tronurile sunt asemănătoare cu AO. Se mai numesc orbitali electroni sau atomici. Norul de electroni este caracterizat de patru numere cuantice (n, l,, ms) Aceste numere cuantice sunt asociate cu fi-

proprietățile fizice ale electronului, iar numărul n (numărul cuantic principal) caracterizează nivelul de energie (cuantic) al electronului; numărul l (orbital) - momentul impulsului (subnivelul energetic); număr (magnetic) - moment magnetic; ms - rotire. A învârti

Un electron este creat prin rotirea lui în jurul propriei axe. Electronii dintr-un atom trebuie să difere cu cel puțin un număr cuantic (principiul Pauli), prin urmare, în AO nu pot exista mai mult de doi electroni care diferă în spinurile lor (mS = + 1/2) Tabelul 1 prezintă valorile și notaţie numere cuantice, precum și numărul de electroni din nivelul și subnivelul energetic corespunzător.

Tabelul 1 Semnificația numerelor cuantice și număr maxim electroni porniți

niveluri cuantice și subniveluri.

Exemplul 2. Compuneți formule electronice ale atomilor elementelor cu numerele de serie 15 și 22. Arătați distribuția electronilor în celulele cuantice (de energie).

Soluţie. Formulele electronice afișează distribuția electronilor într-un atom după niveluri de energie, subniveluri (atomi

orbitali). Configurația electronică este notată prin grupuri de simboluri nlx, unde n este numărul cuantic principal, l este numărul cuantic orbital (în loc de acesta, este indicată desemnarea literei corespunzătoare - s, p, d, f), x este numărul de electroni într-un subnivel dat.

În acest caz, trebuie luat în considerare faptul că electronul ocupă mai devreme subnivelul energetic la care are cea mai scăzută energie, adică. sumă mai mică n+l (regula I a lui Klechkovsky).

Dacă sumele n + l ale subnivelurilor sunt aceleași, atunci subnivelul cu „n” mai mic este completat mai întâi (regula II a lui Klechkovsky).

Secvența nivelurilor și subnivelurilor de energie de umplere este următoarea:

Deoarece numărul de electroni dintr-un atom al unui element este egal cu numărul său de serie din tabelul Mendeleev, atunci pentru elementele nr. I6 (sulf) și nr. 22 (titan), formulele electronice arată astfel:

Structura electronică a unui atom poate fi, de asemenea, descrisă sub formă de structuri de electroni în celule cuantice (de energie), care sunt o reprezentare schematică. orbitali atomici(AO). O celulă cuantică este desemnată dreptunghiulară

ka □ , iar electronii din aceste celule sunt notați cu săgeți. Fiecare celulă cuantică nu poate conține mai mult de doi electroni cu spini opuși. Orbitalii unui subnivel dat sunt umpluți mai întâi de un electron cu spini identici și apoi de al doilea electron cu spini opuși (regula lui Hund).

Una dintre variantele de plasare a electronilor: s

Exemplul 3 . Ce valență datorată electronilor nepereche poate prezenta fosforul în stările normale și excitate?

Soluţie. Distribuția electronică a externului nivel de energie fosfor...

Atomii de fosfor au orbitali d liberi, deci este posibil ca un electron de 3 s să intre în starea 3d:

Prin urmare, valența fosforului în stare normală este de trei, iar în starea excitată - cinci.

Exemplul 4. Ce este electronegativitatea? Care dintre legăturile din molecula de cianura de potasiu (KCN) este caracterizată de un procent mare de ionicitate?

Soluţie. Electronegativitatea (EO) caracterizează capacitatea atomilor de a retrage electroni de la alți atomi în timpul formării legătură chimică. EO este egal cu jumătate din suma energiei de ionizare și a afinității electronice. De obicei, se folosesc valori relative EO, de exemplu. raporturile dintre EO al unui element dat și EO al litiului, a cărui valoare este luată în mod condiționat ca 1. De exemplu, EO relativă a fluorului, oxigenului, azotului și, respectiv, potasiului este 4,0; 3,5; 3,0; 0,8. Valorile EC relative sunt rezumate într-un tabel (Tabelul Polin-

Ha). Cu cât diferența dintre ER relative ale atomilor de legătură este mai mare, cu atât ionicitatea legăturii dintre ei este mai mare. Există două legături în cianura de potasiu:

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

Aceasta înseamnă că legătura K-C are un procent mare de ionicitate.

ÎNTREBĂRI DE TEST

41. Notați succesiunea în care orbitalii elementului radon Rn sunt umpluți cu electroni (numărul de serie 86). La

42. De ce, cu aceeași configurație a nivelului electronic extern al atomilor de azot și fosfor, oxigen și sulf, fluor și clor, elementele acestor perechi diferă în capacități de valență?

43. Ce legături (ionice, covalente nepolare, polare) se realizează în compuși: acid fosforic, clor, dioxid de sulf, clorură de sodiu, acid clorhidric?

La din ce familie apartine acest element?

46. Care dintre cele două legături din molecula HOCl are cea mai mare ionicitate? Sprijiniți-vă răspunsul cu un calcul. (EO: H=2,1; O=3,5; CI=3,0).

47. Care dintre cele trei legături din tiocianatul de potasiu KSCN este mai ionică? Sprijiniți-vă răspunsul cu un calcul. (EO: K=0,8; C=2,5; N=3,0; S=2,5).

48. Ce valență poate prezenta un atom de antimoniu în stările neexcitate și excitate?

49. Atomi ai căror elemente în stare neexcitată au următoarele structuri ale nivelului exterior:

50. Pe baza mărimilor electronegativității, indicați modul în care capacitatea atomilor de a accepta

mama electronilor. (EO: F=4,0; CI=3,0; Br=2,8; I=2,2)

51. Câți orbitali f liberi sunt conținute în atomii elementelor cu numere de serie 59, 69, 93, 98? Folosind regula lui Hund, distribuiți electronii între orbitalii atomilor acestor elemente.

52. Notați succesiunea în care orbitalii elementului California sunt umpluți cu electroni (numărul de serie 98). Cărei familii aparține acest element?

53. Ce greșeli se fac în schemele de distribuție a electronilor de niveluri externe în atomii neexcitați? Elimina erorile.

54. Ce valență (maximum) poate

55. Notați ordinea în care sunt completate

electronii orbitali ai elementului aur (numărul de serie 79). Cărei familii aparține acest element?

56. Ce legături, δ- sauπ-, se formează în moleculele de hidrogen, fluor, acid clorhidric, oxigen, dioxid de carbon?

58. Ce valență poate prezenta siliciul în stările neexcitate și excitate?

59. Notați ordinea în care sunt completate

electronii orbitalului elementului plumb (număr de serie 82). Cărei familii aparține acest element?

60. Calculați numărul maxim de electroni în subnivelurile s-, p-, d- și f-.

61. Calculați numărul maxim de electroni în nivelul 1, 2, 3 și 4 de energie.

62. Caracterizați următoarele stări ale electronilor prin patru numere cuantice:

cea mai mare ionitate, spre care dintre atomi este deplasat norul de electroni de legare? (EO:

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

64. Ce stări de valență poate prezenta un atom de seleniu în stările neexcitate și excitate?

65. Notați ordinea în care sunt completate

La din ce familie apartine acest element?

66. Câte perechi de electroni sunt implicate în formarea legăturilor în molecule: brom, oxigen, azot și apă?

67. Caracterizați următoarele stări ale electronilor prin patru numere cuantice (pentru fiecare electron):

68. Ce valență poate prezenta un atom de siliciu în stările neexcitate și excitate?

69. Cum se poate explica faptul că fluorul și clorul, având același lucru configuratie electronica s 2 p5 din nivelul electronic exterior al atomilor, pot prezenta diferite valențe: fluor - 1, clor -

70. Cum se explică periodicitatea proprietăților elementelor cu o creștere succesivă a sarcinilor nucleelor ​​atomilor?

71. De ce sulf și oxigen, fiind analogi electronici (s 2 p4 ) prezintă valențe diferite: oxigen - doar 2 și sulf

– 2, 4, 6?

72. Notați succesiunea în care orbitalii elementului de platină sunt umpluți cu electroni (numărul de serie 78).

73. Folosind regula lui Hund, distribuiți electronii în orbitali corespunzători celei mai mici stări de energie pentru atomii cu numerele de serie 21, 35, 37, 52.

74. Ce valență poate prezenta un atom de clor în stările neexcitate și excitate?

75. Scrieți succesiunea în care orbitalii elementului de tantal Ta (numărul de serie 73) sunt umpluți cu electroni. Cărei familii aparține acest element?

76. Ce valență arată telurul (numărul de serie 52)

în stări normale și excitate?

77. Caracterizați următoarele stări ale electronilor prin patru numere cuantice (pentru fiecare electron):

78. Ce valență poate prezenta un atom de bismut în stările neexcitate și excitate?

79. Notați succesiunea în care orbitalii elementului de wolfram W sunt umpluți cu electroni (numărul de serie 74). Cărei familii aparține acest element?

80. Ce legături chimice (ionice, polare covalente, nepolare) se realizează în substanțe: fluorură de hidrogen HF, fluorură de rubidiu RbF, etan, dioxid de carbon, acid sulfuric, acid

gen, hidrogen, clorură de sodiu NaCl? (EO: H=2,1; F=4,0; Rb=0,8; C=2,5; O=3,5; S=2,5; Na=0,9; CI=3,0).

81. Care subnivel este umplut cu electroni mai întâi: 7s, 6p

82. Dacă vreuna dintre conexiuni-σ- sau -π-, este dificil să se rotească atomii de carbon într-o moleculă de hidrocarbură?

83. Care este valența maximă pe care o poate prezenta un atom?

84. Scrieți succesiunea în care orbitalii elementului mendeleviu Md (număr de serie 101) sunt umpluți cu electroni.

La din ce familie apartine acest element?

85. Având în vedere capacitatea moleculelor de apă de a forma legături de hidrogen, explicați de ce densitatea gheții este mai mică decât cea a apei lichide?

86. Având în vedere valoarea electronegativității elementelor, evaluați care legătură din seria de cloruri a elementelor din perioada II este cea mai mare și

care este cel mai puțin polar: 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; CI=3,0).

87. Notați succesiunea în care orbitalii elementului de bismut Bi sunt umpluți cu electroni (numărul de serie 83). Cărei familii aparține acest element?

88. Pentru un atom cu o structură electronică de 1s 2 2s2 2p3 se potrivesc

o suflare de electroni în stare normală.

89. Caracterizați următoarele stări ale electronilor prin patru numere cuantice (pentru fiecare electron):

2 ↓ ↓ ↓ ↓

90. Notați succesiunea în care orbitalii elementului astatin At (număr de serie 85) sunt umpluți cu electroni. Cărei familii aparține acest element?

91. Care dintre cele trei legături din molecula acidului fulminant HOCN are cel mai mare procent de ionicitate? Confirmați-vă răspunsul

chiar. (EO: H=2,1; C=2,5; N=3,0; O=3,5)

92. Cum se va schimba ionicitatea legăturii chimice în fluorurile elementelor din a treia perioadă a sistemului periodic odată cu creșterea numărului elementului?

93. Care este valența maximă a unui atom de mangan?

94. Notați ordinea în care sunt completate

La din ce familie apartine acest element?

95. Ce legături (ionice, polare covalente, nepolare) sunt realizate în compuși: oxigen, bromură de hidrogen, etan,

fluorură de potasiu, dioxid de azot? (EO: O=3,5; H=2,1; Br=2,8; C=2,5; F=4,0; K=0,8; N=3,0)

96. Scrieți formulele electronice ale atomilor elementelor cu numerele de serie 16 și 26. Distribuiți electronii acestor atomi conform celule cuantice. Cărei familii electronice aparține fiecare dintre aceste elemente?

97. Care dintre următoarele link-uri cel mai-

mai aproape de ionic? (EO: Cs=0,86; CI=3,0; Ca=1,0; S=2,5; Ba=0,97; F=4,0)

98. Scrieți formulele electronice ale atomilor elementelor cu numerele de serie 25 și 34. Cărei familii electronice aparține fiecare dintre aceste elemente? Distribuiți electronii acestor atomi între celulele cuantice.

99. Scrieți formula electronică a atomului elementului cu numărul atomic 79.

100. Realizați formule electronice ale atomilor elementelor cu numerele de serie 50 și 79, ținând cont că acesta din urmă are o „eșec” de un electron 6s la subnivelul 5d. Cărei familii electronice aparține fiecare dintre aceste elemente?

101. Care este principiul Pauli? Poate fi aprins un subnivel de electroni p-7 sau d-12? De ce? Compuneți formula electronică a unui atom al unui element cu numărul de serie 52 și indicați electronii de valență ai acestuia.

102. Câte și ce valori poate magnetic

numărul cuantic ml cu numărul orbital l = 0, 1, 2 și 3? Ce elemente din sistemul periodic se numesc elemente s-, p-, d- și f-? Dă exemple.

103. Scrieți formulele electronice ale atomilor elementelor cu numerele de serie 21 și 23. Câți liberi d-orbitalii din atomii acestor elemente?

104. Folosind regula lui Hund, distribuiți electronii pe orbite corespunzătoare stării energetice cele mai înalte a atomilor: fosfor, aluminiu, siliciu, sulf.

105. Care orbiti ai unui atom sunt umpluți mai întâi cu electroni: 4d sau 5s, 6s sau 5p? De ce? Scrieți formula electronică a atomului elementului cu numărul atomic 104.

106. De ce apa are T anormal de mare pl și Tbp în comparație cu compușii cu hidrogen cu alte elemente p din grupa VI din tabelul lui D.I. Mendeleev?

107. Ce este energia de ionizare? În ce unități se exprimă? Cum se modifică activitatea reducătoare a elementelor s și p din grupurile sistemului periodic odată cu creșterea numărului de serie? De ce?

108. Ce legătură covalentă se numește polară? Care este măsura cantitativă a polarității unei legături covalente? Pe baza valorilor electronegativității atomilor elementelor corespondente, determinați care dintre legături: HI, HCl, BrF este cea mai polară. (EO: H=2,1; CI=3,0; I=2,2; Br=2,7, F=4,0)

109. Calculați gradul de ionicitate al legăturilor în moleculele CBr4, CaC2, CO, B4 C.

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

110. Câți electroni nepereche are un atom de clor în stare normală și excitată? Distribuiți acești electroni între celulele cuantice. Care este valența clorului din cauza electronilor nepereche?

111. Cum se numește legătura covalentă legătura σ și ce legătură π? Luați un exemplu de structură a unei molecule de oxigen.

112. Cum se va modifica ionicitatea legăturii chimice în fluorurile elementelor din a treia perioadă a sistemului periodic cu o creștere a but-

măsura elementului? (EO: Na=1,0; Mg=1,2; Al=1,5; Si=1,7; P=2,1; S=2,5; CI=3,0; F=4,0)

113. Ce legătură chimică se numește legătură de hidrogen? Între

Ce molecule îl formează? De ce H2 O și HF, având mai puțin Masă molară, se topește și se fierbe la mai mult temperaturi mari decât omologii lor?

114. Distribuiți electronii atomului de carbon în celule cuantice. Câți electroni nepereche poate avea un atom de carbon în stare normală și excitată? Care este valența carbonului în acest caz?

115. Distribuiți electronii atomului de clor peste celulele cuantice. Câți electroni nepereche poate avea un atom de clor

în stări normale și excitate? Care este valența clorului în acest caz?

116. Distribuiți electronii atomului de fosfor în celule cuantice. Câți electroni nepereche poate avea un atom de fosfor în starea normală și excitată?

117. Care dintre elemente - calciul sau zincul - are proprietăți metalice mai pronunțate? Justificați-vă răspunsul pe baza analizei formulelor electronice ale lui Ca și Zn.

118. Ce este afinitatea electronică? În ce unități se exprimă? Cum se va schimba activitatea oxidativă a atomilor într-o perioadă și într-un grup al sistemului periodic cu o creștere a numărului de serie. Justificați-vă răspunsul prin structura atomului elementului corespunzător.

119. Distribuiți electronii atomului de azot și fosfor în celulele cuantice. Explicați de ce starea pentavalentă este imposibilă pentru azot, dar posibilă pentru fosfor.

Deci, fiecare dintre cele patru numere cuantice este „responsabil” pentru un anumit aspect al caracteristicilor stării electronice. Setul tuturor celor patru numere cuantice face posibilă caracterizarea completă a stării unui electron dintr-un atom din punctul de vedere al unui model mecanic cuantic.

1.7. celule cuantice

Există o notație foarte simplă și clară în care se obișnuiește să simbolizeze fiecare orbital printr-o celulă (așa-numita celula cuantică) (Fig. 1.5.), iar valorile numărului cuantic de spin sunt

potriviți cu direcția săgeții: (ms = +½ ),↓ (ms = -½ ).

Conform regulii lui Hund (principiul multiplicității maxime)

valoarea absolută a numărului de spin total al electronilor unui subnivel de energie dat ar trebui să fie maximă.

s-subnivel

p-subnivel

d-subnivel

f-subnivel

Orez. 1.5. celule cuantice

Cu alte cuvinte, în starea fundamentală a atomului(o astfel de stare corespunde energiei sale minime) numărul maxim de celule cuantice trebuie să fie ocupat de electroni, prin urmare, atunci când se construiește o schemă de distribuire a electronilor peste celulele cuantice, ar trebui mai întâi să plasați câte un electron în fiecare dintre ele (spinurile tuturor electronii unui subnivel dat trebuie să fie

paralel), și numai după ce un singur electron umple toate celulele, un al doilea electron cu un spin antiparalel este plasat în ele.

De exemplu, singura distribuție corectă a patru electroni pe subnivel de energie d este următoarea:

d-subnivel

deoarece în acest caz numărul total de spin atinge valoarea maximă: +½ +½ +½ +½ = +4/2.

Electronii cu aceleași valori ale numărului cuantic ms (adică electroni cu spin paralel) se numesc nepereche. Acești electroni joacă un rol decisiv în formarea unei legături chimice între atomi, determinând stările de valență ale acestora.

Dacă numărul de electroni depășește numărul de celule cuantice, atunci găsirea de electroni în aceeași celulă cuantică este posibilă numai dacă valorile numerelor cuantice de spin ale acestor electroni sunt opuse (astfel de electroni cu spin antiparalel se numesc perechi). De exemplu, șapte electroni umplu celulele stării d, după cum urmează:

d-subnivel

Când un atom primește energie suplimentară, acesta trece de la principal la stare de excitat. În acest caz, electronii din orbitalii complet umpluți se deplasează către orbitalii liberi de același subnivel de energie. Numărul de electroni nepereche crește, iar posibilitățile de valență ale atomului se modifică.

Din principiul Pauli rezultă că în aceeași celulă cuantică (numerele cuantice n, ℓ, mℓ pentru astfel de electroni coincid deja) pot exista maximum doi electroni cu valori opuse ale spinului

numărul cuantic ms . Acest lucru vă permite să setați capacitatea maximă a fiecărui subnivel de energie (Fig. 1.6.).

Orez. 1.6. Capacitatea maximă a subnivelurilor energetice

Deci, fiecare subnivel de energie are limite ale numărului de electroni care îl umplu.

1.8. Formule electronice ale atomilor

A prezenta structura electronică a unui atom multi-electron înseamnă, într-o formă condiționată, a da distribuția electronilor acestui atom pe niveluri și subniveluri de energie, i.e. face asa-zisa formula electronică a unui atom. O formulă electronică este un fel de cifru bazat pe numere cuantice. Formula electronică a unui atom este construită din blocuri de forma:

nℓx ,

unde: n este numărul cuantic principal (numărul nivelului de energie, valoarea acestuia este indicată de numerele 1,2,3, 4,5,...), ℓ este numărul cuantic orbital (valoarea acestuia este indicată de litera latină corespunzătoare s, p, d, f), x este numărul de electroni într-o stare cuantică dată.

De exemplu, intrarea 4d7 înseamnă că șapte electroni ocupă al patrulea nivel de energie, subnivelul d, adică. pentru acești șapte electroni n=4 și ℓ=2.

Formula electronică a unui atom este compilată pentru starea sa fundamentală, adică pentru starea corespunzătoare energiei minime. La compilarea formulelor electronice, subnivelurile de energie ar trebui să fie completate în ordinea creșterii lor energetice, subnivelurile de energie inferioare sunt întotdeauna umplute primele (principiul energiei minime).

Energia subnivelurilor crește în funcție de creșterea valorii totale a numerelor cuantice n + ℓ, iar în cazul egalității lor, subnivelul cu o valoare mai mică a lui n este completat mai întâi.

Ordinea de umplere este ușor de dedus din diagrama prezentată în fig. 1.7.

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

Orez. 1.7. Diagrama subnivelurilor energetice

În această diagramă, subnivelurile energetice ale fiecăruia dintre cele șapte niveluri sunt scrise într-o coloană. Când vă deplasați de la dreapta la stânga de-a lungul diagonalei acestei diagrame, obțineți ordinea în care ar trebui să completați subnivelurile de energie cu electroni atunci când compilați formulele electronice ale atomilor.

Ținând cont de regularitățile discutate mai sus, formulele electronice ale atomilor de aluminiu (elementul numărul 13, un atom conține 13 electroni) și scandiu (elementul numărul 21, un atom conține 21 de electroni) pot fi reprezentate astfel:

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

21 Sc 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 sau 21 Sc 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2 ,

dacă leagă în mod pur formal subnivelurile celui de-al treilea nivel energetic.

Formulele electronice ale atomilor multielectroni pot fi reprezentate în mai multe forma scurta, având în vedere că învelișurile complet construite caracterizează starea electronică a gazelor nobile - elemente care completează fiecare perioadă a sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev:

El (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 ).

Prin urmare, în formulele electronice, puteți indica simbolul gazului nobil corespunzător între paranteze pătrate și apoi dați distribuția

determinarea acelor electroni ai unui atom, al căror număr depășește numărul de electroni din atomul acestui gaz nobil. Pentru formulele electronice complete de aluminiu și scandiu discutate mai sus, o astfel de modificare dă următorul rezultat:

13 Al 3s2 3p1

21 Sc 3d1 4s2

Electronii nivelului de energie exterior (ultimul) și, de regulă, nivelul pre-exterior (penultimul) al subnivelului d, dacă acesta nu este construit

în întregime, numit electroni de valență.

Deci, Al sunt considerați electroni de valență 3s2 3p1 și Sc - 3d1 4s2 .

Alături de formulele electronice ale atomilor, așa-numitele grafica electronica formule bazate pe conceptele de celule cuantice discutate mai sus. În acest caz, fiecare subnivel de energie este reprezentat de un set de celule cuantice corespunzătoare, care sunt umplute cu electroni în conformitate cu cerințele principiului Pauli și ale regulii lui Hund.

De exemplu, formulele electrografice ale atomilor de aluminiu și scandiu arată astfel:

Sarcina 66.
Câți electroni nepereche are un atom de clor în stare normală și excitată? Distribuiți acești electroni între celulele cuantice. Care este valența clorului din cauza electronilor nepereche?
Soluţie:
Distribuția electronilor nivelului de energie exterior... 3s 2 3p 5 (ținând cont de regula lui Hund 3s 2 3p x 2 3p y 2 3p z 1) pentru celulele cuantice are forma:
a) Umplerea nivelului de energie externă al atomului de clor în starea fundamentală:

spinvalență) al unui atom de carbon este 1.

b) Umplerea nivelului de energie externă al atomului de clor în starea excitată la trecerea unui electron 3py la subnivelul d:

(spinvalență) al unui atom de carbon este 3.

c) Umplerea nivelului de energie externă al atomului de clor în starea excitată la trecerea unui electron 3py și a unui electron 3px la subnivelul d:

În această stare, valența ( spinvalență) al unui atom de carbon este 5.

d) Umplerea nivelului de energie externă a atomului de clor în starea excitată la trecerea unui electron 3py-, 3px- și unul s la subnivelul d:

În această stare, valența (spinvalență) al unui atom de carbon este 7.

Umplerea nivelului de energie exterior al unui atom

Problema 67.
Distribuiți electronii atomului de sulf în celule cuantice. Câți electroni nepereche au atomii săi în starea normală și excitată? Care este valența sulfului din cauza electronilor nepereche?
Soluţie:
Distribuția electronilor nivelului de energie exterior al atomului de sulf … 3s 2 3p 4 (ținând cont de regula Hund 3s 2 3p x 2 3p y 1 3p z 1) peste celulele cuantice are forma:

a) Umplerea nivelului de energie externă al atomului de sulf în starea fundamentală:

În această stare, valența ( spinvalență) al unui atom de sulf este 2.

b) Umplerea nivelului de energie externă al atomului de sulf în starea excitată în timpul tranziției unui electron 3py la subnivelul d:

În această stare, valența (spinvalență) al unui atom de sulf este 4.

c) Umplerea nivelului de energie externă al atomului de sulf într-o stare excitată în timpul tranziției unui electron 3p y - și a unui electron s la subnivelul d:

În această stare, valența (spinvalență) al unui atom de sulf este 6.

Momentul electric al dipolului

Problema 68.
Asa numit moment electric dipol? Care dintre moleculele HCI, HBr, HI are cel mai mare moment dipol? De ce?
Soluţie:
O legătură covalentă formată din diferiți atomi se numește legătură polară. De exemplu, H - CI; centrul de greutate sarcina negativa(asociat cu electronii) nu coincide cu centrul de greutate sarcină pozitivă(asociat cu sarcina nucleului unui atom). Densitatea electronică a electronilor comuni este deplasată la unul dintre atomi, care are o valoare de electronegativitate mai mare, într-o măsură mai mare. În H:Cl, perechea de electroni partajată este orientată către atomul de clor cel mai electronegativ. Polaritatea legăturii se cuantifică prin momentul dipol (), care este produsul lungimii dipolului (l) - distanța dintre două sarcini egale și opuse +g și -g cu valoarea absolută a sarcinii: . Momentul dipol este o mărime vectorială și este direcționat de-a lungul axei dipolului de la o sarcină negativă la una pozitivă. Momentul dipol al legăturii oferă informații valoroase despre comportamentul moleculei în ansamblu. Acesta servește ca măsură cantitativă a polarității sale. Molecula este cu atât mai polară, cu atât perechea de electroni comună este deplasată mai mult către unul dintre atomi, adică cu atât sarcina efectivă a atomilor este mai mare și lungimea dipolului l este mai mare. Prin urmare, într-o serie de molecule construite în mod similar, momentul dipol crește pe măsură ce diferența de electronegativitate a atomilor care formează molecula crește. De exemplu, momentele dipolului din seria HCI - HBr - HI vor scădea, ceea ce este asociat cu o scădere a diferenței de electronegativitate a atomilor la tranziția de la HCI, HBr, HI. Prin urmare, molecula HCI are cel mai mare moment dipol. Momentele dipolare HCI, HBr, HI sunt egale cu 1,04, respectiv; 0,79; 0,38 D. Momentele dipolare ale moleculelor sunt de obicei măsurate în debyes (D)*: 1D = 3,33 . 10-30 C . m.

Rețele cristaline ionice, atomice, moleculare, metalice

Sarcina 69.
Ce structuri cristaline se numesc ionice, atomice, moleculare și metalice? Cristalele din ce substanțe - diamant, clorură de sodiu, dioxid de carbon, zinc - au aceste structuri?
Soluţie:
a) Structura cristalină, în nodurile căreia se află anioni și cationi, se numește ionică. Distanțele dintre ionii încărcați opus sunt mai mici decât distanța dintre ionii similari, deci electrostatic forțele de atracție interionică prevalează asupra forţelor de respingere. Deci forțele electrostatice nu au nici saturație, nici direcție. Fiecare ion interacționează nu numai cu ionii din mediul său imediat, ci și cu toți ceilalți ioni ai cristalului. Taxe efective există întotdeauna mai mulți ioni în cristale cu o rețea cristalină ionică, astfel încât interacțiunea Coulomb rămâne puternică și creează o alternanță strict ordonată de cationi și anioni în spațiu, adică o rețea ionică. Printre rețelele cristaline ionice se numără și rețeaua NaCl. Într-un cristal de NaCl, opt ioni de clorură formează cele opt vârfuri ale unui cub, iar alți șase ioni de clorură se află în centrul celor șase fețe ale acestui cub. Astfel, ionii de clorură formează o rețea cubică centrată pe față. Cationii de sodiu mai mici ocupă goluri octaedrice în rețeaua formată din ionii de clorură. Rețeaua formată din cationi de sodiu este, de asemenea, cubică centrată pe față. În această rețea cristalină, fiecare cation de sodiu este înconjurat de șase ioni de clorură, iar fiecare ion de clorură este înconjurat de șase cationi de sodiu, adică numărul de coordonare al ambilor ioni este de șase.

b) O structură cristalină atomică este un cristal, în nodurile rețelei ale cărora se află atomi. Legătura dintre astfel de cristale este pur covalentă. De exemplu, în diamant, fiecare atom de carbon are patru legături și este înconjurat tetraedric de patru atomi de carbon din aceeași. Carbonul din diamant este într-o stare de hibridizare sp 3, prin urmare toate legăturile dintre atomi din diamant sunt aceleași (lungimea legăturii este de 154 pm), iar unghiul dintre atomi este de 109,5 0. Fiecare atom de carbon este legat de alți patru.

c) Structurile cristaline, în locurile reticulare ale cărora se află molecule, se numesc cristale moleculare. Atractia reciproca in aceste cristale intre molecule se datoreaza fie a slabei forțele van der vals, sau legături de hidrogen, care sunt mult mai slabe decât forțele care acționează în cristalele ionice, atomice și metalice. Astfel, la locurile de CO 2 cristalin ( "gheata uscata") conține molecule de CO 2 , care sunt împachetate dens într-o rețea cristalină centrată pe față. Între moleculele de CO 2 din cristal acţionează forțele van der vals.

d) Structura cristalină metalică este o astfel de rețea, a cărei unitate structurală este un atom. În rețelele cubice, fiecare atom este înconjurat de alți opt atomi (rețeaua cubică centrată pe corp), iar în altele de doisprezece (rețeaua hexagonală). Astfel, fiecare atom poate forma 8 sau 12 legături cu vecinii săi imediati, având de obicei un număr mic de electroni de valență pentru aceasta. În aceste condiții, acolo număr mare orbitali multicentrici cu un număr mic de electroni pe ele. Orbitalii acoperă un număr semnificativ de atomi, sunt delocalizați. Electronii din acești orbitali sunt împărțiți de mai mulți atomi simultan.

Astfel, rețelele cristaline ale metalelor sunt formate din cationi încărcați pozitiv și sunt „cufundate” în gazul de electroni. electroni de valențăîn metal metalic mișcă aproape liber. E-gazul compensează forțele de repulsie electrostatică ionii pozitivi si este motivul stabilitatii, rezistentei starii metalice. Concentrația de electroni liberi în gazul de electroni al metalelor este de 10 22 - 10 23 electroni pe 1 cm 3 . Zincul, ca un metal, are și o structură cristalină metalică.

Metoda legăturii de valență (BC)

Sarcina 70.
Cum explică metoda legăturilor de valență (BC) structura unghiulară a moleculei de H 2 S și structura liniară a moleculei de CO 2?
Soluţie:
a) Sulful în starea fundamentală are doi electroni p nepereche (3s 2 3p x 2 3p y 1 3p z 1). Datorită repulsiei electrostatice, doi nori de electroni p sunt întotdeauna perpendiculari unul pe celălalt. Când se formează o moleculă de H 2 S, doi nori p ai unui atom de sulf se suprapun cu nori s de atomi de hidrogen, formând două legături covalente, unghiul dintre care este aproape de 900 (Fig. 1.), ceea ce este în bună măsură. acord cu aranjament reciproc doi orbitali p. ocupat de electroni nepereche.

Fig. 1. Schema suprapunerii norilor de electroni în molecule
compuși ai hidrogenului cu sulf, seleniu, telur.

Astfel, molecula H2S are o structură unghiulară, care poate fi reprezentată prin formula structurală:

b) Carbonul în starea fundamentală are doi electroni p nepereche (2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 0 ). Datorită repulsiei electrostatice, doi nori de electroni p sunt întotdeauna situați perpendicular unul pe celălalt, adică carbonul în starea fundamentală poate fi divalent. molecula de CO 2 conţine doi atomi de oxigen per atom de carbon, adică. carbonul cu doi atomi de oxigen este conectat prin patru legaturi covalente. S-a stabilit că CO 2 are o structură liniară. Această formă a moleculei de CO 2 Acest lucru se explică prin faptul că atomul de carbon are doi orbitali sp-hibrizi și doi orbitali nehibrizi. Toate se suprapun cu orbitalii p ai atomilor de oxigen. În același timp, doi orbitali sp-hibrizi dau două legături cu orbitalii p ai fiecărui atom de oxigen, unghiul dintre care este de 1800 (Fig. 2.). Cei doi p-orbitali nehibridați ai atomului de carbon dau doi p-orbitali ai fiecărui atom de oxigen cu două legături situate în planuri perpendiculare unul pe celălalt.

Orez. 2. Moleculă de CO 2 triatomică.

Formula structurala CO2 arată astfel: