ОҚулық Өңделіп, толықтырылып 2-Оисылуы •
§ 8 . КВАНТ САНДАРЫ Ж ӘНЕ ПАУЛИ П РИ Н Ц И П І
жүктеу/скачать 28,51 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 8 . КВАНТ САНДАРЫ Ж ӘНЕ ПАУЛИ П РИ Н Ц И П І
76 Бас квант санының мәні канша болса, оған сәйкес келетін деңгейде электрон бүлттарының пішіні және деңгейлер сонша болады. Бүл айтылғандарды мына 2-ке- сте көрсетеді. 2-к е с т е Бас және орбиталь квант сандарының арасындағы байланыс және оларға сәйкес келетін денгейлер мен деңгейшелер Эн е ргети кал ык деңгеклер неме- се қабаттар Бас квант саны Орбиталь квант саны Орбитальдар пішіндсрі саны п-гс сөйкес келстін деқгейшелер к 1 0 і І5 һ 2 0,1 2 25, 2 р м 3 0,1; 2 3 35, Зр, 3 с і N 4 0,1,2,3 4 45, 4р, 4{/, 4/ Бас квант саны п = 1 сәйкес келетін бірінші деңгейде /5 деңгейшесі бсшады, оның электроны ядроны ай- налғанда 1 = 0 сәйкес пішіні шар тәрізді электрон бүлтын немесе орбиталь түзеді. Бас квант саны п = 2 сәйкес ке- летін екінші деңгейде екі деңгейше болады және оларға орбитальдардың екі пішіні сәйкес келеді. Өйткені 2р деңгейшесіндегі электрон ядроны айналғанда шар пішінді электрон бүлты немесе орбитапь, ал 2р деңгейшедегі электрондар гантель пішінді орбитальдар түзеді. Үшінші денгейде үш деңгейшелер болады және оларға электрон бүлттарының үш пішіні сәйкес келеді, мүндағы (/-деңгейшесіне орналасатын электрондар ядроны айналганда пішіндері төрт күрделі электрон бүлттарын немесе орбитальдар түзеді. Төртінші деңгейде төрт деңгейше болады, ал олар- дың электрондары пішіндері төрт түрлі орбитальдар түзеді. Сонымен калай деңгейшеге орналасуына байланысты барлық электрондар 5-электрондар, р-электрондар, й- электрондар және /-электрондар болып бөлінеді. Магнит квант саны т электрон бүлттары немесе орбитальдар кеністікте белгілі бір багытта орналасады. Орбитальдардын кеңістікте орналасу бағытын магнит квант саны тс анықтайды (8-сурет). Магнит квант саны орбиталь квант санына тәуелді және оның — 1, 0 + / мен өрнектелетін бүтін сандарға тен мәндері болады. Осыған байланысты магнит квант санының мәні тс = 21 + 1 тең. Осы формула арқылы табылған магнит квант санының сандық мәні осы деңгейшедегі немеее қабатшадагы орбитальдар санын 77 а <4, Ь 8-сурет. 5 , р, с/-орбитальдарының пішіндері және кеністікте орналасу бағыггары және олардың кеңістікше қанша бағытта орналасатынын да көрсетеді (3-кесте). Орбиталь квант саны 1 = 0 сәйкес келетін 5 деңгейшеде шар пішіндес бір бағытта орналасатын бір орбиталь болады. Орбиталь квант саны / = 1 сәйкес ке- летін р-деңгейшеде пішівдері бірдей (гантель тәрізді) үш орбиталь болады, ал олар үш күйде, яғни кеңістікте үш түрлі бағытта орналасады. Орбиталь квант саны I = 2 магнит квант санының бес мәні сәйкес келеді, оның мәнісі (/-деңгейшеде әр түрлі бағытта орналасқан пішіндері төрт күлтелі 5 орбиталь болады деген сөз. / = 3 болғанда оған сәйкес келетін /-деңгейшеде пішівдері бірдей, бірақ әр түрлі бағытта орналасқан 7 орбиталь болады. 3-к е с т е Орбиталь квант саны мен магнит санының арасындағы байланыс және орбитальдар саны Деңгсйшслср Орбиталь квант санынын <) манде рі Магнит квант санының мәндері Деңгейшедегі ор- битальдар саны 5 0 0 1 Р 1 - 10, +1 3 <1 2 - 2 , Н ; о + і, +2 5 і 3 - 3 , -2, - 1, 0+1, +2, + 3 7 Спин квант саны т *. Жоғарыда қарастырылған үш квант сандарының мәндері электрон орбиталінің күйін, яғни оның энергия қорын, пішінін және кеңістікте орна- ласу бағытын анықтайтыны айтылды. Спин квант саны орбитальды сипаттамайды, ол элек- тронның өз өсінен қай бағытта айналатынын көрсетеді. Электрон өз өсінен бір бағытта (мысал сағат стрелкасы- ның бағыты бойынша) немесе оған қарсы бағытта қозғалуы мүмкін. Сондықтан спин квант санының элект- ронның өз өсінен қозғалу бағытына сәйкес екі мәні бо- лады, олар т 5 = +— немесе т% = . Спин квант сандарының мәндеріндегі “+” пен электрон қозғалысының әр түрлі бағыттарын көрсетеді. Басқа квант сандары сияқты спин квант сандары мәндерінін бір-бірінен 1-ге айырмасы болады. Электроңдар спиндерін стрелкамен белгілейді. Спиндері параллель электрондар- ды бір жаққа бағытталған ( М) > ал спиндері қарама- қарсыларды екі жаққа багытталган стрелкалармен (Т | ) белғілейді. Паули принципі. Көп электроңды атомдардағы элек- трондардың жалпы сипатын анықтау үшін Паули прин- ципі қолданылады: Бір атомда бірдей кванттық куйде болатын элек- трондар болмайды немесе кез келген атомда төрт квант сандарының мәндері бірдей екі электрон бол- майды. Егер электрондардың алғашкы үш квант сандарының мәндері (п, I, т с) бірдей болса, олар бір орбитальда бо- лады және осы орбитальда төртінші квант сандарының мәндері аркылы ажыратылатын, яғни қозғалу бағыттары қарама-қарсы екі электрон гана орналаса алады. Мыса- лы, гелий элементі атомының қалыпты күйдегі екі элек- троны үшін алғашқы үш квант сандарының мәндері 79 бірдей (п = 1, / = 0, тс - 0), ал олар бір орбитальда болу үшін, төртінші сшш квант гянмнмң мәні арқылы ажы- рауы, яғни олар қарама-қарсы бағытта айналулары ке- рек. Сонымен бас, орбиталь, магнит, спин квант саңдары- ның мәндерін және Паули принципін пайдаланып энер- гетикалық деңгейлер мен деңгейшел ердегі эл ектрон- дардың максимал сандарын анықтауға болады (4-кесте). Бас квант саны п = 1 сәйкес келетін К деңгейде х- деңгейшесі бір х-орбитальдан түратындықтан, бүл қабат- та Паули принципіне сәйкес 2 электроннан артық болмайды. Бас квант саны п = 2 сәйкес Ь деңгейінің бір бір р-деңгейшелерінде (п2) 4 орбиталь болатындықтан, екін- пгі қабаттағы электрондардың ең көп саны (2 п ) 8-ге тең болады. Үпгінші қабатта (п — 3, М деңгейде) бір бір р-, бір «/-деңгейшелерде (немесе 1 + 3 + 5) 9 орбитальдар болғандықтан, Паули принцшгіне сәйкес электрондардың ең көп мөлшері 18-ден аспайды. Төртінпгі қабатта (л = 4, N деңгей) бір $-, бір бір д,- және бір /-қабатшалар болғандықтан, олардағы 16 орбитальда электрондардың ең көп саны (2 + 6 + 10 + 14) 32-ге тең болады. 4-к е с т е Атомдардың энергетикалық деңгейлері мен деңгейшелеріндегі электрондардың максимал сандары Энсргетика лық дсқгсй Энергетикалық дсқгсйше Магнит квант санда рының мәндері -/0 + / Орбитальдар са ны Максимал элект роидар саиы деңгси- деңгеи шедс I де (21 + 1 ) деңгеи иіеде <21 + 1) 80 Сөйтіп, төрт квант сандарының мәндерін және Паули принципін пайдалана отырып, элементтер атомдарының энергетикалық деңгейіңдегі деңгейшелердің түрлері мен саңдарын, деңгейдегі және оның деңгейшелеріндегі орби- тальдардың кеңістіктегі бағыттары мен сандарын, сон- дай-ақ деңгей мен оның деңгейшелеріңдегі электрон- дардың максимал сандарын анықтауга болады. Элементтер атомдарының электрондық формулала- ры. Төрт квант санымен және Паули принципімен та- нысканнан кейін кез келген элемент атомының элек- трондық формуласын (конфигурациясын) жазуга болады. Атомның электрондық формуласын жазу мына ретпен іске асады. Әрбір энергетикалық деңгейге араб санымен (1, 2, 3) көрсетілген бас квант санының мәні сәйкес келеді. Әрбір саннан кейін қосымша квант санының мәніне сәикес келетін деңгейше 5, р, <1, / , кіші латын әріп- терімен көрсетіледі. Осы деңгейшедегі барлық электроңдар оның дәреже көрсеткіші түрінде жазылады. Мысалы № 9 элемент фтор атымының электрондық формуласын былай жазады: ,Ғ Ь ^ з ^ р 5 Бүл формуладан 1з2(л = 1, / = 0) және 282(п = 2, / = о) деңгейшелерінде екі электроннан, 2р5(п = 2, 1=1) дең- гейшесіңде 5 электрон бар екенін көруге болады. Элемент атомының электрондық формуласы электро- ндардың күйін бас және қосымша квант саны бойынша ғана көрсететіні фтордың формуласынан байқалып түр. Атомдағы электрошшң, дәлірек айтқанда, электрон- Дык орбитальдың күйін бас, орбиталь және мапшт квант сандары көрсететінімен жоғарыда танысып өттік Атомдағы электрон күйін осы үш квант саны бойынша электрондық графикалық формулалар көрсетеді. Элект- ронды-графикалык формуланы жазу үшін әрбір орби- тальды тор, ал әрбір электронды және оның спинін жоғары немесе төмен бағьітталған стрелка түрінде көосе- теді. к Паули принципіне сәйкес әрбір орбитальда бір неме- се спиңдері қарама-қарсы екі электрон болады. Бірнеше орбитальдары бар бір деңгейшеде электрон- дар орналасу реті Гунд ережесіне бағынады: Осы деңгейшеде электрондар спин сандарының крсыноысы максимал болатындай орналасады немесе әрбір электрон мумкін дігінше жеке үяшык^а орнсишсу- еа тырысадъи Мысал ретінде көміртегі мен азот атомдарының элек- трондық графикалық формулаларын келтірейікі п = 1 п = 2 п = 2 1=0 1=0 1=1 Ше = 0 Шс = 0 Ш е = - 1 , 0 , + 1 п = 1 = п = 2 1 = 0 Ше = 0 П = 2 1 = 1 ШС = -1,0,+ 1 ‘ ' 15 15 2* 2Р Келтірілген формулалардан көміртегі атомының р-ор- битальдарындағы электрон сшшдерінің қосындысы 1-ге, азоттікі 1^-ге тең екенін көруге болады, ал егер олар- 'Ж к дың электрондары жүптасып түрса, көміртегішң нөлге, азоттікі болар еді, бірақ спектрлік зерттеу көміртегінде —2, азотта —3 дара электрондар бар екенін дәлелдеді. Жоғарыда келтірілген элементтер атомдарының элек- трондық формулаларындағы электрондардың энергетика- лық деңгейлер мен деңгейшелерде орналасуы ^ атом- дардың энергиясы ең аз болатын қалыпты күйлеріне сәйкес келеді. Электрондары төменгі энергетикалық дең- гейден жоғары энергетикалық деңгейге көшіру үшін белгілі бір мөлшерде энергия жүмсау керек. Әсіресе аз мөлшерде энергия жүмсау арқылы бір энергетикалык деңгейдегі электрондарды энергиясы аздау деңгейшеден энергиясы көбірек деңгейшеге көшіру жш кездеседі, әрине ол үшін соңгы деңгейшеде бос үяшықтар (тор көздер) болу керек. Атомның осы күйін, ягни бір деңгейдегі электрондар- мен тольіқтырылмаган энергиясы төмен деңгейше түрғанда электрондардың энергиясы көп деңгейшеде ор- наласуын атомның қозган күйі дейді. Элемент атомдарының қалыпты қүйінде де, қозган күйінде де үяшықтарга орналасқан дара электрондзр сол элемент атомының мүмкін болатын валенттіктерін көрсе- теді. Осы айтылгандар түсінікті болу үшін оттегі және фтор элементтері атомдарының электрондық-графикалық формулаларын келтірейік: 82 п = I = Ш е ‘ 1 0 « 0 п = 2 1 = 0 ше = 0 п * 2 1 = 1 шс = 1,0,-Ы п = 1 I = 0 Ш€ = 0 п = 2 1 = 0 т с = 0 п = 2 I = 1 т е = 1,0,+ 1 8 0 <5 2 5 15 25 Қалыпты күйлерінде оттегі атомында екі дара, фтор атомында бір дара электрон бар, сондықтан оттегінің калыпты күйдегі валенттігі екіге, фтордікі бірге тең. Енді оттегі мен фтор арқылы коздырып электрондарын атомдарын энергия жүмсау .. . энергиясы төмен деңгейшеден энергиясы жогары деңгейшеге көшіріп, дара электроңдардың санын арттырып, валенттіктерін өсіруге бола ма деген сүрақ туады. Оттегі мен фгордың сыртқы екшші ^ деңгейлері бас және қосымша квант сандарының мәндеріне сәйкес екі деңгейшелерден ( 5 , р) түрады, ал ол деңгейшелерде бос үяшықтар жоқ екені олардың формулаларынан көрініп түр. Сондықтан оттегі мен фтордың атомдарын қоздыру арқылы электрондарын энергиясы аз деңгейшеден энергиясы көбірек деңгейшеге көшіруге болмайды, сол себептен мүмкін болатын ленттіктерінде өсіруге болмайды. Ал енді үшінші периодтағьі оттегі топшасында түрған күкірт, фтор топшасында түрған хлорды қоздырып, сыртқы электрондарын энергиясы азырақ деңгейшеден энергиясы көбірек деңгейшеге көшіруге, соған сәйкес валенттіктерін арттыруға болады. Күкірт пен хлор атомдарының қалыпты күйдегі электрондық-графикалық мыз: ва- формулаларын жаза- П - 1 1-0 ше = 0 п - 2 1 - 0 т е 55 п - 2 1-1 і,о,+і — ■" 1,0,+ 1 п - 3 1 - 0 Шс = 0 п - 3 1 - 1 т е = 1,0,+1 п - 3 1-1 т с = - 2, —1,0, + 1,+2 19 а 15 2% гғт 33 35 34 83 п-1 п -2 п - 2 п -3 п -3 п -3 1 - 0 1 - 0 1 - 1 1 - 0 1 - 1 1 - 2 тс = 1 ше = 0 Шс = 1,0,+1 Ше = 0 т« = 1.0.+ 1 ш,- 2 ,-1 ,0 ,+ 1 + 2 Келтірілген формулалардан қалыпты күйлершде күкірт атомында екі дара, хлор атомында бір дара элек- трон бар екенін көруге болады, соған сәйкес күкірт екі валентті, хлор бір валентті. Сырттан энергия жүмсау арқылы күкірт атомының деңгейшесінде жүп электронның біреуін 3көшіріп валенттігін 4-ке (I), одан соң 3қос электронның біреуін 3 — деңгейшесіне көшіру (II) арқылы валенттігін 6-ға өсіруге болады. Сол сияқты хлор атомын қоздыру арқылы оның үш жүп (Зх, 3 р) электрондарын біртіндеп 3-үяшықтарына көшіру арқылы валенттігін 3-ке (I), 5-ке (II), 7-ге (III) өсіруге болатынын оның электрондық-графикалық фор- муласынан анық көрініп түр. § 9 . АТОМДАРДЫҢ ЭЛЕКТРОНДЫҚ ҚҮРЬІЛЫСЫ МЕН ПЕРИОДТЫҚ ЖҮЙЕ АРАСЫНДАҒЫ БАЙЛАНЫС Атомдағы электрондар өздерінің түрақтьілығына сәй- кес келетін энергиясы ең аз энергетикалық деңгейлер мен деңгейшелерге орналасуға тырысады және Паули принципіне сәйкес орналасады. .Сонымен электрондар элементтердің ядро зарядтары- ның, яғни олардың реттік нөмірлерінің өсуіне сәйкес, энергиясы төмен энергетикалық деңгейлер мен деңгей- шелерден бастап энергиясы жоғарысына қарай біртіндеп орналасады. г Сондықтан электрондар орналасу бірінші энергетикалық деңгейден басталып біртіндеп жетінпп энергетикалық деңгейге қарай жүреді, ал энергетикалық деңгейшелердің электрондармен толықтырылуы 5 — р — к — / бағытында біртіндеп жүреді. Атомдағы электронда рдың энергия қорын бас және орбиталь квант сандарының мәндері анықтайтыны жоға- рыда айтылды. Сондықтан кезекті электронның энергетикалық деңгейлер мен деңгейшелерде нақты орналасуы бас және 84 орбиталь квант сандарының мәндерінің қосындысымен ) анықталады. Кезекті элект сэіііи ЬЩ мен энергетикалық деңгеилер деңгейшелерде орналасу ретінің бас және орбиталь квант сандарына тәуелділігін Клечковскийдің бірінші және екінші ережелері анықтайды: Клечковскийдің бірінші ережесі. Элемент атомы- ның электрондары онық энергетикалык, деқгейлері мен деқгей ш елері н де бас және қосымиіа квант сандары крсындысын ық (п + I) өсуі ретімен орналасадъи Клечковскийдің 2-ережесі. Егер екі деқгейше ушін бас және қосымша квант сандарынық қосындысы (п + I) бірдей болса, онда электрон алдымен 1-ніқ мәні кіші мәні үлкен^ деқгейшеде, одан соқ п-ніқ мәні үлкен е орналасадьи Кл ечковскийдің ережесіне сәйкес деңгеилер мен деңгейшелерде тәртібі 5-кестеде келтірілген. энергетикалық электроңдардың орналасу Энергетикллық децгейшелер үиіін діц мані Деңгейшелер уиіін (п + І)~дің мәні $ р ё / Еңді элементтер атомдарыньщ деңгейлері мен деңгейшелерінде электрондардың орналасу реті мен пе- риодтық жүйедегі элементтердің орналасуы арасындағы оаиланысты қарастырайық. Элемент^ атомдарында электрондардың орналасу реті Клечковскнй ережелеріне бағынатыны жоғарыда айтыл- ды. Олай болса,^ алғашқы электрондар (п + I) = 1 сәйкес келетін 1 -деңгейдің 5-деңгейшесіне орналасады. Паули принңнпше сәйкес 1 орбитальдан түратын 5-деңгейшеде 1 немесе 2 электрон орналасады. Бүл екі электронға пе- риодтық системаның 1-периодьшдағы екі элемент сутегі мен гелий сәйкес келеді. Бірінші қабаттың х-қабықша- сыңда сутегінде 1 электрон, ал гелийде 2 электрон бо- лады. 85 Сонымен 1-қабатта электрондар орналасу аяқталады, ал 1 -периодта элементтер орналасу аяқталады. Келесі (п + /) = 2-ке сәйкес клетін 2-деңгейдін «- деңгейшесінде 1 немесе 2 электрон бола алады. Бүл 2- электронга 2-периодтың элементтері литий мен берилий сәйкес келеді, яғни литийдің 2 қабатының $- қабатшасында 1 электрон ( І 5 2 2х'), берилийде 2 элект- рон (1$г 2$г) болады. (п + [) = 3-ке 2-деңгейдін р-деңгейшесі, 3-деңгейдің 5 -деңгейшесі сәйкес келеді. Клечковскийдің ережелері бойынша кезекті электрон алдымен л-нің мәні кіші деңгейшеде орналасатындықтан 2р-деңгейшеде электро- ндар орналасу басталады. Бүл деңгейше үш орбитальдан түратындықтан оларда барлыгы 6 электрон орналаса алады. Бүл электрондарга 2-периодтың р-элементтері В , С, М О, Ғ , Ые сәйкес келеді. Олардың кезекті элект- рондары 2-қабаттың /7-қабатшасында мынадай түрде ор- наласады: 1$22$22 р1 . Мысалы, бордың электрондық формуласы и г2$г2 р \ ал неондікі 1 $г2$г2рь. Сонымен 2- қабат электрондармен толықтырылып бітеді, ал 2-пери- одта элементтердің орналасуы да аяқталады. Бүдан кейінгі 2 электрон 3-деңгейдің 5 -деңгейшесіне орналасады. Бүл екі электрон 3-перриодтың екі эле- ментін натрий (1$22$22р6351) мен магнийдің (І522$22р 3$) пайда болуын қамтамасыз етеді (« + /) = 4-ке 3-дең- гейдін р-деңгейшесі, 4-деңгейдің 5-деңгейшесі сәйкес ке- леді. Ереже бойынша алдымен Зр-деңгейшеде электрон- дар орналасады. Бүл деңгейшеде орналасатын 6 элект- ронға 3-периодтың 6 элементі келеді және оларда элект- роцдар орналасу мынадай схема бойынша жүреді: и 22$г2рьЪз2Ър'-*. Сонымен 3-период аяқталады, ал 3-деңгей аяқтал- майды, өйткені оның әлі электрон орналаспаган сі- деңгейшесі бар. Бүдан кейінгі 2 электрон 4-периодтың элементтері калий мен кальцийдің 4-деңгейінің 5- деңгейшесіне орналасады: жүктеу/скачать 28,51 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|