Konfigurasi elektronik suatu atom. Rumus elektronik atom dan diagram

Itu ditulis dalam bentuk yang disebut rumus elektronik. Dalam rumus elektronik, huruf s, p, d, f menunjukkan sublevel energi elektron; Angka-angka di depan huruf menunjukkan tingkat energi di mana suatu elektron berada, dan indeks di kanan atas adalah jumlah elektron dalam subtingkat tertentu. Untuk menyusun rumus elektronik atom suatu unsur, cukup mengetahui jumlah unsur tersebut dalam tabel periodik dan mengikuti prinsip dasar yang mengatur distribusi elektron dalam atom.

Struktur kulit elektron suatu atom juga dapat digambarkan dalam bentuk diagram susunan elektron dalam sel energi.

Untuk atom besi, skema ini memiliki bentuk sebagai berikut:

Diagram ini dengan jelas menunjukkan penerapan aturan Hund. Pada sublevel 3d, jumlah sel maksimum (empat) diisi dengan elektron tidak berpasangan. Gambaran struktur kulit elektron suatu atom dalam bentuk rumus elektronik dan diagram tidak secara jelas mencerminkan sifat gelombang elektron.

Kata-kata hukum periodik sebagaimana telah diubah YA. Mendeleev : sifat-sifat benda sederhana, serta bentuk dan sifat senyawa unsur, secara periodik bergantung pada besarnya berat atom unsur.

Rumusan modern dari Hukum Periodik: sifat-sifat unsur, serta bentuk dan sifat senyawanya, secara periodik bergantung pada besarnya muatan inti atomnya.

Dengan demikian, muatan positif inti (bukan massa atom) ternyata menjadi argumen yang lebih akurat yang menjadi dasar sifat-sifat unsur dan senyawanya.

Valensi- Ini adalah jumlah ikatan kimia yang menghubungkan satu atom dengan atom lainnya.
Kemampuan valensi suatu atom ditentukan oleh jumlah elektron tidak berpasangan dan keberadaan orbital atom bebas di tingkat terluar. Struktur tingkat energi terluar atom suatu unsur kimia terutama menentukan sifat-sifat atomnya. Oleh karena itu, tingkatan ini disebut tingkat valensi. Elektron pada tingkat ini, dan terkadang pada tingkat pra-eksternal, dapat mengambil bagian dalam pembentukan ikatan kimia. Elektron semacam ini disebut juga elektron valensi.

Valensi stoikiometri unsur kimia - ini adalah jumlah ekuivalen yang dapat dilekatkan oleh atom tertentu pada dirinya sendiri, atau jumlah ekuivalen dalam sebuah atom.

Setara ditentukan oleh jumlah atom hidrogen yang terikat atau tersubstitusi, sehingga valensi stoikiometri sama dengan jumlah atom hidrogen yang berinteraksi dengan atom tertentu. Namun tidak semua unsur berinteraksi secara bebas, namun hampir semuanya berinteraksi dengan oksigen, sehingga valensi stoikiometri dapat didefinisikan sebagai dua kali jumlah atom oksigen yang terikat.

Misalnya, valensi stoikiometri belerang dalam hidrogen sulfida H 2 S adalah 2, dalam oksida SO 2 - 4, dalam oksida SO 3 -6.

Saat menentukan valensi stoikiometri suatu unsur menggunakan rumus senyawa biner, kita harus berpedoman pada aturan: total valensi semua atom suatu unsur harus sama dengan total valensi semua atom unsur lain.

Keadaan oksidasi Juga mencirikan komposisi suatu zat dan sama dengan valensi stoikiometri dengan tanda plus (untuk logam atau unsur yang lebih elektropositif dalam molekul) atau minus.

1. Dalam zat sederhana, bilangan oksidasi unsur adalah nol.

2. Bilangan oksidasi fluor pada semua senyawa adalah -1. Halogen yang tersisa (klorin, brom, yodium) dengan logam, hidrogen, dan unsur lain yang lebih elektropositif juga memiliki bilangan oksidasi -1, tetapi dalam senyawa dengan unsur yang lebih elektronegatif, unsur tersebut memiliki bilangan oksidasi positif.

3. Oksigen dalam senyawa memiliki bilangan oksidasi -2; pengecualiannya adalah hidrogen peroksida H 2 O 2 dan turunannya (Na 2 O 2, BaO 2, dll., yang oksigennya memiliki bilangan oksidasi -1, serta oksigen fluorida OF 2, yang bilangan oksidasi oksigennya adalah +2.

4. Unsur-unsur basa (Li, Na, K, dst) dan unsur-unsur subkelompok utama golongan kedua Tabel Periodik (Be, Mg, Ca, dst) selalu mempunyai bilangan oksidasi sama dengan nomor golongan, yaitu adalah, +1 dan +2, masing-masing.

5. Semua unsur golongan ketiga, kecuali talium, mempunyai bilangan oksidasi tetap sama dengan nomor golongannya, yaitu. +3.

6. Bilangan oksidasi tertinggi suatu unsur sama dengan nomor golongan pada Tabel Periodik, dan yang terendah adalah selisihnya: nomor golongan adalah 8. Misalnya, bilangan oksidasi tertinggi nitrogen (terletak pada golongan kelima) adalah +5 (dalam asam nitrat dan garamnya), dan paling rendah sama dengan -3 (dalam garam amonia dan amonium).

7. Bilangan oksidasi unsur-unsur dalam suatu senyawa saling menghilangkan sehingga jumlah semua atom dalam molekul atau satuan rumus netral adalah nol, dan untuk ion muatannya.

Aturan-aturan ini dapat digunakan untuk menentukan bilangan oksidasi yang tidak diketahui suatu unsur dalam suatu senyawa jika bilangan oksidasi unsur lain diketahui, dan untuk menyusun rumus senyawa multielemen.

Keadaan oksidasi (bilangan oksidasi) — nilai konvensional tambahan untuk mencatat proses oksidasi, reduksi dan reaksi redoks.

Konsep keadaan oksidasi sering digunakan dalam kimia anorganik sebagai pengganti konsepnya valensi. Bilangan oksidasi suatu atom sama dengan nilai numerik muatan listrik yang diberikan pada atom tersebut, dengan asumsi bahwa pasangan elektron ikatan sepenuhnya bias ke arah atom yang lebih elektronegatif (yaitu, dengan asumsi bahwa senyawa hanya terdiri dari ion).

Bilangan oksidasi menunjukkan jumlah elektron yang harus ditambahkan pada ion positif untuk mereduksinya menjadi atom netral, atau dikurangi dari ion negatif untuk mengoksidasi menjadi atom netral:

Al 3+ + 3e − → Al
S 2− → S + 2e − (S 2− − 2e − → S)

Sifat-sifat unsur, bergantung pada struktur kulit elektron atom, bervariasi menurut periode dan golongan sistem periodik. Karena dalam rangkaian unsur-unsur analog struktur elektroniknya hanya serupa, tetapi tidak identik, maka ketika berpindah dari satu unsur dalam golongan ke unsur lain, tidak ada pengulangan sifat-sifat sederhana yang diamati pada unsur-unsur tersebut, tetapi perubahan alaminya yang kurang lebih jelas diungkapkan. .

Sifat kimia suatu unsur ditentukan oleh kemampuan atomnya dalam kehilangan atau memperoleh elektron. Kemampuan ini diukur berdasarkan nilai energi ionisasi dan afinitas elektron.

Energi ionisasi (E dan) adalah jumlah energi minimum yang diperlukan untuk abstraksi dan pelepasan elektron sepenuhnya dari atom dalam fase gas pada T = 0

K tanpa mentransfer energi kinetik ke elektron yang dilepaskan dengan transformasi atom menjadi ion bermuatan positif: E + Ei = E+ + e-. Energi ionisasi merupakan besaran positif dan mempunyai nilai terendah untuk atom logam alkali dan tertinggi untuk atom gas mulia.

Afinitas elektron (Ee) adalah energi yang dilepaskan atau diserap ketika elektron ditambahkan ke atom dalam fase gas pada T = 0

K dengan transformasi atom menjadi ion bermuatan negatif tanpa mentransfer energi kinetik ke partikel:

E + e- = E- + Ee.

Halogen, terutama fluor, memiliki afinitas elektron maksimum (Ee = -328 kJ/mol).

Nilai Ei dan Ee dinyatakan dalam kilojoule per mol (kJ/mol) atau dalam elektron volt per atom (eV).

Kemampuan atom yang terikat untuk menggeser elektron ikatan kimia ke arah dirinya sendiri, sehingga meningkatkan kerapatan elektron di sekitarnya disebut keelektronegatifan.

Konsep ini diperkenalkan ke dalam sains oleh L. Pauling. Keelektronegatifandilambangkan dengan simbol dan mencirikan kecenderungan suatu atom untuk menambahkan elektron ketika membentuk ikatan kimia.

Menurut R. Maliken, keelektronegatifan suatu atom diperkirakan sebesar setengah jumlah energi ionisasi dan afinitas elektron atom bebas = (Ee + Ei)/2

Dalam periode, terdapat kecenderungan umum energi ionisasi dan keelektronegatifan meningkat seiring dengan meningkatnya muatan inti atom dalam golongan, nilai-nilai ini menurun dengan meningkatnya nomor atom suatu unsur.

Perlu ditekankan bahwa suatu unsur tidak dapat diberi nilai keelektronegatifan yang konstan, karena hal ini bergantung pada banyak faktor, khususnya pada keadaan valensi unsur tersebut, jenis senyawa yang menyusunnya, dan jumlah serta jenis atom tetangga. .

Jari-jari atom dan ionik. Ukuran atom dan ion ditentukan oleh ukuran kulit elektron. Menurut konsep mekanika kuantum, kulit elektron tidak memiliki batas yang jelas. Oleh karena itu, jari-jari atom atau ion bebas dapat diambil sebagai jarak yang dihitung secara teoritis dari inti ke posisi kerapatan maksimum utama awan elektron terluar. Jarak ini disebut jari-jari orbit. Dalam prakteknya, jari-jari atom dan ion dalam senyawa biasanya digunakan, dihitung berdasarkan data eksperimen. Dalam hal ini, jari-jari atom kovalen dan logam dibedakan.

Ketergantungan jari-jari atom dan ion pada muatan inti atom suatu unsur bersifat periodik. Dalam periode, seiring bertambahnya nomor atom, jari-jarinya cenderung mengecil. Penurunan terbesar adalah tipikal untuk unsur-unsur periode pendek, karena tingkat elektronik terluarnya terisi. Dalam periode besar dalam keluarga elemen d dan f, perubahan ini kurang tajam, karena pengisian elektron di dalamnya terjadi pada lapisan pra-luar. Dalam subkelompok, jari-jari atom dan ion dari jenis yang sama umumnya meningkat.

Sistem periodik unsur merupakan contoh nyata perwujudan berbagai jenis periodisitas sifat-sifat unsur, yang diamati secara horizontal (dalam satu periode dari kiri ke kanan), secara vertikal (dalam satu golongan, misalnya dari atas ke bawah). ), secara diagonal, mis. beberapa sifat atom bertambah atau berkurang, tetapi periodisitasnya tetap.

Pada periode dari kiri ke kanan (→), sifat pengoksidasi dan sifat nonlogam suatu unsur meningkat, sedangkan sifat pereduksi dan sifat logamnya menurun. Jadi, dari semua unsur periode 3, natrium akan menjadi logam paling aktif dan zat pereduksi terkuat, dan klor akan menjadi zat pengoksidasi paling kuat.

Ikatan kimia- Ini adalah hubungan timbal balik atom-atom dalam suatu molekul, atau kisi kristal, sebagai akibat dari aksi gaya tarik-menarik listrik antar atom.

Ini adalah interaksi semua elektron dan semua inti, yang mengarah pada pembentukan sistem poliatomik yang stabil (radikal, ion molekul, molekul, kristal).

Ikatan kimia dilakukan oleh elektron valensi. Menurut konsep modern, ikatan kimia bersifat elektronik, tetapi dilakukan dengan cara yang berbeda. Oleh karena itu, ada tiga jenis utama ikatan kimia: kovalen, ionik, logam.Timbul antar molekul ikatan hidrogen, dan terjadi interaksi van der Waals.

Ciri-ciri utama ikatan kimia antara lain:

- panjang koneksi - Ini adalah jarak antar inti antara atom-atom yang terikat secara kimia.

Hal ini tergantung pada sifat atom yang berinteraksi dan banyaknya ikatan. Dengan meningkatnya multiplisitas, panjang ikatan berkurang dan akibatnya kekuatannya meningkat;

- banyaknya ikatan ditentukan oleh jumlah pasangan elektron yang menghubungkan dua atom. Ketika multiplisitas meningkat, energi pengikatan meningkat;

- sudut koneksi- sudut antara garis lurus imajiner yang melewati inti dua atom tetangga yang saling berhubungan secara kimia;

Energi ikatan E SV - ini adalah energi yang dilepaskan selama pembentukan ikatan tertentu dan digunakan untuk pemutusan ikatan tersebut, kJ/mol.

Ikatan kovalen - Ikatan kimia yang terbentuk dengan berbagi sepasang elektron antara dua atom.

Penjelasan ikatan kimia melalui munculnya pasangan elektron bersama antar atom menjadi dasar teori spin valensi, yang alatnya adalah metode ikatan valensi (MVS) , ditemukan oleh Lewis pada tahun 1916. Untuk deskripsi mekanika kuantum ikatan kimia dan struktur molekul, metode lain digunakan - metode orbital molekul (MMO) .

Metode ikatan valensi

Prinsip dasar pembentukan ikatan kimia menggunakan MBC:

1. Ikatan kimia dibentuk oleh elektron valensi (tidak berpasangan).

2. Elektron dengan spin antiparalel milik dua atom berbeda menjadi sama.

3. Ikatan kimia terbentuk hanya jika, ketika dua atom atau lebih saling mendekat, energi total sistem berkurang.

4. Gaya-gaya utama yang bekerja dalam suatu molekul berasal dari listrik, asal Coulomb.

5. Semakin kuat ikatannya, semakin banyak awan elektron yang berinteraksi yang tumpang tindih.

Ada dua mekanisme pembentukan ikatan kovalen:

Mekanisme pertukaran. Ikatan terbentuk dengan berbagi elektron valensi dari dua atom netral. Setiap atom menyumbangkan satu elektron tidak berpasangan ke pasangan elektron yang sama:

Beras. 7. Mekanisme pertukaran pembentukan ikatan kovalen: A- non-polar; B- kutub

Mekanisme donor-akseptor. Satu atom (donor) menyediakan pasangan elektron, dan atom lainnya (akseptor) menyediakan orbital kosong untuk pasangan tersebut.

koneksi, berpendidikan menurut mekanisme donor-akseptor, milik senyawa kompleks

Beras. 8. Mekanisme donor-akseptor pembentukan ikatan kovalen

Ikatan kovalen mempunyai ciri-ciri tertentu.

Saturasi - sifat atom untuk membentuk sejumlah ikatan kovalen yang ditentukan secara ketat. Karena kejenuhan ikatan, molekul memiliki komposisi tertentu.

Direktivitas - t . e.hubungan terbentuk pada arah tumpang tindih maksimum awan elektron . Sehubungan dengan garis yang menghubungkan pusat-pusat atom yang membentuk ikatan, mereka dibedakan: σ dan π (Gbr. 9): σ-obligasi - dibentuk dengan tumpang tindih AO di sepanjang garis yang menghubungkan pusat-pusat atom yang berinteraksi; Ikatan π adalah ikatan yang terjadi pada arah sumbu tegak lurus garis lurus yang menghubungkan inti atom. Arah ikatan menentukan struktur spasial molekul, yaitu bentuk geometrisnya. Hibridisasi - ini adalah perubahan bentuk beberapa orbital ketika membentuk ikatan kovalen untuk mencapai tumpang tindih orbital yang lebih efisien. Ikatan kimia yang terbentuk dengan partisipasi elektron pada orbital hibrid lebih kuat daripada ikatan dengan partisipasi elektron pada orbital s dan p non-hibrida, karena lebih banyak terjadi tumpang tindih. Jenis hibridisasi berikut ini dibedakan (Gbr. 10, Tabel 31): hibridisasi sp - satu orbital s dan satu orbital p berubah menjadi dua orbital “hibrid” yang identik, sudut antara sumbunya adalah 180°. Molekul tempat terjadinya hibridisasi sp memiliki geometri linier (BeCl 2).

hibridisasi sp2- satu orbital s dan dua orbital p berubah menjadi tiga orbital “hibrida” yang identik, sudut antara sumbunya adalah 120°. Molekul tempat terjadinya hibridisasi sp 2 memiliki geometri datar (BF 3, AlCl 3).

sp 3-hibridisasi- satu orbital s dan tiga orbital p berubah menjadi empat orbital “hibrida” identik, yang sudut antara sumbunya adalah 109°28". Molekul tempat terjadinya hibridisasi sp 3 memiliki geometri tetrahedral (CH 4 , NH3).

Beras. 10. Jenis hibridisasi orbital valensi: a - sp-hibridisasi orbital valensi; B - sp 2 - hibridisasi orbital valensi; V - sp 3-hibridisasi orbital valensi

Mari kita lihat bagaimana atom dibangun. Ingatlah bahwa kita hanya akan berbicara tentang model. Dalam praktiknya, atom adalah struktur yang jauh lebih kompleks. Namun berkat perkembangan modern, kami mampu menjelaskan dan bahkan berhasil memprediksi sifat-sifat (walaupun tidak semua). Lalu bagaimana struktur atom? Terbuat dari apakah itu?

Model atom planet

Ini pertama kali diusulkan oleh fisikawan Denmark N. Bohr pada tahun 1913. Ini adalah teori struktur atom pertama yang berdasarkan fakta ilmiah. Selain itu, ini meletakkan dasar bagi terminologi tematik modern. Di dalamnya, partikel-elektron menghasilkan gerakan rotasi mengelilingi atom menurut prinsip yang sama seperti planet-planet mengelilingi Matahari. Bohr menyatakan bahwa mereka hanya bisa ada di orbit yang terletak pada jarak tertentu dari inti. Ilmuwan tidak dapat menjelaskan dari sudut pandang ilmiah mengapa hal ini terjadi, namun model ini dikonfirmasi oleh banyak eksperimen. Bilangan bulat digunakan untuk menentukan orbit, dimulai dengan orbit yang diberi nomor paling dekat dengan inti. Semua orbit ini juga disebut level. Atom hidrogen hanya memiliki satu tingkat, di mana satu elektron berputar. Namun atom kompleks juga mempunyai tingkatan. Mereka dibagi menjadi komponen-komponen yang menggabungkan elektron dengan potensi energi yang serupa. Jadi, yang kedua sudah memiliki dua sublevel - 2s dan 2p. Yang ketiga sudah memiliki tiga - 3s, 3p dan 3d. Dan sebagainya. Pertama, sublevel yang lebih dekat ke inti “diisi”, dan kemudian sublevel yang jauh. Masing-masing hanya dapat menampung sejumlah elektron tertentu. Tapi ini bukanlah akhir. Setiap sublevel dibagi menjadi orbital. Mari kita bandingkan dengan kehidupan biasa. Awan elektron suatu atom sebanding dengan sebuah kota. Level adalah jalan. Sublevel - rumah atau apartemen pribadi. Orbital - ruangan. Masing-masing dari mereka “hidup” satu atau dua elektron. Semuanya memiliki alamat tertentu. Ini adalah diagram pertama struktur atom. Dan terakhir, tentang alamat elektron: alamat elektron ditentukan oleh kumpulan angka yang disebut “kuantum”.

Model gelombang atom

Namun seiring waktu, model planet ini direvisi. Teori kedua tentang struktur atom diajukan. Ini lebih maju dan memungkinkan seseorang untuk menjelaskan hasil eksperimen praktis. Yang pertama digantikan oleh model gelombang atom, yang dikemukakan oleh E. Schrödinger. Telah diketahui bahwa elektron dapat memanifestasikan dirinya tidak hanya sebagai partikel, tetapi juga sebagai gelombang. Apa yang Schrödinger lakukan? Dia menerapkan persamaan yang menggambarkan gerak gelombang dengan demikian, seseorang tidak dapat menemukan lintasan elektron dalam suatu atom, tetapi kemungkinan terdeteksinya elektron tersebut pada titik tertentu. Yang menyatukan kedua teori ini adalah bahwa partikel elementer terletak pada level, sublevel, dan orbital tertentu. Di sinilah kesamaan antar model berakhir. Izinkan saya memberi Anda satu contoh: dalam teori gelombang, orbital adalah daerah di mana elektron dapat ditemukan dengan probabilitas 95%. Sisa ruang menyumbang 5%. Namun pada akhirnya ternyata ciri-ciri struktur atom digambarkan menggunakan model gelombang, padahal terminologi yang digunakan umum.

Konsep probabilitas dalam hal ini

Mengapa istilah ini digunakan? Heisenberg merumuskan prinsip ketidakpastian pada tahun 1927, yang sekarang digunakan untuk menggambarkan pergerakan mikropartikel. Hal ini didasarkan pada perbedaan mendasar mereka dari tubuh fisik biasa. Apa itu? Mekanika klasik berasumsi bahwa seseorang dapat mengamati fenomena tanpa mempengaruhinya (pengamatan benda langit). Berdasarkan data yang diperoleh, dimungkinkan untuk menghitung di mana suatu benda akan berada pada suatu titik waktu tertentu. Namun dalam mikrokosmos segalanya berbeda. Jadi, misalnya, sekarang tidak mungkin mengamati elektron tanpa mempengaruhinya karena energi instrumen dan partikel tidak ada bandingannya. Hal ini menyebabkan perubahan lokasi partikel elementer, keadaan, arah, kecepatan gerakan dan parameter lainnya. Dan tidak masuk akal untuk membicarakan karakteristik pastinya. Prinsip ketidakpastian sendiri memberi tahu kita bahwa tidak mungkin menghitung secara pasti lintasan elektron mengelilingi inti. Anda hanya dapat menunjukkan kemungkinan menemukan partikel di area ruang tertentu. Inilah kekhasan struktur atom unsur kimia. Tapi ini harus diperhitungkan secara eksklusif oleh para ilmuwan dalam eksperimen praktis.

Komposisi atom

Tapi mari kita konsentrasi pada keseluruhan pokok bahasannya. Jadi, selain kulit elektron yang dianggap baik, komponen atom yang kedua adalah nukleus. Ini terdiri dari proton bermuatan positif dan neutron netral. Kita semua akrab dengan tabel periodik. Jumlah setiap unsur sesuai dengan jumlah proton yang dikandungnya. Jumlah neutron sama dengan selisih antara massa atom dan jumlah protonnya. Mungkin ada penyimpangan dari aturan ini. Kemudian mereka mengatakan bahwa terdapat isotop unsur tersebut. Struktur atom sedemikian rupa sehingga “dikelilingi” oleh kulit elektron. biasanya sama dengan jumlah proton. Massa neutron kira-kira 1.840 kali lebih besar dibandingkan massa neutron dan kira-kira sama dengan berat neutron. Jari-jari inti atom kira-kira 1/200.000 diameter atom. Bentuknya sendiri bulat. Ini secara umum adalah struktur atom unsur kimia. Meskipun terdapat perbedaan massa dan sifat, keduanya terlihat kurang lebih sama.

Orbit

Ketika berbicara tentang apa itu diagram struktur atom, kita tidak bisa tinggal diam. Jadi, ada tipe-tipe ini:

1. S. Mereka memiliki bentuk bulat.
2. P. Mereka terlihat seperti angka delapan tiga dimensi atau gelendong.
3. d dan f. Mereka memiliki bentuk kompleks yang sulit digambarkan dalam bahasa formal.

Setiap jenis elektron dapat ditemukan dengan probabilitas 95% pada orbital yang sesuai. Informasi yang disajikan harus diperlakukan dengan tenang, karena ini lebih merupakan model matematika abstrak daripada realitas fisik. Namun dengan semua ini, ia memiliki daya prediksi yang baik mengenai sifat kimia atom dan bahkan molekul. Semakin jauh suatu tingkat terletak dari inti, semakin banyak elektron yang dapat ditempatkan di atasnya. Jadi, jumlah orbital dapat dihitung dengan menggunakan rumus khusus: x 2. Di sini x sama dengan jumlah level. Dan karena maksimal dua elektron dapat ditempatkan dalam satu orbital, pada akhirnya rumus pencarian numeriknya akan terlihat seperti ini: 2x 2.

Orbit: data teknis

Jika kita berbicara tentang struktur atom fluor, ia akan memiliki tiga orbital. Semuanya akan terisi. Energi orbital dalam sublevel yang sama adalah sama. Untuk menentukannya, tambahkan nomor lapisan: 2s, 4p, 6d. Mari kita kembali ke pembahasan tentang struktur atom fluor. Ini akan memiliki dua sublevel s dan satu p. Ia memiliki sembilan proton dan jumlah elektron yang sama. Tingkat S yang pertama. Itu dua elektron. Kemudian level s kedua. Dua elektron lagi. Dan 5 mengisi level-p. Ini adalah strukturnya. Setelah membaca subjudul berikut, Anda dapat melakukan sendiri langkah-langkah yang diperlukan dan memastikannya. Jika kita berbicara tentang fluor mana yang juga termasuk, perlu dicatat bahwa mereka, meskipun dalam kelompok yang sama, memiliki karakteristik yang sangat berbeda. Dengan demikian, titik didihnya berkisar antara -188 hingga 309 derajat Celcius. Lalu mengapa mereka bersatu? Semua berkat sifat kimianya. Semua halogen, dan sebagian besar fluor, memiliki kemampuan oksidasi tertinggi. Mereka bereaksi dengan logam dan dapat menyala secara spontan pada suhu kamar tanpa masalah.

Bagaimana orbit terisi?

Berdasarkan aturan dan prinsip apa elektron diatur? Kami menyarankan Anda membiasakan diri dengan tiga hal utama, yang kata-katanya telah disederhanakan untuk pemahaman yang lebih baik:

1. Prinsip energi paling sedikit. Elektron cenderung mengisi orbital dengan urutan peningkatan energi.
2. Prinsip Pauli. Satu orbital tidak boleh mengandung lebih dari dua elektron.
3. aturan Hund. Dalam satu sublevel, elektron pertama-tama mengisi orbital kosong, dan baru kemudian membentuk pasangan.

Struktur atom akan membantu dalam pengisiannya dan dalam hal ini akan lebih mudah dipahami dari segi gambar. Oleh karena itu, ketika bekerja secara praktis dengan pembuatan diagram sirkuit, hal itu perlu selalu tersedia.

Contoh

Untuk meringkas semua yang telah dikatakan dalam kerangka artikel, Anda dapat membuat contoh tentang bagaimana elektron suatu atom didistribusikan di antara level, sublevel, dan orbitalnya (yaitu, konfigurasi levelnya). Ini dapat digambarkan sebagai rumus, diagram energi, atau diagram lapisan. Ada ilustrasi yang sangat bagus di sini, yang jika diteliti dengan cermat, membantu untuk memahami struktur atom. Jadi, level pertama diisi terlebih dahulu. Ia hanya memiliki satu sublevel, yang di dalamnya hanya terdapat satu orbital. Semua level diisi secara berurutan, dimulai dari yang terkecil. Pertama, dalam satu sublevel, satu elektron ditempatkan di setiap orbital. Kemudian pasangan dibuat. Dan jika ada yang gratis, terjadi peralihan ke subjek pengisian lain. Dan sekarang Anda dapat mengetahui sendiri apa struktur atom nitrogen atau fluor (yang telah dibahas sebelumnya). Ini mungkin sedikit sulit pada awalnya, tetapi Anda dapat menggunakan gambar sebagai panduan. Untuk lebih jelasnya, mari kita lihat struktur atom nitrogen. Ia memiliki 7 proton (bersama dengan neutron yang membentuk inti) dan jumlah elektron yang sama (yang membentuk kulit elektron). S-level pertama diisi terlebih dahulu. Ia memiliki 2 elektron. Kemudian datanglah level s kedua. Ia juga memiliki 2 elektron. Dan tiga lainnya ditempatkan pada tingkat p, yang masing-masing menempati satu orbital.

Kesimpulan

Seperti yang Anda lihat, struktur atom bukanlah topik yang sulit (tentu saja jika Anda mendekatinya dari sudut pandang kursus kimia sekolah). Dan memahami topik ini tidaklah sulit. Terakhir, saya ingin memberi tahu Anda tentang beberapa fitur. Misalnya, berbicara tentang struktur atom oksigen, kita mengetahui bahwa ia memiliki delapan proton dan 8-10 neutron. Dan karena segala sesuatu di alam cenderung seimbang, dua atom oksigen membentuk sebuah molekul, sedangkan dua elektron yang tidak berpasangan membentuk ikatan kovalen. Molekul oksigen stabil lainnya, ozon (O3), terbentuk dengan cara serupa. Mengetahui struktur atom oksigen, Anda dapat dengan benar menyusun rumus reaksi oksidatif yang melibatkan zat paling umum di Bumi.

Setiap zat terdiri dari partikel-partikel yang sangat kecil yang disebut atom . Atom adalah partikel terkecil dari suatu unsur kimia yang mempertahankan semua sifat karakteristiknya. Untuk membayangkan ukuran sebuah atom, cukup dikatakan bahwa jika mereka dapat ditempatkan berdekatan satu sama lain, maka satu juta atom hanya akan menempati jarak 0,1 mm.

Perkembangan lebih lanjut ilmu struktur materi menunjukkan bahwa atom juga mempunyai struktur yang kompleks dan terdiri dari elektron dan proton. Dari sinilah teori elektronik tentang struktur materi muncul.

Pada zaman dahulu ditemukan bahwa ada dua jenis listrik: positif dan negatif. Jumlah listrik yang terkandung dalam tubuh disebut muatan. Tergantung pada jenis listrik yang dimiliki suatu benda, muatannya bisa positif atau negatif.

Secara eksperimental juga telah ditetapkan bahwa muatan yang sejenis akan tolak menolak, dan muatan yang tidak sejenis akan tarik menarik.

Mari kita pertimbangkan struktur elektronik atom. Atom terdiri dari partikel-partikel yang lebih kecil dari dirinya sendiri, disebut elektron.

DEFINISI:Elektron adalah partikel materi terkecil yang mempunyai muatan listrik negatif terkecil.

Elektron mengorbit mengelilingi inti pusat yang terdiri dari satu atau lebih proton Dan neutron, dalam orbit konsentris. Elektron adalah partikel bermuatan negatif, proton bermuatan positif, dan neutron netral (Gambar 1.1).

DEFINISI:Proton adalah partikel materi terkecil yang mempunyai muatan listrik positif terkecil.

Keberadaan elektron dan proton tidak diragukan lagi. Para ilmuwan tidak hanya menentukan massa, muatan dan ukuran elektron dan proton, tetapi bahkan memaksa mereka untuk bekerja di berbagai perangkat teknik listrik dan radio.

Ditemukan juga bahwa massa elektron bergantung pada kecepatan pergerakannya dan elektron tidak hanya bergerak maju dalam ruang, tetapi juga berputar pada porosnya.

Struktur yang paling sederhana adalah atom hidrogen (Gbr. 1.1). Terdiri dari inti proton dan elektron yang berputar dengan kecepatan tinggi mengelilingi inti, membentuk kulit terluar (orbit) atom. Atom yang lebih kompleks memiliki beberapa kulit tempat elektron berputar.

Kulit-kulit ini diisi dengan elektron secara berurutan dari inti (Gambar 1.2).

Sekarang mari kita lihat . Kulit terluar disebut valensi, dan jumlah elektron yang terkandung di dalamnya disebut valensi. Semakin jauh dari inti kulit valensi, oleh karena itu, semakin kecil gaya tarik menarik yang dialami setiap elektron valensi dari inti. Dengan demikian, atom meningkatkan kemampuannya untuk mengikat elektron pada dirinya sendiri jika kulit valensi tidak terisi dan terletak jauh dari inti, atau kehilangannya.
Elektron kulit terluar dapat menerima energi. Jika elektron yang terletak di kulit valensi menerima tingkat energi yang diperlukan dari gaya luar, elektron tersebut dapat melepaskan diri dan meninggalkan atom, yaitu menjadi elektron bebas. Elektron bebas mampu berpindah secara acak dari satu atom ke atom lainnya. Bahan yang mengandung banyak elektron bebas disebut konduktor .

isolator , adalah kebalikan dari konduktor. Mereka mencegah aliran arus listrik. Isolator stabil karena elektron valensi beberapa atom mengisi kulit valensi atom lain dan menyatukannya. Ini mencegah pembentukan elektron bebas.
Menempati posisi perantara antara isolator dan konduktor semikonduktor , tapi kita akan membicarakannya nanti
Mari kita pertimbangkan sifat-sifat atom. Sebuah atom yang memiliki jumlah elektron dan proton yang sama bersifat netral secara listrik. Sebuah atom yang memperoleh satu atau lebih elektron menjadi bermuatan negatif dan disebut ion negatif. Jika suatu atom kehilangan satu atau lebih elektron, ia menjadi ion positif, yaitu bermuatan positif.

Konsep “atom” telah dikenal umat manusia sejak zaman Yunani Kuno. Menurut pernyataan para filosof zaman dahulu, atom adalah partikel terkecil yang menjadi bagian suatu zat.

Struktur elektronik atom

Sebuah atom terdiri dari inti bermuatan positif yang mengandung proton dan neutron. Elektron bergerak dalam orbit mengelilingi inti, yang masing-masing dapat dicirikan oleh empat bilangan kuantum: pokok (n), orbital (l), magnet (ml), dan spin (ms atau s).

Bilangan kuantum utama menentukan energi elektron dan ukuran awan elektron. Energi elektron terutama bergantung pada jarak elektron dari inti: semakin dekat elektron ke inti, semakin rendah energinya. Dengan kata lain, bilangan kuantum utama menentukan letak elektron pada tingkat energi tertentu (lapisan kuantum). Bilangan kuantum utama mempunyai nilai rangkaian bilangan bulat dari 1 hingga tak terhingga.

Bilangan kuantum orbital mencirikan bentuk awan elektron. Perbedaan bentuk awan elektron menyebabkan perubahan energi elektron dalam satu tingkat energi, yaitu. membaginya menjadi sublevel energi. Bilangan kuantum orbital dapat mempunyai nilai dari nol sampai (n-1), dengan jumlah total n nilai. Sublevel energi ditandai dengan huruf:

Bilangan kuantum magnetik menunjukkan orientasi orbital dalam ruang. Ia menerima nilai integer apa pun dari (+l) hingga (-l), termasuk nol. Banyaknya nilai bilangan kuantum magnetik yang mungkin adalah (2l+1).

Sebuah elektron, yang bergerak dalam medan inti atom, selain momentum sudut orbital, juga memiliki momentum sudutnya sendiri, yang mencirikan rotasi berbentuk gelendong di sekitar porosnya sendiri. Sifat elektron ini disebut spin. Besaran dan orientasi putaran dicirikan oleh bilangan kuantum putaran, yang dapat bernilai (+1/2) dan (-1/2). Nilai putaran positif dan negatif berkaitan dengan arahnya.

Sebelum semua hal di atas diketahui dan dikonfirmasi secara eksperimental, ada beberapa model struktur atom. Salah satu model struktur atom pertama dikemukakan oleh E. Rutherford, yang, dalam percobaan hamburan partikel alfa, menunjukkan bahwa hampir seluruh massa atom terkonsentrasi dalam volume yang sangat kecil - inti bermuatan positif . Menurut modelnya, elektron bergerak mengelilingi inti pada jarak yang cukup jauh, dan jumlahnya sedemikian rupa sehingga, secara keseluruhan, atom netral secara listrik.

Model struktur atom Rutherford dikembangkan oleh N. Bohr, yang dalam penelitiannya juga menggabungkan ajaran Einstein tentang kuanta cahaya dan teori radiasi kuantum Planck. Louis de Broglie dan Schrödinger menyelesaikan apa yang mereka mulai dan menyajikan kepada dunia model modern struktur atom suatu unsur kimia.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan	Sebutkan jumlah proton dan neutron yang terkandung dalam inti nitrogen (nomor atom 14), silikon (nomor atom 28), dan barium (nomor atom 137).
Larutan	Jumlah proton dalam inti atom suatu unsur kimia ditentukan oleh nomor urutnya pada Tabel Periodik, dan jumlah neutron adalah selisih antara nomor massa (M) dan muatan inti (Z). Nitrogen: n(N)= M -Z = 14-7 = 7. Silikon: n(Si)= M -Z = 28-14 = 14. Barium: n (Ba)= M -Z = 137-56 = 81.
Menjawab	Jumlah proton dalam inti nitrogen adalah 7, neutron - 7; dalam inti atom silikon terdapat 14 proton dan 14 neutron; Dalam inti atom barium terdapat 56 proton dan 81 neutron.

CONTOH 2

Latihan	Susunlah sublevel energi sesuai urutan pengisian elektronnya: a) 3p, 3d, 4s, 4p; b) 4d , 5d, 5p, 6d; c) 4f , 5 detik , 6r; 4d , 6 detik; d) 5d, 6s, 6p, 7s, 4f .
Larutan	Sublevel energi diisi dengan elektron sesuai dengan aturan Klechkovsky. Prasyaratnya adalah nilai minimum jumlah bilangan kuantum utama dan orbital. Sublevel s ditandai dengan angka 0, p - 1, d - 2 dan f-3. Syarat kedua adalah sublevel dengan nilai bilangan kuantum utama terkecil terisi terlebih dahulu.
Menjawab	a) Orbital 3p, 3d, 4s, 4p akan sesuai dengan angka 4, 5, 4 dan 5. Oleh karena itu, pengisian elektron akan terjadi dengan urutan sebagai berikut: 3p, 4s, 3d, 4p. b) orbital 4d , 5s, 5p, 6s akan sesuai dengan angka 7, 5, 6 dan 6. Oleh karena itu, pengisian elektron akan terjadi dengan urutan sebagai berikut: 5s, 5p, 6s, 4d. c) Orbital 4f , 5 detik , 6r; 4d , 6s akan sesuai dengan angka 7, 5, 76 dan 6. Oleh karena itu, pengisian elektron akan terjadi dengan urutan sebagai berikut: 5s, 4d , 6dtk, 4f, 6r. d) Orbital 5d, 6s, 6p, 7s, 4f akan sesuai dengan angka 7, 6, 7, 7 dan 7. Oleh karena itu, pengisian elektron akan terjadi dengan urutan sebagai berikut: 6s, 4f, 5d, 6p, 7s.

Karena selama reaksi kimia inti atom yang bereaksi tetap tidak berubah (dengan pengecualian transformasi radioaktif), sifat kimia atom bergantung pada struktur kulit elektroniknya. Teori struktur elektronik atom dibangun atas dasar peralatan mekanika kuantum. Dengan demikian, struktur tingkat energi suatu atom dapat diperoleh berdasarkan perhitungan mekanika kuantum dari probabilitas ditemukannya elektron di ruang sekitar inti atom ( beras. 4.5).

Beras. 4.5. Skema pembagian tingkat energi menjadi sublevel

Dasar-dasar teori struktur elektronik suatu atom direduksi menjadi ketentuan sebagai berikut: keadaan setiap elektron dalam suatu atom dicirikan oleh empat bilangan kuantum: bilangan kuantum utama  n = 1, 2, 3,; orbital (azimut) aku=0,1,2, n–1;   bersifat magnetis M aku –1,0,1,  M= –aku, bersifat magnetis ;   = -1/2, 1/2 .

putaran S Menurut Prinsip Pauli M , dalam atom yang sama tidak mungkin ada dua elektron yang memiliki empat bilangan kuantum yang sama ;   n, aku, m , M; kumpulan elektron dengan bilangan kuantum utama yang sama n membentuk lapisan elektron, atau tingkat energi atom, diberi nomor dari inti dan dinotasikan sebagai K, L, M, N, O, P, Q, dan di lapisan energi dengan nilai tertentu N 2 tidak bisa lebih dari K, L, M, N, O, P, Q 2n M elektron. Kumpulan elektron dengan bilangan kuantum yang sama Dan.

Penentuan probabilistik posisi elektron dalam ruang sekitar inti atom sesuai dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg. Menurut konsep mekanika kuantum, elektron dalam atom tidak memiliki lintasan gerak tertentu dan dapat ditempatkan di bagian mana pun di ruang sekitar inti, dan berbagai posisinya dianggap sebagai awan elektron dengan kerapatan muatan negatif tertentu. Ruang disekitar inti yang mempunyai kemungkinan besar ditemukannya elektron disebut orbital. Ini berisi sekitar 90% awan elektron. Setiap subtingkat 1s, 2s, 2p dll. sesuai dengan sejumlah orbital dengan bentuk tertentu. Misalnya, 1 detik- Dan 2s- orbital berbentuk bola dan 2p-orbital ( 2p X , 2p kamu , 2p z-orbital) berorientasi pada arah yang saling tegak lurus dan berbentuk halter ( beras. 4.6).

Beras. 4.6. Bentuk dan orientasi orbital elektron.

Selama reaksi kimia, inti atom tidak mengalami perubahan; hanya kulit elektron atom yang berubah, strukturnya menjelaskan banyak sifat unsur kimia. Berdasarkan teori struktur elektronik atom, makna fisik mendalam dari hukum periodik unsur kimia Mendeleev ditetapkan dan teori ikatan kimia pun tercipta.

Pembenaran teoritis sistem periodik unsur kimia mencakup data tentang struktur atom, yang menegaskan adanya hubungan antara periodisitas perubahan sifat-sifat unsur kimia dan pengulangan berkala jenis konfigurasi elektronik atom yang serupa.

Mengingat doktrin struktur atom, pembagian semua unsur menjadi tujuh periode oleh Mendeleev menjadi dibenarkan: jumlah periode sesuai dengan jumlah tingkat energi atom yang diisi elektron. Dalam periode kecil, dengan peningkatan muatan positif inti atom, jumlah elektron pada tingkat terluar meningkat (dari 1 menjadi 2 pada periode pertama, dan dari 1 menjadi 8 pada periode kedua dan ketiga), yang menjelaskan hal tersebut. perubahan sifat-sifat unsur: pada awal periode (kecuali periode pertama) terdapat logam alkali, kemudian terjadi pelemahan sifat logam secara bertahap dan penguatan sifat non-logam. Pola ini dapat ditelusuri pada unsur-unsur periode kedua di tabel 4.2.

Tabel 4.2.

Dalam periode besar, seiring dengan meningkatnya muatan inti, pengisian level dengan elektron menjadi lebih sulit, yang menjelaskan perubahan sifat-sifat unsur yang lebih kompleks dibandingkan dengan unsur-unsur dalam periode kecil.

Sifat identik dari sifat-sifat unsur kimia dalam subkelompok dijelaskan oleh kesamaan struktur tingkat energi eksternal, seperti yang ditunjukkan pada meja 4.3, mengilustrasikan urutan pengisian tingkat energi dengan elektron untuk subkelompok logam alkali.

Tabel 4.3.

Nomor golongan biasanya menunjukkan jumlah elektron dalam suatu atom yang dapat berpartisipasi dalam pembentukan ikatan kimia. Inilah arti fisik dari nomor grup. Di empat tempat dalam tabel periodik, unsur-unsur tidak disusun berdasarkan kenaikan massa atom:   Ar 2n K,Bersama 2n Tidak,Te 2n SAYA,Th 2n Pa. Penyimpangan ini dianggap sebagai kekurangan tabel periodik unsur kimia. Doktrin struktur atom menjelaskan penyimpangan tersebut. Penentuan muatan inti secara eksperimental menunjukkan bahwa susunan unsur-unsur ini berhubungan dengan peningkatan muatan inti mereka. Selain itu, penentuan eksperimental muatan inti atom memungkinkan untuk menentukan jumlah unsur antara hidrogen dan uranium, serta jumlah lantanida. Sekarang semua tempat di tabel periodik terisi pada interval dari Z = 1 ke Z=114 Namun, sistem periodiknya belum lengkap, penemuan unsur transuranium baru dimungkinkan.