«Хочеш жити, вмій крутитися» або «Про життя та побут електронів». Частина 3 (заключна)

Посилання на першу частину: https://buki.com.ua/blogs/khochesh-zhyty-vmiy-krutytysya-abo-pro-zhyttya-ta-pobut-elektroniv-chastyna-1/

Посилання на другу частину: https://buki.com.ua/blogs/khochesh-zhyty-vmiy-krutytysya-abo-pro-zhyttya-ta-pobut-elektroniv-chastyna-2/

ДИСКЛЕЙМЕР: Увага! Не всі питання, описані у цій статті, розглядаються шкільною програмою. Наша редакція не несе відповідальності за ймовірні знання на навички, які ви можете отримати після прочитання даної інформації.

Все в природі прагне досягнути рівноваги та стабільності. Такої особливості дотримуються всі тіла та об’єкти нашого Всесвіту від неймовірно величезних до мікроскопічних. Зірки – об’єкти з настільки колосальними запасами енергії, що здатні давати життя цілим системам планет – один із найяскравіших прикладів рівноваги. Адже вони здатні «жити» тільки тоді, коли сили, що направлені на розширення зірки (термоядерні реакції в середині ядра), зрівняються з силами, що її стискають (власна гравітація). Рівновагу ми постійно спостерігаємо у повсякденному житті: залиште чашку з гарячим чаєм на столі за кімнатної температури, і її температура буде падати доти, доки не порівняється з температурою кімнати. Що ж до одних з найменших об’єктів Всесвіту – атомів загалом та електронів зокрема, то й вони всіма силами прагнуть до встановлення рівноваги, але своїм специфічним способом – шляхом мінімізації енергії. Про це ми вже згадували і не раз: електрон займає положення якнайближче до ядра (принцип мінімуму енергії), електрони заповнюють в першу чергу ті підрівні, енергія яких менша (правило Клечковського). Все це приклади способів досягнення тієї самої мінімізації. Але, виявляється, енергетично вигідними можуть бути не тільки конкретні розташування електронів, але й певні електронні структури.

Електронний октет. Погляньте на електронну конфігурацію атома Неону (Ne).

Не важко помітити особливість, яка відрізнятиме його від інших атомів, а саме, s- та p-підрівні зовнішнього енергетичного рівня повністю заповнені електронами (у випадку атома Неону зовнішнім є другий енергетичний рівень). Така електронна оболонка елемента називається електронною оболонкою благородного газу, а сам Неон – благородним або інертним газом. Інша назва такої оболонки – електронний октет (лат. octo – вісім), так як складається вона з 8 електронів. Ця структура є настільки енергетично вигідною, що атом Неону щосили намагатиметься її зберегти, а тому не буде вступати в реакції з жодним іншим атомом (звідси й назви «інертний», «благородний»). Крім Неону, електронний октет присутній майже у всіх елементів 18 групи (VIIIAгрупи за застарілою класифікацією) Періодичної системи: Аргону (Ar), Криптону (Kr), Ксенону (Xe), Радону (Rn), Оганесону (Og). Тому всі ці елементи (крім Og, який наразі маловивчений) є інертними газами. Але є ще один елемент на вершині 18 групи – Гелій. Це також благородний газ. Його зовнішній енергетичний рівень (перший) не може вмістити октету електронів (так як на першому енергетичному рівні немає p-підрівня), проте він все ж є завершеним, а тому також достатньо стійким.

Всі інші елементи , вступаючи в реакції, будуть намагатися побудувати такий самий електронний октет у себе на зовнішньому енергетичному рівні. Для цього вони будуть віддавати зайві електрони або ж приймати стільки, скільки їм бракує до завершення октету.

Електронний провал. Продовжуючи тему енергетично вигідних комбінацій електронів, давайте розберемо послідовність заповнення 3d-підрівня.

Помітили збій? У атомі Хрому (Cr) електрон перескочив з 4s-підрівня на 3d-підрівень. Причиною цього є та сама наша улюблена мінімізація енергії. Більш вигідною є ситуація, коли на d-підрівні знаходиться 5 або 10 електронів. Приклад з 10 електронами ілюструє атом Купруму (Cu).

Таке явище називають провалом електрона. Крім атомів CriCu, провал з s-підрівня на d-підрівень також характерний для таких елементів: Ніобій (Nb), Молібден (Mo), Рутеній (Ru), Паладій (Pd) (тут взагалі провалюється 2 електрони), Аргентум (Ag), Платина (Pt), Аурум (Au). Існують і інші види провалів у елементів, що належать до актиноїдів та лантаноїдів, але їх, на жаль (чи на щастя), ми обговорювати не будемо.

Квантові числа. Якщо слово «квантовий» не викликає у вас сильної довіри, не панікуйте. Насправді, тут все не так страшно, як було до цього. І зараз я це доведу. Отже, як би багато електронів не знаходилось навколо ядра (1, 10, 20, 100), ми ніколи не знайдемо серед них двох однакових. В попередній статті ми сформували принцип заборони Паулі, який забороняв двом однаковим електронам знаходитися на одній атомній орбіталі. А тепер ми його доповнимо до кінця. Насправді, принцип Паулі забороняє існування двох однакових електронів в атомі в цілому. Кожен електрон унікальний і описується своїм індивідуальним набором з чотирьох квантових чисел. Все ще дуже складно, і хотілося б легше? Добре. Давайте уявимо опис електрона так, ніби ми записуємо його адресу. Якою є послідовність запису традиційної адреси? Країна – місто – вулиця – номер будинку (від більш загального до більш детального). Кожну з цих складових в описі «адреси» електрона можна замінити числом. Як ми вже сказали, квантових чисел чотири.

1. Головне квантове число (країна) – чисельно відповідає номеру енергетичного рівня, на якому знаходиться електрон. Позначається n. Отже, для всіх електронів, що знаходяться на першому енергетичному рівні, n = 1. Для всіх на другому n = 2. Третьому – n = 3 і т.д.

2. Орбітальне квантове число (місто) – описує форму атомної орбіталі, на якій перебуває електрон. Позначаєтьсяl (ель). Залежно від форми орбіталі може мати такі значення:

 

- для всіх електронів, що перебувають на s-орбіталях І = 0;

 

- для тих, що перебувають на р-орбіталях І = 1;

 

- на d-орбіталях І = 2;

 

- на f-орбіталях І = 3.

3. Магнітне квантове число (вулиця) – описує спосіб розташування орбіталі в просторі. Позначають mабо Ml. Може набувати різних значень в залежності від способу розташування орбіталі.

 

- s-орбіталь має тільки один спосіб розміщення в просторі:

 

Відповідно число для опису способу її розташування тільки одне – m = 0. Саме таке значення магнітного квантового числа буде у всіх електронів, що знаходятьсяна даній орбіталі.

 

- три р-орбіталі розміщуються в просторі трьома різними способами:

 

Отже, чисел для опису розміщення потрібно вже три: m = -1; m = 0; m = +1.

 

- для п’яти d-орбіталей способів п’ять. Чисел теж п’ять: m = -2; m = -1; m = 0; m = +1; m= +2;

 

- для f-орбіталей – сім: m = -3; m = -2; m = -1; m = 0; m = +1; m = +2; m = +3.

4. Спінове квантове число (номер будинку) – характеризує спін електрона. Позначається sабо Ms. Може набувати тільки двох протилежних значень: s = +1/2; s = -1/2.

А тепер спробуємо описати квантовими числами один з електронів атома Купруму (Cu), позначений на малюнку червоною стрілкою.

Головне квантове число відповідає номеру енергетичного рівня, на якому знаходиться електрон, тому n = 3. Даний електрон розміщений на s-орбіталі, томуорбітальне квантове число –l = 0. Так як орбіталь розміщується в просторі тільки одним способом, то й магнітне квантове число для його позначення єдине: m = 0. І, нарешті, призначимо спінове квантове число: s = +1/2. Отже, опис даного електрона за допомогою квантових чисел виглядатиме так: n = 3, I = 0, m = 0, s = +1/2.

Правило Клечковського (доповнення). Тепер, коли ми знаємо про квантові числа, сформулюємо правило Клечковського в його повному вигляді. Заповнення електронами орбіталей в атомі відбувається в порядку зростання суми головного та орбітального квантових чисел (n+l). При однаковій сумі раніше заповнюватиметься орбіталь з меншим значенням головного квантового числа (n). Розберемо по порядку. Для 4s-підрівня сума головного і орбітального квантових чисел складає: n+l=4+0=4. Для 3d-підрівня: n+l=3+2=5. 4s-підрівень заповнюється раніше, так як на цьому підрівні дана сума менша. А у випадках, коли сума однакова (наприклад, у 2p (2+1)та 3s-підрівнів (3+0)), опираємося на менше головне (n) квантове число (воно менше у 2p-підрівня (n = 2), тому й він заповнюється раніше).

На цьому ми завершимо історію про електрони. Ось і все, що я хотів вам про них розповісти. Сподіваюсь, дана інформація допоможе вам краще зрозуміти матеріал шкільної програми, успішно скласти ЗНО з хімії або підготуватися до вивчення більш серйозних тем у ВНЗ. Дякую, що дочитали до кінця!

Рейтинг:5 из 5

На основе отзывов 1 пользователей

Автор: Олександр Б.

Редакция не несет ответственности за наполнение блогов, они есть персональным мнением автора

Нужен репетитор?

Выбирай лучших преподавателей на сервисе Буки!

Другие статьи преподавателя

Регистрируйся как репетитор на BUKI!

Бесплатная регистрация за 10 минут

Занятия персонально или по Skype

Оплата напрямую от ученика

Также читайте раздел «Блоги репетиторов»:

Секретные методы изучения иностранного языка

В этой статье мы рассмотрим три секретных метода, которые могут помочь вам усвоить новый язык быстрее и эффективнее. Статья содержит ссылки на платформы и вебсайты, которые вам помогут в этом.

Автор: Христина Я.

Як досягти тонкої талії?

Тонка талія: міфи та реальність

Автор: Анастасія Ш.

Цукрозамінники

Переваги та недоліки

Автор: Анастасія Ш.

Відпочинок від тренувань

Правильно організований відпочинок допомагає зберегти і покращити результати тренувань

Автор: Анастасія Ш.

Verben mit Präpositionen у німецькій мові у німецькій мові. Дружній путівник для початківців

Сьогодні ми поговоримо про один із важливих аспектів німецької мови - Verben mit Präpositionen (дієслова з прийменниками).

Автор: Ярослав Т.

Зв'язок між гормонами та тренуваннями

Важливість фізичної активності для підтримки гормонального балансу та загального здоров'я.

Автор: Анастасія Ш.

Другие новости:

;