توزيع الإلكترونات. عدد الكمية. مبدأ باولي قاعدة هوند قم بصياغة مبدأ باولي وما معناه

دليل أولي لواجبات طلاب التخصصات غير الكيميائية مع التطبيقات الأولية الكبرى. يمكن أن يكون مصدرًا للأشخاص الذين يتعلمون بشكل مستقل أساسيات الكيمياء، ولطلاب المدارس الفنية الكيميائية والصفوف العليا في المدارس الثانوية.

الدليل الأسطوري، تمت ترجمته من عدد كبير من اللغات من أوروبا وآسيا وأفريقيا وتم نشره في توزيع حصري يزيد عن 5 ملايين نسخة.

عند تحضير ملف فيكوري الموقع http://alnam.ru/book_chem.php

كتاب:

<<< Назад

إلى الأمام >>>

بالنسبة لتوزيع الإلكترون في ذرة الإلكترون، فإن الموضع الذي صاغه V. Pauli مهم ( مبدأ باولي)، جيد لأي شخص لا يمكن أن يكون هناك إلكترونين في الذرة، لكن كلا العددين الكميين سيكونان متماثلين.. ومن الواضح أن كل مدار ذري، يتميز بالقيم التالية n وl وm، يمكن أن يشغله أكثر من إلكترونين، يحمل ظهرهما أهم الإشارات. يُطلق على اثنين من هذه الإلكترونات الموجودة في نفس المدار ولهما ظهور طويل مستقيم يقترن، لمشرف واحد (tot. غير مقترن) الإلكترون الذي يشغل كل مدار.

بناءً على مبدأ باولي، من الممكن أن يتواجد الحد الأقصى لعدد الإلكترونات عند مستويات ومستويات طاقة مختلفة في الذرة.

عند l = 0 إذن. على s-new، لا يزال عدد الكم المغناطيسي يساوي الصفر. أيضًا، يوجد في s-primary مدار واحد فقط، والذي يشار إليه عادة بالخلية ("الخلية الكمومية"): ?.

كما كان من المفترض، تحتوي المدارات الذرية للجلد على ثلاثة أكثر من إلكترونين، وظهرهم مستقيم للغاية. ويمكن توضيح ذلك رمزياً من خلال الرسم البياني التالي:

كما أن الحد الأقصى لعدد الإلكترونات الموجودة على شجرة s لكرة الإلكترون الجلدية يزيد عن 2. عند l=1 (p-tree)، من الممكن وجود ثلاث قيم مختلفة لعدد الكم المغناطيسي (-1، 0، +1). أوتجي. هناك ثلاثة مدارات على القاعدة p، كل منها يمكن أن يشغله أكثر من إلكترونين. في المجمل، يمكن للوحات p أن تستوعب 6 إلكترونات:

تتكون الشجرة الفرعية d (l=2) من خمسة مدارات تمثل خمس قيم مختلفة لـ m؛ هنا الحد الأقصى لعدد الإلكترونات هو 10:

اكتشف أن الأعمدة f (l=3) يمكنها استيعاب 14 إلكترونًا؛ لذا، فإن الحد الأقصى لعدد الإلكترونات المتساوية مع العدد الكمي المداري l أعلى من 2(2l+1).

يتم دمج راوند الطاقة الأول (كرة K، n=1) مع أعمدة s فقط، ويتم دمج راوند الطاقة الآخر (كرة L، n=2) مع أعمدة s وp، وما إلى ذلك. وبالنظر إلى هذا، قمنا بتجميع جدول للحد الأقصى لعدد الإلكترونات التي يمكن استيعابها في كرات إلكترونية مختلفة (الجدول 2).

كيفية إظهار نقاط الماوس على الطاولة. 2 البيانات، الحد الأقصى لعدد الإلكترونات على مستوى طاقة الجلد يساوي 2n 2 de n - وهي مماثلة لقيمة الرقم الكمي للرأس. لذلك، يمكن أن تحتوي الكرة K على 2 إلكترون كحد أقصى (2 1 2 = 2)، ويمكن أن تحتوي الكرة L على 8 إلكترونات (2 2 2 = 8)، ويمكن أن تحتوي الكرة M على 18 إلكترونًا (2 3 2 = 18). إلخ. ومن المهم أن يتم اشتقاق الأرقام من أعداد العناصر في فترات الجدول الدوري.

الحالة الأكثر استقرارًا للإلكترون في الذرة تتوافق مع أدنى قيمة ممكنة لطاقته. كن أنت الآخر في حياتك دعونا نستيقظغير مستقر: من هذا الإلكترون يتحول على الفور إلى حالة ذات طاقة أقل. وأيضًا، في الذرة المستيقظة (الشحنة النووية Z = 1)، يكون الإلكترون الواحد عند أدنى مستوى طاقة ممكن. في اليوم الأول. يمكن توضيح التركيب الإلكتروني لذرة الماء باستخدام رسم تخطيطي

أو اكتبها هكذا: 1s 1 (اقرأ one es one).

الجدول 2. الحد الأقصى لعدد الإلكترونات على مستويات الطاقة النووية والمستويات الفرعية

في ذرة الهيليوم (Z = 2)، يوجد إلكترون آخر أيضًا في المحطة 1s. ويمثل هيكلها الإلكتروني (1س 2 - قراءة واحد وفاق اثنين) بالرسم البياني:

سينتهي الأمر بملء هذا العنصر بالكرة K الأقرب إلى النواة وسينتهي بعد ذلك بالفترة الأولى لنظام الإلكترون.

في العنصر المجاور للهيليوم - الليثيوم (Z = 3)، لا يمكن للإلكترون الثالث أن يتناسب مع مدار الكرة K: سيكون هذا وفقًا لمبدأ باولي. ولذلك، فإنها تحتل محطة s لمستوى طاقة آخر (L-ball، n=2). هيكلها الإلكتروني مكتوب بالصيغة 1s 2 2s 1 التي توضح الدائرة:

ويبين عدد النوى الكمومية وتمددها المتبادل في الدائرة المتبقية أن 1) الإلكترونات في الذرة تتوزع على مستويين للطاقة، ويتكون الأول منهما من شجرة واحدة (1s) وسطح من رواسب الرأي؛ 2) يمثل مستوى الطاقة الآخر - الخارجي - طاقة أعلى ويتكون من مستويين فرعيين (2s و 2p)؛ 3) تتضمن الشجرة الفرعية 2s مدارًا واحدًا، حيث يوجد إلكترون واحد في الذرة؛ 4) يتضمن المدار 2p ثلاثة مدارات متساوية الطاقة، والتي يشار إليها بالطاقة الأعلى، والطاقة الأقل، والتي يشار إليها بالمدارات 2s؛ في ذرة غير مستيقظة، تصبح المدارات 2p غير مشغولة.

للتبسيط، أظهرنا على الدوائر الإلكترونية أن مستويات الطاقة ليست مشغولة بالكامل. من الواضح أن الغلاف الإلكتروني لذرة العنصر الرئيسي لفترة أخرى - البريليوم (Z = 4) - يمثله الرسم التخطيطي

أو بالصيغة 1s 2 2s 2. وبهذه الطريقة، كما في الدورة الأولى، تبدأ الدورة التالية بالعناصر التي يظهر فيها إلكترون s للكرة الإلكترونية الجديدة لأول مرة. ونظرًا للتشابه في بنية المجال الإلكتروني الخارجي، فإن هذه العناصر تظهر ثراءً في قدراتها الكيميائية. ولذلك، عادة ما يتم إحضارهم إلى الأسرة عناصر s.

يتم تمثيل التركيب الإلكتروني لذرة العنصر المؤدي إلى البريليوم - البورون (Z = 5) بالرسم التخطيطي

ويمكن التعبير عنها بالصيغة 1s 2 2s 2 2p 1.

عندما تزيد الشحنة النووية بمقدار واحد، إذن. عند الانتقال إلى ذرة الكربون (Z=6)، يزيد عدد الإلكترونات الموجودة في ذرات 2p إلى 2: يتم التعبير عن كثافة الإلكترون لذرة الكربون بالصيغة 1s 2 2s 2 2p 2 . ومع ذلك، يمكن أن تكون هذه الصيغة مشابهة لأي من المخططات الثلاثة:

على غرار المخطط (1)، يشغل الإلكترون 2p الموجود في ذرة الكربون نفس المدار. أرقام الكم المغناطيسية هي نفسها، واتجاهات الدوران هي نفسها؛ المخطط (2) يعني أن الإلكترونات 2p تشغل مدارات مختلفة (بحيث يكون لها قيم مختلفة لـ m) ولها ظهور طويل مستقيم؛ اكتشف من الشكل (3) أن الإلكترونين 2p لهما مدارات مختلفة، وأن دوران هذين الإلكترونين مستقيم.

يُظهر تحليل الطيف الذري للكربون أنه بالنسبة لذرة الكربون غير النشطة، فإن المخطط الأكثر ثباتًا هو الصحيح، والذي يشير إلى أعلى قيمة ممكنة للدوران الكلي للذرة (ما يسمى بمجموع دورات جميع الإلكترونات التي تدخل إلى الذرة) بنية الذرة؛ في مخططات الذرة اللامعة (1) و(2) مجموع تسيا أغلى، وفي المخطط (3) أكثر من واحد).

ويتأكد هذا الترتيب لترتيب الإلكترونات في ذرة الكربون من خلال ظهور نمط غامض. حكم هوند: تتم الإشارة إلى الحالة المستقرة للذرة من خلال توزيع الإلكترونات بين تقسيمات الطاقة الفرعية، حيث تكون القيمة المطلقة للدوران الكلي للذرة هي الحد الأقصى.

ومن المهم أن قاعدة هوند لا تستبعد الانقسامات الأخرى للإلكترونات بين التقسيمات الفرعية. ثم يتصلب حتى يكون مستقرًا. غير مستيقظوالمعسكر الذي تحتوي فيه الذرة على أقل طاقة ممكنة؛ إذا كان هناك أي توزيع آخر لطاقة الإلكترون، فإن طاقة الذرة أكثر أهمية، فسوف نخضع لها zbudzheny، معسكر غير مستقر.

باستخدام قاعدة هوند، من الصعب وضع مخطط للتركيب الإلكتروني لذرة العنصر الذي يأتي بعد الكربون - النيتروجين (Z = 7):

هذا المخطط مدعوم بالصيغة 1s 2 2s 2 2p 3.

الآن، إذا كان غلاف المدارات 2p مشغولًا بإلكترون واحد، فإن وضع الإلكترونات في أزواج على المدارات 2p يبدأ. ويمثل هذا الحمض (Z=8) بصيغة الصندوق الإلكتروني 1s 2 2s 2 2p 4 والشكل التالي:

تكتسب ذرة الفلور (Z=9) إلكترونًا إضافيًا قدره 2p. يتم التعبير عن هيكلها الإلكتروني أيضًا بالصيغة 1s 2 2s 2 2p 5 والرسم التخطيطي:

اكتشف أن ذرة النيون (Z=10) ستملأ في النهاية المستوى 2p، وهذا سيكمل ملء مستوى طاقة آخر (L-ball) ويطلق فترة أخرى من نظام العناصر.

وبهذه الطريقة، بدءًا من البورون (Z=5) وانتهاءً بالنيون (Z=10)، يتم ضمان تجديد المجال الإلكتروني الموجود؛ تتم أيضًا إحالة عناصر هذا الجزء من فترة أخرى إلى عائلة العناصر p.

يشبه ذرات الصوديوم (Z=11) والمغنيسيوم (Z=12) العنصر الأول في الفترة الأخرى - الليثيوم والبريليوم - حيث يحتوي على إلكترون واحد أو اثنين من إلكترونات s. يتم تمثيلها بالصيغ الإلكترونية 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 (الصوديوم) و 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 (المغنيسيوم) والمخططات التالية:

والصيغة 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6.

وهكذا، فإن الدورة الثالثة، مثل الأخرى، تبدأ بعنصرين s، تليها ستة عناصر p. وبالتالي يبدو أن بنية كرة الإلكترون الخارجية للعناصر الداعمة للفترتين الأخرى والثالثة متشابهة. وبالتالي، تحتوي ذرات الليثيوم والصوديوم على إلكترون واحد في مجال الإلكترون الخارجي، بينما تحتوي ذرات النيتروجين والفوسفور على إلكترونين s وثلاثة إلكترونات p، وما إلى ذلك. خلاف ذلك، نظرا لزيادة شحن النواة، فإن الهيكل الإلكتروني للهياكل الإلكترونية الخارجية للذرات يكرر نفسه بشكل دوري. ومن المهم ملاحظة أن هذا ينطبق أيضًا على العناصر الهجومية. وفيما يلي ما يلي: توزيع العناصر في نظام دوري يوحي بالحالة الإلكترونية لذراتها. ويدل على الطبيعة الإلكترونية للذرات من خلال شحنة نواتها، وهي بدورها تشير إلى قوة العناصر وخصائصها. وهذا يعني جوهر الاعتماد الدوري لقوى العناصر على شحنة نواة ذراتها، وهو ما يعبر عنه القانون الدوري.

دعونا نواصل نظرتنا إلى الذرات الإلكترونية. لقد استقرنا على ذرة الأرجون، التي ملأت التقسيمين الفرعيين 3s و 3p بالكامل، وإلا ستبقى جميع مدارات التقسيم الفرعي 3d شاغرة. ومع ذلك، في العناصر التي تتبع الأرجون - البوتاسيوم (Z = 19) والكالسيوم (Z = 20) - تتم إضافة ملء كرة الإلكترون الثالثة بسرعة وتبدأ وحدة s للكرة الرابعة في التشكل: كثافة الإلكترون يتم التعبير عن ذرة البوتاسيوم بالصيغة 1s 2 2s 2 2p 6 3s 3p 6 4s 1 ذرة الكالسيوم - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 وبالمخططات التالية:

السبب وراء هذا التسلسل لتجديد احتياطيات الطاقة الإلكترونية يكمن في الحاضر. كما هو مذكور في الفقرة 31، يتم تحديد طاقة الإلكترون في ذرة الإلكترون بقيم ليس فقط الرأس، ولكن أيضًا رقم الكم المداري. وهناك تمت الإشارة إلى تسلسل نمو أعمدة الطاقة مما يدل على نمو طاقة الإلكترون. يظهر هذا التسلسل في الشكل. 22.

كيفية تسوية الأرز. 22، 4s يتميز بالطاقة المنخفضة، وانخفاض ثلاثي الأبعاد، والذي يرتبط بدرع أقوى للإلكترونات d في إلكترونات s. من الواضح أن وضع الإلكترونات الخارجية في ذرات البوتاسيوم والكالسيوم عند مستويات 4s يتوافق مع الحالة الأكثر استقرارًا لهذه الذرات.

تمت دراسة تسلسل ملء مدارات الإلكترون الذرية اعتمادًا على قيمة الرأس وأعداد الكم المدارية من قبل عالم راديانسكي V. M. Klechkovsky، الذي أثبت أن طاقة الإلكترون تزداد مع زيادة مجموع هذين الكمين أعدادهما، إنه. الكميات (ن+ل). على ما يبدو، صاغ الموقف التالي (بادئ ذي بدء، قاعدة كليتشكوفسكي): مع زيادة شحنة النواة الذرية، ينتقل الامتلاء المتتالي لأفلاكات الإلكترون من المدارات ذات القيم الأقل لمجموع الرأس والأعداد الكمومية المدارية (n+l) إلى المدارات ذات القيم الأكبر للمجموع.

يتوافق التركيب الإلكتروني لذرات البوتاسيوم والكالسيوم مع هذه القاعدة. نعم، بالنسبة للمدارات ثلاثية الأبعاد (n=3, l=2) يكون المجموع (n+l) أعلى من 5، وبالنسبة للمدارات 4s (n=4, l=0) – أعلى من 4. وأيضًا المدارات 4s يجب أن نتذكر في وقت سابق، انخفاض شجرة 3D، وهو أمر متوقع حقا.

حسنًا، تنتهي ذرة الكالسيوم بقسمة 4s. ومع ذلك، عند الانتقال إلى العنصر المتقدم - سكانديوم (Z = 21) - تلعب التغذية دورًا: وهو من العنصر الآخر بنفس المجموع (n+l) - 3d (n=3, l=2), 4p ( n=4, l=1) أو 5s (n=5, l=0) - هل من الممكن أن ننسى؟ وتبين أنه لنفس المجموع (n+l) تكون طاقة الإلكترون أكبر من قيمة العدد الكمي الرئيسي n. ولذلك، في مثل هذه الحالات، يتم تحديد ترتيب ملء مستويات الطاقة بالإلكترونات قاعدة كليتشكوفسكي أخرىإنه جيد لأي شخص وبنفس قيم المجموع (n+l) يتم تحقيق ملء المدارات تباعا مع زيادة قيمة العدد الكمي الرأسي n.

صغير 22. تسلسل تجديد مستويات الطاقة الإلكترونية في الذرة.

يتضح من هذه القاعدة أنه في حالة (n+l) = 5، فإن الخطوة الأولى هي اتباع الشجرة الفرعية 3d (n=3)، ثم الشجرة الفرعية 4p (n=4)، وأخيراً الشجرة الفرعية 5s (ن = 5). قد تبدأ ذرة السكانديوم بعد ذلك في ملء مداراتها ثلاثية الأبعاد، بحيث يتوافق هيكلها الإلكتروني مع الصيغة 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2 * والرسم البياني:

سيستمر تجديد الهيكل ثلاثي الأبعاد بعناصر سكانديوم - التيتانيوم والفاناديوم وما إلى ذلك. - ومن المؤكد تقريبًا أنه سينتهي عند الزنك (Z=30)، الذي تظهر ذرته في الرسم البياني

وهو ما يتوافق مع الصيغة 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2.

* في الصيغ الإلكترونية، من المعتاد أن نكتب أولاً جميع الجمل ذات القيم المعطاة لـ n، ثم ننتقل إلى الجمل ذات القيم الأعلى لـ n. لذلك، سيكون ترتيب التسجيل دائمًا متسقًا مع ترتيب ملء سجلات الطاقة. وبالتالي، فإن تسجيل الصيغة الإلكترونية لذرة السكانديوم له مقدمات ثلاثية الأبعاد قبل 4s، لذلك نريد العودة إلى نفس التسلسل.

توجد عشرة عناصر د، تبدأ بالسكانديوم وتنتهي بالزنك، قبل العناصر الانتقالية. خصوصية الأغلفة الإلكترونية لهذه العناصر التي تتماشى مع العناصر الأمامية (s- و p) تكمن في حقيقة أنه عند الانتقال إلى الجلد الأمامي للعنصر d، لا يظهر إلكترون جديد في العنصر الخارجي (n = 4) )، ولكن في عنصر آخر (ن = 3) كرة إلكترونية. في هذا الصدد، من المهم ملاحظة أن القوى الكيميائية للعناصر يتم تحديدها أولاً من خلال بنية المجال الإلكتروني الخارجي لذراتها، وبدرجة أقل، تقع خلف الكرات الإلكترونية الأمامية (الداخلية). تحتوي ذرات جميع العناصر الانتقالية على كرة إلكترونية خارجية مكونة من إلكترونين*؛ ولذلك، فإن القوة الكيميائية للعناصر d بسبب الزيادات في العدد الذري لا تتغير بشكل حاد مثل قوة العناصر s و p. يجب وضع جميع العناصر d قبل المعادن، وبعد ذلك، عند امتلاء الحاوية p الخارجية، سيتحول المعدن إلى غاز غير معدني نموذجي، وبشكل عام، غاز نبيل.

بعد إكمال الشجرة ثلاثية الأبعاد (n=3, l=2)، تشغل الإلكترونات، بالاتفاق مع قاعدة كليتشكوفسكي أخرى، الشجرة 4p (n=4, l=1)، لتستأنف الكرة N. تبدأ هذه العملية عند ذرة الغاليوم (Z=31) وتنتهي عند ذرة الكريبتون (Z=36)، والتي يتم التعبير عن قيمة إلكترونها بالصيغة 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3d 10 4s 2 4p 6 . مثل ذرات الغازات النبيلة الرائدة - النيون والأرجون، تتميز ذرة الكريبتون ببنية الإلكترون الخارجي للكرة ns 2np6، حيث n هو رقم الكم الرئيسي (نيون - 2s 2 2p 6.، أرجون - 3s) 2 3 ع 6، 6 2).

بدءًا من روبيدا، سيتم استعادة شجرة الـ 5؛ وهذا يؤكد أيضًا قاعدة كليتشكوفسكي أخرى. يبدو أن ذرة الروبيديوم (Z = 37) لها بنية مميزة للمعادن السفلية مع إلكترون واحد في مجال الإلكترون الخارجي. يبدأ تيم بنفسه الفترة الخامسة الجديدة لنظام العناصر. في هذه الحالة، وكذلك خلال الفترة الرابعة، يتم فقدان الدعم غير الضروري للكرة الإلكترونية الأمامية. من الواضح أنه في كرة الإلكترون الرابعة توجد أيضًا شجرة F، والتي لم يتم ملاحظة استبدالها أيضًا في الفترة الخامسة.

ذرة السترونتيوم (Z=38) بها 5s تشغل إلكترونين، وبعد ذلك تمتلئ شجرة 4d، ثم هناك عشرة عناصر - من الإيتريوم (Z=39) إلى الكادميوم (Z=48) - تكمن حتى التحول بعض عناصر د. ثم من الهند إلى غاز الزينون النبيل تستخرج ستة عناصر p تنتهي بها الفترة الخامسة. وهكذا، يبدو أن الفترتين الرابعة والخامسة متشابهتان تمامًا في بنيتهما.

* هناك عناصر د (على سبيل المثال، الكروم، الموليبدينوم، عناصر المجموعة الفرعية للنحاس)، التي تحتوي ذراتها على أقل من إلكترون واحد. وتناقش أسباب هذا الانحراف عن الترتيب "العادي" لملء مصادر الطاقة الإلكترونية في نهاية الفقرة.

تبدأ الدورة السادسة، مثل الأولى، بعنصرين S (السيزيوم والباريوم)، يكملان ملء المدارات من المجموع (n+l)، وهو أعلى من 6. الآن، وفقًا لقواعد كليتشكوفسكي، يجب علينا ملء sya subdriven 4f (n=4, l=3) من المجموع (n+l)، وهو أغلى من 7b ومن أصغر قيمة ممكنة عند هذه القيمة للرقم الكمي الرئيسي. في الواقع، اللانثانوم (Z=57)، الممزوج مباشرة بعد الباريوم، لا يحتوي على إلكترون 4f، بل إلكترون 5d، لذلك يتبع تركيبه الإلكتروني الصيغة 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 5d 1 6s 2 . بروتيوس، العنصر التالي وراء اللانثانوم، السيريوم (Z = 58)، يبدأ فعليًا في نسيان التقسيم الفرعي 4f الذي ينتقل إلى إلكترون واحد 5d موجود في ذرة اللانثانوم؛ لذلك، يتم التعبير عن التركيب الإلكتروني لذرة السيريوم بالصيغة 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 2 5s 2 5p 6 6s 2. وبالتالي، فإن النهج المتبع في قاعدة كليتشكوفسكي الأخرى، والتي قد تكون ذات طبيعة ساعة زمنية بدلاً من اللانثانوم: بدءًا من السلسلة، يتم ملء جميع مدارات القسم 4f على التوالي. بالتناوب في هذا الجزء من الفترة السادسة، يتم إحضار أربعة عشر لانثانيدات إلى عناصر F وتقترب من قوة اللانثانم. من السمات المميزة للأغلفة الإلكترونية لذراتها أنه عند الانتقال إلى العنصر f التالي، يأخذ الإلكترون الجديد مكانًا ليس في العنصر السابق (n=6) وليس في العنصر السابق (n=5)، ولكن وأعيد ترتيبها بشكل أعمق، وهي الكرة الإلكترونية الثالثة (عددها = 4).

على الرغم من وجود اللانثانيدات في ذرات نفس العناصر في بنية المجالات الإلكترونية الحديثة والمتقدمة، إلا أن جميع اللانثانيدات تظهر تشابها كبيرا في السلطات الكيميائية.

يبدأ ملء الشجرة 5d باللانثانم، ويستمر بالهافنيوم (Z=72) وينتهي بالزئبق (Z=80). بعد ذلك، في الفترات السابقة، تم توسيع ستة عناصر ف. يوجد هنا يوم 6p: يبدأ عند الخصر (Z=81) وينتهي عند غاز الرادون النبيل (Z=86)، والذي ينتهي بالدورة السادسة.

سومي، الفترة التي لا تزال غير مكتملة لنظام عناصر النبضات تشبه شوستوم. بعد عنصري s (فرنسا والراديوم) وعنصر d واحد (الأكتينيا)، هناك 14 عنصرًا f، تبدو قواها قريبة من قوى الأكتينيوم. هذه العناصر، التي تبدأ بالثوريوم (Z=90) وتنتهي بالعنصر 103، تسمى مجتمعة الأكتينيدات. ومن بينها نظرية مندليف (Z = 101)، التي اكتشفها الفيزيائيون الأمريكيون بشكل فردي في عام 1955. и أسماء تكريما لـ D. I. منديليف. بجوار أكتينيدات المجعّد النامي (Z = 104) والعنصر 105. تمت إزالة هذه العناصر بشكل فردي من قبل مجموعة من العلماء بالتعاون مع الأكاديمي ج.ن.فليروف؛ وهي تقع قبل العناصر d وتكمل الجزء الأول من الجدول الدوري للعناصر.

إن توزيع الإلكترونات خلف مستويات الطاقة (الكرات) في ذرات جميع العناصر الكيميائية المعروفة مرتب في نظام دوري للعناصر يوضع في بداية الكتاب.

يظهر تسلسل ملء مستويات الطاقة والمستويات الفرعية في الذرات بالإلكترونات بشكل تخطيطي في الشكل. 23، الذي يعبر بيانيا عن قواعد كليتشكوفسكي. تنتقل القيم من القيم الأصغر (n+l) إلى القيم الأكبر بالترتيب المشار إليه بواسطة الأسهم. وليس من المهم أن نلاحظ أن هذا التسلسل يختلف عن تسلسل ملء المدارات الذرية الموضح في الشكل. 22.

صغير 23. مخطط تسلسل تجديد مستويات الطاقة الإلكترونية في الذرة.

صغير 24. إيداع طاقة الإلكترونات 4f و 5d في شحنة النواة Z.

يجب أن نتذكر أن المخطط المتبقي (مثل قواعد كليتشكوفسكي) لا يعكس السمات الخاصة للبنية الإلكترونية لذرات عناصر معينة. على سبيل المثال، عند الانتقال من ذرة النيكل (Z = 28) إلى ذرة النحاس (Z = 29)، فإن عدد الإلكترونات ثلاثية الأبعاد لا يزيد بمقدار واحد، بل بمقدار اثنين تقريبًا لقفز أحد الإلكترونات 4s إلى ثلاثي الأبعاد ذرة. وبالتالي، يتم التعبير عن كثافة الإلكترون لذرة النحاس بالصيغة 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1. ولوحظ أيضًا "تخطي" مماثل للإلكترون من العمود الخارجي من s إلى d للكرة الأمامية في ذرات نظائرها من قطع النحاس والذهب. ويرجع ذلك إلى زيادة مقاومة الطاقة للهياكل الإلكترونية، مما يدل على وجود مصادر طاقة خارجية (القسم § 34). يحدث انتقال الإلكترون في منتصف الذرة من 4s إلى الشجرة ثلاثية الأبعاد (وانتقالات مماثلة في ذرات الفضة والذهب) حتى تكوين شجرة d مملوءة بالكامل، وبالتالي تظهر مرئية بقوة.

كما سيظهر في الفقرة 34، من الممكن زيادة مقاومة الطاقة والتكوينات الإلكترونية ذات النواة نصف المملوءة بشكل متساوٍ (على سبيل المثال، الهياكل التي تضع ثلاثة إلكترونات p في المجال الخارجي، وخمسة إلكترونات d iv في الكرة الأمامية أو على حافة الإلكترونات f عند الكرة الأكثر سحقًا). وهذا ما يفسر "قفزة" إلكترون 4s واحد في ذرة الكروم (Z=24) إلى المستوى الفرعي ثلاثي الأبعاد، ونتيجة لذلك تكتسب ذرة الكروم بنية إلكترونية مستقرة (1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5) 4s 1) ملء النصف تمامًا بالأبعاد الثلاثية؛ لوحظت فترة مماثلة للإلكترون 5s على الكتلة 4d في ذرة الموليبدينوم (Z = 42).

من المعروف أن الترتيب "العادي" لملء مستويات الطاقة في ذرات اللانثانم (ظهور إلكترون 5d بدلاً من 4f) والسيريوم (ظهور إلكترونين 4f) وخصائص مماثلة في الحياة الإلكترونية اليومية هياكل ذرات العناصر سيتم شرح هذه الفترة بالفترة التالية. مع زيادة شحن النواة، يصبح الجذب الكهروستاتيكي لنواة الإلكترون، الموجود عند مستوى طاقة معين، أقوى وتتغير طاقة الإلكترون.

عندما تتغير طاقة الإلكترونات الموجودة في النوى المختلفة بشكل مختلف، يتم فحص شحنة النواة بشكل مختلف عن طريق شظايا 100 إلكترون. Sokrem، تتغير طاقة الإلكترونات 4f بسبب زيادة شحنة النواة، والطاقة المنخفضة للإلكترونات 5d (القسم شكل 24). لذلك، يبدو أن اللانثانم (Z = 57) لديه طاقة أقل من إلكترونات 5d، والسيريوم (Z = 58) لديه طاقة أعلى وأقل من إلكترونات 4f. من الواضح أن الإلكترون الموجود في اللانثانوم على الشجرة 5d ينتقل من السيريوم إلى الشجرة 4f.

<<< Назад

إلى الأمام >>>

الكمية: موضوع الدرس: الأعداد الكمومية. مبدأ باولي، قاعدة هوند، قواعد كليتشكوفسكي. أعمال روزراهونكوف (أهمية ذرات العناصر الكيميائية. وضع الإلكترونات خلف مستويات الطاقة والمدارات، التغيرات الإلكترونية للذرات والأيونات). ميتا للدرس: قم بصياغة بيانات علمية حول الغلاف الإلكتروني للذرة باستخدام العناصر الكيميائية من 1-3 فترات من الجدول الدوري. إصلاح مفهومي "القانون الدوري" و"النظام الدوري".

1. مبدأ باولي. يمكن أن تحتوي الذرة على إلكترونين، مما يعني أن قيم جميع الأعداد الكمومية (n، l، m، s) هي نفسها. لا يمكن أن يكون هناك أكثر من إلكترونين في المدار الجلدي (مع السبينات القريبة).

2. قاعدة كليتشكوفسكي (مبدأ الطاقة الأقل). يتم توزيع معظم الإلكترونات بحيث تكون طاقتها ضئيلة. كلما قل المبلغ (n + l)، قلت طاقة المدار. بالنسبة لقيمة معينة (n + l)، فإن المدار ذو أدنى n لديه أقل طاقة. تزداد طاقة المدارات في السلسلة:

3. حكم هوند. الذرة مسؤولة بشكل رئيسي عن أكبر عدد ممكن من الإلكترونات غير المتزاوجة على حدود البنية القديمة.

السجل الذي يوضح توزيع الإلكترونات في ذرة عنصر كيميائي حسب مستويات الطاقة والمستويات الفرعية يسمى التكوين الإلكتروني لتلك الذرة. في الحالة الأساسية (غير المستيقظة) للذرة، تلبي جميع الإلكترونات مبدأ الحد الأدنى من الطاقة. وهذا يعني أنه سيتم استبدال نقطة البداية بأخرى قديمة، والتي من أجلها:

1) العدد الكمي للرأس n هو الحد الأدنى؛

2) في منتصف المستوى، يتم ملء شجرة s بشجرة s، ثم شجرة p، ثم شجرة d؛

3) يتم الحشو بحيث يكون (n + l) في حده الأدنى (قاعدة كليتشكوفسكي)؛

4) بين شجرة واحدة، تدور الإلكترونات بحيث يصل دورانها الإجمالي إلى الحد الأقصى. عن طريق إزالة أكبر عدد من الإلكترونات غير المتزاوجة (قاعدة هوند).

5) عندما تمتلئ المدارات الذرية ينتهي مبدأ باولي. ويترتب على ذلك أن مستوى الطاقة بالرقم n لا يمكن أن يحتوي على أكثر من 2n 2 إلكترونات، موزعة على مستويات فرعية n 2.

يوجد السيزيوم (Cs) في الفترة السادسة، مع 55 إلكترونًا (الرقم التسلسلي 55) موزعة على 6 مستويات طاقة ومستوياتها الفرعية. الانتهاء من التعلم تسلسل تتم إزالة ملء الإلكترونات في المدارات:

55 Cs 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 5d 10 6s 1

مبدأ حكم باولي لغوندو

أساسيات خطاب بودوفي

القسم 3. الذرات الإلكترونية الغنية

بتعبير أدق، لا يمكن معرفة حل شرودنغر إلا في حالات أخرى، على سبيل المثال، لذرة الماء والأيونات الافتراضية أحادية الإلكترون، مثل He +، Li 2+، Be 3+. وتتكون ذرة العنصر التالي - الهيليوم - من نواة وإلكترونين، ينجذبان إلى النواتين ويشكلان إلكترونًا آخر. وحتى في الماضي، كان التنافس يفتقر إلى حل دقيق.

ولذلك، فإن الأساليب المختلفة لها أهمية كبيرة. وبمساعدة هذه الأساليب، كان من الممكن إنشاء التركيب الإلكتروني لذرات جميع العناصر المشتركة. تظهر هذه التطورات أن مدارات الذرات الإلكترونية الغنية لا تختلف عن مدارات ذرة الماء (تسمى هذه المدارات مدارات الماء). قوة الرأس هي تأثير كثافة المدارات من خلال شحنة نووية أكبر. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للذرات الإلكترونية الغنية فقد وجد أن ذلك ينطبق على الجلد مستوى الطاقة(عند هذه القيمة للرقم الكمي للرأس ن) انقسام إلى العصور القديمة. لم يعد من الممكن تخزين طاقة الإلكترون حتى نونوع العدد الكمي المداري ل. فون يتزايد في العدد س-, ص-, د-, F-المدارات (الشكل 7).

بالنسبة لمستويات الطاقة العالية ذات الأهمية في طاقات القدماء، هناك كمية كبيرة من الطاقة، فيمكن لمستوى واحد أن يخترق مستوى آخر، على سبيل المثال

6س 2 2س 2 2ص 6 3س 2 3ص 6. يتم الإشارة إلى عدد الإلكترونات الموجودة في مدارات شجرة معينة في المؤشر العلوي للحرف الأيمن، على سبيل المثال 3 د 5 - هذا 5 إلكترونات لـ 3 د- العصور القديمة.

لتسجيل التكوين الإلكتروني للذرة بسهولة، استبدل المدارات التي تشغل الإلكترونات أسطحها، ثم اكتب رمز الغاز النبيل الذي له صيغة إلكترونية مماثلة:

على سبيل المثال، الصيغة الإلكترونية لذرة الكلور هي 1 س 2 2س 2 2ص 6 3س 2 3ص 5 أو 3 س 2 3ص 5 . يتم حمل إلكترونات التكافؤ خلف الأذرع، والتي تشارك في تكوين الروابط الكيميائية.

بالنسبة للفترات العالية (خاصة السادسة والسابعة)، يكون الدافع للتغيرات الإلكترونية للذرات معقدًا. على سبيل المثال، 4 F- يتم إنشاء إلكترون على ذرة اللانثانم وعلى ذرة السيريوم التالية. حشو متناسق 4 F- تنقطع المادة القديمة في ذرة الجادولينيوم حيث 5 د-إلكترون.

مبدأ حكم باولي لغوندو

مقاومة بشكل خاص لملء الأسطح د- نفس التركيب الإلكتروني لإلكترونات التكافؤ لذرات النحاس والفضة والذهب (المجموعة ІB) ( ن−1)د 10 نانوثانية 1 سوف تظهر طاقة أقل، أقل ( ن−1)د 9 نانوثانية 2 .

وتنقسم جميع العناصر إلى أربعة أنواع:

1. في الذرات عناصر sأعد ملء قذائف s للكرة الخارجية. هذان هما العنصران الأولان في فترة الجلد.

2. في الذرات عناصر فسيتم ملء الأصداف p للمنطقة الخارجية np بالإلكترونات. يتم تقديم العناصر الستة المتبقية من فترة الجلد (إلى جانب الأول والأخير) لهم.

3. يو د- العناصرمليئة بالإلكترونات d-شجرة فرعية ذات مستوى خارجي آخر (n-1)d. تسلسلات من العقود المقحمة لفترات كبيرة، مرتبة بين عناصر s وp.

4. يو عناصر fمملوءة بالإلكترونات من شجرة f للمستوى الثالث من المستوى (n-2)f. هذه هي اللانثانيدات والأكتينويدات.

تغيير القوة الحمضية القاعدية للعناصر حسب المجموعات وفترات الجدول الدوري (مخطط كوسيل)

لشرح طبيعة التغير في القوة الحمضية القاعدية لأشباه العناصر، قدم كوسيل (Nimechchina، 1923) مخططًا بسيطًا، يعتمد على افتراض وجود رابطة أيونية في الجزيئات وبين الأيونات يوجد خليط. تفاعل كولوم. يصف مخطط كوسيل الطاقة الحمضية القاعدية للنظام، والتي تحل محل روابط E-H وE-O-H، اعتمادًا على شحنة النواة ونصف قطر عنصرها.

يظهر في الشكل 1 مخطط كوسيل لاثنين من هيدروكسيدات المعادن (لجزيئات LiOH وKOH). 6.2. كما يتبين من الرسم البياني المعروض، فإن نصف قطر Li + ion أقل من نصف قطر K + ion وOH - ترتبط المجموعة بشكل أكبر مع أيون الليثيوم، وأقل مع أيون البوتاسيوم. ونتيجة لذلك، سيتم فصل CON بسهولة أكبر عن العلاقة وستكون القوة الأساسية لهيدروكسيد البوتاسيوم أكثر وضوحًا. يصور النظام الدوري للعناصر صورًا بيانية للقانون الدوري ويعرض بنية ذرات العناصر

"عدد الكمية. مبدأ باولي، قاعدة هوند، قواعد كليتشكوفسكي. معرفة روزراهونكوف (أهمية ذرات العناصر الكيميائية. وضع الإلكترونات خلف مستويات الطاقة والمدارات، التكوينات الإلكترونية للذرات والأيونات).

احصل على السرعة مع تخفيضات تصل إلى 60% على دورة "Infourok".

رقم:
موضوع الدرس: عدد الكمية. مبدأ باولي، قاعدة هوند، قواعد كليتشكوفسكي. روزراهونكوفسكي زافيدنيا ( أهمية ذرات العناصر الكيميائية، وضع الإلكترونات خلف مستويات الطاقة والمدارات، التكوينات الإلكترونية للذرات والأيونات).
ميتا للدرس: قم بصياغة بيانات علمية حول الغلاف الإلكتروني للذرة باستخدام العناصر الكيميائية من 1-3 فترات من الجدول الدوري. إصلاح مفهومي "القانون الدوري" و"النظام الدوري".

تعليمات الدرس:تعلم كيفية جمع الصيغ الإلكترونية للذرات، وتحديد العناصر الكامنة وراء الصيغ الإلكترونية، والتعرف على مستودع الذرة.

أرض:النظام الدوري للعناصر الكيميائية D.I. مندليف، قاعة الدراسة، جهاز عرض الوسائط المتعددة، الكمبيوتر الشخصي، التخطيط والعرض التقديمي "الصيغ الإلكترونية القابلة للطي لذرات المستقبل."

نوع الدرس:مجموعات

طريقة:لفظي، علمي.

I. اللحظة التنظيمية.

فيتانيا. ملاحظة على اليومية. - تفعيل اكتساب الصف للمواضيع الجديدة .

يعلن المعلم ويكتب موضوع الدرس في مرحلة ما قبل المدرسة "بودوفا من الأصداف الإلكترونية للذرة".

ثانيا. شرح مادة جديدة

مدرس:قد تلعب الأغلفة الإلكترونية للذرات دورًا مهمًا في الكيمياء، حيث تمثل الإلكترونات نفسها القوة الكيميائية للكلام. إن أهم خاصية للإلكترون في المدار هي طاقة ارتباطه بالنواة. يتم تحفيز الإلكترونات الموجودة في الذرة عن طريق غناء الطاقة، وكما ترون، ينجذب بعضها إلى النواة بشكل أقوى، والبعض الآخر أضعف. ويفسر ذلك بمسافة الإلكترونات من النواة. كلما اقتربت الإلكترونات من النواة، كلما زاد الارتباط بينها وبين النواة، وقل احتياطي الطاقة. ومع تحرك النواة الذرية بعيدًا، تتغير قوة جاذبية الإلكترون للنواة، ويزداد احتياطي الطاقة. هكذا يتظاهرون الكرات الإلكترونيةفي الغلاف الإلكتروني للذرة. الإلكترونات التي تحتوي على طاقات مماثلة تخلق كرة إلكترونية واحدة، أو نشيط راوند. يتم التعبير عن طاقة الإلكترونات في الذرة ومستوى الطاقة من خلال عدد الكم الرئيسي نويجمع القيم الصحيحة 1، 2، 3، 4، 5، 6 و 7. كلما زادت قيمة n، زادت طاقة الإلكترون في الذرة. يتم تحديد الحد الأقصى لعدد الإلكترونات التي يمكن أن توجد على أي مستوى طاقة آخر من خلال الصيغة التالية:

دي ن- الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في السوق؛

ن- رقم مستوى الطاقة .

لقد ثبت أن الغلاف الأول لا يحتوي على أكثر من إلكترونين، والآخر - لا يزيد عن ثمانية، والثالث - لا يزيد عن 18، والرابع - لا يزيد عن 32. وملء الأصداف البعيدة غير مرئي لنا . يبدو أنه في مستوى الطاقة الحالي لا يمكن أن يكون هناك أكثر من ثمانية إلكترونات، والتي تسمى دعونا ننتهي. تسمى الكرات الإلكترونية التي لا تحتوي على الحد الأقصى لعدد الإلكترونات غير مكتمل .

عدد الإلكترونات في مستوى الطاقة الحالي للغلاف الإلكتروني للذرة يساوي رقم المجموعة للعناصر الكيميائية للمجموعات الفرعية الرئيسية.

وكما قلنا سابقًا، ينهار الإلكترون خلف المدار، ولا يوجد مسار على طول المدار.

المساحة المحيطة بالقلب هي المكان الأكثر أهمية. يُسمى الإلكترون بالإلكترون المداري، أو السحابة الإلكترونية.

مبدأ حكم باولي لغوندو

التذكرة رقم 2. إلكترونيات الذرة، الأعداد الكمومية، أنواع المدارات. ترتيب ملء مستويات الطاقة والمستويات الفرعية (الطاقة الدنيا، مبدأ باولي، قاعدة هوند، قاعدة كليتشكوفسكي، المدارات التنكسية). الصيغ الإلكترونية للعناصر. صيغ لظهور مصادر الطاقة. تكافؤ العنصر في الحالات الرئيسية والمستيقظة للذرة.

الذرة هي أصغر جزء من العنصر الكيميائي، وحاملة قواه. وأبسط نظام كيميائي محايد كهربائياً، ويخضع لقوانين ميكانيكا الكم.

بالنسبة للإلكترون الموجود في الذرة، فإن مبدأ الازدواجية عادل: الإلكترون جزء مادي من كتلة صغيرة وجسم كهرومغناطيسي.

مبدأ عدم الأهمية لهايزنبرغ: في أي وقت من الأوقات، ليس من الممكن تحديد موقع الإلكترونات بدقة (الإحداثيات x، y، z) والسرعة (الزخم).

قد يكون لدى Rukh elektorona في الذرة أفكار على شكل كآبة إلكترونية.

منطقة ظلام الإلكترون التي يقضي فيها الإلكترون أكثر من 95٪ من الوقت تُعطى لمدار الإلكترون (EO). الحجم الأكبر للمدار يميز الطاقة الأكبر للإلكترون. تخلق المدارات ذات الحجم القريب مستويات طاقة تتكون من مستويات فرعية.

لوصف الإلكترون في الذرة، يتم استخدام 4 أرقام الكم (n، l، m، s). تشير الثلاثة الأولى إلى المستويات الثلاثة لحرية الإلكترون في الفضاء ثلاثي الأبعاد، ويشير الرابع إلى درجة التفاف الإلكترون حول المحور الظاهري. عدد الكمية:

"n" هو رقم كمي. يميز مستوى طاقة الإلكترون ومجال الذرة (المسافة من النواة). المستودع الرياضي للطاقة فيما يتعلق بالنواة: E a = -13.6/n 2 Ev, n = 1.2,... بالنسبة للعناصر النشطة n = 1,..., 7. ن = رقم الفترة.
"l" هو رقم الكم المداري. يصف نوع النفايات (أحد أشكال السم الإلكتروني). ل=0,1,2,…,(ن-1). تمت الإشارة إليه مع الحروف. في هذه الحالة l=0 يقترح s، 1-p، 2-d، 3-f، 4-q، 5-h.
"m" هو عدد الكم المغناطيسي. يتميز برحابة اتساع المداري. م=±0، ±1، ±2،…،±ل. مجموع المدارات في الشجرة الفرعية: e = 2l+1.
"s" هو عدد الكم المغزلي. يميز انتظام التفاف الإلكترون حول محوره في اتجاهين متوازيين. ق = ± 1/2. "+" - خلف سهم السنة، "-" - مقابل سهم السنة. يمنح الدوران للإلكترون عزمًا مغناطيسيًا قويًا، وهو ما يسمى دوران الإلكترون.

مبدأ (سياج باولي): الذرات التي تحتوي على أكثر من إلكترون واحد لا يمكن أن تحتوي على إلكترونين لهما نفس قيم الأعداد الكمومية الأربعة. أو هذا: في مدار واحد يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى إلكترونين، مع دوران معاكس.

مبدأ الحد الأدنى من الطاقة: يمكن أن ينعكس الاحتراق المتتالي للإلكترونات في الذرة من خلال الحد الأدنى من طاقة الإلكترون نفسه ومن خلال الحد الأدنى من طاقة الذرة ككل. أو هذا: الحد الأدنى من الطاقة يساوي أقصى قدر من المتانة. يتوافق ملء الأنواع مع نفس طاقة المدار: قاعدة ns Klechkovsky: سيتم استبدال نفس الأشجار الفرعية في البداية، حيث يكون مجموع n+l هو الأصغر. إذا كان مجموع n+l يساوي بعضهما البعض، فسيتم ملء المصطلح ذو n الأصغر في البداية.

قاعدة هوند: في الحالة الرئيسية (غير المستيقظة) للذرة على مستويات الشجرة np وnd وnf يوجد دائمًا حد أقصى لعدد الإلكترونات غير المتزاوجة (الحد الأقصى لفصل الدوران).

p align="justify"> يتكون القدماء p وd وf من عدة مدارات، طاقتها واحدة، لذلك يُطلق على هؤلاء القدماء اسم "virogens": يتم توليد p ثلاث مرات، وd خمس مرات، وf سبع مرات . بالنسبة للإلكترونات في هذه البلدان القديمة، تنطبق قاعدة هوند.

التكافؤ – القدرة على تكوين روابط كيميائية.

المرحلة الرئيسية هي مرحلة ذات طاقة ضئيلة، بحيث تكون الإلكترونات أقرب إلى النواة.

حالة اليقظة هي حالة تتبخر فيها جميع الإلكترونات الموجودة في الذرة وتبقى مع الإلكترونات الأخرى ذات طاقة أكبر، ثم تغادر النواة.

يتم ملاحظة الحد الأقصى للتكافؤ في مرحلة الاستيقاظ وبالتالي يشير إلى عدد المجموعة التي يوجد بها العنصر.

شهد تاريخ الفيزياء الذرية العديد من الصعود والهبوط. ومع ذلك، إذا تم إهمال التقدم التكنولوجي، فإن ما كان في أذهان المنظرين يمكن التحقق منه في العقول المختبرية. هناك العديد من جوانب سلوك الأجزاء الأولية من العالم التي لا تخضع لقوانين المنطق، لذلك قرر العالم الصغير مؤخرًا قبولها "كما هي" دون توضيح الأسباب. ويمتد مبدأ باولي إلى نتائج هذه التجارب، والتي لم يتم العثور على تفسير واحد لها حتى الآن.

أبدية النظرية الذرية

كان أحد أكثر التطورات الناجحة انتشارًا في الفيزياء الذرية هو النموذج الذري الكوكبي، الذي اقترحه العالم الإنجليزي إرنست رذرفورد. وتبين أنها ليست موثوقة تمامًا، ولكنها أتاحت الفرصة لإنشاء العديد من الأفكار الصحيحة بحيث أصبحت قيمتها غير قابلة للدحض.

إحدى المشاكل الرئيسية التي واجهت ذرة رذرفورد هي إنتاج الإلكترونات قبل إطلاقها. ونتيجة لفقدان الطاقة، فإن أي إلكترون سوف يسقط في النواة. ومع ذلك، فإن أي ذرة (ما عدا المادة المشعة) تكون مستقرة بطبيعتها، ويمكن استخدامها لأطول فترة ممكنة، ولا تظهر عليها نفس علامات التدمير الذاتي. ولحل هذه المشكلة، كنا بحاجة إلى موهبة الفيزيائي الدنماركي اللامع نيلز بور.

نظرية بور

في عام 1913، اقترح عالم فيزياء شاب غير معروف من الدنمارك إدخال تغييرين على الفيزياء الكلاسيكية، بالإضافة إلى إمكانية تفسير حقائق الحذر وتطور الهستيريا البنية غير الضارة. لم يتمكن بور من تفسير سبب سلوك الإلكترون في المدار، لذلك بنى قواعده على مبدأ "كما هو". خدمت هذه القواعد بشكل جيد ومهدت الطريق لتطورات جديدة.

قواعد بورو

أظهرت القاعدة الأولى أن النموذج الكوكبي للذرة، الذي اقترحه رذرفورد، صحيح. إلا أن الإلكترونات الموجودة فيه تنهار في مداراتها دون أي تغيير. وتؤكد قاعدة بور أخرى أن تدفق الإلكترونات لا يكون ممكنًا إلا خارج المدارات المعتادة "المسموح بها". يزود الإلكترون، الموجود في حركته المدارية، دفعة إلى نصف قطر مداره بمضاعفات حالة بلانك الثابتة. وبالتالي فإن مدارات الإلكترونات قد تختلف عند مستويات الطاقة هذه، والتي تنطبق عليها القاعدة التالية:

(نبض الإلكترون * حصة دوفجينو من المدار) = ن * ح،

حيث h هو خط ثابت، و n هو عدد طبيعي. وبالتالي، عند أدنى مدار ممكن، n = 1. القاعدة الثالثة هي أنه يمكن نقل إلكترونات الذرات (على سبيل المثال، قصفها بجسيمات مهمة) إلى مدار خارجي مختلف. وبعد ذلك يمكن أن يتحول الإلكترون إلى مدار داخلي حر. الذي تطلق ذرته طاقة زائدة على شكل كم من الضوء.

التبادل الكمي

تفترض قاعدة بور الكمومية أن الإلكترونات الموجودة بالقرب من النواة لها أصغر مدار مسموح به. في هذا المستوى، يمتلك الإلكترون الحد الأدنى من الطاقة. ومن الممكن أن ندرك أن جميع الإلكترونات الموجودة في الذرة ستشغل هذا المدار وتضيع على هذا الكوكب. ومع ذلك، الذي لا يمكن العثور عليه. يساعد مبدأ باولي في تفسير هذه الحقيقة الخارقة للطبيعة.

فولفجانج باولي

ولد هذا الفيزيائي النمساوي الشهير عام 1869. وفي جامعة ميونيخ، حصلوا على إضاءة عالمية خارقة، وخصصوا كل أعمالهم العلمية لفيزياء الكم. تكتب باولا البالغة من العمر عشرين عامًا مقالة مراجعة للموسوعة الفيزيائية، والعديد منها ذو صلة بعصرنا. وكانت أعماله العلمية نادرا ما تنشر، وكان باولا يعبر عن أهم أفكاره وفروضه بين زملائه في النشاط العلمي. تم إجراء أكبر قدر من الأدب مع N. Bohr و W. Heisenberg. لقد وضع عمل العلماء الثلاثة أسس فيزياء الكم الحديثة. واستنادا إلى بيانات تجارب هؤلاء العلماء الثلاثة الأكثر أهمية، صاغ باولي مبدأه. في عام 1945 الجديد، فازت التعاليم النمساوية بجائزة نوبل.

روخ إلكترونيف

بعد تدفق الإلكترون، تطرق V. Pauli إلى عدم وجود لحظات غير عادية في سلوك هذا الجزء الأولي. على سبيل المثال، تتحرك الإلكترونيات بطريقة تجعلها تدور حول محورها. تسمى لحظة قوة غلاف الإلكترون بالدوران. ويمكن لمكان واحد في المدار أن يستوعب إلكترونين، بحيث يكون ظهراهما موازيين لبعضهما البعض، كما يؤكد مبدأ باولي. إن فيزياء هذا التبادل هي نفسها بالنسبة للإلكترونات والجسيمات الأخرى ذات قيم الدوران المعاكسة.

النظام الدوري ومبدأ باولي

وسرعان ما أصبحت الكيمياء مبدأ عدم الأهمية لتفسير الكلام اليومي الداخلي. أصبح الآن من الواضح تمامًا سبب وجود عنصرين فقط في الصف الأول من الجدول الدوري. يكمن كل من الماء والهيليوم في مدارهما السفلي الفردي المضطرب، حيث لا يوجد سوى مكان مزدوج واحد للإلكترونات التي تهيج الظهر. يحتوي المدار الحالي بالفعل على كل هذه الأماكن. لذلك، يمكن لسلسلة أخرى من الجدول الدوري أن تحتوي على جميع العناصر. يمتد هذا النمط عبر جميع صفوف الجدول الدوري.

فيزياء النجوم

ليس من المستغرب أن تمتد قوانين سلوك الجسيمات الأولية إلى ما هو أبعد من حدود العالم الصغير. على سبيل المثال، تتعامل فيزياء المرآة مع الضوء الداخلي للنجوم التي تتقدم في العمر. ينطبق مبدأ بولس هنا، فقط يمكن فهمه بشكل مختلف قليلا. من المعتاد الآن أن ندرك أن العلاقة البسيطة والواسعة لديها القدرة على الانتشار إلى جزأين أساسيين فقط من الظهر الساجد. ينطبق هذا القانون بشكل خاص عند العناية بالمرايا المتقادمة. على ما يبدو، بعد الانتفاخ، ينهار النجم الجديد بسرعة، ولكن ليس كل النجوم تتحول إلى ثقوب سوداء. عندما يتم رفع عتبة الحد الأقصى للسمك (وتقترب قيمة النجم القديم من 107 كجم/م3)، يبدأ الضغط الداخلي للجسم الكوني في النمو بسرعة. هذه العملية لها مصطلح علمي خاص - ضغط غاز الإلكترون المتولد. وبهذه الطريقة تبدأ المرآة في أداء واجباتها وتتحول إلى جرم سماوي صغير بحجم أرضنا. في الفيزياء الفلكية، تسمى هذه النجوم بالأقزام البيضاء.

الحقائب

إن مبدأ التفاهة هو أحد القوانين الأولى من نوع جديد، وهو ينبثق من كل الرسائل التي سمعناها عن العالم الزائد عن الحاجة. تختلف القوانين الجديدة بشكل أساسي عن قواعد الفيزياء الكلاسيكية التي تعلمناها منذ طفولتنا. وكما تحدثت القواعد القديمة عن تلك التي يمكن أن تحدث في هذه الأنشطة وغيرها، فإن قوانين النوع الجديد تتحدث عن أولئك الذين ليسوا مذنبين.

سيتم تعديل الخوارزميات التي من المرجح أن تعتمد على مبدأ بول في بضع دقائق فقط. مع كل الخيارات المستحيلة في بداية المهمة، هناك فرصة للعثور على الإجابة الصحيحة الوحيدة. من الناحية العملية، فإن مبدأ عدم الأهمية يغير بشكل كبير الوقت اللازم لمعالجة المعلومات بالكمبيوتر. كان مبدأ باولي، المعروف سابقًا بين علماء الفيزياء النظرية، في طليعة فيزياء الكم منذ فترة طويلة، والذي كشف عن طرق جديدة لتفسير قوانين الطبيعة.

لا يمكن أن يكون إلكترونين في الذرة في نفس الحالة.

الفيزيائي النمساوي فولفجانج باولي هو واحد من العديد من علماء الفيزياء النظرية الأوروبيين الذين صاغوا المبادئ والمسلمات الأساسية لميكانيكا الكم في أوائل عشرينيات القرن العشرين. يعد مبدأ حمل هذا الاسم أحد المبادئ الأساسية في هذا الفرع من العلوم الفيزيائية. أسهل طريقة لفهم ما يستند إليه مبدأ باولي هي مساواة الإلكترونيات بالسيارات في محطة حرجة متعددة المستويات. يتسع كل صندوق لسيارة واحدة فقط، وبعد أن تكون جميع الصناديق الموجودة في السطح السفلي للموقف مشغولة، يتعين على السيارات ركنها في السطح العلوي بحثاً عن مكان آمن. إذن هناك إلكترونات في الذرات - في المدار الجلدي حول نواتها لم تعد هناك مساحة، يوجد بالأسفل "مساحة لوقوف السيارات"، وبعد ذلك، نظرًا لأن كل المساحة الموجودة في المدار مشغولة، يجد الإلكترون القادم نفسه مشهدًا في المدار القادم .

علاوة على ذلك، تتحرك الإلكترونيات، بشكل ظاهري عقليًا، بحيث تلتف رائحة الرائحة الكريهة حول محورها (أي لحظة الالتفاف القوية، والتي تسمى عادةً يلفويمكنك الحصول على أكثر من قيمتين: +1/2 أو -1/2). إلكترونين لهما أطول دوران يستطيعخذ مكانًا واحدًا في المدار. وفي نفس الوقت، تم وضع آلة ذات كيرم أيمن وآلة ذات كيرم أيسر في صندوق واحد، ولكن لم يتم وضع آلتين بنفس كيرما. ولهذا السبب يوجد في الصف الأول من نظام مندليف الدوري ذرتان فقط (الماء والهيليوم): في المدار السفلي يوجد مكان مزدوج واحد فقط للإلكترونات من أدنى دوران. يوجد في المدار الحالي جميع الإلكترونات بالفعل (سواء ذات دوران -1/2 أو ذات دوران +1/2)، وفي الصف الآخر من الجدول الدوري لدينا جميع العناصر نفسها. وما إلى ذلك وهلم جرا.

في وسط النجوم القديمة، تكون درجة حرارة السطح مرتفعة جدًا بحيث تكون الذرات في حالة متأينة باستمرار، وتتحرك الإلكترونات بحرية بين النوى. وهنا يأتي دور مبدأ حماية باولا مرة أخرى، ولكن أيضًا في شكل معدل. الآن يمكننا القول أنه في حجم صغير وواسع، لا يمكنك الحصول على أكثر من إلكترونين في المرة الواحدة، مع فترات طويلة جدًا من الحد الأقصى للسيولة المسموح بها. ومع ذلك، تتغير الصورة بشكل كبير بعد أن يتجاوز سمك الماء في منتصف الزجاج القيمة الحدية البالغة 10 7 كجم/م 3 (للمساواة، يكون أكبر بـ 10000 مرة من سمك الماء؛ التوت الحامض الصندوق مثل هذا تقريبًا، فهو قريب من 100 طن). بهذه القوة، يبدأ مبدأ باولي بالتعبير عن نفسه في الضغط الداخلي المتزايد للمرآة. تسي دوداتكوف قبضة الغاز الإلكتروني فيروجينويتضح أن انهيار الجاذبية للمرآة القديمة يتباطأ بعد أن تتقلص إلى حجم يساوي حجم الأرض. هذه هي أسماء النجوم الأقزام البيضاء، وهذه هي المرحلة المتبقية من تطور النجوم ذات الكتلة القريبة من كتلة السونتس ( شعبة.ميزا شاندراسيخار).

قبل كل شيء، قمت بوصف عملية تجميع بول لمائة إلكترون، ولكن أيضًا لأي جسيمات أولية ذات عدد دوران مختلف (1/2، 3/2، 5/2، وما إلى ذلك). زوكريما، عدد دوران النيوترون مشابه لعدد دوران الإلكترون، 1/2. وهذا يعني أن النيوترونات، مثل الإلكترونات، تحتاج إلى "مساحة معيشة" معينة لنفسها. كتلة القزم الأبيض تتجاوز 1.4 كتلة سونتسيا ( شعبة.بين شاندراسيخار)، تعمل قوى الجاذبية على تحريك البروتونات والإلكترونات الموجودة في منتصف المرآة في أزواج لتكوين النيوترونات. عند هذه النيوترونات، مثل الإلكترونات الموجودة في الأقزام البيضاء، يبدأ ضغط داخلي بالاهتزاز، وهو ما يسمى قبضة غاز النيوترون الخبيثوفي هذه الحالة يتوقف انهيار جاذبية المرآة عند مرحلة الإضاءة مرآة النيوترونوالتي يمكن معادلة قطرها مع أبعاد المكان الكبير. ومع ذلك، مع وجود كتلة أكبر من النجوم (تبدأ بما يقرب من ثلاثين مرة كتلة الشمس)، فإن قوة الجاذبية تكسر دعم غاز النيوترون الناتج، وتنهار النجوم أكثر، وتتحول إلى ثقوب سوداء.

إن مبدأ دفاع بولس هو مثال واضح لنوع جديد من القانون الطبيعي، وفي عالم تطور تكنولوجيات الكمبيوتر، ستلعب مثل هذه القوانين "الضمنية" حتما دورا متزايد الأهمية. وتختلف قوانين هذا المبدأ عن قوانين الفيزياء الكلاسيكية، كقوانين نيوتن في الميكانيكا، وهي تنقل ما سيحدث للنظام. قوة الرائحة تشير إلى ما هو موجود في النظام لا أستطبعحالة. نفس عالم الأحياء والمنظر البنيوي هارولد موروويتز (مواليد 1927) أطلق على "قواعد العلم": مثل هذه القواعد، باختصار، مبدأ بولين للدفاع، يتم اختزالها إلى درجة أنه في حالة المشاكل الأكثر تعقيدًا وتعقيدًا ( والتطورات) مدارات الإلكترونات في الذرات المطوية تصل إلى هذا الحد بلا شك) ثم يتم برمجة الكمبيوتر بطريقة تخبره بدون النظرمن الواضح أن خيارات الحل مستحيلة. وتظهر نفس القاعدة نتيجة لتعدد الحلول الممكنة لمشكلة الطريق المسدود، والتي تزيد عن الاحتمال المسموح لنجاحها، ولهذا السبب تتسارع ساعة التطورات الحاسوبية إلى فترات معقولة. وهكذا، فإن القواعد، المشابهة لمبدأ دفاع بولس، تكتسب أهمية متزايدة، حيث تتعرض بشكل متزايد لأجهزة الكمبيوتر في أكثر المشاكل تعقيدًا وتعقيدًا.

شعبة. أيضًا:

تأثير باولي

في السابق، وعلى مقياس إسحاق نيوتن ومايكل فاراداي، نجح التجريبيون والمنظرون المبتدئون في إجراء تجارب على جوانب مختلفة من العالم المادي ووضعوا نظريات لشرح النتائج التي توصلوا إليها، وتم تأكيد النتائج. لقد مرت تلك الساعات. وفي بداية القرن العشرين تقريبًا، توسع التخصص الجامعي، الذي اجتاح كل الأنشطة البشرية كالوباء، ليشمل العلوم الطبيعية، بما في ذلك الفيزياء. نعتقد اليوم أنه من المهم أن يندرج معظم العلماء في إحدى فئتين - المجربين والمنظرين. من المستحيل عمليا الجمع بين هذين الأقانيم في عصرنا.

كان فولفغانغ باولي فيزيائيًا نظريًا معروفًا، وباعتباره عالمًا قويًا من هذه الفئة، فقد صنف نفسه بشكل غير محترم على أنه "سباك" (لمصلحته الخاصة)، وأخذ يديه على الإعدادات التجريبية. لقد أصبح غطرسة باولا كمجرب، فضلاً عن افتقاره الواضح للمعرفة في محاولة تحقيق أبسط إعداد تجريبي، أسطوريًا. يقولون إنهم سيظهرون قريبًا في مختبر الفيزياء، كما لو أن الحيازة سارت بشكل صحيح. ويبدو أن التورم المرضي في جامعة لايدن (هولندا) أصبح ذبولاً بعد وصول باولا إلى هذا المكان بالقطار من زيورخ. بعد أن سرق شهادة من عام 1922.

أصبح باولي واحداً من رواد ميكانيكا الكم، وقدم عدداً من المساهمات الأساسية في النظام العلمي الجديد، وأهمها بوضوح مبدأ الدفاع الذي وضعه، والذي صاغه في عام 1924، ومرة أخرى في عام 1945. وقد حصل بول على جائزة نوبل جائزة في الفيزياء. تم تأكيد فكرة وجود أرقام الدوران الكمومية في الجسيمات الأولية تجريبيًا من خلال حدثين لاحقين. بالإضافة إلى ذلك، تمكن بول من شرح انتهاك قانون الحفاظ على الطاقة أثناء اضمحلال بيتا. شعبة.التفكك الإشعاعي) للحصول على معلومات إضافية حول اهتزاز الإلكترون، وهو جزء غير معروف، سمي لاحقا النيوترينو.

وعلى صخور حرب عالمية أخرى، عمل باولي مع الولايات المتحدة ومعهد برينستون للأبحاث المتقدمة. وبعد انتهاء الحرب، اتجه إلى أوروبا، واستقبل السكان السويسريين وأصبح أستاذًا للفيزياء التجريبية في المعهد الفيدرالي للتكنولوجيا في زيورخ.

وبما أن نفس الأجزاء تحتوي على نفس الأرقام الكمومية، فإن وظيفتها تكون متناظرة إلى حد إعادة ترتيب الجسيمات. اتضح أن فرميونين جديدين يشكلان جزءًا من نفس النظام لا يمكن أن يكونا في نفس المعسكرات، لأن بالنسبة للفرميونات، قد تكون وظيفة هفيليان غير متماثلة. البيانات المعتادة، صاغها V. Pauli مبدأ لوم إنه جيد لأي شخص أصبحت أنظمة الفرميون أكثر شيوعًا في الطبيعة فقط في المخيمات,وصفها وظائف غير متناظرة(الصياغة الميكانيكية الكمومية لمبدأ باولي).

ومن هذا الموقف تأتي الصيغة البسيطة لمبدأ باولي، الذي قدمه في نظرية الكم (1925) حتى قبل ظهور ميكانيكا الكم: في نظام الفرميونات الجديدة ولا يستطيع اثنان منهم القيام بذلك في نفس الوقت أن نكون في نفس المعسكر . ومن الجدير بالملاحظة أن عدد البوزونات الجديدة الموجودة في نفس المعسكر ليس محدودًا.

من الواضح أن عدد الإلكترونات الموجودة في الذرة يُشار إليه بوضوح بواسطة المجموعة أربعة أرقام الكم :

· رأس ن ;

· المداري ل استدعاء ci تصبح دلالة 1 س, 2د, 3F;

· مغناطيسي ()؛

· الدوران المغناطيسي ().

توزيع الإلكترونات في الذرة يتبع مبدأ باولي، والذي يمكن صياغته للذرة في أبسط صوره: في نفس الذرة لا يمكن أن يكون هناك أكثر من إلكترون واحد بنفس مجموعة الأرقام الكمومية الأربعة: ن, ل, , :

ز (ن, ل، ،) = 0 أو 1،

دي ز (ن, ل, , ) - عدد الإلكترونات الموجودة في الحالة الكمومية والتي توصف بمجموعة من أربعة أرقام كمومية: ن, ل. . . وبهذا يتم تأكيد مبدأ بولس، ما هما الالكترونيات؟ ,متصلة في نفس الذرة بمعاني مختلفة ,استأجرت ,رقم كمي واحد .

الحد الأقصى لعدد الإلكترونات الموجودة في النباتات والتي يتم وصفها بمجموعة من ثلاثة أرقام كمية ن, لі مواتجاه دوران الإلكترونات هو شيء واحد فقط:

(8.2.1)

لأن العدد الكمي المغزلي يمكن أن يكون له قيمتان: 1/2 و-1/2.

الحد الأقصى لعدد الإلكترونات الموجودة في الدول ذات العددين الكميين نі ل:

(8.2.2)

حيث يمكن استقبال متجه العزم المداري لنبض الإلكترون في الفضاء (2 ل+ 1) اتجاهات مختلفة (الشكل 8.1).

أقصى عدد من الإلكترونات المتوفرة في الدول يساوي قيم العدد الكمي الرأسي ن، بالضبط:

(8.2.3)

إجمالي عدد الإلكترونات الموجودة في الذرة الغنية بالإلكترونات,نفس العدد الكمي n يلوح في الأفق,مُسَمًّى قذيفة إلكترونيةاو اخرى كرة .

في أغشية الجلد، يتم توزيع الإلكترونات عبرها تحت الكرات ، مشابهة لهذه ل.

منطقة واسعة,والتي لديها احتمال كبير للكشف عن الإلكترون، يتصل تحت الكرة او اخرى مداري . وتظهر الأنواع الرئيسية من المدارات في الشكل. 8.1.

ونتيجة لذلك يكتسب رقم الكم المداري قيما من 0 إلى عدد المدارات الفرعية يساوي الرقم التسلسلي ناصداف. تتم الإشارة إلى عدد الإلكترونات الموجودة في كرة المعدة من خلال أرقام الكم المغناطيسية والمغنطيسية: الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في كرة الكرة مع البيانات لواحد 2(2 ل+ 1). يوضح الجدول تخصيص الأغلفة، وكذلك توزيع الإلكترونات خلف الأغلفة والأغلفة الفرعية. 1.

الجدول 1

رقم جولوفني الكمي ن

رمز شل

الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في الغلاف

رقم الكم المداري ل

رمز الوسادة

الطاقة القصوى

الإلكترونات

الواح