tronovi su slični AO. Nazivaju se i elektronske ili atomske orbitale. Oblak elektrona karakteriziraju četiri kvantna broja (n, l,, ms) Ovi kvantni brojevi su povezani sa fi-

fizička svojstva elektrona, a broj n (glavni kvantni broj) karakteriše energetski (kvantni) nivo elektrona; broj l (orbitala) - moment impulsa (energetski podnivo); broj (magnetski) - magnetni moment; ms - spin. Spin

Elektron nastaje rotacijom oko svoje ose. Elektroni u atomu moraju se razlikovati za najmanje jedan kvantni broj (Paulijev princip), stoga u AO ne može biti više od dva elektrona koji se razlikuju po svojim spinovima (mS = + 1/2) Tabela 1 prikazuje vrijednosti i notacija kvantni brojevi, kao i broj elektrona na odgovarajućem energetskom nivou i podnivou.

Tabela 1 Značenje kvantnih brojeva i maksimalan broj elektroni uključeni

kvantne nivoe i podnivoe.

Primjer 2. Sastaviti elektronske formule atoma elemenata sa rednim brojevima 15 i 22. Prikazati raspodjelu elektrona u kvantnim (energetskim) ćelijama.

Rješenje. Elektronske formule prikazuju distribuciju elektrona u atomu po energetskim nivoima, podnivoima (atom-

orbitale). Elektronska konfiguracija je označena grupama simbola nlx, gdje je n glavni kvantni broj, l je orbitalni kvantni broj (umjesto njega označena je odgovarajuća slovna oznaka - s, p, d, f), x je broj elektrona na datom podnivou.

U ovom slučaju treba uzeti u obzir da elektron ranije zauzima energetski podnivo na kojem ima najmanju energiju, tj. manji zbir n+l (pravilo Klečkovskog I).

Ako su zbroji n + l podnivoa isti, tada se prvi popunjava podnivo sa manjim „n“ (pravilo Klečkovskog II).

Redoslijed punjenja energetskih nivoa i podnivoa je sljedeći:

Pošto je broj elektrona u atomu elementa jednak njegovom serijskom broju u tabeli Mendeljejeva, tada za elemente br. I6 (sumpor) i br. 22 (titanijum), elektronske formule izgledaju ovako:

Elektronska struktura atoma također se može prikazati u obliku rasporeda elektrona u kvantnim (energetskim) ćelijama, koji su shematski prikaz atomske orbitale(AO). Kvantna ćelija je označena kao pravougaona

ka □ , a elektroni u ovim ćelijama su označeni strelicama. Svaka kvantna ćelija ne može sadržavati više od dva elektrona sa suprotnim spinovima. Orbitale datog podnivoa prvo ispunjava jedan elektron sa identičnim spinovima, a zatim drugi elektron sa suprotnim spinovima (Hundovo pravilo).

Jedna od opcija za postavljanje elektrona: s

Primjer 3. Koju valenciju zbog nesparenih elektrona može pokazati fosfor u normalnom i pobuđenom stanju?

Rješenje. Distribucija elektrona eksternog nivo energije fosfor...

Atomi fosfora imaju slobodne d orbitale, tako da je moguće da jedan elektron od 3 s pređe u 3d stanje:

Dakle, valencija fosfora u normalnom stanju je tri, au pobuđenom - pet.

Primjer 4. Šta je elektronegativnost? Koju od veza u molekulu kalijum cijanida (KCN) karakteriše veliki procenat jonizma?

Rješenje. Elektronegativnost (EO) karakteriše sposobnost atoma da povuku elektrone iz drugih atoma tokom formiranja hemijska veza. EO je jednak polovini zbira energije jonizacije i afiniteta elektrona. Obično se koriste relativne EO vrijednosti, tj. omjeri EO ovog elementa prema EO litijuma, čija se vrijednost uslovno uzima kao 1. Na primjer, relativni EO fluora, kisika, dušika i kalija su 4,0; 3.5; 3.0; 0.8. Relativne EC vrijednosti su sažete u tabeli (Tabela Polin-

ha). Što je veća razlika u relativnim ER-ovima spojnih atoma, veća je jonska veza između njih. U kalijum cijanidu postoje dvije veze:

K - C: 2,5 - 0,8 \u003d 1,3 C - N: 3,0 - 2,5 \u003d 0,5

To znači da K-C veza ima veliki postotak ionnosti.

TEST PITANJA

41. Zapišite redoslijed u kojem su orbitale elementa radon Rn ispunjene elektronima (redni broj 86). To

42. Zašto se, uz istu konfiguraciju vanjskog elektronskog nivoa atoma dušika i fosfora, kisika i sumpora, fluora i hlora, elementi ovih parova razlikuju po valentnim sposobnostima?

43. Koje se veze (jonske, kovalentne nepolarne, polarne) odvijaju u spojevima: fosforna kiselina, hlor, sumpor-dioksid, natrijum-hlorid, hlorovodonik?

To kojoj porodici pripada ovaj element?

46. Koja od dvije veze u molekulu HOCl ima najveći jonizitet? Svoj odgovor potkrijepite izračunom. (EO: H=2,1; O=3,5; Cl=3,0).

47. Koja od tri veze u kalijum tiocijanatu KSCN je jonskija? Svoj odgovor potkrijepite izračunom. (EO: K=0,8; C=2,5; N=3,0; S=2,5).

48. Koju valentnost može da pokaže atom antimona u neuzbuđenom i pobuđenom stanju?

49. Atomi čiji elementi u nepobuđenom stanju imaju sljedeće strukture vanjskog nivoa:

50. Na osnovu veličina elektronegativnosti ukažite kako je sposobnost atoma da prihvate

majka elektrona. (EO: F=4,0; Cl=3,0; Br=2,8; I=2,2)

51. Koliko slobodnih f-orbitala sadrži atome elemenata sa serijskim brojevima 59, 69, 93, 98? Koristeći Hundovo pravilo, rasporedite elektrone po orbitalama za atome ovih elemenata.

52. Zapišite redoslijed u kojem su orbitale kalifornijskog elementa ispunjene elektronima (redni broj 98). Kojoj porodici pripada ovaj element?

53. Koje greške se prave u shemama raspodjele elektrona vanjskih nivoa u nepobuđenim atomima? Uklonite greške.

54. Šta valencija (maksimum) može

55. Zapišite redoslijed kojim se popunjavaju

orbitalni elektroni elementa zlato (redni broj 79). Kojoj porodici pripada ovaj element?

56. Kakve veze, δ- iliπ-, nastaju u molekulima vodonika, fluora, hlorovodonika, kiseonika, ugljen-dioksida?

58. Koju valentnost silicijum može pokazati u neuzbuđenim i pobuđenim stanjima?

59. Zapišite redoslijed kojim se popunjavaju

elektrona orbitale elementa olova (redni broj 82). Kojoj porodici pripada ovaj element?

60. Izračunajte maksimalni broj elektrona na s-, p-, d- i f- podnivoima.

61. Izračunajte maksimalni broj elektrona na 1., 2., 3. i 4. energetskom nivou.

62. Okarakterizirajte sljedeća stanja elektrona sa četiri kvantna broja:

najveći jonizitet, prema kojem od atoma je pomak vezujući elektronski oblak? (EO:

Ge=1,8;S=2,5).

64. Koja valentna stanja atom selena može pokazati u nepobuđenom i pobuđenom stanju?

65. Zapišite redoslijed kojim se popunjavaju

To kojoj porodici pripada ovaj element?

66. Koliko elektronskih parova učestvuje u stvaranju veza u molekulima: brom, kiseonik, azot i voda?

67. Okarakterizirajte sljedeća stanja elektrona sa četiri kvantna broja (za svaki elektron):

68. Koju valentnost atom silicijuma može pokazati u nepobuđenom i pobuđenom stanju?

69. Kako se može objasniti da fluor i hlor imaju isto elektronska konfiguracija s 2 p5 vanjskog elektronskog nivoa atoma, može pokazati različite valence: fluor - 1, hlor -

70. Kako objasniti periodičnost svojstava elemenata uz uzastopno povećanje naboja jezgara atoma?

71. Zašto sumpor i kiseonik, budući da su elektronski analozi (s 2 p4 ) pokazuju različite valencije: kiseonik - samo 2 i sumpor

– 2, 4, 6?

72. Zapišite redoslijed kojim su orbitale platinskog elementa ispunjene elektronima (redni broj 78).

73. Koristeći Hundovo pravilo, rasporedite elektrone u orbitale koje odgovaraju najnižem energetskom stanju za atome sa serijskim brojevima 21, 35, 37, 52.

74. Koju valenciju atom hlora može pokazati u nepobuđenom i pobuđenom stanju?

75. Zapišite redoslijed u kojem su orbitale elementa tantala Ta (redni broj 73) ispunjene elektronima. Kojoj porodici pripada ovaj element?

76. Koju valenciju pokazuje telur (redni broj 52)

in normalna i uzbuđena stanja?

77. Okarakterizirajte sljedeća stanja elektrona sa četiri kvantna broja (za svaki elektron):

78. Koju valenciju može pokazati atom bizmuta u neuzbuđenom i pobuđenom stanju?

79. Zapišite redoslijed kojim su orbitale volframovog elementa W ispunjene elektronima (redni broj 74). Kojoj porodici pripada ovaj element?

80. Koje se hemijske veze (jonske, kovalentne polarne, nepolarne) odvijaju u supstancama: fluorovodonik HF, rubidijum fluorid RbF, etan, ugljen dioksid, sumporna kiselina, kiselina

rod, vodonik, natrijum hlorid NaCl? (EO: H=2,1; F=4,0; Rb=0,8; C=2,5; O=3,5; S=2,5; Na=0,9; Cl=3,0).

81. Koji podnivo je prvi ispunjen elektronima: 7s, 6p

82. Ako bilo koja od veza-σ- ili -π-, da li je teško rotirati atome ugljika u molekulu ugljikovodika?

83. Koja je maksimalna valencija koju atom može pokazati?

84. Zapišite redoslijed u kojem su orbitale elementa mendelevija Md (redni broj 101) ispunjene elektronima.

To kojoj porodici pripada ovaj element?

85. S obzirom na sposobnost molekula vode da formiraju vodonične veze, objasnite zašto je gustina leda manja od gustoće tekuće vode?

86. S obzirom na vrijednost elektronegativnosti elemenata, procijenite koja je veza u nizu hlorida elemenata perioda II najjača i

koji je najmanje polarni: LiCl, BeCl2, CCl4, NCl3, OCl2, FCl. (EO: Li=1,0; Be=1,5; C=2,5; N=3,0; O=3,5; F=4,0; Cl=3,0).

87. Zapišite redoslijed u kojem su orbitale bizmutnog elementa Bi ispunjene elektronima (redni broj 83). Kojoj porodici pripada ovaj element?

88. Za atom sa elektronskom strukturom od 1s 2 2s2 2p3 se uklapaju

dah elektrona u normalnom stanju.

89. Okarakterizirajte sljedeća stanja elektrona sa četiri kvantna broja (za svaki elektron):

2 ↓ ↓ ↓ ↓

90. Zapišite redoslijed u kojem su orbitale astatinskog elementa At (redni broj 85) ispunjene elektronima. Kojoj porodici pripada ovaj element?

91. Koja od tri veze u molekuli fulminantne kiseline HOCN ima najveći postotak jonizma? Potvrdite svoj odgovor

čak. (EO: H=2,1; C=2,5; N=3,0; O=3,5)

92. Kako će se promijeniti jonizam hemijske veze u fluoridima elemenata trećeg perioda periodnog sistema sa povećanjem broja elementa?

93. Koja je maksimalna valencija atoma mangana?

94. Zapišite redoslijed kojim se popunjavaju

To kojoj porodici pripada ovaj element?

95. Koje veze (jonske, kovalentne polarne, nepolarne) postoje u jedinjenjima: kiseonik, bromovodonik, etan,

kalijum fluorid, dušikov dioksid? (EO: O=3,5; H=2,1; Br=2,8; C=2,5; F=4,0; K=0,8; N=3,0)

96. Napišite elektronske formule atoma elemenata sa rednim brojevima 16 i 26. Rasporedite elektrone ovih atoma prema kvantne ćelije. Kojoj elektronskoj porodici pripada svaki od ovih elemenata?

97. Koji od sljedećih linkova većina-

bliže jonskom? (EO: Cs=0,86; Cl=3,0; Ca=1,0; S=2,5; Ba=0,97; F=4,0)

98. Napišite elektronske formule atoma elemenata sa rednim brojevima 25 i 34. Kojoj elektronskoj porodici pripada svaki od ovih elemenata? Raspodijelite elektrone ovih atoma među kvantnim ćelijama.

99. Napišite elektronsku formulu atoma elementa s atomskim brojem 79.

100. Napravite elektronske formule atoma elemenata sa serijskim brojevima 50 i 79, vodeći računa da ovaj drugi ima "otpad" jednog 6s-elektrona na 5d-podnivo. Kojoj elektronskoj porodici pripada svaki od ovih elemenata?

101. Šta je Paulijev princip? Može li biti uključeno neki podnivo p-7 ili d-12 elektrona? Zašto? Sastavite elektronsku formulu atoma elementa sa serijskim brojem 52 i navedite njegove valentne elektrone.

102. Koliko i koje vrijednosti može magnetni

kvantni broj ml sa orbitalnim brojem l = 0, 1, 2 i 3? Koji elementi u periodnom sistemu se nazivaju s-, p-, d- i f-elementi? Navedite primjere.

103. Napišite elektronske formule atoma elemenata sa rednim brojevima 21 i 23. Koliko slobodno d-orbitale u atomima ovih elemenata?

104. Koristeći Hundovo pravilo, rasporedite elektrone po orbitama koje odgovaraju najvišem energetskom stanju atoma: fosfor, aluminijum, silicijum, sumpor.

105. Koje su orbitale atoma prve ispunjene elektronima: 4d ili 5s, 6s ili 5p? Zašto? Napišite elektronsku formulu atoma elementa s atomskim brojem 104.

106. Zašto voda ima nenormalno visok T pl i Tbp u poređenju sa jedinjenjima vodonika sa drugim p-elementima grupe VI tabele D.I. Mendelejeva?

107. Šta je energija jonizacije? U kojim jedinicama se izražava? Kako se smanjuje aktivnost s- i p-elemenata u grupama periodnog sistema sa povećanjem serijskog broja? Zašto?

108. Koja kovalentna veza se naziva polarnom? Koja je kvantitativna mjera polariteta kovalentne veze? Na osnovu vrijednosti elektronegativnosti atoma odgovarajućih elemenata odredite koja je od veza: HI, HCl, BrF najpolarnija. (EO: H=2,1; Cl=3,0; I=2,2; Br=2,7, F=4,0)

109. Izračunajte stepen jonske veze u molekulima CBr4, CaC2, CO, B4 C.

manji? (OE: C=2,5; Br=2,8; O=3,5; Ca=1,0; B=2,0)

110. Koliko nesparenih elektrona ima atom hlora u normalnom i pobuđenom stanju? Raspodijelite ove elektrone među kvantnim ćelijama. Kolika je valencija hlora zbog nesparenih elektrona?

111. Kako se zove kovalentna vezaσ-veza, a kakva π-veza? Uzmimo primjer strukture molekule kisika.

112. Kako će se promeniti joničnost hemijske veze u fluoridima elemenata trećeg perioda periodnog sistema sa povećanjem but-

mjera elementa? (EO: Na=1,0; Mg=1,2; Al=1,5; Si=1,7; P=2,1; S=2,5; Cl=3,0; F=4,0)

113. Koja hemijska veza se naziva vodonična veza? Između

Koji ga molekuli formiraju? Zašto H2O i HF, imaju manje molarna masa, otopiti i prokuvati na više visoke temperature nego njihove kolege?

114. Raspodijelite elektrone atoma ugljika u kvantne ćelije. Koliko nesparenih elektrona može imati atom ugljika u normalnom i pobuđenom stanju? Koja je valencija ugljenika u ovom slučaju?

115. Rasporedite elektrone atoma hlora po kvantnim ćelijama. Koliko nesparenih elektrona može imati atom hlora

in normalna i uzbuđena stanja? Koja je valencija hlora u ovom slučaju?

116. Raspodijelite elektrone atoma fosfora u kvantne ćelije. Koliko nesparenih elektrona može imati atom fosfora u normalnom i pobuđenom stanju?

117. Koji od elemenata - kalcijum ili cink - ima izraženija metalna svojstva? Obrazložite svoj odgovor na osnovu analize elektronskih formula Ca i Zn.

118. Šta je afinitet prema elektronu? U kojim jedinicama se izražava? Kako će se mijenjati oksidativna aktivnost atoma u periodu iu grupi periodnog sistema sa povećanjem serijskog broja. Obrazložite svoj odgovor strukturom atoma odgovarajućeg elementa.

119. Rasporedi elektrone atoma dušika i fosfora u kvantnim ćelijama. Objasni zašto je petovalentno stanje nemoguće za azot, ali moguće za fosfor.

Dakle, svaki od četiri kvantna broja je "odgovoran" za određeni aspekt karakteristika elektronskog stanja. Skup sva četiri kvantna broja omogućava da se potpuno okarakteriše stanje elektrona u atomu sa stanovišta kvantnomehaničkog modela.

1.7. kvantne ćelije

Postoji vrlo jednostavna i jasna notacija u kojoj je uobičajeno svaku orbitalu simbolizirati ćelijom (tzv. kvantna ćelija) (Sl. 1.5.), a vrijednosti spin kvantnog broja su

podudaranje sa smjerom strelice: (ms = +½),↓ (ms = -½).

Prema Hundovom pravilu (princip maksimalnog multiplicitnosti)

apsolutna vrijednost ukupnog spin broja elektrona datog energetskog podnivoa treba biti maksimalna.

s-podnivo

p-podnivo

d-podnivo

f-podnivo

Rice. 1.5. kvantne ćelije

Drugim riječima, u osnovno stanje atoma(takvo stanje odgovara njegovoj minimalnoj energiji) maksimalni broj kvantnih ćelija mora biti zauzet elektronima, stoga, kada se konstruiše šema za distribuciju elektrona po kvantnim ćelijama, treba prvo staviti po jedan elektron u svaku od njih (spinovi svih elektroni datog podnivoa moraju biti

paralelno), i tek nakon što pojedinačni elektroni popune sve ćelije, u njih se postavlja drugi elektron sa antiparalelnim spinom.

Na primjer, jedina ispravna raspodjela četiri elektrona po d-energetskom podnivou je sljedeća:

d-podnivo

jer u ovom slučaju ukupan broj okretaja dostiže svoju maksimalnu vrijednost: +½ +½ +½ +½ = +4/2.

Elektroni sa istim vrednostima kvantnog broja ms (tj. elektroni sa paralelnim spinovima) nazivaju se nesparenim. Upravo ti elektroni igraju odlučujuću ulogu u formiranju hemijske veze između atoma, određujući njihova valentna stanja.

Ako je broj elektrona veći od broja kvantnih ćelija, tada je pronalaženje elektrona u istoj kvantnoj ćeliji moguće samo ako su vrijednosti spinskih kvantnih brojeva ovih elektrona suprotne (takvi elektroni s antiparalelnim spinovima nazivaju se upareni). Na primjer, sedam elektrona ispunjava ćelije d-stanja na sljedeći način:

d-podnivo

Kada atom primi dodatnu energiju, prelazi iz glavne u uzbuđeno stanje. U ovom slučaju, elektroni iz potpuno popunjenih orbitala kreću se na prazne orbitale istog energetskog podnivoa. Broj nesparenih elektrona se povećava, a valentne mogućnosti atoma se mijenjaju.

Iz Paulijevog principa proizilazi da u istoj kvantnoj ćeliji (kvantni brojevi n, ℓ, mℓ za takve elektrone se već poklapaju) mogu biti najviše dva elektrona sa suprotnim vrijednostima spina

kvantni broj ms . Ovo vam omogućava da postavite maksimalni kapacitet svakog energetskog podnivoa (slika 1.6.).

Rice. 1.6. Maksimalni kapacitet energetskih podnivoa

Dakle, svaki energetski podnivo ima ograničenja u broju elektrona koji ga ispunjavaju.

1.8. Elektronske formule atoma

Predstaviti elektronsku strukturu višeelektronskog atoma znači u uslovnom obliku dati raspodjelu elektrona ovog atoma po energetskim nivoima i podnivoima, tj. napraviti tzv elektronska formula atoma. Elektronska formula je vrsta šifre zasnovane na kvantnim brojevima. Elektronska formula atoma izgrađena je od blokova oblika:

nℓx ,

gdje je: n glavni kvantni broj (broj energetskog nivoa, njegova vrijednost je označena brojevima 1,2,3, 4,5,...), ℓ je orbitalni kvantni broj (njegova vrijednost je označena odgovarajuće latinično slovo s, p, d, f), x je broj elektrona u datom kvantnom stanju.

Na primjer, unos 4d7 znači da sedam elektrona zauzimaju četvrti energetski nivo, d-podnivo, tj. za ovih sedam elektrona n=4 i ℓ=2.

Elektronska formula atoma je sastavljena za njegovo osnovno stanje, tj. za stanje koje odgovara minimalnoj energiji. Prilikom sastavljanja elektronskih formula, potrebno je popunjavati energetske podnivoe po redu njihovog energetskog rasta, uvijek se prvi popunjavaju niži energetski podnivoi (princip najmanje energije).

Energija podnivoa raste u skladu sa rastom ukupne vrijednosti kvantnih brojeva n + ℓ, a u slučaju njihove jednakosti prvo se popunjava podnivo sa manjom vrijednošću n.

Redosled punjenja lako je zaključiti iz dijagrama prikazanog na sl. 1.7.

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f,...

Rice. 1.7. Dijagram energetskih podnivoa

U ovom dijagramu, energetski podnivoi svakog od sedam nivoa su ispisani u koloni. Kada se krećete s desna na lijevo duž dijagonale ovog dijagrama, dobivate redoslijed kojim biste trebali popunjavati energetske podnivoe elektronima prilikom sastavljanja elektronskih formula atoma.

Uzimajući u obzir obrasce o kojima se raspravljalo gore, elektronske formule atoma aluminija (element broj 13, atom sadrži 13 elektrona) i skandijuma (element broj 21, atom sadrži 21 elektron) mogu se predstaviti kao:

13 Al 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

21 sc 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 ili 21 sc 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2 ,

ako čisto formalno poveže podnivoe trećeg energetskog nivoa zajedno.

Elektronske formule višeelektronskih atoma mogu se predstaviti na više kratke forme, s obzirom da potpuno izgrađene školjke karakterišu elektronsko stanje plemenitih gasova - elemenata koji zaokružuju svaki period periodnog sistema D. I. Mendeljejeva:

On(1s2),

Ne (1s2 2s2 2p6 ),

Ar (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 ),

Kr (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 ),

Xe (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 ),

Rn (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s2 6p6 ).

Stoga u elektronskim formulama možete navesti simbol odgovarajućeg plemenitog plina u uglastim zagradama, a zatim dati distribuciju

određivanje onih elektrona atoma čiji je broj veći od broja elektrona u atomu ovog plemenitog plina. Za kompletne elektronske formule aluminijuma i skandijuma o kojima smo gore govorili, takva modifikacija daje sljedeći rezultat:

13 Al 3s2 3p1

21 sc 3d1 4s2

Elektroni spoljašnjeg (zadnjeg) energetskog nivoa i, po pravilu, predspoljnog (pretposljednjeg) nivoa d-podnivoa, ako nije izgrađen

u cijelosti, zv valentnih elektrona.

Dakle, Al se smatraju valentnim elektronima 3s2 3p1 , i Sc - 3d1 4s2 .

Uz elektronske formule atoma, tzv elektronska grafika formule zasnovane na konceptima kvantnih ćelija o kojima je bilo reči. U ovom slučaju, svaki energetski podnivo je predstavljen skupom odgovarajućih kvantnih ćelija, koje su ispunjene elektronima prema zahtjevima Paulijevog principa i Hundovog pravila.

Na primjer, elektronsko-grafske formule atoma aluminija i skandijuma izgledaju ovako:

Zadatak 66.
Koliko nesparenih elektrona ima atom hlora u normalnom i pobuđenom stanju? Raspodijelite ove elektrone među kvantnim ćelijama. Kolika je valencija hlora zbog nesparenih elektrona?
Rješenje:
Raspodjela elektrona vanjskog energetskog nivoa … 3s 2 3p 5 (uzimajući u obzir Hundovo pravilo 3s 2 3p x 2 3p y 2 3p z 1) za kvantne ćelije ima oblik:
a) Popunjavanje vanjskog energetskog nivoa atoma hlora u osnovnom stanju:

spinvalencija) atoma ugljika je 1.

b) Popunjavanje vanjskog energetskog nivoa atoma hlora u pobuđenom stanju pri prelasku jednog 3py-elektrona na d-podnivo:

(spinvalencija) atoma ugljika je 3.

c) Popunjavanje vanjskog energetskog nivoa atoma hlora u pobuđenom stanju pri prelasku jednog 3py- i jednog 3px-elektrona na d-podnivo:

U ovom stanju, valencija ( spinvalencija) atoma ugljika je 5.

d) Popunjavanje vanjskog energetskog nivoa atoma hlora u pobuđenom stanju pri prelasku jednog 3py-, jednog 3px- i jednog s-elektrona na d-podnivo:

U ovom stanju, valencija (spinvalencija) atoma ugljika je 7.

Ispunjavanje vanjskog energetskog nivoa atoma

Problem 67.
Raspodijelite elektrone atoma sumpora u kvantne ćelije. Koliko nesparenih elektrona imaju njegovi atomi u normalnom i pobuđenom stanju? Kolika je valencija sumpora zbog nesparenih elektrona?
Rješenje:
Raspodjela elektrona vanjskog energetskog nivoa atoma sumpora … 3s 2 3p 4 (uzimajući u obzir Hundovo pravilo 3s 2 3p x 2 3p y 1 3p z 1) preko kvantnih ćelija ima oblik:

a) Popunjavanje vanjskog energetskog nivoa atoma sumpora u osnovnom stanju:

U ovom stanju, valencija ( spinvalencija) atoma sumpora je 2.

b) Popunjavanje vanjskog energetskog nivoa atoma sumpora u pobuđenom stanju tokom prijelaza jednog 3py-elektrona na d-podnivo:

U ovom stanju, valencija (spinvalencija) atoma sumpora je 4.

c) Popunjavanje vanjskog energetskog nivoa atoma sumpora u pobuđenom stanju tokom prijelaza jednog 3p y - i jednog s-elektrona na d-podnivo:

U ovom stanju, valencija (spinvalencija) atoma sumpora je 6.

Električni moment dipola

Problem 68.
Šta se zove električni moment dipol? Koji od molekula HCI, HBr, HI ima najveći dipolni moment? Zašto?
Rješenje:
Kovalentna veza koju formiraju različiti atomi naziva se polarna veza. Na primjer, H - Cl; centar gravitacije negativni naboj(povezan sa elektronima) se ne poklapa sa centrom gravitacije pozitivan naboj(povezan sa nabojem jezgra atoma). Gustoća elektrona običnih elektrona se u većoj mjeri pomjera na jedan od atoma koji ima veću vrijednost elektronegativnosti. U H:Cl, zajednički elektronski par je pristrasan prema najelektronegativnijem atomu hlora. Polaritet veze kvantificira se dipolnim momentom (), koji je proizvod dužine dipola (l) - udaljenosti između dva jednaka i suprotna naboja +g i -g sa apsolutnom vrijednošću naboja: . Dipolni moment je vektorska veličina i usmjeren je duž ose dipola od negativnog do pozitivnog naboja. Dipolni moment veze pruža vrijedne informacije o ponašanju molekula kao cjeline. Služi kao kvantitativna mjera njegovog polariteta. Što je molekul polarniji, to je uobičajeni elektronski par više pomjeren prema jednom od atoma, tj. veći je efektivni naboj atoma i dužina dipola l. Stoga, u nizu slično konstruiranih molekula, dipolni moment raste kako se povećava razlika u elektronegativnosti atoma koji formiraju molekulu. Na primjer, dipolni momenti u nizu HCl - HBr - HI će se smanjiti, što je povezano sa smanjenjem razlike u elektronegativnosti atoma u prijelazu iz HCI, HBr, HI. Stoga molekula HCI ima najveći dipolni moment. Dipolni momenti HCI, HBr, HI su jednaki 1,04, respektivno; 0,79; 0,38 D. Dipolni momenti molekula se obično mjere u debajima (D)*: 1D = 3,33 . 10-30 C . m.

Jonske, atomske, molekularne, metalne kristalne rešetke

Zadatak 69.
Koje kristalne strukture se nazivaju jonske, atomske, molekularne i metalne? Kristali kojih supstanci - dijamanta, natrijum hlorida, ugljen-dioksida, cinka - imaju ove strukture?
Rješenje:
a) Kristalna struktura, u čijim čvorovima se nalaze anjoni i kationi, naziva se jonska. Udaljenosti između suprotno nabijenih jona su manje od udaljenosti između sličnih jona, dakle elektrostatične sile međujonske privlačnosti prevladaju odbojne sile. Dakle, elektrostatičke sile nemaju ni zasićenje ni smjer. Svaki ion je u interakciji ne samo sa ionima svog neposrednog okruženja, već i sa svim ostalim ionima kristala. Efektivne naknade u kristalima s ionskom kristalnom rešetkom uvijek ima više jona, tako da Kulonova interakcija ostaje jaka i stvara strogo uređenu alternaciju kationa i anjona u prostoru, odnosno ionsku rešetku. Među ionskim kristalnim rešetkama je i NaCl rešetka. U kristalu NaCl, osam hloridnih jona formira osam vrhova kocke, a šest drugih hloridnih jona leži u centrima šest lica ove kocke. Dakle, joni klorida formiraju kubičnu rešetku usmjerenu na lice. Manji katjoni natrijuma zauzimaju oktaedarske praznine u rešetki koju formiraju joni klorida. Rešetka formirana od katjona natrijuma je također kubna sa centriranjem lica. U ovoj kristalnoj rešetki svaki kation natrijuma je okružen sa šest hloridnih jona, a svaki hloridni jon je okružen sa šest natrijevih kationa, odnosno koordinacijski broj oba jona je šest.

b) Atomska kristalna struktura je kristal u čijim čvorovima se nalaze atomi. Veza u takvim kristalima je čisto kovalentna. Na primjer, u dijamantu, svaki atom ugljika ima četiri -veze i tetraedarski je okružen sa četiri ista atoma ugljika. Ugljik u dijamantu je u stanju sp 3 hibridizacije, stoga su sve veze između atoma u dijamantu iste (dužina veze je 154 pm), a ugao između atoma je 109,5 0. Svaki atom ugljika je vezan za četiri druga.

c) Kristalne strukture, u čijim se mjestima nalaze molekuli, nazivaju se molekularni kristali. Uzajamno privlačenje u ovim kristalima između molekula je ili zbog slabe van der valcer sile, ili vodonične veze, koje su mnogo slabije od sila koje djeluju u ionskim, atomskim i metalnim kristalima. Dakle, na mjestima kristalnog CO 2 ( "suhi led") sadrži molekule CO 2, koje su gusto spakovane u kristalnu rešetku usmjerenu na lice. Između molekula CO 2 u kristalu djeluju van der valcer sile.

d) Metalna kristalna struktura je takva rešetka čija je strukturna jedinica atom. U kubičnim rešetkama, svaki atom je okružen sa osam drugih atoma (kubična rešetka usredsređena na tijelo), au ostalim sa dvanaest (heksagonalna rešetka). Dakle, svaki atom može formirati 8 ili 12 veza sa svojim neposrednim susjedima, obično imajući za to mali broj valentnih elektrona. Pod ovim uslovima, tamo veliki broj multicentrične orbitale sa malim brojem elektrona na sebi. Orbitale pokrivaju značajan broj atoma, delokalizovane su. Elektrone u ovim orbitalama dijele mnogi atomi odjednom.

Dakle, kristalne rešetke metala formiraju pozitivno nabijeni kationi i "uranjaju" u elektronski plin. Valentni elektroni unutar metalni metal kreću se gotovo slobodno. E-gas kompenzira sile elektrostatičkog odbijanja pozitivni joni i razlog je stabilnosti, čvrstoće metalnog stanja. Koncentracija slobodnih elektrona u elektronskom gasu metala je 10 22 - 10 23 elektrona po 1 cm 3 . Cink, kao i metal, također ima metalnu kristalnu strukturu.

Metoda valentne veze (BC)

Zadatak 70.
Like metoda valentne veze(BC) objašnjava ugaonu strukturu molekula H 2 S i linearnu strukturu CO 2 ?
Rješenje:
a) Sumpor u osnovnom stanju ima dva nesparena p-elektrona (3s 2 3p x 2 3p y 1 3p z 1). Zbog elektrostatičkog odbijanja, dva oblaka p-elektrona su uvijek okomiti jedan na drugi. Kada se formira molekula H 2 S, dva p-oblaka atoma sumpora preklapaju se sa s-oblacima atoma vodika, formirajući dvije kovalentne veze, ugao između kojih je blizu 900 (slika 1.), što je dobro. dogovor sa međusobnog dogovora dvije p orbitale. okupirani nesparenim elektronima.

Slika 1. Šema preklapajućih elektronskih oblaka u molekulima
jedinjenja vodonika sa sumporom, selenom, telurom.

Dakle, molekula H 2 S ima ugaonu strukturu, koja se može predstaviti strukturnom formulom:

b) Ugljenik u osnovnom stanju ima dva nesparena p-elektrona (2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 0 ). Zbog elektrostatičkog odbijanja, dva oblaka p-elektrona su uvijek smještena okomito jedan na drugi, odnosno ugljik u osnovnom stanju može biti dvovalentan. CO molecule 2 sadrži dva atoma kiseonika po atomu ugljenika, tj. ugljenik sa dva atoma kiseonika povezan je preko četiri kovalentne veze. Utvrđeno je da CO 2 ima linearnu strukturu. Ovaj oblik molekule CO 2 Ovo se objašnjava činjenicom da atom ugljika ima dvije sp-hibridne orbitale i dvije nehibridne orbitale. Svi se oni preklapaju sa p-orbitalama atoma kiseonika. U ovom slučaju, dvije sp-hibridne orbitale daju dvije -veze sa p-orbitalama svakog atoma kisika, ugao između kojih je 1800 (slika 2.). Nehibridizirane dvije p-orbitale atoma ugljika daju dvije p-orbitale svakog atoma kisika - veze smještene u ravninama okomitim jedna na drugu.

Rice. 2. Triatomski CO 2 molekul.

Strukturna formula CO 2 izgleda ovako: