za oksijeni zilizowekwa.
Kwa mfano, valence ya stoichiometric ya sulfuri katika sulfidi hidrojeni H 2 S ni 2, katika oksidi SO 2 - 4, katika oksidi SO 3 -6.
Wakati wa kuamua valence ya stoichiometric ya kipengele kwa kutumia fomula ya kiwanja cha binary, mtu anapaswa kuongozwa na sheria: valence ya jumla ya atomi zote za kipengele kimoja lazima iwe sawa na valence jumla ya atomi zote za kipengele kingine.
Hali ya oxidation Pia sifa ya muundo wa dutu na ni sawa na valency stoichiometric na ishara plus (kwa chuma au kipengele electropositive zaidi katika molekuli) au minus.
1. Katika vitu rahisi, hali ya oxidation ya vipengele ni sifuri.
2. Hali ya oxidation ya florini katika misombo yote ni -1. Halojeni zilizobaki (klorini, bromini, iodini) zilizo na metali, hidrojeni na vitu vingine vya elektroni pia vina hali ya oxidation ya -1, lakini katika misombo iliyo na vitu vya elektroni zaidi. maadili chanya hali ya oxidation.
3. Oksijeni katika misombo ina hali ya oxidation ya -2; isipokuwa ni peroksidi ya hidrojeni H 2 O 2 na derivatives yake (Na 2 O 2, BaO 2, nk., ambayo oksijeni ina hali ya oxidation ya -1, pamoja na floridi ya oksijeni YA 2, ambayo hali ya oxidation ya oksijeni. ni +2.
4. Vipengele vya alkali (Li, Na, K, nk) na vipengele kikundi kidogo kundi la pili la Jedwali la Periodic (Kuwa, Mg, Ca, nk) daima huwa na hali ya oxidation sawa na nambari ya kikundi, yaani, +1 na +2, kwa mtiririko huo.
5. Vipengele vyote vya kundi la tatu, isipokuwa thallium, vina hali ya oxidation ya mara kwa mara sawa na nambari ya kikundi, i.e. +3.
6. Hali ya juu ya oxidation ya kipengele ni sawa na nambari ya kikundi cha Jedwali la Periodic, na ya chini ni tofauti: nambari ya kikundi ni 8. Kwa mfano, hali ya juu ya oxidation ya nitrojeni (iko katika kundi la tano) ni +5 (katika asidi ya nitriki na chumvi zake), na ya chini kabisa ni sawa na -3 (katika chumvi za amonia na amonia).
7. Hali ya oxidation ya vipengele katika kiwanja kufuta kila mmoja nje ili jumla yao kwa atomi zote katika molekuli au kitengo cha fomula ya neutral ni sifuri, na kwa ioni ni malipo yake.
Sheria hizi zinaweza kutumika kuamua hali isiyojulikana ya oxidation ya kipengele katika kiwanja ikiwa hali za oxidation za wengine zinajulikana, na kuunda fomula za misombo ya multielement.
Hali ya oxidation (nambari ya oksidi) — thamani ya kawaida ya kurekodi michakato ya oxidation, kupunguza na athari za redox.
Dhana hali ya oxidation mara nyingi hutumika katika kemia isokaboni badala ya dhana valence. Hali ya oksidi ya atomi ni sawa na thamani ya nambari malipo ya umeme, iliyogawiwa atomi kwa kudhani kuwa jozi za elektroni zinazounganisha zinaegemea kabisa atomi zisizo za kielektroniki (hiyo ni, chini ya dhana kwamba kiwanja kina ioni pekee).
Nambari ya oksidi inalingana na idadi ya elektroni ambazo lazima ziongezwe kwa ioni chanya ili kuipunguza hadi atomi ya upande wowote, au kutolewa kutoka kwa ioni hasi ili kuiongeza kwa atomi ya upande wowote:
Al 3+ + 3e − → Al
S 2− → S + 2e − (S 2− − 2e − → S)
Mali ya vipengele, kulingana na muundo wa shell ya elektroni ya atomi, hubadilika kulingana na vipindi na vikundi meza ya mara kwa mara. Kwa kuwa katika safu ya vitu vya analog miundo ya elektroniki ni sawa tu, lakini sio sawa, basi wakati wa kuhama kutoka kwa kitu kimoja kwenye kikundi hadi kingine, sio marudio rahisi ya mali huzingatiwa kwao, lakini mabadiliko yao ya asili zaidi au kidogo. .
Asili ya kemikali ya kipengele imedhamiriwa na uwezo wa atomi yake kupoteza au kupata elektroni. Uwezo huu unakadiriwa na maadili ya nishati ya ionization na ushirika wa elektroni.
Nishati ya ionization (E na) ni kiwango cha chini cha nishati kinachohitajika kwa uchukuaji na uondoaji kamili wa elektroni kutoka kwa atomi katika awamu ya gesi kwa T = 0.
K bila uhamisho kwa elektroni iliyotolewa nishati ya kinetic na mabadiliko ya atomi kuwa ioni iliyo na chaji chanya: E + Ei = E+ + e-. Nishati ya ionization ni kiasi chanya na ina maadili madogo zaidi kwa atomi za metali za alkali na kubwa zaidi kwa atomi za gesi zenye ubora (zinazoingia).
Mshikamano wa elektroni (E) ni nishati iliyotolewa au kufyonzwa wakati elektroni inapoongezwa kwa atomi katika awamu ya gesi katika T = 0
K na mageuzi ya atomi kuwa ioni yenye chaji hasi bila kuhamisha nishati ya kinetiki kwa chembe:
E + e- = E- + Ee.
Halojeni, haswa fluorini, zina mshikamano wa juu wa elektroni (Ee = -328 kJ/mol).
Thamani za Ei na Ee huonyeshwa kwa kilojuli kwa mole (kJ/mol) au katika voti za elektroni kwa atomi (eV).
Uwezo wa atomi iliyounganishwa kuhamisha elektroni za vifungo vya kemikali kuelekea yenyewe, kuongeza msongamano wa elektroni kuzunguka yenyewe huitwa. uwezo wa kielektroniki.
Dhana hii ilianzishwa katika sayansi na L. Pauling. Umemeinayoonyeshwa kwa ishara ÷ na inabainisha tabia ya atomi iliyotolewa kuongeza elektroni inapounda dhamana ya kemikali.
Kulingana na R. Maliken, uwezo wa kielektroniki wa atomi unakadiriwa na nusu ya jumla ya nishati ya uionization na miambatano ya elektroni ya atomi huria = (Ee + Ei)/2
Katika vipindi kuna tabia ya jumla ya nishati ya ionization na elektronegativity kuongezeka kwa kuongezeka kwa malipo ya kiini cha atomiki; katika vikundi maadili haya huongezeka. nambari ya serial vipengele hupungua.
Inapaswa kusisitizwa kuwa kipengele hakiwezi kupewa thamani ya mara kwa mara ya elektroni, kwani inategemea mambo mengi, hasa juu ya hali ya valence ya kipengele, aina ya kiwanja ambacho imejumuishwa, na idadi na aina ya atomi za jirani. .
Radi ya atomiki na ioni. Saizi ya atomi na ioni imedhamiriwa na saizi ya ganda la elektroni. Kwa mujibu wa dhana za mitambo ya quantum, shell ya elektroni haina mipaka iliyoelezwa madhubuti. Kwa hiyo, radius ya atomi ya bure au ion inaweza kuchukuliwa kama umbali uliohesabiwa kinadharia kutoka kwa kiini hadi nafasi ya upeo kuu wa msongamano wa mawingu ya elektroni ya nje. Umbali huu unaitwa radius ya obiti. Katika mazoezi, radii ya atomi na ioni katika misombo kawaida hutumiwa, iliyohesabiwa kulingana na data ya majaribio. Katika kesi hii, radii ya covalent na metali ya atomi hutofautishwa.
Utegemezi wa radii ya atomiki na ioni kwenye chaji ya kiini cha atomi ya kipengele ni asili ya mara kwa mara.. Katika vipindi, idadi ya atomiki inapoongezeka, radii huwa na kupungua. Upungufu mkubwa zaidi ni wa kawaida kwa vipengele vya muda mfupi, kwani kiwango chao cha nje cha elektroniki kinajazwa. Katika vipindi vikubwa katika familia za d- na f-vipengele, mabadiliko haya ni makali kidogo, kwani ndani yao kujazwa kwa elektroni hutokea kwenye safu ya nje ya nje. Katika vikundi vidogo, radii ya atomi na ioni za aina moja kwa ujumla huongezeka.
Jedwali la mara kwa mara la vipengele ni mfano wazi maonyesho ya aina mbalimbali za upimaji katika mali ya vipengele, ambayo huzingatiwa kwa usawa (katika kipindi kutoka kushoto kwenda kulia), kwa wima (katika kikundi, kwa mfano, kutoka juu hadi chini), diagonally, i.e. mali fulani ya atomi huongezeka au hupungua, lakini upimaji unabaki.
Katika kipindi kutoka kushoto kwenda kulia (→), mali ya vioksidishaji na isiyo ya metali ya vipengele huongezeka, na kupunguza na mali ya metali hupungua. Kwa hiyo, kati ya vipengele vyote vya kipindi cha 3, sodiamu itakuwa chuma cha kazi zaidi na wakala wa kupunguza nguvu zaidi, na klorini itakuwa wakala wa oksidi kali zaidi.
Dhamana ya kemikali- Huu ni muunganisho wa kuheshimiana wa atomi katika molekuli, au kimiani ya kioo, kama matokeo ya hatua ya nguvu za umeme za kivutio kati ya atomi.
Huu ni mwingiliano wa elektroni zote na nuclei zote, na kusababisha kuundwa kwa mfumo thabiti, wa polyatomic (radical, ion molekuli, molekuli, kioo).
Vifungo vya kemikali vinafanywa na elektroni za valence. Kwa mujibu wa dhana za kisasa, dhamana ya kemikali ni ya asili ya elektroniki, lakini inafanywa kwa njia tofauti. Kwa hivyo, kuna aina tatu kuu za vifungo vya kemikali: covalent, ionic, metali.Hutokea kati ya molekuli dhamana ya hidrojeni, na kutokea van der Waals mwingiliano.
Tabia kuu za dhamana ya kemikali ni pamoja na:
- urefu wa uunganisho - Huu ni umbali kati ya nyuklia kati ya atomi zilizounganishwa kwa kemikali.
Inategemea asili ya atomi zinazoingiliana na wingi wa dhamana. Kwa kuongezeka kwa wingi, urefu wa dhamana hupungua na, kwa hiyo, nguvu zake huongezeka;
- wingi wa dhamana imedhamiriwa na idadi ya jozi za elektroni zinazounganisha atomi mbili. Kadiri wingi unavyoongezeka, nishati inayofunga huongezeka;
- angle ya uunganisho- pembe kati ya mistari ya kuwazia iliyonyooka inayopita kwenye viini vya atomi mbili za jirani zilizounganishwa kwa kemikali;
Nishati ya dhamana E SV - hii ni nishati ambayo hutolewa wakati wa kuundwa kwa dhamana iliyotolewa na kutumika kwa kuvunja kwake, kJ / mol.
Kifungo cha Covalent - Kifungo cha kemikali kinachoundwa kwa kushiriki jozi ya elektroni kati ya atomi mbili.
Ufafanuzi wa dhamana ya kemikali kwa kuibuka kwa jozi za elektroni zilizoshirikiwa kati ya atomi ziliunda msingi wa nadharia ya spin ya valency, chombo ambacho ni. njia ya dhamana ya valence (MVS) , iliyogunduliwa na Lewis mwaka wa 1916. Kwa maelezo ya mitambo ya quantum ya vifungo vya kemikali na muundo wa molekuli, njia nyingine hutumiwa - njia ya obiti ya molekuli (MMO) .
Njia ya dhamana ya Valence
Kanuni za msingi za kuunda dhamana ya kemikali kwa kutumia MBC:
1. Kifungo cha kemikali kinaundwa na elektroni za valence (zisizo na paired).
2. Elektroni zilizo na mizunguko ya antiparallel mali ya atomi mbili tofauti huwa kawaida.
3. Dhamana ya kemikali huundwa tu ikiwa, wakati atomi mbili au zaidi zinakaribia kila mmoja, nishati ya jumla ya mfumo hupungua.
4. Nguvu kuu zinazofanya kazi katika molekuli ni za umeme, asili ya Coulomb.
5. Uunganisho wenye nguvu zaidi, ndivyo mawingu ya elektroni yanayoingiliana yanaingiliana.
Kuna njia mbili za kuunda vifungo vya ushirika:
Utaratibu wa kubadilishana. Dhamana huundwa kwa kushiriki elektroni za valence za atomi mbili zisizo na upande. Kila atomi huchangia elektroni moja ambayo haijaunganishwa kwa jozi ya elektroni ya kawaida:
Mchele. 7. Utaratibu wa kubadilishana kwa ajili ya kuunda vifungo vya ushirikiano: A- yasiyo ya polar; b- polar
Utaratibu wa kupokea wafadhili. Atomu moja (wafadhili) hutoa jozi ya elektroni, na atomi nyingine (kipokezi) hutoa obiti tupu kwa jozi hiyo.
miunganisho, elimu kulingana na utaratibu wa wafadhili-mkubali, ni wa misombo tata
 |
Mchele. 8. Utaratibu wa wafadhili wa kukubali wa malezi ya dhamana ya ushirikiano
Kifungo cha ushirika kina sifa fulani.
Kueneza - mali ya atomi kuunda madhubuti nambari fulani vifungo vya ushirikiano. Kutokana na kueneza kwa vifungo, molekuli zina muundo fulani.
|
Mwelekeo - t . e) kifungo kinaundwa katika mwelekeo mwingiliano wa juu mawingu ya elektroni . Kuhusiana na mstari unaounganisha vituo vya atomi zinazounda dhamana, hufautisha: σ na π (Kielelezo 9): σ-bond - hutengenezwa kwa kuingiliana kwa AO kando ya mstari unaounganisha vituo vya atomi zinazoingiliana; Kifungo π ni kifungo kinachotokea katika mwelekeo wa mhimili unaoelekea kwenye mstari ulionyooka unaounganisha viini vya atomi. Mwelekeo wa dhamana huamua muundo wa anga wa molekuli, yaani, sura yao ya kijiometri. Mseto - ni badiliko la umbo la baadhi ya obiti wakati wa kuunda kifungo cha ushirikiano ili kufikia mwingiliano wa obiti unaofaa zaidi. Kifungo cha kemikali kilichoundwa na ushiriki wa elektroni za orbitals za mseto ni nguvu zaidi kuliko dhamana na ushiriki wa elektroni za s- na p-orbitals zisizo za mseto, kwani mwingiliano zaidi hufanyika. Tofautisha aina zifuatazo mseto (Mchoro 10, Jedwali 31): |
sp mseto - s-obiti moja na p-orbital moja hugeuka kuwa obiti mbili za "mseto" zinazofanana, pembe kati ya shoka zao ni 180 °. Molekuli ambazo sp-mseto hutokea zina jiometri ya mstari (BeCl 2).sp 2 mseto- s-orbital moja na p-orbital mbili hugeuka kuwa obiti tatu za "mseto" zinazofanana, pembe kati ya shoka zao ni 120 °. Molekuli ambazo sp 2 mseto hutokea zina jiometri bapa (BF 3, AlCl 3).
sp 3-mseto- s-obiti moja na p-orbitali tatu hubadilika kuwa obiti nne zinazofanana za "mseto", pembe kati ya shoka ambayo ni 109 ° 28". Molekuli ambamo mseto wa sp 3 hutokea zina jiometri ya tetrahedral (CH 4 , NH 3).
Mchele. 10. Aina za mseto wa obiti za valence: a -sp-mseto wa orbitals ya valence; b - sp 2 - mseto wa orbitals ya valence; V - sp 3-mseto wa obiti za valence
Kemikali ni ulimwengu unaotuzunguka umeundwa.
Mali ya kila dutu ya kemikali imegawanywa katika aina mbili: kemikali, ambayo ina sifa ya uwezo wake wa kuunda vitu vingine, na kimwili, ambayo inazingatiwa kwa lengo na inaweza kuzingatiwa kwa kutengwa na mabadiliko ya kemikali. Kwa mfano, mali ya kimwili ya dutu ni yake hali ya mkusanyiko(imara, kioevu au gesi), conductivity ya mafuta, uwezo wa joto, umumunyifu katika vyombo vya habari mbalimbali (maji, pombe, nk), wiani, rangi, ladha, nk.
Mabadiliko ya baadhi vitu vya kemikali katika vitu vingine huitwa matukio ya kemikali au athari za kemikali. Ikumbukwe kwamba pia kuna matukio ya kimwili ambayo ni wazi yanaambatana na mabadiliko katika baadhi mali za kimwili vitu bila kubadilishwa kuwa vitu vingine. KWA matukio ya kimwili, kwa mfano, ni pamoja na kuyeyuka kwa barafu, kufungia au uvukizi wa maji, nk.
Ukweli kwamba jambo la kemikali hutokea wakati wa mchakato wowote unaweza kuhitimishwa kwa kuchunguza sifa za tabia athari za kemikali, kama vile mabadiliko ya rangi, mchanga, mabadiliko ya gesi, joto na/au mwanga.
Kwa mfano, hitimisho juu ya kutokea kwa athari za kemikali inaweza kufanywa kwa kuangalia:
Uundaji wa sediment wakati wa kuchemsha maji, inayoitwa kiwango katika maisha ya kila siku;
Kutolewa kwa joto na mwanga wakati moto unawaka;
Badilisha katika rangi ya kata ya apple safi hewani;
Uundaji wa Bubbles za gesi wakati wa fermentation ya unga, nk.
Chembe ndogo zaidi za dutu ambazo hazifanyi mabadiliko yoyote wakati wa athari za kemikali, lakini zinaunganishwa tu kwa njia mpya, huitwa atomi.
Wazo lenyewe la uwepo wa vitengo kama hivyo vya jambo liliibuka tena Ugiriki ya kale katika mawazo ya wanafalsafa wa kale, ambayo kwa kweli inaelezea asili ya neno "atomu", kwani "atomos" iliyotafsiriwa kutoka kwa Kigiriki ina maana "isiyoonekana".
Walakini, kinyume na wazo la wanafalsafa wa Uigiriki wa zamani, atomi sio kiwango cha chini kabisa cha maada, i.e. wao wenyewe wana muundo tata.
Kila chembe lina kinachojulikana chembe subatomic - protoni, neutroni na elektroni, mteule kwa mtiririko huo na alama p +, n o na e -. Nakala kuu katika nukuu iliyotumiwa inaonyesha kuwa protoni ina chaji chanya ya kitengo, elektroni ina chaji hasi ya kitengo, na neutroni haina malipo.
Kuhusu muundo wa ubora wa atomi, katika kila atomi protoni zote na neutroni zimejilimbikizia kwenye kile kinachojulikana kama kiini, ambacho elektroni huunda shell ya elektroni.
Protoni na neutron zina karibu wingi sawa, i.e. m p ≈ m n, na wingi wa elektroni ni karibu mara 2000 chini ya wingi wa kila mmoja wao, i.e. m p /m e ≈ m n /m e ≈ 2000.
Kwa kuwa mali ya msingi ya atomi ni kutokuwa na upande wa umeme, na malipo ya elektroni moja ni sawa na malipo ya protoni moja, kutokana na hili tunaweza kuhitimisha kwamba idadi ya elektroni katika atomi yoyote ni sawa na idadi ya protoni.
Kwa mfano, jedwali hapa chini linaonyesha muundo unaowezekana wa atomi:
Aina ya atomi zilizo na malipo sawa ya nyuklia, i.e. Na idadi sawa protoni katika nuclei zao huitwa kipengele cha kemikali. Kwa hivyo, kutokana na jedwali hapo juu tunaweza kuhitimisha kwamba atomu1 na atomu2 ni mali ya kipengele kimoja cha kemikali, na atomu3 na atomu4 ni mali ya kipengele kingine cha kemikali.
Kila kipengele cha kemikali kina jina lake na ishara ya mtu binafsi, ambayo inasomwa kwa njia fulani. Kwa hivyo, kwa mfano, kitu rahisi zaidi cha kemikali, atomi ambazo zina protoni moja tu kwenye kiini, huitwa "hidrojeni" na inaonyeshwa na ishara "H", ambayo inasomwa kama "majivu", na kipengele cha kemikali na malipo ya nyuklia ya +7 (yaani iliyo na protoni 7) - "nitrojeni", ina alama "N", ambayo inasomwa kama "en".
Kama unavyoona kutoka kwenye jedwali hapo juu, atomi za kipengele kimoja cha kemikali zinaweza kutofautiana katika idadi ya neutroni kwenye viini vyake.
Atomi za kipengele sawa cha kemikali, lakini kuwa na kiasi tofauti neutroni na, kama matokeo, wingi huitwa isotopu.
Kwa mfano, kipengele cha kemikali hidrojeni ina isotopu tatu - 1 H, 2 H na 3 H. Fahirisi 1, 2 na 3 juu ya ishara H inamaanisha jumla ya idadi ya neutroni na protoni. Wale. Kujua kwamba hidrojeni ni kipengele cha kemikali, ambayo ina sifa ya ukweli kwamba kuna protoni moja katika nuclei ya atomi zake, tunaweza kuhitimisha kuwa katika isotopu ya 1 H hakuna neutroni kabisa (1-1 = 0), katika isotopu 2 H - nyutroni 1 (2-1=1) na katika isotopu ya H 3 - neutroni mbili (3-1=2). Kwa kuwa, kama ilivyotajwa tayari, neutron na protoni zina misa sawa, na wingi wa elektroni ni mdogo kwa kulinganisha nao, hii inamaanisha kuwa isotopu ya 2 H ni karibu mara mbili ya isotopu ya 1 H, na 3. H isotopu ni nzito hata mara tatu. Kwa sababu ya mtawanyiko huo mkubwa katika wingi wa isotopu za hidrojeni, isotopu 2 H na 3 H zilipewa majina na alama tofauti, ambazo sio kawaida kwa kipengele kingine chochote cha kemikali. Isotopu ya 2H iliitwa deuterium na ikapewa alama D, na isotopu ya 3H ilipewa jina la tritium na kupewa alama T.
Ikiwa tunachukua wingi wa protoni na neutroni kama moja, na kupuuza wingi wa elektroni, kwa kweli index ya juu kushoto, pamoja na jumla ya idadi ya protoni na neutroni katika atomi, inaweza kuchukuliwa kuwa wingi wake, na kwa hiyo. index hii inaitwa idadi ya wingi na huteuliwa kwa ishara A. Kwa kuwa protoni huwajibika kwa malipo ya kiini cha atomi yoyote, na chaji ya kila protoni kikawaida inachukuliwa kuwa sawa na +1, idadi ya protoni katika kiini inaitwa nambari ya malipo (Z. ) Kwa kuashiria idadi ya nyutroni katika atomi kama N, uhusiano kati ya nambari ya wingi, nambari ya chaji, na idadi ya neutroni unaweza kuonyeshwa kihisabati kama:
Kwa mujibu wa dhana za kisasa, elektroni ina asili ya mbili (chembe-wimbi). Ina mali ya chembe na wimbi. Kama chembe, elektroni ina wingi na chaji, lakini wakati huo huo, mtiririko wa elektroni, kama wimbi, unaonyeshwa na uwezo wa kutofautisha.
Ili kuelezea hali ya elektroni katika atomi, dhana za mechanics ya quantum hutumiwa, kulingana na ambayo elektroni haina trajectory maalum ya mwendo na inaweza kuwa katika hatua yoyote ya nafasi, lakini kwa uwezekano tofauti.
Eneo la nafasi karibu na kiini ambapo elektroni ina uwezekano mkubwa wa kupatikana huitwa obiti ya atomiki.
Obiti ya atomiki inaweza kuwa maumbo mbalimbali, ukubwa na mwelekeo. Obiti ya atomiki pia inaitwa wingu la elektroni.
Kielelezo, obiti moja ya atomiki kawaida huonyeshwa kama seli ya mraba:
Mechanics ya quantum ina vifaa vya hesabu ngumu sana, kwa hivyo, katika mfumo wa kozi ya kemia ya shule, matokeo tu ya nadharia ya mitambo ya quantum huzingatiwa.
Kulingana na matokeo haya, orbital yoyote ya atomiki na elektroni iliyo ndani yake ina sifa kamili ya nambari 4 za quantum.
- Nambari kuu ya quantum, n, huamua jumla ya nishati ya elektroni katika obiti fulani. Msururu wa maadili ya nambari kuu ya quantum - yote nambari kamili, i.e. n = 1,2,3,4, 5, nk.
- Nambari ya obiti ya quantum - l - ina sifa ya umbo la obiti ya atomiki na inaweza kuchukua thamani yoyote kamili kutoka 0 hadi n-1, ambapo n, kumbuka, ni nambari kuu ya quantum.
Orbitals na l = 0 huitwa s-obiti. s-Orbitals zina umbo la duara na hazina mwelekeo katika nafasi:
Orbitals na l = 1 huitwa uk-obiti. Orbital hizi zina sura ya takwimu tatu-dimensional nane, i.e. umbo lililopatikana kwa kuzungusha takwimu nane kuzunguka mhimili wa ulinganifu, na kwa nje inafanana na dumbbell:
Orbitals na l = 2 huitwa d-obiti, na kwa l = 3 - f-obiti. Muundo wao ni ngumu zaidi.
3) Nambari ya sumaku ya quantum - m l - huamua mwelekeo wa anga wa obiti maalum ya atomiki na inaelezea makadirio ya kasi ya angular ya obiti kwenye mwelekeo. shamba la sumaku. Nambari ya sumaku ya quantum m l inalingana na mwelekeo wa jamaa ya obiti kwa mwelekeo wa vekta ya nguvu ya shamba la sumaku na inaweza kuchukua maadili kamili kutoka -l hadi +l, pamoja na 0, i.e. jumla maadili iwezekanavyo sawa (2l+1). Kwa hiyo, kwa mfano, kwa l = 0 m l = 0 (thamani moja), kwa l = 1 m l = -1, 0, +1 (maadili matatu), kwa l = 2 m l = -2, -1, 0, + 1 , +2 (thamani tano za nambari ya sumaku ya sumaku), nk.
Kwa hiyo, kwa mfano, p-orbitals, i.e. orbitals zilizo na nambari ya orbital quantum l = 1, iliyo na sura ya "takwimu ya pande tatu ya nane," inalingana na maadili matatu ya nambari ya sumaku (-1, 0, +1), ambayo, kwa upande wake, yanahusiana na pande tatu perpendicular kwa kila mmoja katika nafasi.
4) Nambari ya spin quantum (au inazunguka tu) - m s - inaweza kuzingatiwa kawaida kuwajibika kwa mwelekeo wa mzunguko wa elektroni kwenye atomi; inaweza kuchukua maadili. Elektroni zilizo na mizunguko tofauti huonyeshwa kwa mishale ya wima iliyoelekezwa kwa mwelekeo tofauti: ↓ na .
Seti ya obiti zote katika atomi ambayo ina nambari kuu ya quantum inaitwa kiwango cha nishati au shell ya elektroni. Kiwango chochote cha nishati kiholela na nambari fulani n kinajumuisha n 2 obiti.
Seti ya obiti yenye thamani sawa za nambari kuu ya quantum na nambari ya obiti ya quantum inawakilisha kiwango kidogo cha nishati.
Kila ngazi ya nishati, ambayo inalingana na nambari kuu ya quantum n, ina viwango vidogo vya n. Kwa upande wake, kila ngazi ndogo ya nishati yenye nambari ya obiti ya quantum l inajumuisha (2l+1) obiti. Kwa hivyo, ngazi ndogo ya s ina obiti moja, p sublevel ina obiti p tatu, d sublevel ina obiti tano d, na ngazi ndogo f ina obiti saba. Kwa kuwa, kama ilivyotajwa tayari, obiti moja ya atomiki mara nyingi huonyeshwa na seli moja ya mraba, s-, p-, d- na f-subblevels zinaweza kuwakilishwa kwa picha kama ifuatavyo:
Kila orbital inalingana na seti ya mtu binafsi iliyofafanuliwa madhubuti ya nambari tatu za quantum n, l na m l.
Usambazaji wa elektroni kati ya obiti huitwa usanidi wa elektroni.
Kujazwa kwa obiti za atomiki na elektroni hufanyika kulingana na hali tatu:
- Kanuni ya chini ya nishati: Elektroni hujaza obiti kuanzia kiwango cha chini kabisa cha nishati. Mlolongo wa ngazi ndogo katika kuongeza mpangilio wa nishati ni kama ifuatavyo: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;
Ili iwe rahisi kukumbuka mlolongo huu wa kujaza viwango vidogo vya elektroniki, kielelezo kifuatacho cha picha ni rahisi sana:
- Kanuni ya Pauli: Kila orbitali inaweza kuwa na si zaidi ya elektroni mbili.
Ikiwa kuna elektroni moja katika obiti, basi inaitwa bila paired, na ikiwa kuna mbili, basi huitwa jozi ya elektroni.
- Utawala wa Hund: hali thabiti zaidi ya atomi ni ile ambayo, ndani ya ngazi ndogo moja, atomi ina idadi ya juu iwezekanavyo ya elektroni ambazo hazijaoanishwa. Hali hii thabiti zaidi ya atomi inaitwa hali ya ardhini.
Kwa kweli, hapo juu inamaanisha kuwa, kwa mfano, uwekaji wa elektroni za 1, 2, 3 na 4 katika obiti tatu za p-sublevel itafanywa kama ifuatavyo.
Kujazwa kwa obiti za atomiki kutoka kwa hidrojeni, ambayo ina nambari ya malipo ya 1, hadi krypton (Kr), na nambari ya malipo ya 36, itafanywa kama ifuatavyo.
Uwakilishi huo wa utaratibu wa kujaza obiti za atomiki huitwa mchoro wa nishati. Kulingana na michoro za elektroniki za vipengele vya mtu binafsi, inawezekana kuandika formula zao zinazoitwa elektroniki (mipangilio). Kwa hiyo, kwa mfano, kipengele kilicho na protoni 15 na, kama matokeo, elektroni 15, i.e. fosforasi (P) itakuwa na mchoro ufuatao wa nishati:
Inapobadilishwa kuwa fomula ya elektroniki, atomi ya fosforasi itachukua fomu:
15 P = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
Nambari za ukubwa wa kawaida zilizo upande wa kushoto wa ishara ya kiwango kidogo huonyesha nambari ya kiwango cha nishati, na maandishi makuu yaliyo upande wa kulia wa alama ndogo yanaonyesha idadi ya elektroni katika kiwango kidogo kinacholingana.
Ifuatayo ni fomula za kielektroniki za vitu 36 vya kwanza vya jedwali la upimaji na D.I. Mendeleev.
| kipindi | Kipengee nambari. | ishara | Jina | fomula ya elektroniki |
| I | 1 | H | hidrojeni | 1 kis 1 |
| 2 | Yeye | heliamu | 1 kis 2 | |
| II | 3 | Li | lithiamu | 1 2 2s 1 |
| 4 | Kuwa | beriliamu | 1 2 2s 2 | |
| 5 | B | boroni | 1s 2 2s 2 2p 1 | |
| 6 | C | kaboni | 1s 2 2s 2 2p 2 | |
| 7 | N | naitrojeni | 1s 2 2s 2 2p 3 | |
| 8 | O | oksijeni | 1s 2 2s 2 2p 4 | |
| 9 | F | florini | 1s 2 2s 2 2p 5 | |
| 10 | Ne | neoni | 1s 2 2s 2 2p 6 | |
| III | 11 | Na | sodiamu | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 |
| 12 | Mg | magnesiamu | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 | |
| 13 | Al | alumini | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 | |
| 14 | Si | silicon | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 | |
| 15 | P | fosforasi | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 | |
| 16 | S | salfa | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 | |
| 17 | Cl | klorini | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 | |
| 18 | Ar | argon | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 | |
| IV | 19 | K | potasiamu | 1 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 |
| 20 | Ca | kalsiamu | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 | |
| 21 | Sc | scandium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 | |
| 22 | Ti | titani | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2 | |
| 23 | V | vanadium | 1 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 | |
| 24 | Cr | chromium | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 hapa tunaona kuruka kwa elektroni moja kwa s juu d ngazi ndogo | |
| 25 | Mhe | manganese | 1 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 | |
| 26 | Fe | chuma | 1 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 | |
| 27 | Co | kobalti | 1 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7 | |
| 28 | Ni | nikeli | 1 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8 | |
| 29 | Cu | shaba | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 hapa tunaona kuruka kwa elektroni moja kwa s juu d ngazi ndogo | |
| 30 | Zn | zinki | 1 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 | |
| 31 | Ga | galiamu | 1 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1 | |
| 32 | Ge | germanium | 1 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2 | |
| 33 | Kama | arseniki | 1 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3 | |
| 34 | Se | selenium | 1 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4 | |
| 35 | Br | bromini | 1 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 | |
| 36 | Kr | kryptoni | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 |
Kama ilivyoelezwa tayari, katika hali yao ya chini, elektroni katika obiti za atomiki ziko kulingana na kanuni ya nishati ndogo. Hata hivyo, mbele ya p-orbitals tupu katika hali ya chini ya atomi, mara nyingi, kwa kutoa nishati ya ziada kwake, atomi inaweza kuhamishiwa kwenye kinachojulikana hali ya msisimko. Kwa mfano, atomi ya boroni katika hali yake ya chini ina usanidi wa elektroniki na mchoro wa nishati wa fomu ifuatayo:
5 B = 1s 2 2s 2 2p 1
Na katika hali ya msisimko (*), i.e. Wakati nishati fulani inapotolewa kwa atomi ya boroni, usanidi wake wa elektroni na mchoro wa nishati utaonekana kama hii:
5 B* = 1s 2 2s 1 2p 2
Kulingana na kiwango gani cha atomi kilichojazwa mwisho, vipengele vya kemikali vinagawanywa katika s, p, d au f.
Kupata vipengele vya s, p, d na f katika jedwali la D.I. Mendeleev:
- Vipengee vya s vina s-subblevel ya mwisho ya kujazwa. Vipengele hivi ni pamoja na vitu vya kuu (upande wa kushoto kwenye seli ya jedwali) vikundi vidogo vya vikundi vya I na II.
- Kwa vipengele vya p, p-sublevel imejazwa. Vipengele vya p ni pamoja na vipengele sita vya mwisho vya kila kipindi, isipokuwa ya kwanza na ya saba, pamoja na vipengele vya vikundi vidogo vya vikundi vya III-VIII.
- d-vipengele viko kati ya s- na p-elementi katika vipindi vikubwa.
- f-Elements huitwa lanthanides na actinides. Zimeorodheshwa chini ya jedwali la D.I. Mendeleev.
Wakati wa kuandika fomula za elektroniki za atomi za vitu, onyesha viwango vya nishati (maadili ya nambari kuu ya quantum). n kwa namna ya nambari - 1, 2, 3, nk), viwango vya chini vya nishati (maadili ya nambari ya orbital quantum l kwa njia ya barua - s, uk, d, f) na nambari iliyo juu inaonyesha idadi ya elektroni katika kiwango kidogo kilichotolewa.
Kipengele cha kwanza kwenye jedwali ni D.I. Mendeleev ni hidrojeni, kwa hivyo malipo ya kiini cha atomi N sawa na 1, atomi ina elektroni moja tu kwa kila s-enye ngazi ya kwanza. Kwa hivyo, formula ya elektroniki ya atomi ya hidrojeni ina fomu:
Kipengele cha pili ni heliamu; atomi yake ina elektroni mbili, kwa hivyo fomula ya elektroniki ya atomi ya heliamu ni 2. Sivyo 1s 2. Kipindi cha kwanza kinajumuisha vipengele viwili tu, kwani ngazi ya kwanza ya nishati imejazwa na elektroni, ambayo inaweza tu kuchukuliwa na elektroni 2.
Kipengele cha tatu kwa utaratibu - lithiamu - tayari iko katika kipindi cha pili, kwa hiyo, ngazi yake ya pili ya nishati huanza kujazwa na elektroni (tulizungumza juu ya hili hapo juu). Kujazwa kwa kiwango cha pili na elektroni huanza na s-Sublevel, kwa hivyo fomula ya elektroniki ya atomi ya lithiamu ni 3 Li 1s 2 2s 1 . Atomi ya berili imekamilika kujazwa na elektroni s-upungufu: 4 Ve 1s 2 2s 2 .
Katika mambo yaliyofuata ya kipindi cha 2, kiwango cha pili cha nishati kinaendelea kujazwa na elektroni, sasa tu imejazwa na elektroni. R-upungufu: 5 KATIKA 1s 2 2s 2 2R 1 ; 6 NA 1s 2 2s 2 2R 2 … 10 Ne 1s 2 2s 2 2R 6 .
Atomu ya neon inakamilisha kujaza na elektroni R-sublevel, kipengele hiki kinamaliza kipindi cha pili, kina elektroni nane, tangu s- Na R-Sublevels inaweza kuwa na elektroni nane pekee.
Vipengele vya kipindi cha 3 vina mlolongo sawa wa kujaza sublevels za nishati za ngazi ya tatu na elektroni. Njia za elektroniki za atomi za vitu vingine vya kipindi hiki ni kama ifuatavyo.
11 Na 1s 2 2s 2 2R 6 3s 1 ; 12 Mg 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 ; 13 Al 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3uk 1 ;
14 Si 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3uk 2 ;…; 18 Ar 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3uk 6 .
Kipindi cha tatu, kama cha pili, kinaisha na kitu (argon), ambacho kimejaa kabisa elektroni R- ngazi ndogo, ingawa ngazi ya tatu inajumuisha ngazi ndogo tatu ( s, R, d) Kulingana na agizo hapo juu la kujaza viwango vya chini vya nishati kulingana na sheria za Klechkovsky, nishati ya kiwango cha 3. d nishati zaidi ya kiwango cha 4 s, kwa hiyo, atomi ya potasiamu karibu na argon na atomi ya kalsiamu nyuma yake imejaa elektroni 3. s- ngazi ndogo ya ngazi ya nne:
19 KWA 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3uk 6 4s 1 ; 20 Saa 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3uk 6 4s 2 .
Kuanzia kipengele cha 21 - scandium, sublevel 3 kwenye atomi za vitu huanza kujazwa na elektroni. d. Fomula za kielektroniki za atomi za vitu hivi ni:
21 Sc 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3uk 6 4s 2 3d 1 ; 22 Ti 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3uk 6 4s 2 3d 2 .
Katika atomi za kipengele cha 24 (chromium) na kipengele cha 29 (shaba), jambo linaloitwa "kuvuja" au "kushindwa" kwa elektroni huzingatiwa: elektroni kutoka nje 4. s- ngazi ndogo "inaanguka" kwa 3 d- ngazi ndogo, kukamilisha kuijaza katikati (kwa chromium) au kabisa (kwa shaba), ambayo inachangia utulivu mkubwa wa atomi:
24 Cr 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3uk 6 4s 1 3d 5 (badala ya...4 s 2 3d 4) na
29 Cu 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3uk 6 4s 1 3d 10 (badala ya...4 s 2 3d 9).
Kuanzia kipengele cha 31 - gallium, kujazwa kwa kiwango cha 4 na elektroni kunaendelea, sasa - R- ngazi ndogo:
31 Ga 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3uk 6 4s 2 3d 10 4uk 1 …; 36 Kr 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3uk 6 4s 2 3d 10 4uk 6 .
Kipengele hiki kinamaliza kipindi cha nne, ambacho tayari kinajumuisha vipengele 18.
Agizo kama hilo la kujaza viwango vya chini vya nishati na elektroni hufanyika katika atomi za vitu vya kipindi cha 5. Kwa mbili za kwanza (rubidium na strontium) imejaa s- ngazi ndogo ya kiwango cha 5, kwa vipengele kumi vinavyofuata (kutoka yttrium hadi cadmium) imejazwa d- kiwango cha chini cha kiwango cha 4; Kipindi hicho kinakamilishwa na vitu sita (kutoka indium hadi xenon), atomi ambazo zimejazwa na elektroni. R- ngazi ndogo ya ngazi ya nje, ya tano. Pia kuna vipengele 18 katika kipindi.
Kwa vipengele vya kipindi cha sita, utaratibu huu wa kujaza unakiukwa. Mwanzoni mwa kipindi, kama kawaida, kuna vitu viwili ambavyo atomi zao hujazwa na elektroni s- ngazi ndogo ya nje, sita, ngazi. Kipengele kinachofuata nyuma yao, lanthanum, huanza kujaza na elektroni d- sublevel ya kiwango cha awali, i.e. 5 d. Hii inakamilisha kujaza na elektroni 5 d-sublevel huacha na vipengele 14 vinavyofuata - kutoka kwa cerium hadi lutetium - huanza kujaza f-a chini ya kiwango cha 4. Vipengele hivi vyote vimejumuishwa katika seli moja ya jedwali, na chini ni safu mlalo iliyopanuliwa ya vipengele hivi, inayoitwa lanthanides.
Kuanzia kipengele cha 72 - hafnium - hadi kipengele cha 80 - zebaki, kujaza na elektroni kunaendelea 5 d-Sublevel, na kipindi kinaisha, kama kawaida, na vitu sita (kutoka thallium hadi radoni), atomi zake zimejazwa na elektroni. R- ngazi ndogo ya nje, sita, ngazi. Hiki ni kipindi kikubwa zaidi, ikiwa ni pamoja na vipengele 32.
Katika atomi za vipengele vya kipindi cha saba, kisicho kamili, utaratibu sawa wa kujaza sublevels unaonekana kama ilivyoelezwa hapo juu. Tunawaruhusu wanafunzi kuandika fomula za elektroniki za atomi za vipengee vya vipindi vya 5 - 7 wenyewe, kwa kuzingatia kila kitu kilichosemwa hapo juu.
Kumbuka:Katika vitabu vingine vya kiada, mpangilio tofauti wa kuandika fomula za elektroniki za atomi za vitu huruhusiwa: sio kwa mpangilio ambao wamejazwa, lakini kwa mujibu wa idadi ya elektroni katika kila ngazi ya nishati iliyotolewa kwenye jedwali. Kwa mfano, fomula ya elektroniki ya atomi ya arseniki inaweza kuonekana kama: Kama 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3uk 6 3d 10 4s 2 4uk 3 .
Muundo wa makombora ya kielektroniki ya atomi za vipengee vya vipindi vinne vya kwanza: $s-$, $p-$ na $d-$elements. Usanidi wa kielektroniki wa atomi. Hali ya ardhi na msisimko wa atomi
Dhana ya atomu ilizuka katika ulimwengu wa kale ili kuashiria chembe za maada. Ilitafsiriwa kutoka kwa Kigiriki, atomu inamaanisha "isiyogawanyika."
Elektroni
Mwanafizikia wa Ireland Stoney, kulingana na majaribio, alifikia hitimisho kwamba umeme hubebwa na chembe ndogo zaidi zilizopo katika atomi za vipengele vyote vya kemikali. Mnamo $1891, Bw. Stoney alipendekeza kuziita chembe hizi elektroni, ambayo ina maana "kaharabu" katika Kigiriki.
Miaka michache baada ya elektroni kupata jina lake, mwanafizikia wa Kiingereza Joseph Thomson na mwanafizikia wa Kifaransa Jean Perrin walithibitisha kwamba elektroni hubeba malipo hasi. Hii ndiyo malipo hasi ndogo zaidi, ambayo katika kemia huchukuliwa kama kizio $(–1)$. Thomson hata imeweza kuamua kasi ya elektroni (ni sawa na kasi ya mwanga - $ 300,000 km / s) na wingi wa elektroni (ni $ 1836 mara chini ya wingi wa atomi ya hidrojeni).
Thomson na Perrin waliunganisha nguzo za chanzo cha sasa na sahani mbili za chuma - cathode na anode, iliyouzwa kwenye bomba la kioo ambalo hewa ilitolewa. Wakati voltage ya takriban volts elfu 10 ilitumiwa kwenye sahani za elektroni, kutokwa kwa mwanga kuliangaza kwenye bomba, na chembe zikaruka kutoka kwa cathode (pole hasi) hadi anode (pole chanya), ambayo wanasayansi waliiita kwanza. mionzi ya cathode, na kisha kugundua kuwa ilikuwa mkondo wa elektroni. Elektroni zinazopiga vitu maalum, kama vile kwenye skrini ya TV, husababisha mwanga.
Hitimisho lilitolewa: elektroni hutoroka kutoka kwa atomi za nyenzo ambayo cathode hufanywa.
Elektroni za bure au mtiririko wao unaweza kupatikana kwa njia nyingine, kwa mfano, kwa kupokanzwa waya wa chuma au kwa kuangaza mwanga juu ya metali zinazoundwa na vipengele vya kikundi kikuu cha kikundi cha I cha meza ya mara kwa mara (kwa mfano, cesium).
Hali ya elektroni katika atomi
Hali ya elektroni katika atomi inaeleweka kama jumla ya habari kuhusu nishati elektroni fulani ndani nafasi, ambayo iko. Tayari tunajua kwamba elektroni katika atomi haina trajectory ya mwendo, i.e. tunaweza tu kuzungumza juu uwezekano eneo lake katika nafasi karibu na kiini. Inaweza kuwa katika sehemu yoyote ya nafasi hii inayozunguka kiini, na seti ya nafasi tofauti inachukuliwa kama wingu la elektroni na wiani fulani wa chaji hasi. Kwa mfano, hii inaweza kufikiria hivi: ikiwa ingewezekana kupiga picha ya nafasi ya elektroni kwenye atomi baada ya mia moja au milioni ya sekunde, kama katika kumaliza picha, basi elektroni kwenye picha kama hizo ingewakilishwa kama hatua. Ikiwa picha nyingi kama hizo zingewekwa juu zaidi, picha hiyo ingekuwa ya wingu la elektroni lenye msongamano mkubwa zaidi ambapo kuna alama nyingi zaidi.
Takwimu inaonyesha "kata" ya msongamano wa elektroni katika atomi ya hidrojeni inayopita kwenye kiini, na mstari uliopigwa huweka mipaka ya nyanja ambayo uwezekano wa kuchunguza elektroni ni $ 90% $. Mtaro ulio karibu zaidi na kiini hufunika eneo la nafasi ambapo uwezekano wa kugundua elektroni ni $10%$, uwezekano wa kugundua elektroni ndani ya kontua ya pili kutoka kwa kiini ni $20%$, ndani ya tatu ni $≈30% $, nk. Kuna kutokuwa na uhakika katika hali ya elektroni. Ili kubainisha hali hii maalum, mwanafizikia wa Ujerumani W. Heisenberg alianzisha dhana ya kanuni ya kutokuwa na uhakika, i.e. ilionyesha kuwa haiwezekani kuamua wakati huo huo na kwa usahihi nishati na eneo la elektroni. Kwa usahihi zaidi nishati ya elektroni imedhamiriwa, zaidi ya uhakika wa nafasi yake, na kinyume chake, baada ya kuamua nafasi, haiwezekani kuamua nishati ya elektroni. Masafa ya uwezekano wa kugundua elektroni hayana mipaka iliyo wazi. Hata hivyo, inawezekana kuchagua nafasi ambapo uwezekano wa kupata elektroni ni wa juu.
Nafasi inayozunguka kiini cha atomiki ambayo elektroni ina uwezekano mkubwa wa kupatikana inaitwa obiti.
Ina takriban $90%$ ya wingu la elektroni, ambayo inamaanisha kuwa takriban $90%$ ya wakati elektroni iko katika sehemu hii ya nafasi. Kulingana na umbo lao, kuna aina nne zinazojulikana za obiti, ambazo huteuliwa na herufi za Kilatini $s, p, d$ na $f$. Uwakilishi wa kielelezo wa aina fulani za obiti za elektroni huwasilishwa kwenye takwimu.
Tabia muhimu zaidi ya mwendo wa elektroni katika orbital fulani ni nishati ya kumfunga na kiini. Elektroni zilizo na maadili sawa ya nishati huunda moja safu ya elektroni, au kiwango cha nishati. Viwango vya nishati vimehesabiwa kuanzia kwenye kiini: $1, 2, 3, 4, 5, 6$ na $7$.
Nambari kamili $n$ inayoashiria nambari ya kiwango cha nishati inaitwa nambari kuu ya quantum.
Ni sifa ya nishati ya elektroni zinazochukua kiwango fulani cha nishati. Elektroni za kiwango cha kwanza cha nishati, karibu na kiini, zina nishati ya chini zaidi. Ikilinganishwa na elektroni za kiwango cha kwanza, elektroni za viwango vinavyofuata zina sifa ya kiasi kikubwa cha nishati. Kwa hivyo, elektroni za kiwango cha nje zimefungwa kwa nguvu kidogo kwenye kiini cha atomiki.
Idadi ya viwango vya nishati (tabaka za elektroniki) katika atomi ni sawa na idadi ya kipindi katika mfumo wa D.I. Mendeleev ambao kipengele cha kemikali ni: atomi za vipengele vya kipindi cha kwanza zina kiwango kimoja cha nishati; kipindi cha pili - mbili; kipindi cha saba - saba.
Idadi kubwa ya elektroni katika kiwango cha nishati imedhamiriwa na formula:
ambapo $N$ ndio idadi ya juu zaidi ya elektroni; $n$ ni nambari ya kiwango, au nambari kuu ya quantum. Kwa hiyo: katika ngazi ya kwanza ya nishati karibu na kiini hawezi kuwa zaidi ya elektroni mbili; kwa pili - si zaidi ya $ 8$; juu ya tatu - si zaidi ya $ 18$; tarehe nne - si zaidi ya $32$. Na jinsi, kwa upande wake, viwango vya nishati (tabaka za elektroniki) hupangwa?
Kuanzia kiwango cha pili cha nishati $(n = 2)$, kila ngazi imegawanywa katika sublevels (sublayers), tofauti kidogo kutoka kwa kila mmoja katika nishati ya kuunganisha na kiini.
Idadi ya viwango vidogo ni sawa na thamani ya nambari kuu ya quantum: ngazi ya kwanza ya nishati ina ngazi moja ndogo; pili - mbili; tatu - tatu; nne - nne. Sublevels, kwa upande wake, huundwa na orbitals.
Kila thamani ya $n$ inalingana na idadi ya obiti sawa na $n^2$. Kulingana na data iliyowasilishwa kwenye jedwali, mtu anaweza kufuatilia uhusiano kati ya nambari kuu ya quantum $n$ na idadi ya viwango vidogo, aina na idadi ya obiti, na idadi ya juu zaidi ya elektroni kwenye kiwango kidogo na kiwango.
Nambari kuu ya quantum, aina na idadi ya obiti, idadi ya juu ya elektroni katika viwango vidogo na viwango.
| Kiwango cha nishati $(n)$ | Idadi ya viwango vidogo sawa na $n$ | Aina ya Orbital | Idadi ya obiti | Idadi ya juu ya elektroni | ||
| katika ngazi ndogo | katika kiwango sawa na $n^2$ | katika ngazi ndogo | kwa kiwango sawa na $n^2$ | |||
| $K(n=1)$ | $1$ | $1s$ | $1$ | $1$ | $2$ | $2$ |
| $L(n=2)$ | $2$ | $2s$ | $1$ | $4$ | $2$ | $8$ |
| $2p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $M(n=3)$ | $3$ | $3s$ | $1$ | $9$ | $2$ | $18$ |
| $3p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $3d$ | $5$ | $10$ | ||||
| $N(n=4)$ | $4$ | $4s$ | $1$ | $16$ | $2$ | $32$ |
| $4p$ | $3$ | $6$ | ||||
| $4d$ | $5$ | $10$ | ||||
| $4f$ | $7$ | $14$ | ||||
Viwango vidogo kawaida huonyeshwa na herufi za Kilatini, na vile vile umbo la obiti ambazo zinajumuisha: $s, p, d, f$. Kwa hivyo:
- $s$-sublevel - ngazi ndogo ya kwanza ya kila ngazi ya nishati iliyo karibu na kiini cha atomiki, inajumuisha $s$-orbital moja;
- $p$-sublevel - kiwango kidogo cha pili cha kila, isipokuwa cha kwanza, kiwango cha nishati, kinajumuisha tatu $p$-orbitals;
- $d$-sublevel - sublevel ya tatu ya kila mmoja, kuanzia ya tatu, ngazi ya nishati, inajumuisha tano $d$-orbitals;
- $f$-subblevel ya kila moja, kuanzia kiwango cha nne cha nishati, inajumuisha $f$-orbitals saba.
Kiini cha atomiki
Lakini sio elektroni tu ni sehemu ya atomi. Mwanafizikia Henri Becquerel aligundua kwamba madini asilia yenye chumvi ya urani pia hutoa mionzi isiyojulikana, ikifichua filamu za picha zilizokingwa dhidi ya mwanga. Jambo hili liliitwa mionzi.
Kuna aina tatu za miale ya mionzi:
- $α$-rays, ambayo inajumuisha $α$-chembe kuwa na chaji $2$ mara kubwa kuliko chaji ya elektroni, lakini kwa ishara chanya, na wingi $4$ mara kubwa kuliko wingi wa atomi hidrojeni;
- $β$-rays inawakilisha mtiririko wa elektroni;
- $γ$-rays ni mawimbi ya sumakuumeme yenye uzito mdogo ambayo hayabeba chaji ya umeme.
Kwa hivyo, atomi ina muundo changamano - ina kiini cha chaji chanya na elektroni.
Je, atomi imeundwaje?
Mnamo 1910, huko Cambridge, karibu na London, Ernest Rutherford na wanafunzi wake na wenzake walisoma mtawanyiko wa chembe za $α$ kupita kwenye karatasi nyembamba ya dhahabu na kuanguka kwenye skrini. Chembe za alfa kwa kawaida hukengeuka kutoka kwa mwelekeo wa asili kwa shahada moja tu, ikionekana kuthibitisha usawa na usawa wa sifa za atomi za dhahabu. Na ghafla watafiti waligundua kuwa baadhi ya chembe za $α$ zilibadilisha ghafla mwelekeo wa njia yao, kana kwamba wanakutana na aina fulani ya kizuizi.
Kwa kuweka skrini mbele ya karatasi, Rutherford aliweza kugundua hata visa hivyo adimu wakati chembe za $α$, zilizoakisiwa kutoka kwa atomi za dhahabu, ziliruka kuelekea upande mwingine.
Hesabu zilionyesha kuwa matukio yaliyotazamwa yanaweza kutokea ikiwa wingi mzima wa atomi na chaji yake yote chanya vingejilimbikizia kwenye kiini kidogo cha kati. Radi ya kiini, kama ilivyotokea, ni ndogo mara 100,000 kuliko radius ya atomi nzima, eneo ambalo elektroni zilizo na malipo hasi ziko. Ikiwa tunatumia ulinganisho wa mfano, basi kiasi kizima cha atomi kinaweza kulinganishwa na uwanja wa Luzhniki, na kiini kinaweza kulinganishwa na mpira wa soka ulio katikati ya uwanja.
Atomi ya kipengele chochote cha kemikali inalinganishwa na mfumo mdogo wa jua. Kwa hiyo, mfano huu wa atomi, uliopendekezwa na Rutherford, unaitwa sayari.
Protoni na Neutroni
Inabadilika kuwa kiini kidogo cha atomiki, ambacho molekuli nzima ya atomi imejilimbikizia, ina aina mbili za chembe - protoni na neutroni.
Protoni kuwa na chaji sawa na chaji ya elektroni, lakini kinyume katika ishara $(+1)$, na wingi sawa na wingi wa atomi hidrojeni (inachukuliwa kama umoja katika kemia). Protoni huteuliwa kwa ishara $↙(1)↖(1)p$ (au $p+$). Neutroni usibebe malipo, hawana upande wowote na wana wingi sawa na wingi wa protoni, i.e. $1$. Neutroni huteuliwa kwa ishara $↙(0)↖(1)n$ (au $n^0$).
Protoni na neutroni pamoja huitwa viini(kutoka lat. kiini- msingi).
Jumla ya idadi ya protoni na neutroni katika atomi inaitwa idadi ya wingi. Kwa mfano, idadi kubwa ya atomi ya alumini ni:
Kwa kuwa wingi wa elektroni, ambayo ni kidogo, inaweza kupuuzwa, ni dhahiri kwamba molekuli nzima ya atomi imejilimbikizia kwenye kiini. Elektroni zimeteuliwa kama ifuatavyo: $e↖(-)$.
Kwa kuwa atomi haina upande wowote wa umeme, ni dhahiri pia kwamba kwamba idadi ya protoni na elektroni katika atomi ni sawa. Ni sawa na nambari ya atomiki ya kipengele cha kemikali, iliyopewa katika Jedwali la Vipindi. Kwa mfano, kiini cha atomi ya chuma kina protoni $26$, na elektroni $26$ huzunguka kiini. Jinsi ya kuamua idadi ya neutroni?
Kama inavyojulikana, wingi wa atomi una wingi wa protoni na neutroni. Kujua nambari ya serial ya kipengele $(Z)$, i.e. idadi ya protoni, na nambari ya misa $(A)$, sawa na jumla ya nambari za protoni na neutroni, idadi ya neutroni $(N)$ inaweza kupatikana kwa kutumia fomula:
Kwa mfano, idadi ya neutroni katika atomi ya chuma ni:
$56 – 26 = 30$.
Jedwali linaonyesha sifa kuu za chembe za msingi.
Tabia za msingi za chembe za msingi.
Isotopu
Aina za atomi za kipengele kimoja ambazo zina chaji sawa ya nyuklia lakini nambari tofauti za molekuli huitwa isotopu.
Neno isotopu lina maneno mawili ya Kigiriki: iso- kufanana na juu- mahali, inamaanisha "kukaa mahali pamoja" (seli) katika Jedwali la Vipengee la Muda.
Vipengele vya kemikali vinavyopatikana katika asili ni mchanganyiko wa isotopu. Kwa hivyo, kaboni ina isotopu tatu na raia $ 12, 13, 14 $; oksijeni - isotopu tatu na raia $ 16, 17, 18, nk.
Kawaida, misa ya atomiki ya kitu cha kemikali kilichopewa kwenye Jedwali la Periodic ni thamani ya wastani ya misa ya atomiki ya mchanganyiko wa asili wa isotopu ya kitu fulani, kwa kuzingatia wingi wao wa asili, kwa hivyo maadili ya atomiki. umati mara nyingi ni sehemu. Kwa mfano, atomi za klorini asili ni mchanganyiko wa isotopu mbili - $35$ (kuna $75%$ katika asili) na $37$ (asili ni $25%$); kwa hiyo, wingi wa atomiki wa klorini ni $35.5$. Isotopu za klorini zimeandikwa kama ifuatavyo:
$↖(35)↙(17)(Cl)$ na $↖(37)↙(17)(Cl)$
Sifa za kemikali za isotopu za klorini ni sawa, kama isotopu za vitu vingi vya kemikali, kwa mfano potasiamu, argon:
$↖(39)↙(19)(K)$ na $↖(40)↙(19)(K)$, $↖(39)↙(18)(Ar)$ na $↖(40)↙(18) )(Ar)$
Hata hivyo, isotopu za hidrojeni hutofautiana sana katika mali kutokana na ongezeko kubwa la wingi wa wingi wao wa atomiki; walipewa hata majina ya kibinafsi na alama za kemikali: protium - $↖(1)↙(1)(H)$; deuterium - $↖(2)↙(1)(H)$, au $↖(2)↙(1)(D)$; tritium - $↖(3)↙(1)(H)$, au $↖(3)↙(1)(T)$.
Sasa tunaweza kutoa ufafanuzi wa kisasa, mkali zaidi na wa kisayansi wa kipengele cha kemikali.
Kipengele cha kemikali ni mkusanyiko wa atomi zenye chaji sawa ya nyuklia.
Muundo wa makombora ya elektroniki ya atomi ya vitu vya vipindi vinne vya kwanza
Wacha tuchunguze onyesho la usanidi wa elektroniki wa atomi za vitu kulingana na vipindi vya mfumo wa D.I. Mendeleev.
Vipengele vya kipindi cha kwanza.
Michoro ya muundo wa kielektroniki wa atomi inaonyesha usambazaji wa elektroni kwenye tabaka za elektroniki (viwango vya nishati).
Fomula za kielektroniki za atomi zinaonyesha usambazaji wa elektroni katika viwango vya nishati na viwango vidogo.
Fomula za kielektroniki za mchoro za atomi zinaonyesha usambazaji wa elektroni sio tu katika viwango na viwango vidogo, lakini pia katika obiti.
Katika atomi ya heliamu, safu ya kwanza ya elektroni imekamilika - ina elektroni $ 2$.
Haidrojeni na heliamu ni vipengele vya $s$; obiti ya $s$ ya atomi hizi imejaa elektroni.
Vipengele vya kipindi cha pili.
Kwa vipengele vyote vya kipindi cha pili, safu ya kwanza ya elektroni hujazwa, na elektroni hujaza obiti za $s-$ na $p$ za safu ya elektroni ya pili kwa mujibu wa kanuni ya nishati kidogo (kwanza $s$ na kisha $p$ ) na sheria za Pauli na Hund.
Katika atomi ya neon, safu ya pili ya elektroni imekamilika - ina elektroni $ 8$.
Vipengele vya kipindi cha tatu.
Kwa atomi za vitu vya kipindi cha tatu, tabaka za elektroni za kwanza na za pili zimekamilika, kwa hivyo safu ya elektroni ya tatu imejazwa, ambayo elektroni zinaweza kuchukua viwango vya 3s-, 3p- na 3d-sub.
Muundo wa shells za elektroniki za atomi za vipengele vya kipindi cha tatu.
Atomu ya magnesiamu inakamilisha obiti yake ya elektroni ya $3.5$. $Na$ na $Mg$ ni $s$-elementi.
Katika alumini na vipengele vinavyofuata, kiwango kidogo cha $3d$ kinajazwa na elektroni.
| $↙(18)(Ar)$ Argon |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)s^2(3)p^6$ |  |
Atomu ya argon ina elektroni $8$ katika safu yake ya nje (safu ya tatu ya elektroni). Wakati safu ya nje imekamilika, lakini kwa jumla katika safu ya tatu ya elektroni, kama unavyojua tayari, kunaweza kuwa na elektroni 18, ambayo inamaanisha kuwa vitu vya kipindi cha tatu havijajazwa $3d$-orbitals.
Vipengele vyote kutoka $Al$ hadi $Ar$ ni $р$ -vipengele.
$s-$ na $p$ -vipengele fomu vikundi vidogo vidogo katika Jedwali la Periodic.
Vipengele vya kipindi cha nne.
Atomi za potasiamu na kalsiamu zina safu ya nne ya elektroni na kiwango kidogo cha $4s $ kinajazwa, kwa sababu. ina nishati ya chini kuliko kiwango kidogo cha $3d$. Ili kurahisisha fomula za elektroniki za picha za atomi za vitu vya kipindi cha nne:
- Hebu tuonyeshe fomula ya kawaida ya kieletroniki ya argon kama ifuatavyo: $Ar$;
- Hatutaonyesha viwango vidogo ambavyo havijajazwa katika atomi hizi.
$K, Ca$ - $s$ - vipengele, imejumuishwa katika vikundi vidogo vidogo. Kwa atomi kutoka $Sc$ hadi $Zn$, kiwango kidogo cha 3d hujazwa na elektroni. Hivi ni vipengele vya $3d$. Wamejumuishwa ndani vikundi vidogo vya upande, safu yao ya nje ya elektroni imejazwa, imeainishwa kama vipengele vya mpito.
Jihadharini na muundo wa shells za elektroniki za chromium na atomi za shaba. Ndani yake, elektroni moja "hushindwa" kutoka $4s-$ hadi $3d$ sublevel, ambayo inaelezwa na uthabiti mkubwa wa nishati ya usanidi wa kielektroniki wa $3d^5$ na $3d^(10)$:
$↙(24)(Cr)$$1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(4) 4s^(2)…$ 
$↙(29)(Cu)$$1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)3d^(9)4s^(2)…$ 
| Alama ya kipengele, nambari ya serial, jina | Mchoro wa muundo wa elektroniki | Fomula ya kielektroniki | Fomula ya elektroniki ya mchoro |
| $↙(19)(K)$ Potasiamu |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1$ | |
| $↙(20)(C)$ Calcium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2$ | |
| $↙(21)(Sc)$ Scandium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^1$ au $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^1(4)s^1$ |  |
| $↙(22)(Ti)$ Titanium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^2$ au $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^2(4)s^2$ |  |
| $↙(23)(V)$ Vanadium |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^3$ au $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^3(4)s^2$ |  |
| $↙(24)(Cr)$ Chrome |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^5$ au $1s^2(2)s^2(2)p ^6(3)p^6(3)d^5(4)s^1$ |  |
| $↙(29)(Cu)$ Chrome |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^1(3)d^(10)$ au $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^1$ |  |
| $↙(30)(Zn)$ Zinki |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)$ au $1s^2(2)s^2(2 )p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^2$ |  |
| $↙(31)(Ga)$ Galliamu |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^(1)$ au $1s^2(2) s^2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^(1)$ |  |
| $↙(36)(Kr)$ Krypton |  |
$1s^2(2)s^2(2)p^6(3)p^6(4)s^2(3)d^(10)4p^6$ au $1s^2(2)s^ 2(2)p^6(3)p^6(3)d^(10)(4)s^(2)4p^6$ |  |
Katika atomi ya zinki, safu ya tatu ya elektroni imekamilika - viwango vidogo vya $3s, 3p$ na $3d$ vimejazwa ndani yake, na jumla ya elektroni $18$.
Katika vipengele vinavyofuata zinki, safu ya nne ya elektroni, $4p$ sublevel, inaendelea kujazwa. Vipengele kutoka $Ga$ hadi $Kr$ - $р$ -vipengele.
Safu ya nje (ya nne) ya atomi ya kryptoni imekamilika na ina elektroni $8$. Lakini kwa jumla katika safu ya nne ya elektroni, kama unavyojua, kunaweza kuwa na elektroni za $ 32; atomi ya kryptoni bado ina viwango vidogo vya $4d-$ na $4f$ visivyojazwa.
Kwa vipengele vya kipindi cha tano, viwango vidogo hujazwa kwa mpangilio ufuatao: $5s → 4d → 5p$. Na pia kuna vighairi vinavyohusishwa na "kutofaulu" kwa elektroni katika $↙(41)Nb$, $↙(42)Mo$, $↙(44)Ru$, $↙(45)Rh$, $↙(46) ) Pd$, $↙(47)Ag$. $f$ inaonekana katika kipindi cha sita na saba -vipengele, i.e. vipengele ambavyo viwango vidogo vya $4f-$ na $5f$ vya safu ya tatu ya nje ya kielektroniki vinajazwa, mtawalia.
$4f$ -vipengele kuitwa lanthanides.
$5f$ -vipengele kuitwa actinides.
Utaratibu wa kujaza viwango vidogo vya kielektroniki katika atomi za vipengele vya kipindi cha sita: $↙(55)Cs$ na $↙(56)Ba$ - $6s$ elementi; $↙(57)La ... 6s^(2)5d^(1)$ - $5d$-element; $↙(58)Се$ - $↙(71)Lu - 4f$-elements; $↙(72)Hf$ - $↙(80)Hg - 5d$-elements; $↙(81)T1$ - $↙(86)Rn - 6d$-elements. Lakini hapa, pia, kuna mambo ambayo utaratibu wa kujazwa kwa orbitals za elektroniki unakiukwa, ambayo, kwa mfano, inahusishwa na utulivu mkubwa wa nishati ya nusu na kujazwa kabisa $ f$-subblevels, i.e. $nf^7$ na $nf^(14)$.
Kulingana na kiwango gani cha atomi kilichojazwa na elektroni mwisho, vitu vyote, kama unavyoelewa tayari, vimegawanywa katika familia nne za elektroni, au vizuizi:
- $s$ -vipengele;$s$-subblevel ya ngazi ya nje ya atomi imejaa elektroni; $s $-vipengele ni pamoja na hidrojeni, heliamu na vipengele vya vikundi vidogo vya vikundi vya I na II;
- $p$ -vipengele;$p$-sublevel ya ngazi ya nje ya atomi imejaa elektroni; Vipengele vya $p$ vinajumuisha vipengele vya vikundi vidogo vya vikundi vya III–VIII;
- $d$ -vipengele;$d$-sublevel ya kiwango cha kabla ya nje ya atomi imejaa elektroni; $d$-vipengele vinajumuisha vipengele vya vikundi vidogo vya pili vya vikundi vya I-VIII, i.e. vipengele vya miongo baina ya vipindi vikubwa vilivyo kati ya $s-$ na $p-$elements. Pia wanaitwa vipengele vya mpito;
- $f$ -vipengele; elektroni hujaza $f-$subblevel ya ngazi ya tatu ya nje ya atomi; hizi ni pamoja na lanthanides na actinides.
Usanidi wa kielektroniki wa atomi. Hali ya ardhi na msisimko wa atomi
Mwanafizikia wa Uswizi W. Pauli katika $1925 aligundua hilo atomi haiwezi kuwa na zaidi ya elektroni mbili katika obiti moja, kuwa na migongo ya kinyume (antiparallel) (iliyotafsiriwa kutoka kwa Kiingereza kama spindle), i.e. kuwa na sifa zinazoweza kufikiriwa kwa kawaida kama mzunguko wa elektroni kuzunguka mhimili wake wa kuwaza mwendo wa saa au kinyume cha saa. Kanuni hii inaitwa Kanuni ya Pauli.
Ikiwa kuna elektroni moja kwenye orbital, inaitwa haijaoanishwa, ikiwa mbili, basi hii elektroni zilizounganishwa, i.e. elektroni na spins kinyume.
Takwimu inaonyesha mchoro wa kugawanya viwango vya nishati katika viwango vidogo.
$s-$ Orbital, kama unavyojua tayari, ina umbo la duara. Elektroni ya atomi ya hidrojeni $(n = 1)$ iko katika obiti hii na haijaoanishwa. Kwa sababu hii fomula ya elektroniki, au usanidi wa kielektroniki, imeandikwa hivi: $1s^1$. Katika fomula za kielektroniki, nambari ya kiwango cha nishati inaonyeshwa na nambari iliyo mbele ya herufi $(1...)$, herufi ya Kilatini inaashiria sublevel (aina ya obiti), na nambari iliyoandikwa kulia juu ya herufi (kama kielelezo) inaonyesha idadi ya elektroni katika ngazi ndogo.
Kwa atomi ya heliamu Yeye, ambayo ina elektroni mbili zilizooanishwa katika $s-$orbital moja, fomula hii ni: $1s^2$. Ganda la elektroni la atomi ya heliamu ni kamili na thabiti sana. Heliamu ni gesi nzuri. Katika kiwango cha pili cha nishati $(n = 2)$ kuna obiti nne, $s $ moja na $p $ tatu. Elektroni za $s$-orbital ya kiwango cha pili ($2s$-orbital) zina nishati ya juu, kwa sababu ziko katika umbali mkubwa kutoka kwa kiini kuliko elektroni za $1s$ orbital $(n = 2)$. Kwa ujumla, kwa kila thamani ya $n$ kuna $s-$orbital moja, lakini pamoja na usambazaji sambamba wa nishati ya elektroni juu yake na, kwa hiyo, na kipenyo sambamba, inakua kadiri thamani ya $n$ inavyoongezeka. s-$Orbital, kama unavyojua tayari, ina umbo la duara. Elektroni ya atomi ya hidrojeni $(n = 1)$ iko katika obiti hii na haijaoanishwa. Kwa hiyo, fomula yake ya kielektroniki, au usanidi wa kielektroniki, imeandikwa kama ifuatavyo: $1s^1$. Katika fomula za kielektroniki, nambari ya kiwango cha nishati inaonyeshwa na nambari iliyo mbele ya herufi $(1...)$, herufi ya Kilatini inaashiria sublevel (aina ya obiti), na nambari iliyoandikwa kulia juu ya herufi (kama kielelezo) inaonyesha idadi ya elektroni katika ngazi ndogo.
Kwa atomi ya heliamu $He$, ambayo ina elektroni mbili zilizooanishwa katika $s-$orbital moja, fomula hii ni: $1s^2$. Ganda la elektroni la atomi ya heliamu ni kamili na thabiti sana. Heliamu ni gesi nzuri. Katika kiwango cha pili cha nishati $(n = 2)$ kuna obiti nne, $s $ moja na $p $ tatu. Elektroni za $s-$orbitals za kiwango cha pili ($2s$-orbitals) zina nishati ya juu, kwa sababu ziko katika umbali mkubwa kutoka kwa kiini kuliko elektroni za $1s$ orbital $(n = 2)$. Kwa ujumla, kwa kila thamani ya $ n $ kuna $ s-orbital moja, lakini kwa usambazaji unaofanana wa nishati ya elektroni juu yake na, kwa hiyo, kwa kipenyo kinachofanana, hukua kadri thamani ya $ n $ inavyoongezeka. 
$p-$ Orbital ina sura ya dumbbell, au takwimu voluminous nane. Obiti zote tatu za $p$-ziko katika atomi kwa pande zote mbili kando ya viwianishi vya anga vilivyochorwa kupitia kiini cha atomi. Inapaswa kusisitizwa tena kwamba kila ngazi ya nishati (safu ya kielektroniki), kuanzia $n= 2$, ina $p$-orbitals tatu. Thamani ya $n$ inapoongezeka, elektroni huchukua $p$-orbitals ziko katika umbali mkubwa kutoka kwa kiini na kuelekezwa kando ya shoka $x, y, z$.
Kwa vipengele vya kipindi cha pili $(n = 2)$, kwanza $s$-orbital imejaa, na kisha tatu $p$-orbitals; fomula ya kielektroniki $Li: 1s^(2)2s^(1)$. Elektroni ya $2s^1$ inafungwa kwa udhaifu zaidi kwenye kiini cha atomi, kwa hivyo atomi ya lithiamu inaweza kuitoa kwa urahisi (kama unavyokumbuka, mchakato huu unaitwa oxidation), na kugeuka kuwa ioni ya lithiamu $Li^+$. .
Katika beriliamu Kuwa atomi, elektroni ya nne pia iko katika mzunguko wa $2s$: $1s^(2)2s^(2)$. Elektroni mbili za nje za atomi ya beriliamu hutenganishwa kwa urahisi - $B^0$ hutiwa oksidi hadi $Be^(2+)$ cation.
Katika atomi ya boroni, elektroni ya tano inachukua $2p$ orbital: $1s^(2)2s^(2)2p^(1)$. Ifuatayo, atomi za $C, N, O, F$ hujazwa na $2p$-orbitali, ambayo inaishia na neon adhimu ya gesi: $1s^(2)2s^(2)2p^(6)$.
Kwa vipengele vya kipindi cha tatu, $3s-$ na $3p$ orbitals hujazwa, kwa mtiririko huo. Obiti tano za $d$-za kiwango cha tatu zitasalia bila malipo:
$↙(11)Na 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(1)$,
$↙(17)Cl 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(5)$,
$↙(18)Ar 1s^(2)2s^(2)2p^(6)3s^(2)3p^(6)$.
Wakati mwingine katika michoro inayoonyesha usambazaji wa elektroni katika atomi, idadi tu ya elektroni katika kila ngazi ya nishati inaonyeshwa, i.e. andika fomula zilizofupishwa za elektroniki za atomi za vitu vya kemikali, tofauti na fomula kamili za elektroniki zilizopewa hapo juu, kwa mfano:
$↙(11)Na 2, 8, 1;$$↙(17)Cl 2, 8, 7;$$↙(18)Ar 2, 8, 8$.
Kwa vipengele vya vipindi vikubwa (cha nne na cha tano), elektroni mbili za kwanza huchukua $4s-$ na $5s$ orbitali mtawalia: $↙(19)K 2, 8, 8, 1;$ $↙(38)Sr 2 , 8, 18, 8, 2$. Kuanzia kipengele cha tatu cha kila kipindi kikuu, elektroni kumi zinazofuata zitaenda kwenye $3d-$ na $4d-$orbitals ya awali, mtawalia (kwa vipengele vya vikundi vidogo vya kando): $↙(23)V 2, 8, 11 , 2;$$↙( 26)Fr 2, 8, 14, 2;$ $↙(40)Zr 2, 8, 18, 10, 2;$ $↙(43)Tc 2, 8, 18, 13, 2$. Kama kanuni, wakati $d$-subblevel iliyotangulia imejazwa, ya nje ($4р-$ na $5р-$, mtawalia) $р-$subblevel itaanza kujazwa: $↙(33)Kama 2, 8. , 18, 5;$ $ ↙(52)Te 2, 8, 18, 18, 6$.
Kwa vitu vya vipindi vikubwa - ya sita na ya saba isiyo kamili - viwango vya elektroniki na viwango vidogo vinajazwa na elektroni, kama sheria, kama hii: elektroni mbili za kwanza huingia nje $s-$ sublevel: $↙(56)Ba 2, 8, 18, 18, 8, 2;$ $↙(87)Fr 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1$; elektroni inayofuata (kwa $La$ na $Ca$) hadi $d$-sublevel ya awali: $↙(57)La 2, 8, 18, 18, 9, 2$ na $↙(89)Ac 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2$.
Kisha elektroni zinazofuata za $14$ zitaenda kwa kiwango cha tatu cha nishati ya nje, hadi $4f$ na $5f$ orbitals ya lanthanides na actinides, mtawalia: $↙(64)Gd 2, 8, 18, 25, 9, 2; $ $↙(92 )U 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2$.
Kisha kiwango cha pili cha nishati ya nje ($d$-sublevel) cha vipengee vya vikundi vidogo vya kando kitaanza kujiunda tena: $↙(73)Ta 2, 8, 18, 32, 11, 2;$ $↙(104)Rf 2, 8, 18 , 32, 32, 10, 2$. Na hatimaye, tu baada ya $d$-sublevel kujazwa kabisa na elektroni kumi ndipo $p$-subblevel itajazwa tena: $↙(86)Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8$.
Mara nyingi sana muundo wa makombora ya elektroniki ya atomi huonyeshwa kwa kutumia nishati au seli za quantum - kinachojulikana. fomula za kielektroniki za picha. Kwa nukuu hii, nukuu ifuatayo inatumika: kila seli ya quantum imeteuliwa na seli inayolingana na obiti moja; Kila elektroni inaonyeshwa na mshale unaofanana na mwelekeo wa spin. Wakati wa kuandika fomula ya elektroniki ya picha, unapaswa kukumbuka sheria mbili: Kanuni ya Pauli, kulingana na ambayo kunaweza kuwa na si zaidi ya elektroni mbili kwenye seli (orbital), lakini kwa mizunguko ya antiparallel, na Utawala wa F. Hund, kulingana na ambayo elektroni huchukua seli za bure kwanza moja kwa wakati na zina thamani sawa ya spin, na kisha tu jozi, lakini spins, kulingana na kanuni ya Pauli, zitakuwa katika mwelekeo tofauti.
Algorithm ya kuunda fomula ya elektroniki ya kitu:
1. Tambua idadi ya elektroni katika atomi kwa kutumia Jedwali la Muda la Vipengele vya Kemikali D.I. Mendeleev.
2. Kutumia idadi ya kipindi ambacho kipengele iko, tambua idadi ya viwango vya nishati; idadi ya elektroni katika ngazi ya mwisho ya elektroniki inalingana na nambari ya kikundi.
3. Gawanya viwango katika viwango vidogo na obiti na ujaze na elektroni kwa mujibu wa sheria za kujaza obiti:
Ni lazima ikumbukwe kwamba kiwango cha kwanza kina upeo wa elektroni 2 1 kis 2, kwa pili - kiwango cha juu cha 8 (mbili s na sita R: 2s 2 2p 6), kwa tatu - upeo wa 18 (mbili s, sita uk, na kumi d: 3s 2 3p 6 3d 10).
- Nambari kuu ya quantum n inapaswa kuwa ndogo.
- Kwanza kujaza s- sublevel, basi р-, d- b f- ngazi ndogo.
- Elektroni hujaza obiti ili kuongeza nishati ya orbitals (utawala wa Klechkovsky).
- Ndani ya kiwango kidogo, elektroni kwanza huchukua obiti za bure moja baada ya nyingine, na tu baada ya hapo huunda jozi (utawala wa Hund).
- Hakuwezi kuwa na zaidi ya elektroni mbili katika obiti moja (kanuni ya Pauli).
Mifano.
1. Hebu tutengeneze fomula ya elektroniki ya nitrojeni. Nitrojeni ni nambari 7 kwenye jedwali la upimaji.
2. Hebu tuunda formula ya elektroniki kwa argon. Argon ni nambari 18 kwenye jedwali la upimaji.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6.
3. Hebu tuunda fomula ya elektroniki ya chromium. Chromium ni nambari 24 kwenye jedwali la upimaji.
1s 2 2s 2 2 uk 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5
Mchoro wa nishati ya zinki.
4. Hebu tuunda formula ya elektroniki ya zinki. Zinki ni nambari 30 kwenye jedwali la upimaji.
1 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
Tafadhali kumbuka kuwa sehemu ya fomula ya elektroniki, ambayo ni 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6, ni fomula ya elektroniki ya argon.
Njia ya elektroniki ya zinki inaweza kuwakilishwa kama ifuatavyo: