Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия (Для студентов-иностранцев). Учебное пособие
.pdf
Согласно принципу Паули в атоме не может быть двух элек-
тронов с одинаковым значением всех четырех квантовых чисел.
Accord ing t o th e Paul i prin ciple, an atom cann ot h ave t wo elect r ons
with the same value of all four quantum numbers.
Selon le principe de Pauli, un atome ne peut pas avoir deux électrons
avec la même valeur des quatre nombres quantiques.
.ﺔﻌﺑرﻷا ﻢﻜﻟا مﺎﻗرأ ﻊﯿﻤﺟ ﺔﻤﯿﻗ ﺲﻔﻨﺑ ﻦﯿﺘﻧوﺮﺘﻜﻟإ كﺎﻨھ نﻮﻜﯾ نأ ﻦﻜﻤﯾ ﻻ ،ةرﺬﻟا ﻲﻓ :iluaP أﺪﺒﻤﻟ ﺎﻘﻓو
На одной орбитали может находиться не более двух электронов, и эти электроны имеют противоположные (антипараллельные) спины.
Принцип Паули определяет максимальное число электронов на энергетических уровнях (N) по формуле N = 2n2, где
n – главное квантовое число.
Орбиталь с двумя электронами, спины которых антипарал-
лельны (квантовая ячейка), схематически изображают так: ↑↓.
2.4. Электронные формулы атомов
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
конфигурация configuration configuration(f) ﺐﯿﺗﺮﺘﻟا
завершенный completed fini, accomplir ﻲﺋﺎﮭﻨﻟا
запас reserve réserve(f) طﺎﯿﺘﺣا
возрастание increase augmentation(f) ةدﺎﯾز ، ﻮﻤﻧ
порядок order ordre(m) ﻞﯿﻜﺸﺗ ، ﺐﯿﺗﺮﺗ ، مﺎﻈﻧ
заполнение filling remplissage(m) ءﻼﻣأ ،ﻮﺸﺣ
проскок jumping accroissement(m) ﻞﻠﺴﺗ،ﺰﻔﻗ
внешний outer extérieur ﻲﺟرﺎﺧ
Расположение электронов по энергетическим уровням и орбиталям изображают в виде электронных формул (конфигураций).
The arrangement of electrons in energy levels and orbitals is de-
picted in the form of electronic formulas (configurations).
La disposition des électrons dans les niveaux d'énergie et les orbi-
tal es est représen tée sous la form e de formules él ectroniques (c onfiguration s).
.(تﺎﻨﯾﻮﻜﺗ) ﺔﯿﻧوﺮﺘﻜﻟإ ﻎﯿﺼﻛ يرﺎﺠﻤﻟاو ﺔﻗﺎﻄﻟا تﺎﯾﻮﺘﺴﻣ ﺐﺴﺣ تﺎﻧوﺮﺘﻜﻟﻹا ﻊﻗﻮﻣ ﺮﯾﻮﺼﺗ ﻢﺘﯾ
51
В этих формулах энергетические уровни обозначаются
цифрами 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, а подуровни (орбитали) – буквами
s, p, d, f. Число электронов на подуровне обозначается цифрой,
которая записывается справа вверху от буквы, показывающей
подуровень. Цифра, которая записывается слева снизу от символа
элемента, показывает число электронов в атоме.
Последовательность заполнения электронных слоев определяется правилом наименьшего запаса энергии.
Орбитали заполняются электронами в порядке возрастания
их энергии, которая характеризуется суммой n + l.
Orbitals ar e fi lled with electr ons in ord er of i ncreasing energy, which
is characterized by the sum n + l.
Les orbit ales s ont r emplies d 'électr ons par ordre cr oissan t d'éner gie,
caractérisé par la somme n + l.
.l + n ﻎﻠﺒﻤﺑ ﺰﯿﻤﺘﺗ ﻲﺘﻟاو ،ﺎﮭﺘﻗﺎﻃ ةدﺎﯾز ﻞﺟأ ﻦﻣ تﺎﻧوﺮﺘﻜﻟﻹﺎﺑ تاراﺪﻤﻟا ﺊﻠﺘﻤﺗ
При этом если сумма n + l двух разных орбиталей одинакова,
то раньше заполняется та орбиталь, у которой n меньше (табл. 4).
Порядок заполнения электронных орбиталей энергии сле-
дующий (рис. 3):
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d10…
Например, атом водорода (порядковый номер 1) имеет
один электрон, который расположен на s-подуровне 1-го энергетического уровня. Электронная формула атома водорода записывается так:1H 1s1. Электронная формула атома гелия (порядковый номер 2) имеет вид2He 1s2. Первый энергетический уровень
содержит только один подуровень. Так как одна орбиталь может
содержать не более двух электронов, то первый энергетический
слой в атоме гелия является завершенным.
У элементов второго периода электроны заполняют сначала
s-, потом p-подуровень второго энергетического уровня, на котором может находиться не более восьми электронов. Электронные
формулы некоторых элементов второго периода имеют вид
Li 1s22s1;4Be 1s22s2;5B 1s22s22p1; …10He 1s22s22p6.
3
На внешнем энергетическом уровне атома не могут находиться более восьми электронов, поэтому второй электронный
слой атома неона является завершенным.
52
Таблица 4
Порядок заполнения орбиталей по сумме n + l
n l n + l Орбиталь Порядок
заполнения
1 0 1 + 0 = 1 1s 1
2 0
1
3 0
1
2
4 0
1
2
3
5 0
1
2
3
6 0
1
2
3
7 0
1
2 + 0 = 2
2 + 1 = 3
3 + 0 = 3
3 + 1 = 4
3 + 2 = 5
4 + 0 = 4
4 + 1 = 5
4 + 2 = 6
4 + 3 = 7
5 + 0 = 5
5 + 1 = 6
5 + 2 = 7
5 + 3 = 8
6 + 0 = 6
6 + 1 = 7
6 + 2 = 8
6 + 3 = 9
7 + 0 = 7
7 + 1 = 8
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
5d
5f
6s
6p
6d
6f
7s
7p
2
3
4
5
7
6
8
10
13
9
11
14
17
12
15
18
20
16
19
В атомах элементов третьего периода формируется третий
энергетический уровень. Вначале заполняется s-подуровень, потом – p-подуровень, заполнение d-подуровня не происходит:
Na 1s22s22p63s1 …13Al 1s22s22p63s23p1 …18Ar 1s22s22p63s23p6.
11
У первых двух элементов четвертого периода после запол-
нения 3p-орбитали заполняется 4s-орбиталь, а не 3d-орбиталь:
K 1s22s22p63s23p64s1 ;20Ca 1s22s22p63s23p64s2.
19
Начиная с элемента № 21 – скандия, происходит заполнение
электронами d-подуровня третьего энергетического уровня. На
этом подуровне может быть 10 электронов, поэтому в атомах десяти элементов (Sc – Zn), начиная со скандия, заполняется только
3d-подуровень:21Sc 1s22s22p63s23p64s23d1 или 1s22s22p63s23p63d14s2.
Обе электронные формулы скандия тождественны. Первая
из них записана в порядке заполнения электронами подуровней,
вторая – по порядку номеров энергетических уровней.
53
7p
Энергия орбиталей
6d
5f
7s
6p 6
5d
6s 4f
5p
4d
5s
4p
3d
4s
3p
3s
2p
2s
1s
Рис. 3. Энергетическая диаграмма атомных орбиталей
В дальнейшем электронные формулы записываются по порядку номеров уровней энергии электронов:
Mn 1s22s22p63s23p63d54s2 …30Zn 1s22s22p63s23p63d104s2.
25
Достройка третьего энергетического уровня завершается у
атома цинка. В атомах последующих элементов продолжает заполняться четвертый уровень:
Ga 1s22s22p63s23p63d104s24p1 …36Kr 1s22s22p63s23p63d104s24p6.
31
Заполнение энергетических уровней и подуровней атомов
элементов 5-го периода происходит аналогично заполнению атомов элементов 4-го периода. Начиная с элемента № 39 – иттрия, у
54
десяти элементов (Y – Cd) происходит заполнение электронами
4d-подуровня:39Y 1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2; …
Cd 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s2.
48
Далее49In 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p1.
В атомах элементов 6-го и 7 -го периодов, начиная соответственно с церия Ce (№ 58) и протактиния Pa (№ 91), появляются
электроны на f-подуровнях:
Ce 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f25s25p66s2;
58
Pa 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f26s26p66d17s2.
91
При написании электронных формул атомов некоторых
элементов следует учитывать так называемый «проскок» («провал») электрона с внешнего энергетического уровня на предпоследний уровень. Явление «проскок» электрона обеспечивает
атомам некоторых элементов меньшую энергию по сравнению с
заполнением электронных оболочек по правилу наименьшего запаса энергии.
Так, электронная формула хрома должна иметь вид:
1s22s22p63s23p63d44s2. Однако на внешнем уровне в атоме хрома
не два электрона, а один, т. к. второй электрон «проскочил» на
d-подуровень второго снаружи уровня: 1s22s22p63s23p63d54s1.
Это объясняется тем, что энергетически более выгодно, когда в атоме имеется наполовину или полностью заполненный подуровень (р3; р6; d5; d10; f7; f14). Поэтому в атомах элементов, у которых строение электронной оболочки близко к вышеуказанному
положению, может наблюдаться преждевременное заполнение
d-подуровня за счёт проскока электрона с внешнего s-подуровня
на нижележащий (предпоследний) d- подуровень.
«Проскок» электрона имеет место в атомах меди, серебра,
золота, ниобия, молибдена и других элементов. В атоме палладия
на пятом энергетическом уровне вообще отсутствуют электроны
– они «проскочили» на соседний уровень:
Pd 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s0.
46
В электронных формулах атомов часто полностью завершенные энергетические уровни обозначаются символами электронных слоев, например,33As KLM4s24p3 или33As [Ar] 3d104s24p3,
где [ Ar] обозначает электронную оболочку атома аргона.
55
2.5. Графические электронные формулы.
↑↓↑↓↑↓
Основное и возбужденное состояние атомов
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
графический graphic graphique ، ﻲﻄﺧ ، ﻲﻄﯿﻄﺨﺗ ...
ﻢﺳر
основной basic, ground fondamental ةﺪﻋﺎﻗ ، ﻲﺳﺎﺳأ
возбужденный excitation excité ﺞﯿﮭﻣ)رﺎﺜﻣ(
состояние state état(m) ﺔﻟﺎﺣ
стабильный stable stable ﺮﻘﺘﺴﻣ
свободный free libre ﺮﺣ
переход transitio n passage(m) رﻮﺒﻋ ،ﻞﻘﻧ
предел limit limite(f) ﻞﺻﺎﻓ،ﺪﺣ
Электронные формулы часто изображают графически, используя приведенные ранее обозначения орбитали и электронов
(квантовая ячейка).
Графические электронные формулы показывают распределение электронов не только по уровням и подуровням, но и по
орбиталям.
Graphical electronic formulas show the distribution of electrons not
only over levels and subl evels, but also over orbit als.
Les formules électroniques graphiques montrent la distribution des
électrons non seulement sur les niveaux et sous-niveaux, mais aussi su r les
orbitales.
و تﺎﯾﻮﺘﺳ ﺐﺴﺣ ﻂﻘﻓ ﺲﯿﻟ تﺎﻧوﺮﺘﻜﻟﻹا ﻊﯾزﻮﺗ ﺔﯿﻣﻮﺳﺮﻟا ﺔﯿﻧوﺮﺘﻜﻟﻹا ﻎﯿﺼﻟا ﺮﮭﻈﺗ
.تاراﺪﻤﻟا ﺐﺴﺣ ﺎﻀﯾأ ﻦﻜﻟو ، ﺔﯿﻋﺮﻔﻟا تﺎﯾﻮﺘﺴﻤﻟا
Электронная формула атома хлора:17Cl 1s22s22p63s23p5 в
графическом виде имеет вид
n = 3
n = 2
n = 1
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓
↑
d
p
s;
56
или
↑↓↑↓↑↓
n = 3
n = 2
n = 1
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓
↑
p
s.
В последней графической формуле не указан d-подуровень,
на котором нет электронов.
Если p-, d- или f-подуровни не заполнены, то электроны зани-
мают максимальное число орбиталей согласно правилу Гунда
(наибольшего суммарного спинового числа): суммарное спиновое
число электронов данного подуровня должно быть максимальным.
The total s pin numbe r of e lectrons in a giv e n sub level sho uld be maximum.
Le nombre total de spins d'électrons dans un sous-niveau donné doit être
maximal.
.ﻰﺼﻗﻷا ﺪﺤﻟا ﻮھ ﻦﯿﻌﻣ ﻲﻋﺮﻓ ىﻮﺘﺴﻤﻟ تﺎﻧوﺮﺘﻜﻟﻺﻟ ناروﺪﻟا دﺪﻋ ﻲﻟﺎﻤﺟإ نﻮﻜﯾ نأ ﺐﺠﯾ
Например, при заполнении электронами 2p-подуровня
атома углерода возможны два варианта:
1)
n = 2
n = 1
↑↓ ↑ ↑
↑↓
p
s;
2)
n = 2
n = 1
↑↓ ↑↓
↑↓
p
s.
Так как суммарный спин двух p-электронов в варианте 1
(ms = +1/2 +1/2 = 1) больше, чем в варианте 2 (ms = +1/2 –1/2 = 0), то
заполнение орбиталей происходит по первому варианту.
Атомы могут находиться в основном или возбужденном со-
стоянии. Атомы в основном состоянии обладают наименьшим
количеством энергии. При получении извне дополнительной
энергии атомы переходят в возбужденное состояние, которое сопровождается переходом электронов на свободную орбиталь более высокого энергетического уровня или подуровня. Энергия,
необходимая для перехода атома в возбужденное состояние, называется энергией возбуждения. При этом энергия возбуждения
57
при переходе электрона с одного энергетического уровня на
другой больше, чем при переходе электрона с одного подуровня
на другой в пределах одного энергетического уровня.
Например, атом гелия в основном состоянии имеет электронную формулу:2He 1s2. Возбуждение атома гелия сопровождается переходом электрона с первого энергетического уровня на
второй, и электронная формула принимает вид:2He* 1s12s1. При
возбуждении атома бериллия (4Be 1s22s2) переход электрона осуществляется с 2s-орбитали на 2p-орбиталь в пределах одного
энергетического уровня (4Be* 1s22s12p1), поэтому энергия возбуждения для бериллия меньше, чем для гелия.
Графическая формула атома углерода в возбужденном состоянии (электрон с 2s-орбитали переходит на 2p-орбиталь) имеет
вид
n = 2 ↑ ↑ ↑ ↑
n = 1 ↑↓ p
s.
Как видно, атом углерода в возбужденном состоянии имеет
четыре одиночных (валентных) электрона (в основном состоянии
– два). В основном состоянии углерод имеет валентность два, в
возбужденном состоянии – четыре.
Иногда для краткости записывают только электронные
формулы валентных электронов, которые определяют химические свойства элемента, например:19 K … 4s1,26Fe … 3d64s2.
2.6. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева
и электронная теория строения атома
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
положение position position(f) ﻊﺿو ،ﺔﻟﺎﺣ ، ﻊﻗﻮﻣ
закономерность conformity to
natural laws
предпоследний last but one avant-dernier ﺮﯿﺧﻻا ﻞﺒﻗ
сonformité(f) à la
loi
،ﺔﯿﻋﺮﺷ ، ﺔﯿﻧﻮﻧﺎﻗ
ﺔﯿﻌﯿﺒط
Между положением химического элемента в периодической системе короткопериодной формы и строением атома, и его
свойствами существуют определения.
58
1. Число энергетических уровней в атоме любого элемента
равно номеру периода, в котором он находится.
The number of ener gy levels i n an at om of any elemen t is equa l to
the number of the period in which it is located.
Le nombre de niveaux d'énergie dans un atome de n'importe quel
élément est égal au nombre de la période dans laquelle il se trouve.
.ﺎﮭﯿﻓ ﻊﻘﯾ ﻲﺘﻟا ةﺮﺘﻔﻟا ﻢﻗر يوﺎﺴﯾ ﺮﺼﻨﻋ يأ ةرذ ﻲﻓ ﺔﻗﺎﻄﻟا تﺎﯾﻮﺘﺴﻣ دﺪﻋ
Например, атомы элементов водорода и гелия имеют только один энергетический уровень – они находятся в первом периоде, атомы восьми элементов от Li до Ne имеют два энергетических уровня – они находятся во втором периоде. Атомы восьми
элементов от Na до Ar имеют три энергетических уровня – они
находятся в третьем периоде, атомы восемнадцати элементов от
K до Kr имеют четыре энергетических уровня – они находятся в
четвертом периоде.
В атомах элементов каждого периода заполняется новый
электронный слой. Поэтому в периодической системе элементов
семь периодов.
2. Число электронов во внешнем слое атомов всех элементов не
больше восьми. Периодическая система состоит из восьми групп.
The number of electrons in th e out er la yer of at oms of a ll elem ent s is not
more than eight.
Le nombre d'él ectrons dans la couche extern e d'atomes de tous les élé-
ments n'est pas supérieur à hui t .
.ﺔﯿﻧﺎﻤﺛ ﻦﻋ ﺪﯾﺰﯾ ﻻ ﺮﺻﺎﻨﻌﻟا ﻊﯿﻤﺟ تارذ ﻦﻣ ﺔﯿﺟرﺎﺨﻟا ﺔﻘﺒﻄﻟا ﻲﻓ تﺎﻧوﺮﺘﻜﻟﻹا دﺪﻋ
3. Число электронов во внешнем слое атомов элементов
главных подгрупп (кроме He) равно номеру группы, в которой
находится элемент (табл. 5).
The n umber o f elect ron s in the out er l ayer of atoms of t he el emen ts
of the main subgroups (except He) is equal to the number of the group in
which the element is located.
Le nombr e d' élect r on s dan s l a couch e ext ern e d' a tomes des élém en ts
des sous-groupes principaux (à l'exception de He) est égal au numéro du
groupe dans lequ el se trouve l'élément.
ﺮﻔﻟا تﺎﻋﻮﻤﺠﻤﻟا ﺮﺻﺎﻨﻋ تارذ ﻦﻣ ﺔﯿﺟرﺎﺨﻟا ﺔﻘﺒﻄﻟا ﻲﻓ تﺎﻧوﺮﺘﻜﻟﻹا دﺪﻋ ﺪﻌﯾ
.ﺮﺼﻨﻌﻟا ﺎﮭﺑ ﺪﺟﻮﯾ ﻲﺘﻟا ﺔﻋﻮﻤﺠﻤﻟا دﺪﻌﻟ ﺎﯾوﺎﺴﻣ (مﻮﯿﻠﯿﮭﻟا ﺐﻧﺎﺟ ﻰﻟإ)ﺔﯿﺴﯿﺋﺮﻟا ﺔﯿﻋ
У элементов побочных подгрупп III – VII групп, а также у че-
тырех элементов побочной подгруппы VIII группы (Fe, Ru, Os, Hs)
59
общее число электронов на s-орбитали внешнего энергетического
уровня и d-орбитали предпоследнего уровня равно номеру группы.
For th e element s of the side subgr oups of III-V II groups, as well a s for
the four elem ents of th e side su bgroup of th e VII I group ( Fe, Ru, Os, Hs),
the total number of electrons in the s-orbital of the outer energy level and the
d-orbital of the penultimate level is equal to the number of the group.
Pour les éléments des sous-groupes latéraux des groupes III-VII, ainsi que pour les quatre éléments du sous-groupe latéral du groupe VIII (Fe,
Ru, Os, Hs), l e nombr e total d'él ectr ons d ans l'or bit ale s d u niveau d'én ergie externe et l'orbitale d de l'avant-dernier niveau est égale au numéro du
groupe.
ﺮﺻﺎﻨﻋ ﺔﻌﺑرأ ﻲﻓو VII - III تﺎﻋﻮﻤﺠﻣ ﻦﻣ ﺔﯿﺒﻧﺎﺠﻟا ﺔﯿﻋﺮﻔﻟا تﺎﻋﻮﻤﺠﻤﻟا ﺮﺻﺎﻨﻋ ﻲﻓ
تﺎﻧوﺮﺘﻜﻟﻹا دﺪﻋ ﻲﻟﺎﻤﺟإ (Hs Os, Ru, Fe) VIII ﺔﻋﻮﻤﺠﻤﻟ ﺔﯿﺒﻧﺎﺠﻟا ﺔﯿﻋﺮﻔﻟا ﺔﻋﻮﻤﺠﻣ ﻦﻣ
ﻮﻀﻋ يوﺎﺴﯾ ﺮﯿﺧﻷا ﻞﺒﻗ ىﻮﺘﺴﻤﻠﻟ latibro-d و ﻲﺟرﺎﺨﻟا ﺔﻗﺎﻄﻟا ىﻮﺘﺴﻤﻟ latibro-s ﻰﻠﻋ
.ﺔﻋﻮﻤﺠﻤﻟا ﻲﻓ
Например, электронная формула валентных электронов в
атоме рения имеет вид75Re … 5d56s2. Общее число электронов на
s- и d-орбиталях семь. Поэтому рений находится в VII группе побочной подгруппе.
Таблица 5
Электронные формулы элементов второго периода
Элемент Номер
группы
Li I 1s22s
Be II 1s22s
B III 1s22s22p
C IV 1s22s22p
N V 1s22s22p
O VI 1s22s22p
F VII 1s22s22p
Ne VIII 1s22s22p
Электронная
формула
1
2
1
2
3
4
5
6
Число электронов
на внешнем слое
4. У элементов главных подгрупп заполняются s- и p-орби-
тали последнего слоя.
The elements of the main subgroups are filled with s- and p-orbitals
of the last layer.
Les éléments des sous-groupes principaux sont remplis d'orbitales s
et p de la dernière couche.
.ةﺮﯿﺧﻷا ﺔﻘﺒﻄﻟا ﻲﻓ p و -s تاراﺪﻣ ﻊﻣ ﺔﯿﺴﯿﺋﺮﻟا ﺔﯿﻋﺮﻔﻟا تﺎﻋﻮﻤﺠﻤﻟا ﺮﺻﺎﻨﻋ ﺔﺌﺒﻌﺗ
60
1
2
3
4
5
6
7
8
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]