Kimyoviy bo'lmagan mutaxassisliklar talabalari uchun asosiy boshlang'ich ilovalar bilan topshiriqlar bo'yicha dastlabki qo'llanma. Bu kimyo asoslarini mustaqil ravishda o'rganadigan odamlar uchun va kimyo texnikumlari talabalari va o'rta maktablarning yuqori sinflari uchun manba bo'lishi mumkin.
Afsonaviy qo'llanma, Evropa, Osiyo, Afrikadan ko'plab tillardan tarjima qilingan va cheklangan nashrda 5 million nusxada nashr etilgan.
Vikory faylini tayyorlashda http://alnam.ru/book_chem.php sayti
Kitob:
| <<< Назад
|
Oldinga >>> |
Elektronning elektron atomida taqsimlanishi uchun V. Pauli tomonidan tuzilgan pozitsiya muhim ( Pauli printsipi), hamma uchun yaxshi Atomda ikkita elektron bo'lishi mumkin emas, lekin ikkala kvant soni ham bir xil bo'ladi.. Ko'rinib turibdiki, n, l va m ning quyidagi qiymatlari bilan tavsiflangan teri atom orbitalini ikkitadan ortiq elektron egallashi mumkin, ularning orqa tomoni eng muhim belgilarga ega. Xuddi shu orbitalda joylashgan va uzun to'g'ri orqa tomonlarga ega bo'lgan ikkita elektron deyiladi juftlashgan, bitta administrator uchun (tot. juftlashtirilmagan) har bir orbitalni egallagan elektron.
Pauli printsipiga asoslanib, elektronlarning maksimal soni atomda turli energiya darajalari va darajalarida mavjud bo'lishi mumkin.
l = 0 da, keyin. s-yangida magnit kvant soni hali ham nolga teng. Bundan tashqari, s-birlamchida faqat bitta orbital mavjud bo'lib, u odatda hujayra ("kvant hujayra") deb ataladi: ?.
Aytganimizdek, terining atom orbitallarida ikkitadan ko'proq uchta elektron mavjud bo'lib, ularning orqa tomoni juda tekis. Buni ramziy ravishda quyidagi diagramma bilan tasvirlash mumkin:
Shuningdek, teri elektron sharining s-daraxtidagi elektronlarning maksimal soni 2 dan ortiq. l=1 (p-daraxt) da magnit kvant sonining uch xil qiymati mumkin (-1, 0, +1). Otje. p-asosda uchta orbital mavjud bo'lib, ularning har birida ikkitadan ko'p elektronlar egallashi mumkin. Hammasi bo'lib p-taxtalar 6 ta elektronni sig'dira oladi:
d (l = 2) pastki daraxti beshta orbitaldan iborat bo'lib, ular m ning besh xil qiymatini ifodalaydi; Bu erda elektronlarning maksimal soni 10 ga teng:
F-ustunlari (l=3) 14 ta elektronni sig‘dira olishini aniqlang; Demak, orbital kvant soni l bilan teng bo'lgan elektronlarning maksimal soni 2 (2l+1) dan yuqori.
Birinchi energiya ravon (K-to'p, n=1) faqat s-ustunlar bilan birlashtirilgan, boshqa energiya rhubarb (L-to'p, n=2) s- va p-ustunlar va boshqalar bilan birlashtirilgan. Bunga qarab, biz turli elektron sharlarga joylashishi mumkin bo'lgan maksimal elektronlar jadvalini tuzdik (2-jadval).
Stolda sichqoncha nuqtalarini qanday ko'rsatish mumkin. 2 ma'lumotlari, teri energiya darajasidagi elektronlarning maksimal soni 2n 2 de n ga teng - bosh kvant sonining qiymatiga o'xshash. Demak, K-to‘pda maksimal 2 ta elektron (2 1 2 =2), L sharda 8 ta elektron (2 2 2 =8), M sharda 18 ta elektron (2 3 2 =18 ) bo‘lishi mumkin. va boshqalar. Raqamlar davriy tizimning davrlaridagi elementlar sonidan kelib chiqqanligi muhimdir.
Atomdagi elektronning eng barqaror holati uning energiyasining mumkin bo'lgan minimal qiymatiga to'g'ri keladi. Hayotingizda boshqasi bo'ling uyg'onaylik, beqaror: bu elektrondan bir zumda kamroq energiyaga ega bo'lgan holatga aylanadi. Bundan tashqari, uyg'ongan atomda (yadro zaryadi Z = 1), bitta elektron mumkin bo'lgan eng past energiya darajasida bo'ladi. 1 kun ichida. Suv atomining elektron tuzilishi diagramma yordamida ko'rsatilishi mumkin
Yoki shunday yozing: 1s 1 (bir es bir o'qing).
Jadval 2. Yadro energetikasi darajalari va pastki darajalaridagi elektronlarning maksimal soni
Geliy atomida (Z = 2) boshqa elektron ham 1s stantsiyasida joylashgan. Uning elektron tuzilishi (1s 2 - bir es ikki o'qing) diagramma bilan ifodalanadi:
Ushbu element yadroga eng yaqin K-to'p bilan to'ldiriladi va elektron tizimning birinchi davri bilan tugaydi.
Geliy yonidagi elementda - litiy (Z = 3), uchinchi elektron K-to'pning orbitaliga sig'maydi: bu Pauli printsipiga muvofiq bo'ladi. Shuning uchun u boshqa energiya sathining s-stansiyasini egallaydi (L- shar, n=2). Uning elektron tuzilishi sxemani ko'rsatadigan 1s 2 2s 1 formulasi bilan yozilgan:
Qolgan konturdagi kvant yadrolarining soni va o'zaro kengayishi shuni ko'rsatadiki, 1) atomdagi elektronlar ikkita energiya darajasida taqsimlanadi va ularning birinchisi bitta daraxtdan (1s) va yotqizilgan sirtdan iborat; 2) ikkinchisi - tashqi - energiya darajasi yuqori energiyani ifodalaydi va ikkita kichik darajadan (2s va 2p) iborat; 3) 2s-kichik daraxt bitta orbitalni o'z ichiga oladi, bu erda atomda bitta elektron mavjud; 4) 2p-orbital uchta energetik teng orbitalni o'z ichiga oladi, ular yuqori energiya bilan ko'rsatiladi, quyi energiya 2s-orbitallar bilan ko'rsatiladi; Uyg'onmagan atomda 2p orbital bo'sh qoladi.
Oddiylik uchun biz elektron sxemalarda energiya darajalari to'liq ishg'ol qilinmaganligini ko'rsatdik. Ko'rinib turibdiki, boshqa davrning etakchi elementi atomining elektron qobig'i - berilliy (Z = 4) - diagramma bilan ifodalangan.
yoki 1s 2 2s 2 formulasi boʻyicha. Shu tarzda, birinchi davrdagi kabi, keyingi davr yangi elektron sharning s-elektroni birinchi marta paydo bo'lgan elementlardan boshlanadi. Tashqi elektron sferaning tuzilishidagi o'xshashlik tufayli bunday elementlar kimyoviy kuchlarida boylikni namoyon qiladi. Shuning uchun ular odatda oilaga keltiriladi s-elementlar.
Beriliy - borga olib keladigan element atomining elektron tuzilishi (Z = 5) diagramma bilan ifodalanadi.
va 1s 2 2s 2 2p 1 formula bilan ifodalanishi mumkin.
Yadro zaryadi bir marta oshganda, u holda. uglerodga o'tganda (Z=6) 2p-atomdagi elektronlar soni 2 ga ortadi: uglerod atomining elektron zichligi 1s 2 2s 2 2p 2 formula bilan ifodalanadi. Biroq, bu formula uchta sxemadan biriga o'xshash bo'lishi mumkin:
(1) sxemaga o'xshab, uglerod atomidagi 2p elektron bir xil orbitalni egallaydi. Ularning magnit kvant raqamlari bir xil va aylanish yo'nalishlari bir xil; Sxema (2) 2p elektronlar turli orbitallarni egallashini bildiradi (shuning uchun ular m ning turli qiymatlariga ega) va uzun tekis orqa tomonlarga ega; Diagramma (3) dan ikkita 2p elektronning orbitallari har xil ekanligini va bu elektronlarning spinlari to'g'ri ekanligini toping.
Uglerodning atom spektrini tahlil qilish shuni ko'rsatadiki, uyg'onmagan uglerod atomi uchun eng izchil sxema to'g'ri bo'lib, u atomning umumiy spinining mumkin bo'lgan eng yuqori qiymatini ko'rsatadi (bu elementga kiradigan barcha elektronlarning spinlari yig'indisi deb ataladi). atomning tuzilishi; yaltiroq (1) va (2) atom sxemalari uchun tsia summasi qimmatroq, sxema (3) uchun esa birdan ortiq).
Uglerod atomidagi elektronlarni joylashtirishning bunday tartibi paydo bo'lgan sirli naqshning paydo bo'lishi bilan tasdiqlanadi. Hund qoidasi: Atomning barqaror holati elektronlarning energiya bo'linmalari o'rtasida shunday taqsimlanishi bilan ko'rsatiladi, bunda atomning umumiy spinining mutlaq qiymati maksimal bo'ladi..
Xund qoidasi bo'linmalar orasidagi elektronlarning boshqa bo'linishlarini istisno qilmasligi muhimdir. Shunday qilib, u barqaror bo'lishi uchun qattiqlashadi. uyg'onmagan atom eng kam energiyani o'z ichiga olgan lager; Agar elektron energiyasining boshqa taqsimoti mavjud bo'lsa, atomning energiyasi muhimroq bo'lsa, unda biz bo'ysunamiz Zbudjeniy, beqaror lager.
Xund qoidasidan foydalanib, uglerod - azotdan (Z = 7) keyin keladigan element atomining elektron tuzilishi diagrammasini tuzish qiyin:
Ushbu sxema 1s 2 2s 2 2p 3 formulasi bilan quvvatlanadi.
Endi, agar 2p-orbitallarning terisini bitta elektron egallasa, 2p-orbitallarda elektronlarning juft-juft joylashishi boshlanadi. Bu kislota (Z=8) elektron quti 1s 2 2s 2 2p 4 formulasi bilan ifodalanadi va quyidagi diagramma:
Ftor atomi (Z=9) yana bitta 2p elektron oladi. Uning elektron tuzilishi 1s 2 2s 2 2p 5 formulasi va diagramma bilan ham ifodalanadi:
Aniqlangki, neon atomi (Z=10) 2p-darajani to‘ldirish bilan tugaydi va bu boshqa energetik darajani (L-to‘p) to‘ldirishni yakunlaydi va elementlar tizimining boshqa davrini ishga tushiradi.
Shu tariqa, bor (Z=5) bilan boshlanib, neon bilan tugaydigan (Z=10) mavjud elektron sferani to'ldirish ta'minlanadi; Bu qismning boshqa davrdagi elementlari ham p-elementlar turkumiga kiradi.
Atom natriy (Z=11) va magniy (Z=12) boshqa davrning birinchi elementi - litiy va berilliyga o'xshash, bir yoki ikkita s-elektronga ega. Ular 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 (natriy) va 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 (magniy) elektron formulalari va quyidagi sxemalar bilan ifodalanadi:
va 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 formulasi.
Shunday qilib, ikkinchisiga o'xshash uchinchi davr ikkita s-element bilan boshlanadi, undan keyin oltita p-element keladi. Boshqa va uchinchi davrlarning qo'llab-quvvatlovchi elementlarining tashqi elektron doirasining tuzilishi shunga o'xshash ko'rinadi. Shunday qilib, litiy va natriy atomlarining tashqi elektron sferasida bitta s-elektron, azot va fosfor atomlarida ikkita s-elektron va uchta p-elektron va boshqalar mavjud. Aks holda, yadro zaryadining ortishi tufayli atomlarning tashqi elektron tuzilmalarining elektron tuzilishi vaqti-vaqti bilan takrorlanadi. Shuni ta'kidlash kerakki, bu tajovuzkor elementlarga ham tegishli. Bu quyidagicha: Davriy tizimdagi elementlarning taqsimlanishi ularning atomlarining elektron holatini ko'rsatadi. Atomlarning elektron tabiati ularning yadrolarining zaryadi bilan ko'rsatiladi va o'z navbatida elementlarning kuchini va ularning xususiyatlarini ko'rsatadi. Bu davriy qonun bilan ifodalangan elementlar kuchlarining ularning atomlari yadrosining zaryadiga davriy bog'liqligining mohiyatini anglatadi.
Keling, elektron atomlarni ko'rishni davom ettiramiz. Biz 3s- va 3p-bo'linmalarni to'liq to'ldirgan argon atomiga joylashdik, aks holda 3d-bo'linmaning barcha orbitallari bo'sh qoladi. Biroq, argondan keyingi elementlarda - kaliy (Z = 19) va kaltsiy (Z = 20) - uchinchi elektron sferaning to'ldirilishi tezda qo'shiladi va to'rtinchi sferaning s-birligi shakllana boshlaydi: elektron zichligi. kaliy atomi 1s 2 2s 2 2p 6 3s 3p 6 4s 1 kaltsiy atomi - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 va quyidagi sxemalar bilan ifodalanadi:
Elektron energiya zahiralarini to'ldirishning bunday ketma-ketligining sababi hozirgi zamon bilan bog'liq. § 31da aytilganidek, elektron atomidagi elektronning energiyasi nafaqat boshning, balki orbital kvant sonining qiymatlari bilan ham aniqlanadi. U erda energiya ustunlarining o'sish ketma-ketligi ko'rsatilgan, bu elektronning o'sib borayotgan energiyasini ko'rsatadi. Ushbu ketma-ketlik rasmda ko'rsatilgan. 22.
Guruchni qanday tekislash kerak. 22, 4s past energiya, pastki 3d bilan tavsiflanadi, bu s-elektronlarda d-elektronlarning kuchli ekranlanishi bilan bog'liq. Ko'rinib turibdiki, tashqi elektronlarning kaliy va kaltsiy atomlarida 4s darajasida joylashishi bu atomlarning eng barqaror holatiga mos keladi.
Atom elektron orbitallarini bosh va orbital kvant sonlarining qiymatiga qarab to'ldirish ketma-ketligini Radyanskiy olimi V.M.Klechkovskiy o'rganib, elektronning energiyasi bu ikki kvant yig'indisining ortishi bilan ularning soni ortib borishini aniqladi. anavi. miqdorlar (n+l). Ko'rinishidan, u quyidagi pozitsiyani shakllantirgan (birinchi navbatda, Klechkovskiy qoidasi): atom yadrosi zaryadining ortishi bilan elektron orbitallarning ketma-ket to'ldirilishi bosh va orbital kvant sonlari (n+l) yig'indisining qiymati pastroq bo'lgan orbitallardan yig'indisi kattaroq qiymatlarga ega bo'lgan orbitallarga o'tadi..
Kaliy va kaltsiy atomlarining elektron tuzilishi ushbu qoidaga mos keladi. Ha, 3d-orbitallar uchun (n=3, l=2) yig‘indisi (n+l) 5 dan, 4s-orbitallar uchun (n=4, l=0) – 4 dan yuqori. Shuningdek, 4s-orbitallar avvalroq eslash kerak , pastki 3D daraxti, bu haqiqatan ham kutilgan.
Xo'sh, kaltsiy atomi 4s-bo'linish bilan tugaydi. Biroq, oldinga siljish elementi - skandiyga (Z=21) o'tishda ovqatlanish o'yinga kiradi: bu boshqa elementlardan bir xil yig'indiga ega (n+l) - 3d (n=3, l=2), 4p ( n=4, l=1) yoki 5s (n=5, l=0) - unutish mumkinmi? Ma’lum bo‘lishicha, bir xil yig‘indi (n+l) uchun elektronning energiyasi bosh kvant soni n qiymatidan katta bo‘ladi. Shuning uchun bunday vaziyatlarda energiya sathlarini elektronlar bilan to'ldirish tartibi aniqlanadi yana bir Klechkovskiy qoidasi, bu hamma uchun yaxshi yig'indining bir xil qiymatlarida (n+l) orbitallarni to'ldirish ketma-ketlik bilan erishiladi, chunki bosh kvant soni n qiymati ortib boradi..
Kichik 22. Atomdagi elektron energiya sathlarini to'ldirish ketma-ketligi.
Bu ushbu qoidaga mos keladi: (n+l) = 5 bo'lsa, birinchi qadam 3d pastki daraxtga (n=3), so'ngra 4p pastki daraxtga (n=4) va nihoyat, 5s kichik daraxtga amal qilishdir. (n=5). Keyin skandiy atomi o'zining 3d orbitallarini to'ldirishni boshlashi mumkin, shuning uchun uning elektron tuzilishi 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2 * va diagrammaga mos keladi:
3D tuzilmasini skandiy elementlari - titan, vanadiy va boshqalar bilan to'ldirish davom etadi. - va atomi diagrammada ko'rsatilgan sinkga (Z = 30) deyarli yakunlanadi.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 formulasiga mos keladi.
* Elektron formulalarda avval n ning berilgan qiymatlari bo'lgan barcha bandlarni yozib olish, keyin esa n dan yuqori qiymatlarga ega bo'lgan bandlarga o'tish odatiy holdir. Shuning uchun, ro'yxatga olish tartibi har doim energiya jurnallarini to'ldirish tartibiga mos keladi. Shunday qilib, skandiy atomining elektron formulasini yozish 4s dan oldin 3d binolarga ega, shuning uchun biz bir xil ketma-ketlikka qaytmoqchimiz.
Skandiydan boshlanib, sink bilan tugaydigan o'nta d elementi o'tish elementlaridan oldin yotadi. Ushbu elementlarning elektron qobig'ining o'ziga xos xususiyati oldingi (s- va p-elementlar) bilan birlashtirilganligi shundaki, d-elementning old qismiga o'tishda tashqi elektronda emas, balki yangi elektron paydo bo'ladi (n = 4). ), lekin boshqa elementda (n = 3) elektron to'p. Shu munosabat bilan shuni ta'kidlash kerakki, elementlarning kimyoviy kuchlari birinchi navbatda ularning atomlarining tashqi elektron sferasining tuzilishi bilan belgilanadi va kamroq darajada old (ichki) ) elektron sharlar orqasida yotadi. Barcha o'tish elementlarining atomlari ikkita elektron * tomonidan yaratilgan tashqi elektron to'pga ega; Shuning uchun d-elementlarning atom sonining ortishi tufayli kimyoviy kuchi s- va p-elementlarning kuchi kabi keskin o'zgarmaydi. Barcha d-elementlarni metallar oldiga qo'yish kerak, keyin tashqi p-konteyner to'ldirilganda, metall odatiy metall bo'lmagan va umuman olganda, asil gazga o'tadi.
3d-daraxtni (n=3, l=2) tugatgandan so'ng, elektronlar boshqa Klechkovskiy qoidasiga muvofiq, N-to'pni davom ettirib, 4p-daraxtni (n=4, l= 1) egallaydi. Bu jarayon galliy atomidan (Z=31) boshlanib, kripton atomida (Z=36) tugaydi, uning elektron qiymati 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3d 10 4s 2 4p 6 formula bilan ifodalanadi. Etakchi olijanob gazlar - neon va argon atomlari singari, kripton atomi ham to'pning tashqi elektronining tuzilishi bilan tavsiflanadi ns 2np6, bu erda n - asosiy kvant soni (neon - 2s 2 2p 6., argon - 3s). 2 3p 6, 6 2).
Rubidadan boshlab, 5s-daraxt tiklanadi; Bu yana bir Klechkovskiy qoidasini tasdiqlaydi. Rubidiy atomi (Z=37) tashqi elektron sferasida bitta s-elektronga ega boʻlgan quyi metallarga xos strukturaga oʻxshaydi. Timning o'zi elementlar tizimining yangi - beshinchi davrini boshlaydi. Bu holatda, shuningdek, to'rtinchi davrda, oldingi elektron to'pning keraksiz d-quvvatlashi yo'qoladi. Ko'rinib turibdiki, to'rtinchi elektron to'pda ham f-daraxt mavjud bo'lib, uning almashinishi beshinchi davrda ham kuzatilmaydi.
Stronsiy atomi (Z=38) 5s ikkita elektronni egallaydi, shundan soʻng 4d-daraxt toʻldiriladi, soʻngra oʻnta element bor - itriydan (Z=39) kadmiyga (Z=48) - oʻtishgacha yotadi. Ba'zi d-elementlar. Keyin Hindistondan asil gaz ksenoniga oltita p-element olinadi, ular bilan beshinchi davr tugaydi. Shunday qilib, to'rtinchi va beshinchi davrlar tuzilishi jihatidan butunlay o'xshash ko'rinadi.
* d-elementlar mavjud (masalan, xrom, molibden, mis kichik guruhining elementlari), ularning atomlarida bittadan kam s-elektron mavjud. Elektron energiya manbalarini to'ldirishning "oddiy" tartibidan bu og'ishning sabablari paragrafning oxirida muhokama qilinadi.
Oltinchi davr, xuddi birinchisi kabi, ikkita s-element (seziy va bariy) bilan boshlanadi, ular 6 dan yuqori bo'lgan yig'indidan (n+l) orbitallarni to'ldirishni yakunlaydi. Endi Klechkovskiy qoidalariga muvofiq, biz sya subdriven 4f (n=4, l =3) 7b dan qimmatroq bo'lgan yig'indidan (n+l) va bosh kvant sonining bu qiymatida mumkin bo'lgan eng kichikidan to'ldirishimiz kerak. Aslida, bariydan keyin bevosita aralashtirilgan lantan (Z=57) 4f emas, balki 5d elektronga ega, shuning uchun uning elektron tuzilishi 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 formulasiga amal qiladi. 5s 2 5p 6 5d 1 6s 2 . Protey, lantanning keyingi elementi, seriy (Z = 58), lantan atomidagi bitta 5d elektronga o'tishi kerak bo'lgan 4f bo'linmasini samarali ravishda unuta boshlaydi; Demak, seriy atomining elektron tuzilishi 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 formula bilan ifodalanadi. Shunday qilib, lantan o'rniga boshqa Klechkovskiy qoidasiga yondashuv vaqt-soat xarakteriga ega bo'lishi mumkin: ketma-ketlikdan boshlab, 4f-bo'linmasining barcha orbitallari ketma-ket to'ldiriladi. Oltinchi davrning bu qismida aylantirilib, o'n to'rtta lantanid f-elementlarga va lantan kuchiga yaqinlashtiriladi. Ularning atomlari elektron qavatlarining xarakterli xususiyati shundan iboratki, keyingi f-elementga o'tishda yangi elektron avvalgisida emas (n=6) va oldingisida ham emas (n=5), lekin elektron qatlamning elektron qatlamlarining o'ziga xos xususiyati shundaki. yanada chuqurroq tartibga solingan, uchinchi elektron to'p (n=4).
Zamonaviy va ilg'or elektron sferalar tuzilishida bir xil elementlarning lantanidlari atomlarida mavjudligi sababli, barcha lantanidlar kimyoviy hokimiyatlarda katta o'xshashlikni ko'rsatadi.
5d-daraxtning toʻldirilishi lantandan boshlanib, gafniy bilan davom etadi (Z=72) va simob bilan tugaydi (Z=80). Shundan so'ng, oldingi davrlarda oltita p-element kengaytiriladi. Bu yerda 6p-kun bor: u beldan boshlanib (Z=81) va oltinchi davrni tugatuvchi asil gaz radonida (Z=86) tugaydi.
Somi, impulslar elementlari tizimining hali to'liq bo'lmagan davri Shostomga o'xshaydi. Ikki s-element (frantsiya va radiy) va bitta d-elementdan (aktiniya) keyin 14 ta f-element mavjud bo'lib, ularning vakolatlari aktiniyning vakolatlariga yaqin ko'rinadi. Toriydan (Z=90) boshlanib, 103 element bilan tugaydigan bu elementlar birgalikda aktinidlar deyiladi. Ular orasida 1955 yilda amerikalik fiziklar tomonidan alohida kashf etilgan Mendelev (Z = 101) bor. í D.I sharafiga nomlar. Mendelev. O'sib borayotgan jingalak (Z = 104) aktinidlari va 105 elementi yonida. Bu elementlar akademik G. N. Flerov bilan hamkorlikda bir guruh olimlar tomonidan individual ravishda olib tashlandi; Ular d-elementlar oldida yotib, elementlar davriy sistemasining birinchi qismini yakunlaydi.
Ma'lum bo'lgan barcha kimyoviy elementlarning atomlarida energiya darajalari (to'plari) orqasida elektronlarning taqsimlanishi kitobning boshida joylashtirilgan elementlarning davriy tizimida joylashgan.
Atomlardagi energiya darajalari va pastki darajalarini elektronlar bilan to'ldirish ketma-ketligi shaklda sxematik tarzda ko'rsatilgan. 23, bu Klechkovskiy qoidalarini grafik tarzda ifodalaydi. Qiymatlar eng kichik qiymatlardan (n+l) strelkalar bilan ko'rsatilgan tartibda eng katta qiymatlarga o'tadi. Shuni ta'kidlash kerakki, bu ketma-ketlik rasmda ko'rsatilgan atom orbitallarini to'ldirish ketma-ketligidan farq qiladi. 22.
Kichik 23. Atomdagi elektron energiya sathlarini to'ldirish ketma-ketligi sxemasi.
Kichik 24. 4f- va 5d-elektronlarning energiyasining Z yadro zaryadiga yotqizilishi.
Shuni esda tutish kerakki, qolgan sxema (Klechkovskiy qoidalari kabi) ma'lum elementlarning atomlarining elektron tuzilishining o'ziga xos xususiyatlarini aks ettirmaydi. Misol uchun, nikel atomidan (Z = 28) mis atomiga (Z = 29) o'tganda, 4s elektronlardan birining 3d ga sakrashi uchun 3d elektronlar soni bir emas, balki deyarli ikkiga ortadi. atom. Shunday qilib, mis atomining elektron zichligi 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 formula bilan ifodalanadi. Oldingi to'pning tashqi s-dan d-ustunidan elektronning xuddi shunday "o'tish" mis - kesish va oltin analoglari atomlarida ham kuzatiladi. Bu elektron tuzilmalarning energiya qarshiligining ortishi bilan bog'liq bo'lib, bu tashqi ishg'ol qilingan energiya manbalarini ko'rsatadi (bo'lim § 34). O'rta atomdagi elektronning 4s dan 3d daraxtiga o'tishi (va kumush va oltin atomlaridagi shunga o'xshash o'tishlar) to'liq to'ldirilgan d-daraxt hosil bo'lgunga qadar sodir bo'ladi va shuning uchun energetik jihatdan ko'rinadigan ko'rinadi.
§ 34-bandda ko'rsatilgandek, energiya qarshiligini oshirish mumkin va elektron konfiguratsiyalar teng yarim to'ldirilgan yadroga ega (masalan, tashqi sferada uchta p-elektronni joylashtiradigan tuzilmalar, oldingi to'pda beshta d-elektron ív yoki). chuqurroq ezilgan to'pda f-elektronlarning chetida). Bu xrom atomidagi bitta 4s elektronning (Z=24) 3d pastki darajasiga “sakrashini” tushuntiradi, buning natijasida xrom atomi barqaror elektron tuzilishga ega bo'ladi (1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5). 4s 1) 3d-old bilan to'liq yarmiga to'ldiring; 4d blokdagi 5s elektronning xuddi shunday davri molibden atomida (Z=42) kuzatiladi.
Ma'lumki, lantan (4f-elektron o'rniga 5d-ning paydo bo'lishi) va seriy (ikkita 4f-elektronning paydo bo'lishi) atomlarida energiya darajasini to'ldirishning "normal" tartibi va shunga o'xshash xususiyatlar kundalik elektronda. elementlar atomlarining tuzilishi Bu davr keyingi davr bilan izohlanadi. Yadro zaryadining oshishi bilan ma'lum energiya darajasida joylashgan elektron yadrosiga elektrostatik tortishish kuchayadi va elektronning energiyasi o'zgaradi.
Turli yadrolarda mavjud bo'lgan elektronlarning energiyasi har xil o'zgarganda, yadro zaryadi 100 elektronning bo'laklari tomonidan turlicha ekranlanadi. Sokrem, 4f-elektronlarning energiyasi yadro zaryadining ortishi, 5d-elektronlarning quyi energiyasi hisobiga o'zgaradi (bo'lim 24-rasm). Demak, lantan (Z=57) 5d-elektronlarning, seriyning (Z=58) 4f-elektronlarning yuqori, past energiyasiga ega ekan. Ko'rinib turibdiki, lantanda 5d daraxtida joylashgan elektron seriydan 4f daraxtiga o'tadi.
| <<< Назад
|
Oldinga >>> |
- Miqdori: Dars mavzusi: Kvant sonlari. Pauli printsipi, Xund qoidasi, Klechkovskiy qoidalari. Rozrahunkov asarlari (kimyoviy elementlar atomlarining ahamiyati. Energiya sathlari va orbitallar orqasida elektronlarning joylashishi, atomlar va ionlarning elektron oʻzgarishlari). Dars uchun meta: Davriy jadvalning 1-3 davrlari kimyoviy elementlaridan foydalanib, atomning elektron qobig'i haqida ilmiy bayonotlar tuzing. “Davriy qonun” va “davriy tizim” tushunchalarini aniqlang.
1. Pauli printsipi. Atomda ikkita elektron bo'lishi mumkin, ya'ni barcha kvant sonlarining qiymatlari (n, l, m, s) bir xil. Teri orbitalida (proksimal spinlar bilan) ikkitadan ortiq elektron bo'lishi mumkin emas.
2. Klechkovskiy qoidasi (eng kam energiya printsipi). Elektronlarning aksariyati energiya minimal bo'lishi uchun taqsimlanadi. Qanchalik kam yig'indi (n+l) bo'lsa, orbitalning energiyasi shunchalik kam bo'ladi. Berilgan qiymat (n + l) uchun eng past n bo'lgan orbital eng kam energiyaga ega. Orbitallarning energiyasi ketma-ket ortadi:
3. Hund qoidasi. Atom, asosan, qadimgi strukturaning chegaralarida bo'linmagan elektronlarning maksimal mumkin bo'lgan soni uchun javobgardir.
Kimyoviy element atomidagi elektronlarning energiya darajalari va pastki darajalari bo'yicha taqsimlanishini ko'rsatadigan yozuv ushbu atomning elektron konfiguratsiyasi deb ataladi. Atomning asosiy (uyg'olmagan) holatida barcha elektronlar minimal energiya tamoyilini qondiradi. Bu shuni anglatadiki, boshlang'ich nuqtasi quyidagilar bilan almashtiriladi:
1) Bosh kvant soni n minimal;
2) Darajaning o'rtasida s-daraxt s-daraxt, keyin p-daraxt, keyin d-daraxt bilan to'ldiriladi;
3) To'ldirish (n + l) minimal bo'lishi uchun amalga oshiriladi (Klechkovskiy qoidasi);
4) Bitta daraxt orasida elektronlar shunday aylantiriladiki, ularning umumiy spini maksimal bo'ladi. eng ko'p sonli juftlashtirilmagan elektronlarni olib tashlash orqali (Hund qoidasi).
5) Atom orbitallari to'ldirilganda Pauli printsipi tugaydi. Bundan kelib chiqadiki, n raqamiga ega bo'lgan energiya darajasi n 2 ta kichik darajalarda taqsimlangan 2n 2 tadan ko'p bo'lmagan elektronni o'z ichiga olishi mumkin.
Seziy (Cs) 6-davrda topilgan, 55 ta elektron (seriya raqami 55) 6 energiya darajasi va ularning pastki darajalariga taqsimlangan. O'rganishni yakunlash ketma-ketlik orbitallardagi elektronlarning to'lishi olib tashlanadi:
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
Gunduning Pauli qoidasi printsipi
Budovi nutqining asoslari
3-bo'lim. Boy elektron atomlar
Aniqroq aytganda, Shredinger eritmasini faqat boshqa hollarda, masalan, suv atomi va He +, Li 2+, Be 3+ kabi faraziy bir elektronli ionlar uchun bilish mumkin. Keyingi elementning atomi - geliy - yadro va ikkita elektrondan iborat bo'lib, ular ikkala yadroga tortiladi va boshqa elektronni hosil qiladi. Hatto o'tmishda ham raqobat aniq yechimga ega emas edi.
Shuning uchun turli usullar katta ahamiyatga ega. Bunday usullar yordamida barcha umumiy elementlar atomlarining elektron tuzilishini o'rnatish mumkin edi. Bu oʻzgarishlar shuni koʻrsatadiki, boy elektron atomlardagi orbitallar suv atomining orbitallaridan farq qilmaydi (bu orbitallar suv orbitallari deb ataladi). Bosh quvvati orbitallar zichligining kattaroq yadroviy zaryad orqali ta'siridir. Bundan tashqari, boy elektron atomlar uchun teri uchun ekanligi aniqlandi energiya darajasi(bosh kvant sonining bu qiymatida n) bo'linish qadim zamonlar. Elektron energiya endi saqlanishi mumkin emas n, va orbital kvant sonining turi l. Von soni ortib bormoqda s-, p-, d-, f-orbitallar (7-rasm).
Qadimgilarning energiyalarida muhim ahamiyatga ega bo'lgan yuqori energiya darajalari uchun juda ko'p energiya mavjud, shuning uchun bir daraja boshqasiga o'tishi mumkin, masalan
6s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6. Berilgan daraxtning orbitallaridagi elektronlar soni o'ng harfning yuqori indeksida ko'rsatilgan, masalan 3 d 5 - bu 3 uchun 5 ta elektron d- qadimgi davrlar.
Atomning elektron konfiguratsiyasini osongina yozib olish uchun sirtlari elektronlar bilan band bo'lgan orbitallarni almashtiring va shunga o'xshash elektron formulaga ega bo'lgan asil gazning belgisini yozing:
Masalan, xlor atomining elektron formulasi 1 ga teng s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 yoki 3 s 2 3p 5 . Valent elektronlar kimyoviy bog'lanishlar hosil bo'lishida ishtirok etadigan qo'llarning orqasida joylashgan.
Yuqori davrlar uchun (ayniqsa, oltinchi va ettinchi) atomlarning elektron o'zgarishlari uchun impuls murakkab. Masalan, 4 f-lantan atomida va keyingi seriy atomida elektron hosil bo'ladi. Doimiy to'ldirish 4 f- qadimgi material gadoliniy atomida uzilib qolgan, bu erda 5 d-elektron.
Gunduning Pauli qoidasi printsipi
Ayniqsa, plomba yuzalariga chidamli d- mis, kumush va oltin atomlarining valentlik elektronlarining elektron konfiguratsiyasi bilan bir xil (IIB-guruh) ( n−1)d 10 ns 1 kamroq energiyani ko'rsatadi, pastroq ( n−1)d 9 ns 2 .
Barcha elementlar to'rt turga bo'linadi:
1. Atomlarda s-elementlar tashqi shar ns ning s-chig'anoqlarini to'ldirish. Bu teri davrining dastlabki ikki elementi.
2. Atomlarda p-elementlar np tashqi mintaqasining p-qobiqlari elektronlar bilan to'ldiriladi. Teri davrining qolgan 6 ta elementi (birinchi va oxirgidan tashqari) ularga kiritiladi.
3. U d-elementlar elektronlar bilan to'ldirilgan d-boshqa tashqi darajadagi pastki daraxt (n-1)d. s- va p-elementlar orasida joylashgan buyuk davrlarning interkalyar o'n yilliklar ketma-ketligi.
4. U f-elementlar(n-2)f darajasining uchinchi darajasidagi f-daraxtdan elektronlar bilan to'ldirilgan. Bular lantanidlar va aktinoidlardir.
Davriy sistemaning guruhlari va davrlari bo'yicha elementlarning kislota-asos kuchini o'zgartirish (Kossel diagrammasi)
Kossel (Nimechchina, 1923) yarim elementlarning kislota-asos kuchining o'zgarishi tabiatini tushuntirish uchun molekulalarda ionli bog'lanish va ionlar o'rtasida aralashma mavjud degan taxminga asoslangan oddiy diagrammani kiritdi. Coulomb o'zaro ta'siri. Kossel sxemasi yadro zaryadiga va ularning elementining radiusiga qarab E-H va E-O-H bog'lanishlarini almashtiruvchi tizimning kislota-asos kuchini tavsiflaydi.
Ikkita metall gidroksidi (LiOH va KOH molekulalari uchun) uchun Kossel diagrammasi shaklda ko'rsatilgan. 6.2. Taqdim etilgan diagrammadan ko'rinib turibdiki, Li + ionining radiusi K + ionining radiusidan kichik va OH - guruh litiy ioni bilan ko'proq, kaliy ioni bilan kamroq bog'langan. Natijada, CON munosabatlardan osonroq ajralib chiqadi va kaliy gidroksidning asosiy kuchi yanada aniqroq bo'ladi. Elementlarning davriy tizimi davriy qonunning grafik tasvirlarini tasvirlaydi va elementlar atomlarining tuzilishini aks ettiradi.
“Kvant raqamlari. Pauli printsipi, Xund qoidasi, Klechkovskiy qoidalari. Rozrahunkov bilimlari (kimyoviy elementlar atomlarining ahamiyati. Energiya darajalari va orbitallar orqasida elektronlarning joylashishi, atomlar va ionlarning elektron konfiguratsiyasi).
“Infourok” kursida 60% gacha chegirmalar bilan tezlikni oshiring
Raqam:
Dars mavzusi: Kvant raqamlari. Pauli printsipi, Xund qoidasi, Klechkovskiy qoidalari. Rozrahunkovskiy Zavednya ( kimyoviy elementlar atomlarining ahamiyati, energiya sathlari va orbitallar orqasida elektronlarning joylashishi, atomlar va ionlarning elektron konfiguratsiyasi).
Dars uchun meta: Davriy jadvalning 1-3 davrlari kimyoviy elementlaridan foydalanib, atomning elektron qobig'i haqida ilmiy bayonotlar tuzing. “Davriy qonun” va “davriy tizim” tushunchalarini aniqlang.
Dars ko'rsatmalari: Atomlarning elektron formulalarini qo'shish, elektron formulalar ortidagi elementlarni aniqlash va atom omborini aniqlashni o'rganing.
Obladnannya: Kimyoviy elementlarning davriy tizimi D.I. Mendelev, sinf xonasi, multimedia proyektori, shaxsiy kompyuter, maket va taqdimot "Kelajak atomlarining katlama elektron formulalari".
Dars turi: kombinatsiyalar
Usul: og'zaki, ilmiy.
I. Tashkiliy moment.
Vitannya. Kundalik eslatma. Sinfning yangi mavzularni o'zlashtirishini faollashtirish.
O'qituvchi maktabgacha ta'lim muassasasida "Atomning elektron qobiqlarining Budova" darsining mavzusini e'lon qiladi va yozadi.
II. Yangi materialni tushuntirish
O'qituvchi: Atomlarning elektron qobiqlari kimyoda muhim rol o'ynashi mumkin, chunki elektronlarning o'zi nutqning kimyoviy kuchini ifodalaydi. Orbitaldagi elektronning eng muhim xarakteristikasi uning yadro bilan bog'lanish energiyasidir. Atomdagi elektronlar qo'shiq energiyasi bilan rag'batlantiriladi va siz ko'rib turganingizdek, ba'zilari yadroga kuchliroq, boshqalari zaifroq jalb qilinadi. Bu elektronlarning yadrodan uzoqligi bilan izohlanadi. Elektronlar yadroga qanchalik yaqin bo'lsa, ular bilan yadro o'rtasidagi bog'lanish shunchalik katta bo'ladi va energiya zaxirasi shunchalik kichik bo'ladi. Atom yadrosi uzoqlashgani sari elektronning yadroga tortish kuchi o'zgaradi va energiya zahirasi ortadi. Ular shunday da'vo qilishadi elektron to'plar atomning elektron qobig'ida. Shu kabi energiyalarni o'z ichiga olgan elektronlar bitta elektron to'pni yaratadi yoki baquvvat rubarb. Atomdagi elektronlarning energiyasi va energiya darajasi etakchi kvant soni bilan ifodalanadi n va 1, 2, 3, 4, 5, 6 va 7 butun qiymatlarini to'playdi. n qiymati qanchalik katta bo'lsa, atomdagi elektronning energiyasi shunchalik katta bo'ladi. Har qanday boshqa energiya darajasida mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan elektronlarning maksimal soni quyidagi formula bilan aniqlanadi:
De N- bozordagi elektronlarning maksimal soni;
n- Energiya darajasining soni.
Aniqlanishicha, birinchi qobiqda ikkitadan ko'p bo'lmagan elektronlar mavjud, ikkinchisida - sakkiztadan, uchinchisida - 18 dan, to'rtinchisida - 32 dan ko'p emas. Uzoqroq qobiqlarning to'ldirilishi bizga ko'rinmaydi. . Ko'rinib turibdiki, hozirgi energiya darajasida sakkizdan ortiq elektron bo'lishi mumkin emas, ular chaqiriladi tugatamiz. Elektronlarning maksimal sonini o'z ichiga olmaydigan elektron to'plar deyiladi tugallanmagan .
Atomning elektron qobig'ining joriy energiya darajasidagi elektronlar soni asosiy kichik guruhlarning kimyoviy elementlari uchun guruh soniga teng.
Yuqorida aytib o'tilganidek, elektron orbita orqasida qulab tushadi va orbital bo'ylab traektoriya yo'q.
Yadro atrofidagi bo'shliq bu eng muhimi. elektron orbital elektron yoki elektron bulut deb ataladi.
Gunduning Pauli qoidasi printsipi
Chipta raqami 2. Atom elektronikasi, kvant sonlari, orbitallarning turlari. Energiya darajalari va pastki darajalarni to'ldirish tartibi (minimal energiya, Pauli printsipi, Xund qoidasi, Klechkovskiy qoidasi, degenerativ orbitallar). Elementlarning elektron formulalari. Energiya manbalarining ko'rinishi uchun formulalar. Atomning asosiy va uyg'ongan holatlari uchun elementning valentligi.
Atom kimyoviy elementning eng kichik qismi, uning kuchini tashuvchisidir. Va kvant mexanikasi qonunlariga bo'ysunadigan eng oddiy elektr-neytral kimyoviy mikrotizim.
Atomdagi elektron uchun ikkilik printsipi adolatli: elektron ham kichik massaning moddiy qismi, ham elektromagnit jismdir.
Geyzenbergning ahamiyatsizlik printsipi: Har qanday vaqtda elektronlarning joylashishini (x, y, z koordinatalari) va tezlikni (momentum) aniq aniqlash mumkin emas.
Atomdagi rux elektorona elektron xiralik ko'rinishidagi g'oyalarga ega bo'lishi mumkin.
Elektron vaqtning 95% dan ko'prog'ini o'tkazadigan elektron qorong'ulik mintaqasi elektron orbitalga (EO) beriladi. Orbitalning eng katta o'lchami elektronning katta energiyasini tavsiflaydi. Yaqin o'lchamdagi orbitallar pastki darajalardan tashkil topgan energiya darajalarini yaratadi.
Atomdagi elektronni tasvirlash uchun 4 ta kvant sonidan (n, l, m, s) foydalaniladi. Birinchi uchtasi elektronning uch o'lchovli fazodagi erkinligining uchta darajasini, to'rtinchisi esa ko'rinadigan o'q atrofida elektronning o'rash darajasini ko'rsatadi. Kvant raqamlari:
- "n" - bunt kvant soni. Elektronning energiya darajasini va atom maydonini (yadrodan masofa) tavsiflaydi. Yadro bilan bog'liq bo'lgan energiyaning matematik yotqizilishi: E a = -13,6/n 2 Ev, n = 1,2,... Aktiv elementlar uchun n = 1,..., 7. n = davr raqami.
- "l" - orbital kvant soni. Chiqindilarning turini tavsiflaydi (elektron zaharning bir shakli). l=0,1,2,…,(n-1). Harflar bilan ko'rsatilgan. Bu holda l=0 s, 1-p, 2-d, 3-f, 4-q, 5-h ni taklif qiladi.
- "m" - magnit kvant soni. Orbital kengayishning kengligini tavsiflaydi. m=±0, ±1, ±2,…,±l. Pastki daraxtdagi orbitallar yig'indisi: e =2l+1.
- "s" - spin kvant soni. Ikki parallel yo'nalishda o'z o'qi atrofida o'ralgan elektronning bir xilligini tavsiflaydi. s = ±1/2. "+" - yil o'qi orqasida, "-" - yil o'qi qarshisida. Spin elektronga kuchli magnit momentni beradi, bu elektronning spini deb ataladi.
Pauli printsipi (to'siq): bir nechta elektronga ega bo'lgan atomlar to'rtta kvant sonining qiymati bir xil bo'lgan ikkita elektronga ega bo'lolmaydi. Yoki bu: bitta orbitalda ikkita elektron va qarama-qarshi spinli bo'lishi mumkin.
Minimal energiya printsipi: atomda elektronlarning ketma-ket yonishi elektronning minimal energiyasida ham, butun atomning minimal energiyasida ham aks ettirilishi mumkin. Yoki bu: minimal energiya maksimal chidamlilikka teng. Turlarning to'ldirilishi orbitalning bir xil energiyasiga to'g'ri keladi: ns Klechkovskiy qoidasi: dastlab bir xil kichik daraxtlar almashtiriladi, ularning n+l yig'indisi eng kichikdir. Agar ikkita ajdod uchun n+l yig‘indisi bir-biriga teng bo‘lsa, dastlab kichikroq n bo‘lgan idioma to‘ldiriladi.
Xund qoidasi: np, nd va nf daraxt sathlarida atomning asosiy (uyg'onmagan) holatida har doim juftlashtirilmagan elektronlarning maksimal soni (maksimal spinning uzilishi) mavjud.
p align="justify"> Qadimgi p, d va f bir nechta orbitallardan iborat bo'lib, ularning energiyasi bir xil, shuning uchun bu qadimgi odamlar "virogenlar" deb ataladi: p uch marta, d besh marta va f yetti marta hosil bo'ladi. . Ushbu qadimgi mamlakatlardagi elektronlar uchun Xund qoidasi qo'llaniladi.
Valentlik - kimyoviy aloqalarni yaratish qobiliyati.
Asosiy bosqich elektronlar yadroga yaqinroq bo'lishi uchun minimal energiyaga ega.
Uyg'onish holati - bu bug'lanish atomidagi barcha elektronlar katta energiyaga ega bo'lgan boshqa elektronlar bilan qoladigan va keyin yadroni tark etadigan holat.
Maksimal valentlik uyg'onish bosqichida kuzatiladi va shuning uchun element joylashgan guruhning soniga ishora qiladi.
Atom fizikasi tarixida ko'plab yuksalishlar va pasayishlar mavjud. Biroq, agar texnologik taraqqiyotni e'tiborsiz qoldiradigan bo'lsak, nazariyotchilarning fikridagi narsalarni laboratoriya ongida tekshirish mumkin edi. Dunyoning elementar qismlarining xatti-harakatlarida mantiq qonunlariga bo'ysunmaydigan ko'plab jihatlar mavjud, shuning uchun mikrodunyo yaqinda sabablarni tushuntirmasdan ularni "o'zlari kabi" qabul qilishga qaror qildi. Pauli printsipi ushbu tajribalarning natijalariga taalluqlidir, ular uchun hali bitta tushuntirish topilmagan.
Atom nazariyasining o'ta abadiyligi
Atom fizikasidagi eng keng tarqalgan muvaffaqiyatli ishlanmalardan biri ingliz olimi Ernest Rezerford tomonidan taklif qilingan sayyoraviy atom modelidir. Bu mutlaqo ishonchli emasligi ma'lum bo'ldi, lekin u shunchalik ko'p to'g'ri g'oyalarni yaratishga imkon berdiki, uning qiymati inkor etilmaydi.
Ruterford atomi bilan bog'liq asosiy muammolardan biri elektronlar chiqarilishidan oldingi soni edi. Energiyani yo'qotish natijasida har qanday elektron yadroga tushadi. Biroq, har qanday atom (radioaktivdan tashqari) tabiatan barqaror, iloji boricha uzoq vaqt davomida ishlatilishi mumkin va o'z-o'zini yo'q qilishning bir xil belgilarini ko'rsatmaydi. Bu muammoni hal qilish uchun bizga ajoyib Daniya fizigi Nils Borning iste'dodi kerak edi.
Bor nazariyasi
1913 yilda Daniyadan kelgan yosh noma'lum fizik klassik fizikaga ikkita o'zgartirish kiritishni taklif qildi, bunga qo'shimcha ravishda ehtiyotkorlik va zararsiz jigarrang histerikalarning rivojlanishi faktlarini tushuntirish mumkin edi. Bor elektronning orbitadagi harakati sababini tushuntira olmadi, shuning uchun u o'z qoidalarini "xuddi shunday" tamoyiliga asosladi. Bu qoidalar yaxshi xizmat qildi va yangi ishlanmalarga yo'l ochdi.
Boru qoidalari
Birinchi qoida Rezerford tomonidan taklif qilingan atomning sayyoraviy modeli to'g'ri ekanligini ko'rsatdi. Biroq, undagi elektronlar o'z orbitalarida hech qanday o'zgarishsiz qulab tushadi. Bohrning yana bir qoidasi elektronlar oqimi faqat odatdagi "ruxsat etilgan" orbitalardan tashqarida bo'lishi mumkinligini tasdiqlaydi. O'zining orbital harakatida bo'lgan elektron Plankning statsionar holatiga karrali orbita radiusiga impuls beradi. Shunday qilib, elektronlarning orbitalari ushbu energiya darajalarida har xil bo'lishi mumkin, ular uchun quyidagi qoida qo'llaniladi:
(elektron impuls * orbitaning dovzhinu payi) = n * h,
bu yerda h - doimiy satr, n - natural son. Shunday qilib, mumkin bo'lgan eng past orbitada, n = 1. Uchinchi qoida - atomlarning elektronlarini boshqa tashqi orbitaga ko'chirish (masalan, ularni muhim zarralar bilan bombardimon qilish) mumkin. Shundan so'ng elektron erkin ichki orbitaga aylanishi mumkin. Kimning atomi yorug'lik kvanti sifatida ortiqcha energiya chiqaradi.
Kvant almashinuvi
Borning kvant qoidasi yadroga eng yaqin joylashgan elektronlar ruxsat etilgan eng kichik orbitaga ega ekanligini taxmin qiladi. Bu darajada elektron minimal energiyaga ega. Atomdagi barcha elektronlar bu orbitani egallab, bu sayyorada yo'qolib ketishini tushunish mumkin edi. Biroq, kim topilmaydi. Pauli printsipi bu g'ayritabiiy haqiqatni tushuntirishga yordam beradi.
Volfgang Pauli
Bu mashhur avstriyalik fizik 1869 yilda tug'ilgan. Myunxen universitetida ular mo''jizaviy universal yorug'likni qo'lga kiritdilar va barcha ilmiy ishlarini kvant fizikasiga bag'ishladilar. Yigirma yoshli Paula "Fizika entsiklopediyasi" uchun sharh maqola yozmoqda, ularning aksariyati bizning davrimizda dolzarbdir. Uning ilmiy ishlari kamdan-kam nashr etilgan va Paula ilmiy faoliyatdagi hamkasblari orasida o'zining eng muhim fikrlari va farazlarini aytgan. Eng katta adabiyot N. Bor va V. Heisenberg bilan amalga oshirildi. Uch olimning mehnatining o‘zi zamonaviy kvant fizikasiga asos solgan. Ushbu uchta eng muhim olimning tajribalaridan olingan ma'lumotlarga asoslanib, Pauli o'z printsipini shakllantirdi. Yangi 1945 yil uchun Avstriya ta'limoti Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi.
Rux elektroniv
Elektron oqimidan so'ng, V. Pauli bu elementar qismning xatti-harakatlarida favqulodda momentlarning yo'qligiga to'xtalib o'tdi. Masalan, elektronika o'z o'qi atrofida aylanadigan tarzda harakat qiladi. Elektronlarni o'rashning quvvat momenti spin deb ataladi. Pauli printsipi tasdiqlaganidek, orbitadagi bitta joy ikkita elektronni sig'dira oladi, ularning orqa tomoni bir-biriga parallel bo'ladi. Bu almashinuvning fizikasi qarama-qarshi spin qiymatlari bo'lgan elektronlar va boshqa zarralar uchun bir xil.
Davriy tizim va Pauli printsipi
Kimyo tezda ichki kundalik nutqni tushuntirish uchun ahamiyatsizlik printsipiga aylandi. Endi nima uchun davriy jadvalning birinchi qatorida faqat ikkita element borligi aniq bo'ladi. Suv ham, geliy ham o'zlarining tartibsiz pastki orbitalarida yashirinadi, bu erda orqa tomonni tirnash xususiyati beruvchi elektronlar uchun faqat bitta qo'sh joy mavjud. Joriy orbitada bu joylarning barchasi allaqachon mavjud. Shuning uchun davriy jadvalning boshqa qatori barcha elementlarni o'z ichiga olishi mumkin edi. Ushbu naqsh davriy jadvalning barcha qatorlari bo'ylab tarqaladi.
Yulduzlar fizikasi
Elementar zarrachalarning xatti-harakatlari qonunlari mikrodunyo chegaralaridan tashqariga chiqishi ajablanarli emas. Masalan, ko'zgu fizikasi eskirgan yulduzlarning ichki yorug'ligi bilan shug'ullanadi. Bu erda Pavlusning printsipi qo'llaniladi, faqat uni biroz boshqacha tushunish mumkin. Endi oddiy, keng munosabatlar sajda orqasining faqat ikkita elementar qismiga tarqalish qobiliyatiga ega ekanligini tushunish qoidasi. Ushbu qonun, ayniqsa, qarish oynalariga g'amxo'rlik qilishda qo'llaniladi. Ko'rinishidan, bo'rtib chiqqandan so'ng, yangi yulduz tezda qulab tushadi, ammo barcha yulduzlar qora tuynuklarga aylanmaydi. Cheklovchi qalinlik chegarasi ko'tarilganda (va eski yulduzning qiymati 10 7 kg / m 3 ga yaqinlashganda), kosmik jismning ichki bosimi tez o'sishni boshlaydi. Bu jarayon maxsus ilmiy atamaga ega - hosil bo'lgan elektron gazning bosimi. Shu tariqa, ko‘zgu o‘z vazifalarini bajara boshlaydi va Yerimiz kattaligidagi kichik samoviy jismga aylanadi. Astrofizikada bunday yulduzlar oq mittilar deb ataladi.
Qoplar
Ahamiyatsizlik tamoyili - bu ortiqcha dunyo haqida eshitgan barcha xabarlarimizdan kelib chiqadigan yangi turdagi birinchi qonunlardan biridir. Yangi qonunlar biz bolaligimizdan o'rgangan klassik fizika qoidalaridan tubdan farq qiladi. Eski qoidalar ushbu va boshqa faoliyatda yuzaga kelishi mumkin bo'lgan narsalar haqida gapirganidek, yangi turdagi qonunlar aybdor bo'lmaganlar haqida gapiradi.
Pavlus printsipiga asoslanishi mumkin bo'lgan algoritmlar bir necha daqiqada o'zgartiriladi. Vazifaning boshida barcha mumkin bo'lmagan variantlar bilan yagona to'g'ri javobni topish imkoniyati mavjud. Amaliy nuqtai nazardan, ahamiyatsizlik printsipi axborotni kompyuterda qayta ishlash uchun zarur bo'lgan vaqtni sezilarli darajada o'zgartiradi. Nazariy fiziklarga qaraganda ancha oldin ma'lum bo'lgan Pauli printsipi tabiat qonunlarini talqin qilishning yangi usullarini ochib bergan kvant fizikasida uzoq vaqtdan beri birinchi o'rinda turadi.
Atomdagi ikkita elektron bir xil holatda bo'lishi mumkin emas.
Avstriyalik fizik Volfgang Pauli 1920-yillarning boshlarida kvant mexanikasining asosiy tamoyillari va postulatlarini shakllantirgan bir qancha yevropalik nazariy fiziklardan biri. Ushbu nomga ega bo'lish printsipi fizika fanining ushbu sohasidagi asosiy printsiplardan biridir. Pauli printsipi nimaga asoslanganligini tushunishning eng oson yo'li elektronikani ko'p bosqichli kritik stantsiyadagi avtomobillar bilan tenglashtirishdir. Har bir quti faqat bitta mashinani sig'dira oladi va to'xtash joyining pastki yuzasidagi barcha qutilar band bo'lgandan so'ng, mashinalar xavfsiz joy izlash uchun yuqori yuzada to'xtashlari kerak. Shunday qilib, atomlarda elektronlar bor - ularning yadrosi atrofidagi teri orbitasida bo'sh joy qolmaydi, pastda "to'xtash joyi" mavjud va shundan so'ng orbitadagi barcha bo'sh joy egallanganligi sababli, yaqinlashib kelayotgan elektron o'zini o'zida paydo bo'ladi. keyingi orbita.
Bundan tashqari, elektronika aqliy ko'rinishda harakat qiladi, shuning uchun hidning hidi uning o'qi atrofida o'raladi (ya'ni, odatda deyiladi kuchli o'rash momenti). aylanish Va siz ikkitadan ortiq qiymatlarni olishingiz mumkin: +1/2 yoki -1/2). Eng uzun spinga ega ikkita elektron mumkin orbitada bir o'rin egallaydi. Shu bilan birga, bir qutiga o'ng kermli mashina va chap kermli mashina joylashtirildi, lekin bir xil kermali ikkita mashina joylashtirilmadi. Shuning uchun Mendelev davriy tizimining birinchi qatorida faqat ikkita atom (suv va geliy) mavjud: pastki orbitada eng past spindagi elektronlar uchun faqat bitta qo'sh joy mavjud. Joriy orbitada allaqachon barcha elektronlar mavjud (ikkala spin -1/2, ham spin +1/2), va davriy jadvalning boshqa qatorida bizda bir xil elementlar mavjud. Va hokazo.
Qadimgi yulduzlarning o'rtasida sirt harorati shunchalik yuqoriki, atomlar doimo ionlangan holatda bo'ladi va elektronlar yadrolar orasida erkin harakatlanadi. Va bu erda yana Paulani himoya qilish printsipi, shuningdek, o'zgartirilgan shaklda o'ynaydi. Endi shuni aytishimiz mumkinki, kichik, keng hajmda siz bir vaqtning o'zida ikkitadan ko'p bo'lmagan elektronga ega bo'lishingiz mumkin, bu juda uzoq vaqt davomida ruxsat etilgan maksimal suyuqlik. Biroq, stakanning o'rtasida joylashgan suvning qalinligi 10 7 kg / m 3 (tenglashtirish uchun u suvning qalinligidan 10 000 marta kattaroqdir; nordon) chegara qiymatidan oshib ketganidan keyin rasm keskin o'zgaradi. quti mana shunday, Taxminan aytganda, u 100 tonnaga yaqin). Bunday kuch bilan Pauli printsipi oynaning o'sib borayotgan ichki bosimida o'zini namoyon qila boshlaydi. Tse Dodakove virogen elektron gazning ushlagichi, va ko'rinib turibdiki, eski oynaning tortishish qulashi Yerning o'lchamiga teng bo'lgan o'lchamga kichrayganidan keyin sekinlashadi. Bu yulduzlarning nomlari oq mittilar, va bu massasi Sontsnikiga yaqin bo'lgan yulduzlar evolyutsiyasining qolgan bosqichidir ( div. Mezha Chandrasekhar).
Eng muhimi, men Pavlusning yuz elektron to'plash jarayonini tasvirlab berdim, shuningdek, boshqa spin soniga ega bo'lgan har qanday elementar zarrachalar (1/2, 3/2, 5/2 va boshqalar). Zokrema, neytronning spin soni elektronnikiga o'xshaydi, 1/2. Bu shuni anglatadiki, neytronlar, xuddi elektronlar kabi, o'zlari uchun ma'lum bir "yashash maydoni" ga muhtoj. Oq mitti massasi Sontsiyaning 1,4 massasidan oshadi ( div. Chandrasekhar o'rtasida) tortishish kuchlari ko'zgu o'rtasida joylashgan proton va elektronlarni juft bo'lib qo'zg'atadi va neytronlarni hosil qiladi. Ushbu neytronlarda, xuddi oq mittilardagi elektronlar kabi, ichki bosim tebranish boshlaydi, bu deyiladi. virulent neytron gazining tutilishi, va bu holda oynaning tortishish qulashi yoritish bosqichida to'xtaydi neytron oynasi, diametri buyuk joyning o'lchamlari bilan tenglashtirilishi mumkin. Biroq, yulduzlarning massasi yanada kattaroq bo'lsa (Quyosh massasidan taxminan o'ttiz baravar ko'p) tortishish kuchi hosil bo'lgan neytron gazining tayanchini buzadi va yulduzlar yanada qulab tushadi va qora tuynuklarga aylanadi.
Pavlusning mudofaa tamoyili tabiiy qonunning yangi turining yaqqol namunasidir va kompyuter texnologiyalari rivojlanishi dunyosida bunday "yomon" qonunlar muqarrar ravishda tobora muhim rol o'ynaydi. Ushbu tamoyilning qonunlari klassik fizika qonunlaridan, masalan, Nyutonning mexanika qonunlaridan farq qiladi va ular tizimga nima bo'lishini etkazadi. Xushbo'y hidning kuchi tizimda nima borligini ko'rsatadi Men qila olmayman Holat. Xuddi shu biolog va struktura nazariyotchisi Garold Morowitz (1927 yilda tug'ilgan) "fan qoidalari" deb atagan: bunday qoidalar, qisqasi, Pauline mudofaa printsipi, eng murakkab va murakkab muammolar yuzaga kelganda ( va ishlanmalar) katlanmış atomlardagi elektronlarning orbitalari shunday bo'lishi kerak, shubhasiz) keyin kompyuterni shunday dasturlashtiring qaramasdan aniq imkonsiz yechim variantlari. Xuddi shu qoida, boshi berk ko'cha muammosini hal qilishning mumkin bo'lgan ko'pligi, uning muvaffaqiyati uchun ruxsat etilgan imkoniyatdan oshib ketishi natijasida paydo bo'ladi, shuning uchun kompyuter ishlanmalari soati oqilona intervalgacha tezlashmoqda. Shunday qilib, Pavlusning himoya qilish tamoyiliga o'xshash qoidalar tobora muhim ahamiyat kasb etmoqda, chunki ular eng murakkab va murakkab muammolarda kompyuterlarga tobora ko'proq duchor bo'lmoqdalar.
Div. shuningdek:
Pauli effekti
Ilgari Isaak Nyuton va Maykl Faraday miqyosida tajribasiz eksperimentalistlar va nazariyotchilar fizik dunyoning turli tomonlari bo'yicha tajribalarni muvaffaqiyatli o'tkazdilar va ularning topilmalarini tushuntirish uchun nazariyalarni ishlab chiqdilar, natijalar tasdiqlanadi. O'sha soatlar o'tdi. Taxminan 20-asr boshlarida insoniyatning barcha faoliyatini epidemiya kabi qamrab olgan universitet ixtisosligi tabiiy fanlar, jumladan, fizika ham kengaydi. Bugun biz ko'pchilik olimlar ikkita toifadan biriga - eksperimentchilar va nazariyotchilarga kirishlari muhim deb hisoblaymiz. Bizning zamonamizda bu ikki gipostazni birlashtirish deyarli mumkin emas.
Volfgang Pauli taniqli nazariy fizik edi va bu toifadagi boy olim sifatida o'zini hurmatsizlik bilan eksperimental qurilmalar bilan shug'ullanadigan "santexnik" (o'zi uchun) deb baholadi. Paulaning eksperimentchi sifatidagi snobligi, shuningdek, eng oddiy eksperimental o'rnatishga erishishga urinishda uning bilimsizligi afsonaviy bo'lib qoldi. Ular yaqinda fizika laboratoriyasida paydo bo'lishlarini aytishdi, go'yo egalik to'g'ri ketdi. Aftidan, Leyden universitetida (Niderlandiya) og'riqli shish Paula Tsyurixdan poezdda bu erga kelganidan so'ng shish paydo bo'ldi. 1922 yilgi diplomni o'g'irlagan.
Pauli kvant mexanikasining kashshoflaridan biri bo'lib, yangi ilmiy intizomga bir qator fundamental hissa qo'shdi, ulardan eng muhimi, shubhasiz, 1924 yilda va yana 1945 yilda ishlab chiqilgan himoya printsipi edi. Pol Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi. Fizika bo'yicha mukofot. Elementar zarrachalarda kvant spin raqamlarining mavjudligi haqidagi bu g'oya keyingi ikki hodisa bilan tajribada tasdiqlandi. Bundan tashqari, Pavlus beta-parchalanish davrida energiyani saqlash qonunining buzilishini tushuntirishga muvaffaq bo'ldi. div. Radioaktiv parchalanish) elektronning tebranishi haqida qo'shimcha ma'lumot olish uchun, keyinchalik nomi berilgan noma'lum qism neytrino.
Boshqa jahon urushi qoyalarida Pauli Qo'shma Shtatlar va Prinston ilg'or tadqiqotlar instituti bilan ishlagan. Urush tugagandan so'ng, u Shveytsariya aholisini qabul qilib, Tsyurixdagi Federal Texnologiya Institutida eksperimental fizika professori bo'lib, Evropaga yuzlandi.
Xuddi shu qismlar bir xil kvant raqamlarini o'z ichiga olganligi sababli, ularning funktsiyasi zarrachalarni qayta joylashtirish darajasiga simmetrikdir. Ma'lum bo'lishicha, bitta tizimning bir qismi bo'lgan ikkita yangi fermion bir xil lagerda bo'lolmaydi, chunki Fermionlar uchun hvil funksiyasi antisimmetrik bo'lishi mumkin. Odatiy ma'lumotlar, V. Pauli tomonidan tuzilgan tamoyil ayblash , bu hamma uchun yaxshi fermion sistemalar tabiatda keng tarqalgan faqat lagerlarda,antisimmetrik funktsiyalar bilan tavsiflanadi(Pauli printsipining kvant-mexanik formulasi).
Bu pozitsiyadan Pauli printsipining oddiy formulasi kelib chiqadi, u kvant mexanikasi paydo bo'lishidan oldin ham kvant nazariyasiga (1925) kiritgan: yangi fermionlar tizimida ularning ikkitasi bir vaqtning o'zida buni qila olmaydi bir xil lagerda bo'lish . Shunisi e'tiborga loyiqki, bitta lagerda mavjud bo'lgan yangi bozonlar soni cheklanmagan.
Atomdagi elektronlar soni to'plam tomonidan aniq ko'rsatilganligi aniq to'rtta kvant soni :
· Bosh n ;
· Orbital l 
qo‘ng‘iroq ci bo‘lmoq 1 s, 2d, 3f;
· Magnit ();
· Magnit spin ().
Atomdagi elektronlarning taqsimlanishi Pauli printsipiga amal qiladi, uni atom uchun eng oddiy shaklda shakllantirish mumkin: Xuddi shu atomda bir xil to'rtta kvant soniga ega bittadan ortiq elektron bo'lishi mumkin emas: n, l, , :
Z (n, l, , ) = 0 yoki 1,
de Z (n, l, , ) - kvant holatida mavjud bo'lgan elektronlar soni, to'rtta kvant sonlari to'plami bilan tavsiflanadi: n, l... Shu tarzda, Pavlusning printsipi tasdiqlanadi: Ikki elektronika nima? ,bir atomda turli ma'nolarda bog'langan ,yollangan ,bitta kvant soni .
Uch kvant soni to'plami bilan tavsiflangan o'simliklarda mavjud bo'lgan elektronlarning maksimal soni n, lі m, va faqat elektronlarning spinlarining yo'nalishi bitta:
| , | (8.2.1) |
Chunki spin kvant soni ikkita qiymatga ega bo'lishi mumkin: 1/2 va -1/2.
Ikki kvant soni bo'lgan mamlakatlarda mavjud bo'lgan elektronlarning maksimal soni nі l:
 .
|
(8.2.2) |
Elektron impulsning orbital momentining vektorini kosmosda qabul qilish mumkin (2 l+ 1) turli yo'nalishlar (8.1-rasm).
Mamlakatlarda mavjud bo'lgan elektronlarning maksimal soni bosh kvant sonining qiymatlariga teng n, aniq:
 .
|
(8.2.3) |
Elektronga boy atomdagi elektronlarning umumiy soni,bir xil kvant soni n bo'ladi,chaqirdi elektron qobiq yoki yana to'p .
Teri membranalarida elektronlar bo'ylab taqsimlanadi to'plar ostida , shunga o'xshash l.
Keng maydon,elektronni ochish ehtimoli yuqori, qo'ng'iroq qiling to'p ostida yoki yana orbital . Orbitallarning asosiy turlari rasmda ko'rsatilgan. 8.1.
Natijada, orbital kvant soni 0 dan - gacha bo'lgan qiymatlarni oladi, pastki qavatlar soni seriya raqamiga teng. n chig'anoqlar. Oshqozon to'pidagi elektronlar soni magnit va magnit spin kvant raqamlari bilan ko'rsatiladi: ma'lumotlar bilan to'p to'pidagi elektronlarning maksimal soni l bitta 2 (2 l+ 1). Qobiqlarning tayinlanishi, shuningdek, elektronlarning qobiqlar va pastki qavatlar orqasida taqsimlanishi jadvalda ko'rsatilgan. 1.
1-jadval
| Golovne kvant raqami n |
|||||||||||||||
| Qobiq belgisi |
|||||||||||||||
| Qobiqdagi elektronlarning maksimal soni |
|||||||||||||||
| Orbital kvant soni l |
|||||||||||||||
| Plitka belgisi |
|||||||||||||||
| Maksimal quvvat elektronlar prokladkalar |
|||||||||||||||
