Исключения из правила Клечковского
Эмпирическое правило Клечковского и вытекающее из него схема очерёдностей несколько противоречат реальной энергетической последовательности атомных орбиталей только в двух однотипных случаях: у атомов Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au[1] имеет место “провал” электрона с s-подуровня внешнего слоя на d-подуровень предыдущего слоя, что приводит к энергетически более устойчивому состоянию атома, а именно: после заполнения двумя электронами орбитали 6 s следующий электрон появляется на орбитали 5 d, а не 4 f, и только затем происходит заселение четырнадцатью электронами 4 f орбиталей, затем продолжается и завершается заселение десятиэлектронного состояния 5 d. Аналогичная ситуация характерна и для орбиталей 7 s, 6 d и 5 f.
| Электронные формулы атомов химических элементов
|
Свойства электронов и других микрообъектов таковы, что для их описания оказываются недостаточным законы Ньютона, на которых основывается классическая механика и которые применимы лишь к макроскопическим телам. В частности, вместо точных координат можно говорить лишь о вероятности нахождения электрона в какой–либо точке около ядра атома. В связи с этим электрон в атоме удобно описывать как целое облако отрицательного заряда («электронное облако»), причем плотность этого облака в какой-то точке пропорциональна вероятности нахождения в ней электрона. Изображая электронное облако на рисунке, имеют в виду, что изображается условная поверхность, ограничивающая область, в которой сосредоточена большая часть (скажем, 95%) электронного облака, плотность которого хотя и очень быстро, но все же постепенно убывает по мере удаления от ядра.
Электроны в атоме располагаются по энергетическим уровням (первый, второй, третий и т.д.), которые, в свою очередь, состоят из подуровней, обозначаемых латинскими буквами (s, p, d и f – подуровней). Максимальное число электронов на каждом уровне равно 2n2, где n – порядковый номер уровня. Таким образом, на первом уровне не может быть больше двух электронов, а втором – не больше 8, на третьем – 18 и на четвертом – 32. По ряду причин, рассмотрение которых выходит за рамки школьного курса, максимальное число электронов на данном уровне достигается не всегда, поэтому экспериментально наблюдается не более 32 электронов на всех уровнях, начиная с четвертого.
На первом уровне могут находиться только s-электроны. Так как электронное облако s-электрона имеет сферическую симметрию, оно может быть ориентировано относительно трех координатных осей одним единственным способом; в таком случае говорят, что имеется одна s-орбиталь, на которой могут поместиться два электрона, отличающиеся знаком собственного магнитного момента («спин»).
На втором и последующих уровнях, помимо s-подуровня, есть еще p-подуровень. Электронное облако p-электрона имеет осевую симметрию, поэтому возможны три ориентации p-облаков вдоль трех координатных осей, что соответствует трем p-орбиталям. Поскольку одна орбиталь может вмещать два электрона, на каждом p- подуровне может находиться не больше 6 электронов. На третьем и последующих уровнях помимо s- и p-подуровней имеется еще d-подуровень. вмещающий 10 электронов, располагающихся на пяти d-орбиталях.
На четвертом и последующих уровнях есть помимо перечисленных выше еще и f-подуровни, вмещающий 14 электронов, располагающихся на семи f-орбиталях.
В многоэлектронном атоме энергия электронов на s-, p-, d- и f- подуровнях разная (строго говоря, речь идет об энергии всего атома, соответствующей нахождению электрона на том или ином уровне, но для простоты мы часто говорим просто об энергии данного электрона). Минимальная энергия соответствует s-подуровню, затем в порядке возрастания энергии следуют p-, d- и f- подуровни.
Переход от атома водорода к атомам с последующими атомными номерами можно представить себе как происходящий путем последовательного введения протонов в ядро, сопровождающегося увеличением его заряда, а также соответствующего количества электронов в электронную оболочку атома. В свободном, невозбужденном, атоме (содержащем электроны в состоянии, отвечающем минимуму энергии) новый электрон попадает на тот свободный подуровень, который характеризуется минимальной энергией, т.е. соответствует минимуму энергии всей системы, состоящей из ядра и окружающих его электронов. Поэтому при увеличении заряда ядра атомов от водород до аргона включительно последовательно заполняются первый, второй и третий уровни причем сначала s-, p- подуровни.
На третьем уровне максимальное число электронов равно 18 (два электрона на s- подуровне, 6 электронов – на p-подуровне и 10 - на d - подуровне). Однако после заполнения 3s- и 3p- подуровней следующие два электрона попадают не на 3d-, а на 4s- подуровень, начиная застройку четвертого уровня – в этом случае энергия системы оказывается более низкой, чем при попадании электронов на 3d - подуровень. И лишь после кальция (Z = 20) начинается заполнение 3d - подуровня, что соответствует элементам с порядковыми номерами от 21 (скандий) до 30 (цинк) включительно. У цинка третий подуровень оказывается целиком заполненным, поэтому у следующих за ним шести элементов заполняется 4p- подуровень.
При последовательном увеличении заряда ядра периодически повторяется как количество электронов, находящихся на внешнем уровне, так и симметрия их облаков. свойства химических элементов определяются строением электронных оболочек их атомов и прежде всего электронами, находящимися на внешнем уровне, которые выступают в роли валентных электронов, т.е электронов, ответственных за химические связи, образуемые данным атомом как с такими же, так и с другими атомами. Валентные электроны определяют все химическое поведение элемента. Поэтому с возрастанием атомного номера (заряда ядра) свойства химических элементов также изменяются периодически. Таким образом, именно периодическое появление аналогичных электронных конфигураций является физической причиной периодичности, составляющей сущность периодического закона, открытого Д.И. Менделеевым в 1869 г.
Важно отметить, что периодический закон был открыт Менделеевым еще задолго до того, как было установлено, что атомы состоят из ядер и электронов. Менделеев положил в основу формулировки периодического закона атомную массу (по терминологии того времени – «атомный вес»), но тем не менее в некоторых случаях расположил элементы не в порядке возрастания атомных масс, а в том порядке, который диктовался всей совокупностью их свойств. В настоящее время периодический закон формулируется так: свойства элементов, а также образуемых ими простых и сложных веществ являются периодической функцией от зарядов их ядер.
Открытие периодического закона позволило Менделееву объединить все химические элементы, часто весьма непохожие один на другой, в единую естественную (т.е. основанную на объективном признаке) систему – периодическую систему – и показать, что свойства элементов и образуемых ими конкретных веществ закономерным образом зависят от их положения в этой системе. Таким образом, периодический закон и периодическая систем элементов составили основу химической систематики.
Одновременно с открытием периодического закона и на основании его Менделеев предсказал свойства нескольких неизвестных тогда элементов, а также исправил атомные массы ряда элементов. Наиболее детально и точно были предсказаны им свойства элементов с вероятными атомными массами 44, 68 и 72. Вскоре были открыты эти элементы, получившие названия «галлий» (Ar=69,7), «скандий» (45,0) и «германий» (72,6).
Предсказания Менделеева были блестяще подтверждены экспериментальными данными о свойствах простых веществ и соединений этих элементов.
Открытие периодического закона и утверждение в науке учения о периодичности стимулировало развитие теории строения атома и тем самым оказало огромное влияние на развитие не только химии, но также физики и других связанных с физикой и химией наук. В дальнейшем к известным элементам прибавилась группа открытых после 1893 г. инертных газов. В 1912 г. Мозли показал, что основой периодичности являются не атомные массы, а заряды ядер. Исследования Мозли подтвердили правильность расположения в периодической системе тех элементов, которые, если использовать атомные массы как основу для системы, стояли не на своем месте: это кобальт (Ar=58,9) перед никелем (58,7), теллур (127,6) перед йодом (126,9) и аргон (39,9) перед калием (39,1). С точки зрения заряда ядра эти элементы были размещены в системе правильно. Одновременно был уточнен и вопрос о числе еще не открытых элементов до урана (Z=92). В частности, было доказано, что в первом периоде нет элементов между водородом и гелием и что общее число элементов между барием и танталом, где предполагалось существование еще не открытых элементов, равно 16.
Слои расположены в порядке заполнения подуровней.
s-элементы p-элементы d-элементы f-элементы
| № эл-та
| Хим. знак
| Название элемента
| Электронная формула
| |
| Н
| водород
| 1s1
| |
| Не
| гелий
| 1s2
| | II период
| |
| Li
| литий
| 1s22s1
| |
| Be
| берилий
| 1s22s2
| |
| B
| бор
| 1s22s22p1
| |
| C
| углерод
| 1s22s22p2
| |
| N
| азот
| 1s22s22p3
| |
| O
| кислород
| 1s22s22p4
| |
| F
| фтор
| 1s22s22p5
| |
| Ne
| неон
| 1s22s22p6
| | III период
| |
| Na
| натрий
| 1s22s22p63s1
| |
| Mg
| магний
| 1s22s22p63s2
| |
| Al
| алюминий
| 1s22s22p63s23p1
| |
| Si
| кремний
| 1s22s22p63s23p2
| |
| P
| фосфор
| 1s22s22p63s23p3
| |
| S
| сера
| 1s22s22p63s23p4
| |
| Cl
| хлор
| 1s22s22p63s23p5
| |
| Ar
| аргон
| 1s22s22p63s23p6
| | IV период
| |
| K
| калий
| 1s22s22p63s23p64s1
| |
| Ca
| кальций
| 1s22s22p63s23p64s2
| |
| Sc
| скандий
| 1s22s22p63s23p64s23d1
| |
| Ti
| титан
| 1s22s22p63s23p64s23d2
| |
| V
| ванадий
| 1s22s22p63s23p64s23d3
| |
| Cr
| хром
| 1s22s22p63s23p64s13d5
| |
| Mn
| марганец
| 1s22s22p63s23p64s23d5
| |
| Fe
| железо
| 1s22s22p63s23p64s23d6
| |
| Co
| кобальт
| 1s22s22p63s23p64s23d7
| |
| Ni
| никель
| 1s22s22p63s23p64s23d8
| |
| Cu
| медь
| 1s22s22p63s23p64s13d10
| |
| Zn
| цинк
| 1s22s22p63s23p64s23d10
| |
| Ga
| галлий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p1
| |
| Ge
| германий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p2
| |
| As
| мышьяк
| 1s22s22p63s23p64s23d104p3
| |
| Se
| селен
| 1s22s22p63s23p64s23d104p4
| |
| Br
| бром
| 1s22s22p63s23p64s23d104p5
| |
| Kr
| криптон
| 1s22s22p63s23p64s23d104p6
| | V период
| |
| Rb
| рубидий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s1
| |
| Sr
| стронций
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s2
| |
| Y
| иттрий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d1
| |
| Zr
| цирконий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d2
| |
| Nb
| ниобий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d4
| |
| Mo
| молибден
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d5
| |
| Tc
| технеций
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d5
| |
| Ru
| рутений
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d7
| |
| Rh
| родий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d8
| |
| Pd
| палладий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s04d10
| |
| Ag
| серебро
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d10
| |
| Cd
| кадмий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d10
| |
| In
| индий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p1
| |
| Sn
| олово
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p2
| |
| Sb
| сурьма
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p3
| |
| Te
| теллур
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p4
| |
| I
| йод
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p5
| |
| Xe
| ксенон
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p6
| | VI период
| |
| Cs
| цезий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s1
| |
| Ba
| барий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s2
| |
| La
| лантан
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s25d1
| |
| Ce
| церий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f2
| |
| Pr
| празеодим
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f3
| |
| Nd
| неодим
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f4
| |
| Pm
| прометий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f5
| |
| Sm
| самарий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f6
| |
| Eu
| европий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f7
| |
| Gd
| гадолиний
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f75d1
| |
| Tb
| тербий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f9
| |
| Dy
| диспрозий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f10
| |
| Ho
| гольмий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f11
| |
| Er
| эрбий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f12
| |
| Tm
| тулий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f13
| |
| Yb
| иттербий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f14
| |
| Lu
| лютеций
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d1
| |
| Hf
| гафний
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d2
| |
| Ta
| тантал
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d3
| |
| W
| вольфрам
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d4
| |
| Re
| рений
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d5
| |
| Os
| осмий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d6
| |
| Ir
| иридий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d7
| |
| Pt
| платина
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s14f145d9
| |
| Au
| золото
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s14f145d10
| |
| Hg
| ртуть
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d10
| |
| Tl
| таллий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p1
| |
| Pb
| свинец
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p2
| |
| Bi
| висмут
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p3
| |
| Po
| полоний
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p4
| |
| At
| астат
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p5
| |
| Rn
| радон
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p6
| | VII период (не полностью)
| |
| Fr
| франций
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s1
| |
| Ra
| радий
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s2
| |
| Ac
| актиний
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s26d1
| |
| Th
| торий
| 1s22s22p63s23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s26d25f0
| |
| Pa
| протактиний
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f26d1
| |
| U
| уран
| 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f36d1
|
|
Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...
|
Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...
|
Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...
|
Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...
|
|
Понятие о синдроме нарушения бронхиальной проходимости и его клинические проявления Синдром нарушения бронхиальной проходимости (бронхообструктивный синдром) – это патологическое состояние...
Опухоли яичников в детском и подростковом возрасте Опухоли яичников занимают первое место в структуре опухолей половой системы у девочек и встречаются в возрасте 10 – 16 лет и в период полового созревания...
Способы тактических действий при проведении специальных операций Специальные операции проводятся с применением следующих основных тактических способов действий: охрана...
|
|
Словарная работа в детском саду Словарная работа в детском саду — это планомерное расширение активного словаря детей за счет незнакомых или трудных слов, которое идет одновременно с ознакомлением с окружающей действительностью, воспитанием правильного отношения к окружающему...
Правила наложения мягкой бинтовой повязки 1. Во время наложения повязки больному (раненому) следует придать удобное положение: он должен удобно сидеть или лежать...
ТЕХНИКА ПОСЕВА, МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ЧИСТЫХ КУЛЬТУР И КУЛЬТУРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА МИКРООРГАНИЗМОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА БАКТЕРИЙ Цель занятия. Освоить технику посева микроорганизмов на плотные и жидкие питательные среды и методы выделения чистых бактериальных культур. Ознакомить студентов с основными культуральными характеристиками микроорганизмов и методами определения...
|
|
