Практикумы оқу құралы 2013 жыл Алматы 2013 1 0 0 0 6 0 0 4

 
41 
Атом құрылысы 
Атом    -  ядродан  және  оны  айналып  жүретін  электрондардан  тұратын 
күрделімикрожүйе. 
Атомдардың  размерлері  мен  массалары  ӛте  кішкентай.  Ядро  радиусы  10
-15
  м,  ал  атом 
радиусы 10
-10
 м.
 
Әртүрлі элементтердің атомдарының массалары шамамен 10
-24
-10
-22
 г болады. Атомның 
негізгі  сипаттамалары  -  оның  ядро  заряды  мен  атомдық  массасы  болып  табылады.  Ядро 
заряды  протон  санына  тең,  ал  салыстырмалы  атомдық  массасы  протондар  мен  нейтрондар 
санының қосындысына тең болады.   
Атомдағы  электрондар  саны  ядро  зарядына  тең.  Атомдар  қасиеттері  олардың 
ядроларының  зарядтарына,  электрондар  санына    және  олардың  атомдарындағы  күйіне 
тәуелді. 
Атомды қазіргі кезде кванттық  механика тұрғысынан қарастырады. Кванттық механика 
теориясы  электронның  екі  жақты  табиғаты  бар  деп  қарастырады,  электронның  әрі 
толқындық, әрі бӛлшектік сипаты бар. Электронның болу ықтималдығы ең жоғары болатын 
кеңістікті атомдық орбиталь деп атаймыз. 
Бӛлек атомдағы электронның энергетикалық күйі 4 квант санымен сипатталады: 
- бас квант саны 
)
(n ; 
- орбиталь квант саны  )
(l ; 
- магнит квант саны 
)
(
l
m
; 
- спин квант саны 
)
(
s
m
. 
 
Бас  квант  саны  «
n
»  -  ядроның  электромагниттік  ӛрісіндегі  электронның 
энергетикалық  деңгейлерін  сипаттайды.  «
n
»  шамасы  ядродан  санағанда  энергетикалық 
деңгейдің нӛмірін кӛрсетеді. Бас квант санының мәні 0-ден басқа бүтін натурал сандарға тең 
(
.......
6
,
5
,
4
,
3
,
2
,
1
n
)  
 
Орбиталь  квант  саны  « l »  -  электрон  бұлттарының  пішінін  кӛрсетеді,  электронның 
энергетикалық  күйін  сипаттайды.  Берілген  бас  квант  саны  үшін  « l »  мәні  0-ден 
)
1
(n
-ге 
дейінгі сандарға тең болады: 
)
1
,....(
3
,
2
,
1
,
0
n
l
. 
« l » мәнін латынша әріптермен белгілейді: 
« l » мәні                                         0
1 2
3
4
 
Электрон күйінің белгілеуі:       
s p
d f
q
 
 
Магнит  квант  саны  «
l
m
»  -  электрон  бұлттарының  кеңістікте  бағдарламасын 
сипаттайды. «
l
m
» квант саны   l -ден  l дейінгі мәндер алады және «0» -ге тең болады. «
l
m
» және «
s
m
» мәндерінің бірлестігі атомдық орбитальды сипаттайды. Берілген орбиталь квант 
саны  үшін  атомдық  орбиталь  саны  әртүрлі  болады.  Орбитальдарды  ұяшықтар  түрінде   
келтіріп жазады (кестеден кӛруге болады). 
 
6-кесте 
Орбиталь квант саны,  l  
Магнит кват саны, 
l
m
 
Берілген  l  мәні бойынша 
орбитальдардың саны 
)
(
0 s
 
)
(
1 p  
)
(
2 d  
)
(
3 f
 
0  
1
,
0
,
1
 
2
,
1
,
0
,
1
,
2
 
3
,
2
,
1
0
,
1
,
2
,
3
 
 
 
 
 
 
 

 
42 
s
 
- 
s
ұяшықта 2 электроннан артық болмайды; 
p
 
p
ұяшықта 6 электрон ғана болады; 
d  
d
ұяшықта 10 электроннан артық болмайды; 
f  
f
орбитальда 14 электрон ғана бола алады. 
 
Берілген  l   үшін  орбитальдардың  жалпы  саны 
)
1
2
( l
-ге  тең.  Кеңістікте  орналасуы 
бойынша 
p
орбитальдарды  (бір-біріне  перпендикуляр,  үш  координат  осьтері  бойынша) 
y
x
p
p
 және 
z
p  деп белгілейді (45-сурет). 
 
 
45-сурет. s-, p- және d- электрондық орбитальдардың түрлері. 

 
43 
Спин  квант  саны    «
s
m
»  -спин  электронның  ӛз  осі  бойынша  қозғалысын  сипаттайды. 
Спин  квант  саны  2  мән  алады: 
2
1
және 
2
1
.  Әрбір  орбитальда  спиндері  қарама  –қарсы  2 
электрон болады. Осыдан мынадай қорытынды шығады: 
s
орбитальда 2 электроннан,  
орбитальда  6  электроннан,  d орбитальда  10  электроннан,  f орбитальда  14  электроннан 
артық болмайды. 
 Әртүрлі энергетикалық деңгейлердің сыйымдылығы тӛмендегі кестеде келтірілген. 
7-кесте 
Бас 
квант 
саны
 
Орбиталь квант 
саны
 
Орбитальдар 
саны
 
Электрондардың 
максимал саны
 
Берілген энергетикалық 
деңгейдегі электрондардың 
максимал саны
 
1 
)
(
0 s
 
1 
2 
)
1
2
(
2
2
 
2 
)
(
0 s  
)
(
1 p  
1 
3 
2 
6 
)
2
2
(
8
2
 
3 
)
(
0 s
 
)
(
1 p  
)
(
2 d  
1 
3 
5 
2 
6 
10 
)
3
2
(
18
2
 
4 
)
(
0 s  
)
(
1 p  
)
(
2 d  
)
(
3 f  
1 
3 
5 
7 
2 
6 
10 
14 
)
4
2
(
32
2
 
 
Энергетикалық  деңгейдің    электрондық  сыйымдылығы 
2
2 n -ге  тең  екені  кестеден 
кӛруге болады.  
  Электрондардың  атомдағы  күйін  электрондық  формуламен  кӛрсетеді.  Мысалы,  бор 
атомының  формуласы 
1
2
2
2
2
1
p
s
s
,  оның  бірінші  энергетикалық  деңгейінде 
s
орбитальда  2 
электрон  бар,  ал  екінші  энергетикалық  деңгейде 
s
орбитальда  2  электрон 
p
орбитальда 
бір электрон бар екенін кӛрсетеді.  
Кӛп электроны бар атомдарда энергетикалық деңгейлердің толтырылуы үш принципке 
сәйкес жүреді: 
1.
 
Паули принципі: Кез келген атомда немесе молекулада барлық 4 квант саны бірдей 
екі электрон болуы мүмкін емес. 
2.
 
Энергетикалық  тиімділік  принципі:    Электрондар  орбитальдарды  толтырғанда 
энергиясы ең кіші орбитальдарды ең алдымен толтырады. (Орбитальдар энергиясын 
бас квант саны мен орбиталь квант сандары сипаттайды). Энергетикалық тиімділік 
принципіне  сәйкес  атомдық  орбитальдарды  кезекті  электрондармен  толу  тәртібі 
мынадай (Клечковский қатары деп аталады): 
 
......
6
5
6
7
6
5
4
5
6
5
4
5
4
3
4
3
3
2
2
1
2
1
10
2
1
d
f
d
s
p
d
f
d
s
p
d
s
p
d
s
p
s
p
s
s
 
 
3.  Гунд  ережесі:  Электрондар  орбитальдарда  спиндерінің  қосындысы  жоғары 
жағдайында орналасады
max
,орбитальдар электрондармен алдымен бір-бірден толады, содан 
соң электрондар жұптасады.  
Мысалы, 
p
орбитальға  3  электрон  орналасса,  олар  алдымен  бір-бірден  үш  ұяшыққа 
орналасады. Периодтық жүйеде келесі элементтің алдыңғы элементтен айырмашылығы 1-ші 
электронда,  сол  кезекте  2-ші  электрон  қай  энергетикалық  деңгейді  толтырса,  соған  сәйкес 
барлық элементтерді 
f
d
p
s
,
,
,
элементтер деп бӛледі:   

 
44 
s
  элементтерге  І  және  ІІ  топтың  негізгі  топша  элементтері  және  сутегі  мен  гелий 
жатады;  
p
элементтерге ІІІ топтан VIII –топқа дейінгі негізгі топшалардағы элементтер; 
d
элементтерге қосымша топшалардағы элементтер жатады; 
f
элементтерге лантаноидтар мен актиноидтар жатады. 
Энергетикалық 
тиімділік 
принципіне 
сәйкес 
f
d,
орбитальдары 
кезекті 
электрондармен  кешеуілдеп  толады.  Электрондық  формулаларды  құрастыру  үшін  d және 
f
орбитальдарының кезекті электрондармен толуы мына элементтерден басталатынын білу 
керек:  d
3
скандийден  ( Sc ),    d
4
иттрийден  (
Y
), 
d
5
лантаннан  ( La ),  d
6
актинийден 
)
( Ac ,  f
4
церийден ( Ce ). 
Берілген элемент атомының электрондық формуласын құрастыру үшін оның периодтық 
жүйедегі  орнын  білу  қажет.  Элементтің  нӛмірі  оның  атомының  ядро  зарядын, 
электрондарының  жалпы  санын  кӛрсетеді.  Период  нӛмірі  атомдағы  энергетикалық  деңгей 
санына  тең.  Топ  нӛмірі  валенттілік  электрон  санына  тең  (химиялық  байланысқа  қатысатын 
электрондар).  Негізгі  топша  элементтері  атомдарында  валенттілік  электрондар  сыртқы 
энергетикалық    деңгейді  толтырады  (
p
s
s
,
,
).  Қосымша  топшадағы  элементтер 
атомдарында  валенттілік  электрондар  сыртқы  энергетикалық    деңгейдің  s орбиталында 
және ішкі деңгейдің  d орбиталында болады.  
 Элементтің  периодтық  жүйедегі  орнына  қарай  оның  электрондық  формуласын 
қарастырайық. 
1-мысал.  Магний  атомының  электрондық  формуласын  қарастыру  (
s элементі). 
Магнийдің  реттік  нӛмірі  12,  демек,  оның  атомында  12  электрон  бар.  Магний  -  ІІІ  период 
элементі, оның атомында үш энергетикалық деңгей бар. ІІ топ негізгі топша элементі, яғни 2 
валентті  электроны  сыртқы  (ІІІ)  энергетикалық  деңгейдің  s орбиталында.  Осыдан  магний 
атомының электрондық формуласы: 
.
3
2
2
1
2
6
2
2
s
p
s
s
 
2-мысал.  Кӛміртегі  атомының  электрондық  формуласын  қарастыру  (
p
элементі). 
Реттік  нӛмірі  6,  яғни  6  электрон  бар,  ІІ  период  –  2  энергетикалық  деңгейі  бар.  IV  топтың 
негізгі  топшасында  – 4 валенттілік электрондары бар. Олардың  екеуі 
s
орбиталына, екеуі 
p
орбиталына орналасады. Кӛміртегі атомының электрондық формуласы: 
.
2
2
1
2
2
2
p
s
s
 
3-мысал.  Титан  атомының  электрондық  формуласын  құрастыру  (
d
элементі).  Реттік 
нӛмірі  22  –жиырма  екі  электроны  бар.    IV  периодта  –  4  энергетикалық  деңгей,  IV  топтың 
қосымша  топшасында  –  4  валенттілік  электроны  бар  (оның  екеуі  тӛртінші  энергетикалық  
деңгейдің  s .орбиталында,  ал  екеуі  үшінші  энергетикалық  деңгейдің  d орбиталында). 
Титан атомының электрондық формуласы:
.
4
3
3
3
2
2
1
2
2
6
2
6
2
2
s
d
p
s
p
s
s
 
4-мысал.  Гадолиний  атомының  электрондық  формуласын  құрастыру  ( f
элементі). 
Реттік  нӛмірі  64-  64  электроны  бар.  VI  периодта  –  6  энергетикалық  деңгей,  IІІ  топтың 
қосымша  топшасында  –  3  валенттілік  электроны  бар  (оның  екеуі  алтыншы  энергетикалық  
деңгейдің  s орбиталында,  ал  біреуі  бесінші  энергетикалық  деңгейдің  d орбиталында). 
Гадолиний  атомының  оның  алдындағы  элементтен  айырмашылығын  кӛрсететін  кезекті 
электрон 
f
4
орбиталын 
толтырады, 
электрондық 
формуласы:
.
6
5
5
5
4
4
4
4
3
3
3
2
2
1
2
1
6
2
7
10
6
2
10
6
2
6
2
2
s
d
p
s
f
d
p
s
d
p
s
p
s
s
 
 
Жаттығулар 
1.  IV  энергетикалық  деңгейден  электрондарды  сипаттайтын  квант  сандарын  жазу. 
Квант сандарының ұғымы қайдан шықты? 
2. ІІ период элементтері атомдарының электрондық формулаларын құрастыру. Олардың 
атомдарының құрылысында қандай ұқсастықтар мен айырмашылықтар бар? 

 
45 
3.    IV  топтағы  элементтер  атомдарының  электрондық  формулаларын  құрастыру  және 
қасиеті  туралы  қорытынды  жасау.  Негізгі  және  қосымша  топшадағы  элементтер 
атомдарының электрондық құрылымында қандай ұқсастық және айырмашылық бар? 
4. 
f
d
p
s
,
,
,
 элементтерін қандай принцип бойынша бӛледі?  Мысал келтіріңіз. 
5.  Фосфор  және  ванадий  атомдарының  электрондық  құрылымын  графикалық  түрде 
жазып, олардың ұқсастығы мен айырмашалағын дәлелдеңдер. 
6.  Атомдардың  электрондық  құрылымы  мынадай  электрондық  формулалармен 
ӛрнектелетін элементтердің периодтық жүйедегі орнын табыңыз: 
а)  
;
2
2
1
3
2
2
p
s
s
 
ә)     
;
4
3
3
3
2
2
1
2
3
6
2
6
2
2
s
d
p
s
p
s
s
 
б)     
;
3
3
2
2
1
6
2
6
2
2
p
s
p
s
s
 
в)      
.
4
3
3
3
2
2
1
1
10
6
2
6
2
2
s
d
p
s
p
s
s
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
46 
Химиялық байланыс 
 
Заттар атом (ион) күйінен молекулалық күйге айналғанда химиялық байланыс түзіледі. 
Энергия жұмсалса ғана химиялық байланыс түзілуі  мүмкін. Қосылушы элементтердің атом 
құрылысына  қарай  олардың  арасындағы  химиялық  байланыс  әртүрлі  болады.  Химиялық 
байланыстың тӛрт негізгі түрлері белгілі: 
1)
 
коваленттік; 
2)
 
иондық; 
3)
 
сутегіндік; 
4)
 
металдық. 
Ортақ  электрондық  жұп  арқылы  жүзеге  асатын  химиялық  байланыстың  бұл  түрін 
коваленттік байланыс деп атайды. 
Коваленттік байланыстың табиғатын қазір екі әдіспен қарастырады: валенттік байланыс 
әдісі (ВБӘ) және молекулалық орбиталь әдісі (МОӘ). Валенттік байланыстар әдісінің негізгі 
қағидаларын қарастырайық. 
Валенттік  байланыс  әдісі  бойынша  екі  ядро  ӛрісінде  жалпы  электрондық  жұптар  түзу 
арқылы  атомдар  арасында  байланыс  түзіледі.  Қарама-қарсы  спинді  электрон  бұлттары 
айқасуы  арқылы  электрон  жұбы  түзіледі.  Коваленттік  байланыс  алмасу  және  донорлы-
акцепторлы механизмі бойынша түзіледі. Алмасу жолмен байланыс түзілу үшін жұптаспаған 
валенттік  жалқы  (дара)  электрондар  қатысады.  Мысалы,  алмасу  механизмі  бойынша  азот 
атомының  үш 
p
электрондары  және  сутегі  үш  атомының 
s
электрондарының  электрон 
бұлттарының айқасуы  (қаптасуы) арқылы аммиак молекуласында үш коваленттік байланыс 
түзіледі: 
s
1
2
2s
 
H
N
H
N
H
H
:
:
]
:
:
[
H
N
H
H
 
Азот атомының бір жұп электроны (
2
2s ) байланыс түзуге қатыспайды. Аммоний ионы 
түзілгенде  азот  атомы  мен  протон  арасында  донорлы-акцепторлы  жолмен  тӛртінші 
коваленттік байланыс түзіледі. Бұл тӛртінші байланыс азот атомының (донор) қос электроны 
және сутегінің бос орбиталі (акцептор) арқылы түзіледі.  
Түзілу жолы әртүрлі болғанымен аммоний ионында тӛрт коваленттік байланыс бірдей 
дәрежеде болады.  
Ковалентті  байланыс  полюсті  және  полюссіз  болуы  мүмкін.Бір  элемент  атомдарының 
арасында байланыс әрқашанда полюссіз. Әртүрлі элементтер арасындағы байланыс полюсті. 
Байланыстырушы  электрон  бұлты  электрерістілігі  жоғары  атомға  қарай  ығысатындықтан 
байланыс  полюсті  болады.  Мысалы, 
Cl
H
молекуласында  байланыстырушы  электрон 
хлор атомына қарай ығысқан. 
Сондықтан  сутегі  атомы  ядросының  оң  заряды  кӛбейеді,  компенсацияланбайды,  ал 
хлор  атомында  электрон  бұлтының  тығыздығы  ядро  зарядына  қарай  ӛседі.  Басқаша 
айтқанда,  HCl молекуласында сутегі атомы оң зарядталады, ал хлор атомы теріс зарядталады 
(полярланады).  
Хлорсутегі  молекуласындағы сутегі  атомында абсолютті  заряд 
18
,
0
H
q
  ге  тең,  ал 
хлор атомында 
18
,
0
Cl
q
ге тең екені белгілі. Полярлы байланыс диполь деп аталады, яғни 
шамалары  бірдей,  ал  қарама-қарсы  таңбалы  зарядтардан  ( q және 
q
)  тұратын  жүйе, 
зарядтар  арасында  белгілі  бір  қашықтық  бар.    Оң  және  теріс  зарядтардың  ауырлық 
орталығының    арасындағы  қашықтық  диполь  ұзындығы  деп  аталады.    Байланыстың 
полюстілігі  дипольдің  электр  моменті  немесе  диполь  моменті  шамасымен  сипаттталады.  
Диполь моменті    диполь ұзындығымен  l  электр заряды шамасының 
q
кӛбейтіндісіне тең: 
q
l
 
3
2 p

 
47 
Диполь ұзындығы атом диаметрімен шамалас, яғни 10
10
м, электрон заряды 1,6· 10
-19
 Кл. 
Сондықтан  байланыстың  диполь  моменті  шамамен  10
-29
Клм-ге  (кулонметр)  тең.  Диполь 
моменттерінің ӛлшем бірлігі ретінде 1 дебай (Д) алынған,  Д
29
10
333
,
0
Клм. 
Байланысқан атомдардың электртерістілігінің айырмашылығы неғұрлым жоғары болса, 
соғұрлым  диполь  ұзынырақ  болып,  байланыстың  поюстілігі  күшейеді.  Мысалы, 
HJ
HBr
HCl
,
,
қатарында диполь ұзындығы кемиді, диполь моменттерінің шамалары: 
 
HCl
HBr
HJ  
Д     
29
10
347
,
0
29
10
263
,
0
29
10
127
,
0
 
 
 
 
Коваленттік байланыс қанығу, бағытталу және полярлану қасиеттерімен сипатталады. 
 
Коваленттік  байланыс  қанығу  қасиеті  дегеніміз  -  әрбір  элемент  атомының  ковалентті 
байланыстың  белгілі  санын  ғана  түзе  алатыны.  Мысалы,  аммоний  ионы  түзілгенде  азот 
атомының коваленттілігі (ковалентті байланыстың белгілі санын түзу қабілеті) 4-ке тең. Бұл 
-  оның  максимал  коваленттілігі.  Сонымен  атомдардың  максимал  коваленттілігі  бір 
электронды бұлттардың санымен (алмасу механизмі бойыншабайланыс түзілгенде), сонымен 
қатар  бос  валентті  орбитальдар  санымен  және  екі  электронды  бұлттардың  (донорлы-
акцепторлы механизмі бойынша байланыс түзгенде) анықталады. Бір периодтағы элементтер 
атомдарының максимал коваленттілігі бірдей.  
 
Атомның  қозу  нәтижесінде  атомда  жұптаспаған  электрондар  саны  байланыс  түзу 
кезінде  ӛседі,  бұл  кезде  екі  электронды  бұлттар  бір  электронды  бұлттарға  бӛлінеді  және 
электрондар бір күйден екінші күйге кӛшеді. 
Мысалы,  кӛміртегі  атомында  негізгі  күйінде  екі  дара  валентті  электроны  бар 
)
2
2
(
2
2
p
s
,  ал 
қозған кезде 
s
электронның біреуі  p
2
күйіне ӛтеді де 4 дара электрон түзіледі
)
2
2
(
3
1
p
s
: 
s
2
p
2
s
2
p
2  
C
C
 
 
 
Мұндай  қозу  тек  энергия  ӛзгеруі  болған  кезде  болуы  мүмкін,  яғни  қозуға  жұмсалған 
энергия  кейін  байланыс  түзілгенде  бӛлініп  шықса  болады.  Сондықтан  бұндай  қозу  бір 
энергетикалық  деңгейдің  ішінде  ғана  жүреді.  Мысалы  азот  атомын  (ІІ  период  элементі) 
атомын электрондарды қозу арқылы коваленттілігінің ӛсуі мүмкін емес 
3
2
2
2
p
s
, ал фосфор 
атомында (ІІІ период элементі)  s
3
электроны  d
3
 күйге қозуы мүмкін: 
s
3
p
3
d
3
s
3
p
3
d
3  
P
P
 
 
Электрондарды қосып немесе 
жойып
 алғанда да дара электрондар ӛседі. Мысалы, азот 
қышқылы молекуласының түзілуін былай түсіндіруге болады:  
 
Азот  атомы  s
2
электрондардың  біреуін  жоғалту  арқылы 
N
  катионына  айналады, 
мұнда 4 дара электрон бар: 
s
2
p
2
s
2
p
2
 
N
N
 
 
Оттегі  атомы  бір  электрон  қосып  алып  бір  жұптаспаған  электроны  бар  O ионына 
айналады: 
s
2
p
2
s
2
p
2
 
O
O
 
 
Осындай  ӛзгерістер,  мысалы,  азот  қышқылының  молекуласында  болады.  Мұнда  тӛрт 
ковалентті    және  азот  атомының  оттегі  атомына  кӛшуі  арқылы  түзілген  бір  иондық 
байланыстармен азот атомы оттегі атомдарымен 
байланысқан:
 

 
48 
 
:
О
 

жүктеу/скачать 6,26 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: