Теоретические основы неорганической химии - каз

                                      N = 2n² , мұндағы       

       N- электрондар саны; n- деңгейдегі нөмірі немесе бас квант саны.

     2. Орбиталь квант  саны –ℓ, электрон бұлтының пішінін және электрон қай деңгейде болғанын көрсетеді. Ол бас квант санына тәуелді және 0-ден n-1ге дейінгі бүтін сандар мәнін қабылдайды.

     Қорытынды: Деңгейдегі деңгейше саны  деңгейдің  нөміріне тең. 1-ші  деңгейде 1 деңгейше, 2-ші деңгейде екі, 3-ші деңгейде үш деңгейше, 4-ші деңгейде төрт деңгейше болады. Оларды   S, P, D, f - әріптерімен белгілейді.  Деңгейшелер ұяшыққа бөлінеді.

      3. Магнитквант саны көрсетеді – m_e. Бұл санның мәні электрон бұлтының кеңістікте орналасуын көрсетеді және кез-келген бүтін мәнді сандар болады. Магнит квант саны орбиталь квант санына тәуелді. Магнит квант саны - 1ден 0 арқылы +1ге дейінгі мәндерді қабылдайды.  

     1-1 кесте е мен m_e арасындағы байланысты көрсетеді.   

                                              

 

     Қорытынды: Ұяшықта 2 электроннан орналасады, өйткені оның біреуі сағат стрелкасының бағытымен, 2-іқарама-қарсы бағытпен айналады.

     4. Спин квант саны S-,электронның өз өсі бойынша қозғалуын сипаттайды. Спин квант санының екі мәні бар:+1/2және -1/2, әрбір орбитальға қарсы спинді екі электрон сәйкес(спин-электрон айналуы). 

2е               6е                                10е                                               14е                                                                      

 

     Квант сандары мен электрондық сиымдылығы арасындағы байланыс 2.2- кестесінде көрсетілген. 

     1.2кесте. Квант сандары мен электрондық сиымдылығы арасындағы байланыс

 

     Атомдағы  электрондар жағдайы электрондық  формуламен көрсетіледі1s² 2s² 2p⁴,болса бірінші энергетикалық деңгейде екі s-электрон,екінші энергетикалық деңгейде екі s-электрон және төрт р-электрон барлығын көрсетеді. Осыған сәйкес электрондардың энергетикалық күйі графикалық түрде келесідей болады.

     Көп электронды атомдарда энергетикалық  деңгейлер толтырылуы үш ережеге  бағынады.

     1. Паули қағида. Кез келген атомдық немесе молекулалық жүйеде төрт квант саны бірдей болатын электрон болмайды. Мысалы, бірінші эергетикалық деңгейде тек екі электрон болады,ол келесідей квант сандарымен сипатталады.

     1-электрон                                 N                L                  m_l                           m_s

                                                                     1                0                  0                   +1/2                

      2-электрон                                 1                 0                  0                  -1/2

     2. Ең аз энергия ережесі. Орбиталь электронмен толтырылған кезде, алдымен энергиясы аз орбиталь толады. Минималь энергиясы бар орбиталь бұл 1s, орбиталі.Сутек атомында ол жалғыз электронмен толған. Энергетикалық деңгейлердің өсу ретіне қарай тізбектелуі.

             1S< 2S< 2P< 3S< 3P< 4S< 3D< 4P< 5S< 4D< 5P< 6S< 5D< 4P< 6P

     Берілген  тізбектеме бойынша алдымен 1S, одан соң 2Sдеңгей т.с.с.

     3. Хунд ережесі. s p d f деңгейшелерінің толуы атом саны қосындысының максимал мәні болу керек. Деңгейшедегі орбитальдар былайша толтырылады: алғашында бірдей спинді болатын бір-бір электрондардан одан кейін қарама-қарсы спині бар екінші электрондардан толады.      

     Дәріс 4 Периодтық заң және Д.И.Менделеевтің химиялық элементердің периодтық жүйесі. 

     Дәрістің  жоспары:

1. Периодтық заңы және оның маңызы.
2. Периодтық системаның структурасы.
3. Периодтық системасы және элементтердің атом құрылысы.
4. Элементтер қасиеттерінің периодты өзгеруі. Атомның электрондық құрылысының ерекшелігі. Атомдық және иондық радиусы. Клечковский ережесі.

 

     Кейінгі жағдайда периодтық заң келесідей  оқылады: жай заттар және де элементтер қосылыстарының қасиеттері, формалары  элемент атомының ядро зарядтарына  периодтық түрде тәуелді болады.

     Мәні: жаңа элементтердің ашылуы, элементтердің  қасиеттерін үйрену, қосылысты синтездеу  т.б.

     Периодтық жүйе горизонталь бойынша периодтан  және вертикаль бойынша топтардан  тұрады. Период номері бастапқы ішкі энергетикалық  теңдеудің кванттық санына сәйкес келеді. Жүйеде сегіз топ бар. Олар топшаларға бөлінеді: бастапқы (s- және р-элементтері), жанама (d-элементтері). s- және р-элемент  топшаларының орналасуы реті электрондардың ішкі қабаттарының жалпы санымен  анықталады.

     Кішкене периодтар элементтері

      Бірінші период екі элементтен тұрады. Сутегі атомында электрон бірінші энергетикалық  деңгейде, яғни электрондық формуласы 1s¹. Паули ережесіне сәйкес бір орбиталда қарама – қарсы спині бар, екі электрон болады. Сутегіден кейін келетін гелий – элементінің электрондық формуласы 1s². Гелий және сутегі атомы модельдері ұқсас, себебі екі s–электрон қос электронды түзеді.

      Екінші  және үшінші периодта 8 элементтен. Екінші периодтағы элементтерде екінші қабат  толады (n=2), алдымен 2s–орбиталь, соңынан тізбектелетін үш 2р-орбитальТөменде екінші периодтағы кейбір элементтердің электрондық формуласы көрсетілген:

      Оттегінен бастап 2р – орбиталдар екінші электронмен  толтырылады. Неон атомында екінші кванттық қабат электрондардың мүмкін болатын  максимал санына жетеді.

      Үшінші  период элементтерінде 3s-, 3р-, 3d- орбитальдарынан тұратын, үшінші энергетикалық деңгей толады (n=3). Екінші периодтағыдай бірінші екі элементтің (Na және Mg) s- орбитальдары толады, кейінгі алтауында (Al - Ar) – p-орбитал.

      Na, Р, Ar атомдарының бірінші екі қабатында (n=1, n=2) неон атомының структурасы қайталанады, сондықтан берілген схемеларда тек сыртқы қабат толуының сипаттамасы келтірілген (n=3).

      Атомдарында s – орбиталь толатын элементтерді s – элементтер деп, ал р–элементтер деп атайды.

      Үлкен период элементтері

      Төртінші, бесінші период 18 элементтен тұрады. Төртінші период элменттерінде, төртінші энергетикалық деңгейдің 4s – орбиталы толады (n=4). Бос 3d орбиталы бола тұра, 4s – күйіндегі электронның шығуы ядроның тығыз және симметриялы 3s²3р⁶ электрондық қабатпен байланысты. Осы қабаттан калий атомының 19-шы электронын және кальций атомының 20-шы электронын  итеру 4s күйіне энергетикалық тиімді екен:

      ₁₉K 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹,

      ₂₀Ca 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s².

      Ядро  зарядының қарқынды өсуіне байланысты келесі кальций элементінен кейінгі  – скандийде 3d күйі, 4р-күйге қарағанда энергетикалық тиімді.

      Себебі  d – күйінде он электрон болғандықтан 3d орбиталь келесі элементтер атомдарында толтырылады :

      ₂₁Sc 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹,

      ₂₂Ti 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d²,

      ……………………………..

      ₂₅Mn 1s22s22p63s23p64s²3d⁵,

      …………………………….

      ₃₀Zn 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰.

      Атомдарында d – орбиталь толатын элементтерді d – элементтер деп атайды. 4-ші периодтық d-элементтерінде, төртінші энергетикалық қабат 18 электронға дейін толтырылады.

      Аз  энергия ережесіне сәйкес 3d – орбитальдары толғаннан кейін, келесі алты элементтің (Ga - Kr) сыртқы қабатының р – орбитальдары толады. Сонымен 4-ші период екі s – элементпен басталады да, алты р – элементпен аяқталады, бірақ 2-ші және 3-ші периодтармен салыстырғанда s- және p – элементтері арасында, он d – элемент орналасқан.

      5-ші  периодта энергетикалық қабаттардың  қабат астыларының толтырылуы 4-ші  периодтағыдай, бірінші екі қабатта  (s - элементтер Rb және Sr) және соңғы алты (р-элементтер In - Xe) сыртқы қабат толтырылады. s– және р – элементтерінің арасында он d – элемент орналасады (Y - Cd), оларда сыртқы қабат алды d – орбиталдар толтырылады (4d – қабат асты).

      Алтыншы период 32 элементтен тұрады және екі  s – элементтен басталады (Cs және Ba). Одан әрі лантанда d орбитал тола бастайды сыртқы қабат алды (5 d қабат асты):

      ₅₇La 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²5d¹.

      Лантаннан кейінгі 14 элементте (Се – Lu) ядро зарядының құнарлы өсуіне байланысты 4f – күйі, 5d күйінен энергетикалық тиімді. Сондықтан осы элементтерде 4f – орбиталдары толтырылады (сырттан екінші квант қабаты). Осыдан кейін 5d –орбиталдары толады (Hf - Hg). Осы қабат алты р – элементпен аяқталады (Tl - Rn). Сонымен алтыншы периодта екі s – элементен, он d – элементтен және алты р – элементтен басқа тағы онтөрт f- элемент орналасқан.