Атомның электрондық ҚҰрылысы. Периодтық заң ЖӘне д. И. Менделеев жасаған элементтердің Периодтық ЖҮйесі
жүктеу/скачать 121,01 Kb.
|
1 2
Байланысты:3 лекция
| Периодтық жүйедегі топтар мен периодтар түзілуі.
Атом құрлысы туралы ілім химиялық элементтердің периодтық заңы мен жүйесін түсіндіруге мүмкіндік берді. Атом ядро зарядының өсу реті бойынша химиялық элементтердің қасиеттерінің периодты түрде өзгеруі, ең аз энергия принципі бойынша атом орбитальдарының электрондарға біртіңдеп толып, сыртқы электрондық қабаты құрылымының периодты түрде қайталануына тәуелді болады. Атомның электрондық құрылымына сәйкес сұрақтарды шешкенде электронның атомдағы күйі белгілі квант сандарының мәнімен анықталатынына сүйенеміз (n, l, m, s). Квант сандарының (n, l, m, s) белгілі мәндеріне ие болатын электронның атомдағы күйі атомдық электрондық орбиталь деп аталады. Әрбір АО толқындық функцияның ψ белгілі мәніне ие болады. L мәндері 0, 1, 2, 3 болуына сәйкес атомдық орбитальдар s-, p-, d- және f- орбитальдар деп аталады. Электрондық құрылымының графикалық схемасында әрбір орбиталь белгісімен көрсетіледі. Паули принципі бойынша барлық квант сандарының мәні бірдей екі электрон болуы мүмкін емес. Әрбір атомдық орбитальда спин саны қарама – қарсы екі электрон орналасады, оны былай белгілейміз: Қозбаған көп электронды атомның атомдық орбиталында электрондар ең аз энергия принципімен орналасады. Сондықтан АО электрон Паули принципін бұзбай энергияның өсу реті бойынша орналасады. Электрондардың АО толуы Клечковский ережесіне сай жүреді. Клечковскийдің бірінші ережесі: АО – электрон толуы (n+L) бас және қосымша квант санының қосындысының өсу реті бойынша жүреді. Клечковскийдің екінші ережесі: Егер (n+L) мәні бірдей болғанда электрон бас квант саны қайсысында аз болса сол орбитальға орналасады. Мысалы: 4р деңгейшеден кейін атомда қай деңгейше электронға тола бастайды. Шешуі: 4р деңгейшеге n+L қосындысы 4+1 = 5 тең. Осындай сан мәні 3d, 4sдеңгейлерге де тән. 3d (3+2=5) және 4s (5+0=5). Бірақ бас квант санының мәні 3d деңгейшеде ең аз. Сондықтан алдымен 3d, одан кейін 4р ең ақырында 5s деңгейшелер электронға толады. Электрондардың АО толуы Хунд ережесімен анықталады. Электронның белгілі деңгейше АО таралуы сәйкес келеді, ал электрондардың басқаша орналасуы атомның қозған күйімен сипатталады. Мысалы, кремний атомнының электрондық формуласын және валенттік электрондардың қалыпты және қозған күйдегі графикалық схемасын сызып көрсет. Шешуі: Si электрондық формуласын 1s22s25p63s23p2. Валенттік орбиталі 3s-, 3p және электроны 3d деңгейшелер. Электрондардың орбитальдарға толу схемасы:
3d 3p
Электронның 3р деңгейшеде орналасуы Хунд ережесіне сай жүреді, яғни спин сандарының максимальды қосындысы 1-ге тең. 3р деңгейшеде электрондардың басқаша таралу мүмкіндігі, мысалы: Мұндағы спин сандарының қосындысы 0-ге тең. Ендеше 3р деңгейшеде электрондар төмендегідей болып орналасқанда ғана дұрыс Яғни, спин сандарының қосындысы максималь 1-ге тең болады. Бірінші және екінші периодтағы элементтер саны (2 және 8) бірінші және екінші энергетикалық деңгейлердің сыйымдылығына сәйкес s2 және s2p6 болады. Әрбір келесі периодтар үшін, ол сан аз мәнді иеленеді. Мысалы 3 периодта 8 элемент орналасқан, ол периодтың сыйымдылығы 18 электронға тең (s2p6d10). Бұдан біз, сыртқы электрондық қабат үшін 8 электрондық конфигурациясы шектеу болатынын көреміз. Ол инертті газдарда толған соң жаңа период басталады. Нәтижесінде 3-ші энергетикалық деңгейдің 8 электронға дейін толуы 3 периодта жүрсе, ал 18 электронға дейін толуы 4 период элемент атомдарында аяқталады. Осыдан үлкен периодтарда s және p элементтері арасында 10-d элементтері қатарының түзілуін көреміз. Ал 6 және 7 – периодтарда осындай себеп салдарынан f элементтер қатары түзіледі. f – элементтерінде (n-2)f деңгейшесінің электронға толуын байқаймыз. (лантаноидтар мен антиноидтар) Периодтық жүйедегі топ саны, сыртқы электрондардың қабаттағы электрон санымен анықталады. Оның мәні 8-ге тең. Әрбір топ екі топшада тұрады: негізгі топша (s және р элементтері) және қосымша топша (d және f элементтері). 8-ші топтың қосымша топшасында, әрбір жұп қатарында бірдей емес үштен элементтер орналасқан. Ол элементтердің қасиеті бір-біріне ұқсас болады. 5.2 Химиялық элемент атомдардың қасиеттері периодтар мен топтар бойынша өзгеруі Химиялық элемент қасиеті оның бос атом немесе гидроттанған, сольваттанған ион күйіндегі, жай зат түріндегі немесе түзілген көптеген қосылыстарының формалары мен қасиеттерінің жиынтығын біріктіреді. Көбінесе, химиялық элемент қасиеті бос атомның не жай заттың қасиетімен байланыстырылады. Осы қасиеттердің көпшілігі химиялық элементтердің рет санымен тікелей периодты байланыста болады. Осы қасиеттердің ішінде келесідей қасиеттер аса маңызды болып есептеледі: Атомдардың иондану энергиясы; Атомның электронға ынтықтығы; Электртерістілік; Атом (және ион) радиусы; Жай заттардың атомдану энергиясы; Тотығу дәрежесі; Жай заттардың тотықтырғыштық потенциалы. Химиялық элементтердің қасиеті период бойынша сілтілік металдан инертті газдарға қарай және топтарда период саны кіші элементтерден үлкеніне қарай өткенде белгілі заңдылықпен өзгереді.Мысалы, литийден цезийге немесе фтордан иодқа қарай өтуі. Топ бойынша да период бойынша да өтетін өзгерулер элемент ядросының зарядының өсуіне байланысты. Атомның негізгі қасиеттері болып иондалу потенциалы J, электрон тартқыштығы Э, теріс электрлігі, Ван-дер-Ваальс радиусы N есептеледі. Иондану потенциалы (+J) деп, атомның негізгі бос күйіндегі валенттік орбиталынан бір электронды жұлып әкетуге қажет энергияны айтамыз. Бірінші, екінші және одан басқа электрондарды жұлып әкетуге арналған бірінші, екінші және үшінші т.б. иондану потенциалы болып бөлінеді. Бірінші электронды орбитальдан жұлып алу теңдеуі: Э = Э+ + - J1 мұндағы, Э элемент атомы, Э+ элементтің бір зарядты катионы, электрон, J1 бірінші иондану потенциалы. Бірінші иондану потенциалы ядро заряды (Z) өсуіне байланысты периодты түрде өзгереді, период ішінде J1 негізінен өседі, ал период аяқталғанда J1 күрт төмендеп жаңа период басталғанда қайта өседі. Топ бойынша J1 мәні төмендейді. Бұл төмендеу инертті газдар тобында анық, ал сілтілік металдар тобында әлсіз байқалады. Электрон тартқыштың – электробейтарап атомға электрон қосылып, оның айналу кезінде байқалатын энергиялық эффект, кДж/моль, не эВ бөлінетін энергия: Э+е→Э-+Е Элементтің рет саны өсуіне байланысты периодта электрон тартқыштық артып, ал топ бойынша төмендейді. Электр терістілік – химиялық байланыс түзу кезінде элемент атомының теріс заряд қабылдау қабілеті. Электр терістілік (Х) әр түрлі мәліметтерге сүйеніп есептелінеді. Мысалы, электртерістілікті Р. Малликен ұсынған әдіспен есептеу: Х = J+E. Электротерістілік шамасын ұсынған ғалымдардың бірі - Л. Полинг. Кесте 11 s- және р-элементтер электро терістілігі:
Кестеден элементтің рет саны өсуіне орай электротерістіліктің перид ішінде өсіп, топ ішінде азайғанын көреміз. Ван – дер – Ваальс бойынша атом радиусы әр түрлі молекулаға тиесілі екі бірдей атомның бір-біріне ең жақын келу қашықтығы. Сурет 41-Хлор молекуласындағы хлор атомының Ван–дер–Ваальс радиусы Ван – дер – Ваальс радиусы период бойынша азайып, топ бойынша өседі. Мысалы, кальций және титан атомдарының электрондық формуласын жазыңдар. Қай элементтер туыстығына енетінін анықтаңдар. Шешуі: Са, Ті – IV период элементі, олардың атомында 4 электрондық қабат бар. Кальцийде (Z=20) аргоннан (Z=18) кейін бір элементтен соң кемитіндіктен 4s деңгейше электронға толады. Кальцийдің электрондық формуласы 1s22s22p63s23p63d04s2. 4sдеңгейшеден кейін 3d деңгейше электронға тола бастайдықтан атомдық номері (Z=22) болып келген титанның электрондық формуласы: 1s22s22p63s23p63d24s2. Ендеше Са – S – элемент, ал титан d – элемент. Мысалы, хром мыс, германий атомдарының электрондық формуласын жазып, қандай элементтер типіне жататынын анықтаңдар. Шешуі: 4 период элементтері Cr, (Z=24) және Cu, (Z=29) атомдарының 4 электрондық қабаты бар, олардың 3d деңгейшесі электронға толатындықтан электрон формуласы төмендегідей болуы керек: Cr: 1s22s22p63s23p63d44s2 Cu: 1s22s22p63s23p63d94s2 D деңгей тұрақты болуы үшін, ол толық жартылай электронға толуы керек. Сондықтан Cr, Cu атомдарында аномалия құбылысы, яғни s электроны d деңгейшеге «құлауы» байқалады. Сондықта Cr, Cu атомдарының электрондық формуламен мынандай түрге келеді: Cr: 1s22s22p63s23p63d54s1 Cu: 1s22s22p63s23p63d104s1 Ge (Z=32) аргонның электрондық құрылымының 14 электрон артық олардың деңгейшелерде орналасуы былай жүреді. 4s (2 ) → 3d (10 ) → 4p(2 ) ал электрондық формуласы: Ge: 1s22s22p63s23p63d104s24p2. Хром мен мыс d-элементтеріне ал Ge – p – элементіне жатады. 1) Берилий, бор, көміртегі атомдарының қалыпты және қозған күйдегі электрондық құрылымдық формуласын жазыңдар. Шешуі: Ве электрондық формуласы 1s22s2, В – электрондық формуласы 1s22s22p1. С-электрондық формуласы 1s22s22p2. Олардың электрондық – құрылымдық формуласы. Ве
В
С
Мұндай электрондық құрылымдық формула қозбаған күйге сәйкес келеді. Ал қозған күйінде: Ве
В
С
Селен (Se) мен кадмий (Cd) атомдарының электрондық – графикалық формуласын жазыңдар. Шешуі: Ксенон атомнының соңғы үш кванттық деңгейінің электрондық формуласы (Z=54) мынандай ... 4s24p64d104p6, Церий атомы (Z=58) мен гадолиний атомында Z=64 осы құрылымның үстіне қосымша 4 және 10 электрон сәйкес келеді, олардың орналасуы төмендегідей: Се ... 4f24d06s2 Gd… 4f75d16s2 жүктеу/скачать 121,01 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2