nekrasovI (1114433), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Например, для Р!е с его десятью электронамн имеем: 1ззйз'2р', Призеленное описание показывает, что двв электрона атома неона ч Ф чо Яз ,0 М ааамимиие а щиь Ю Рис. ч! 3. Рисирслслеиие эликтроааоа олотиоста и атоме рубилии. < бр< ба< 41< Ы< бр <7з<Ы< 6! Им удобно пользоваться для грубой ориентировки, однако в действительности некоторые уровни ]нв. .пример, лс( н (л+ !)р] нередко меняются местами. Их взаимное расположение зависит и от состояния ионнзации атома, как то вмеег место, например,у титана (рнс.
Ч!.4). З) Распределение электронов по подгруппам в нейтральном атоме каждого элемента видно нз приводимой таблицы (стр. 227). Ово соответствует норм ал ьн о йу (основному), т. е. энергетически наянкзшему состоянию атомов. Переход к любому другому распределенщо требует затраты определенной энергии возбуждения. Данные таблицы показывают, что последовательное заполнение энергетических уровней обычно происходит в порядке увеличения сумм л + 1, а при нх одннаковостн— э порядке уменыценна 1 и увеличения л. Например, при л + 1 6 сперва заполняется слой 4б (где л 4 н 1 = 2), а уже затем бр (где л 6 и 1 1).
Обоснованщо втой Рис. Чг-4. Отиоситсиьимс ииергсти чсскке уровни атома и иоиои титииа находятся в первом слое к характеризуются значением 1 = О, а из находящихся во втором слое восьми электронов двв характеризуются значением 1 = 0 и шесть — значением 1= 1. б) Каждая отдельная достроенная (или наполовину заполненная) подгруппа дает электронное облако, обладающее шаровой симметрией. Вместе с тем максимумы электронной плотности у всех подгрупп, отвечающих одному и тому же главному квантовому числу л, близки друг к другу. Поэтому их облака образуют в совокупности шаровой слой с максимумом электронной плотности на некотором определенном расстоянии от ядра, как вто видно нз рис.
Ч1-3. 7) Заполнение подгр>пп электронами по мере увеличения атомного номера элемента идет таким образом, что каждый вновь добавляемый электрон стремится занять самый низкий (из еще не заполненных) зиергетическнй уровень, так как это соответствует наиболее прочной его связи с ядром. Относительные знергетичеснне >ровни различных подгрупп обычно характеризуются следующим'рядом: ио ! з < 2з < 2р < Зз < Зр < 4з < Зс( < 4 р < бз < 4З < т! т 8. Структура карис»стическай системы »» О НСМ 3 Н »МЧ »»О»сю»О»» х н к о 3" ю о Е3 о о. 3 х о о о 33 ю о х о С3 о о ю и мнс с мм ммм с ч» юю ооооооооо й йййййс «н йй сс м чммч нн Е»ЕохО-"й~кййаМйх м 3 юмюой ййдйй — ммн с чс н с М М НН ССНС С С Н ЧМС»м ЧХ Ос 3 ЮО С «»ЮЮ 'Ч' оооооооооо оооооооо нн с с сммнм с ййййййййййййййнмйййй «юю х«ю юююхюю 0 ю Оюююю»ю» »ОО О с нн нмн нчн м ххххх охЕЕм „Е то„и счикмазкаю33юоххЕк"сх фййййййфююйфййййййЕй '9!7.
Периодическая система элементов ! 1 $ ! 1 ! $ $ ! .Рз ! ! ! ! ! ! $ ! ! ! ! ! Б(Ф ! ! $ ! Бгг грвз ! $ Б$У ВБЗ ! ! ! ! ! ! ! ! «двБз ! ! $ ! ! ! ° де ° чковсхвя В м. Респрехсхсево етонаых»лсатроаое в аре»ало а«осело»атал»ного вапоааеаае (н + О.грува, м., Асаны»лет, !мз, сзз с. закономерности и вытекающим из нее следствыям посвящена специальная моно.
график. ' . 9) Некоторые элементы являются аналогамн, ио тем ие менее их атомы обладают различной структурой внешних электронных оболочек. Хорошим примером могут слу. жить Р(1, Рб и Р1. Как внлно из рис. Ч!-5, нормальное состояние одного нз иих соответствует возбужденным состояниям двух других, Непосредственные причины подобных индивидуальных различий пока не ясны. Существенного значения для химии оиы не имеют.
19) Детальное изучение многнк спектров показало, что некоторые электронные переходы с одного энергетического уровня на другой практически ие происходят. При- чины этого неизвестны, ыо сами полученные результаты обобщают т. и. «и р а выла о т бора». Важнейшее из них допускает лишь 1 такие переходы электрона, при которых кван! топав число ! изменяется на ~1. Например, ) переход Зз- 2з может пронзойтн последьва> ! тельнымя этапами Зз-$-2р н 2р- 2з, ио ие! ! допустим непосредственно (так кап ! прв этом ! ие ызмеыялось бы). С правилами отбора связана, в частности, тонкая структура спектральных линий.
Расы РБ гга$ смотрам, например, линию Н„водородного спектра (111 й 4), возникающую в результате перехода электрона с третьего энергетического ,Ю уровня иа второй. При л = 3 возможны зыа. чеыяя ! О, 1 н 2, а при л 2 — значения ! = О и !. Казалось бы, что суммарно может быть шесть характеризующихся несколько разБпп"Ез личной энергией переходов от л = 3 к л 2 ББвезу (в результате чего линия П слагалась бы из шести очень близких отдельных линий). Од- Рнс. Ч1.З.
Воср!стас«скос уро»аа «!оное Н$, РШ Р$1««ог(г.атон!. яака тря таких перехода (Зо-$. 2о 3! -'2! н Зз- 2с) нсключвются, как ие отвечающие условию изменения ! на ~1. Следовательно, линия Н может слагаться максимально а нз трех отдельных линий. То же самое (прн условии несовпадения энергий различ- ных переходов) относится и к другим линиям серии Бальмера.
Вывод этот подтвер- ждается опытом. Налагаемые правилами отбора запреты ие являются абсолютными, но соответ. ствуют очень малой вероятности «запрещенных» переходов, Более или менее редка мыагие из пих все же осуществляются. Например, весьма важное для радиоастроно- мии излучение Космоса на волке 2! см обязано своим происхождением одному из «запрещенных» переходов в атомах водорода (который у каждого данного атома осуществляется в среднем лишь один раз за 11 миллионов лет). 11) На основе принципа несовместимости н представления об определявшей роли электроняык спннов прн взаимодействии атомов (!Н й 5 доп.
2) была построена сли- новая теории валентности. Согласно этой теории (Лондон, 19ха г.), образование ва- лентиой связи между двумя атомамн обусловлено взаимной компенсацией спиноз нх валентных электронов, причем поаучающаяся электронная пара входит во выешмне электронные слои о б о и х атомов, Возможные значения валентности того или иного атома определшотся допусти- мыми для него вариантами существования некомпепсироваиных электронных спивов, Варванты эти можно вывестн нз основных характеристик атома — числа электронов е его внешнем слое и максимальной емкости последнего. Из рассмотренного нежольыо (П(ИЛ Р Ю. Структура периодической систеим выше следует, что общее число ячеек в слое должно быть равно квадрату его главного квантового числа.
В частности, металлоидные атомы второго периода характеризуются наличием четырех ячеек: одной ячейки 2л н трех ячеек 2р. Допускаемые спнновой теорией для этих атомов валентности вытекают из схем рис. Н1-6. Семь собственных электронов атома фтора могут разместиться по четырем ячейкам одним единственным способом, при котором внешний слой имеет возможность вместить в себя только еще один электрон. Отсюда следует, что фтор должен быть только одиовалентным.
Для атома кислорода возможны уже два различных распределения электронов по ячейкам. При первом нз ннх все спины взаимно компенсированы и валентность атома равна нулю. При втором имеются два иекомпенсированных спина и, следовательно, валентиость равна двум. Из этих двух вариантов нормальиоыу состоянию О 7 г г Р ннн О БЖШП ИЯ1Ш К ЩЯд'1 ) БЕХ2Л СЙ(т .)) Щ-)~ Г''] (Г) ~Г)ГК„". Рнс. Н!.а. Возможные ввлентвоств негеллонлов второго оерволв.
атома кислорода соответствует второй, так как в пределах каждой подг р у п- пы относящиеся к ней электроны стремятся заполнить макси- мальноеное число к а а и то в ых я ч ее к («правило Гунди»). Нульвалентиое состоя- ние кисет на 45 «лал(г-агом больший запас энергии, чем двухвалентиое. Вплел высокая налннтность кислорода по спинозой теории считается невозможной (так как она тре- бовала бы использования высокого энергетического уровня Зл).
Для атома азота подобным же образом выявляется допустимость тальки двух состсяний — одновалентного и трехаалентного. Первое из них энергетически менее вы- годно (на 55 ккил7г-агом) и для азота нехарактерно. Напроткв, характерное дли него и ят ива лен ты ос состояние с точки зрения спинозой теории (в ее чистом виде) признается невозможным, Это расхождение с опытом можно обойти, ес.ти допустить наличие в производных пятнввлентного азота одной и о н но й связи, образовавшейся за счет потери атомом азота электрона.
Тогда имеющиеся в положительном ионе 1(' четыре электрона могут разместиться по четырем ячейкам и обусловить образование, дополнительно к нонной, еще четырех к о в а л е н т н ы х связей. Оба пропесса энергетически описыааютси схе- мамы; М(2лзйрз) + 335 клал = Х'(2лз2рз) + е и М'(2лтйрз) + 135 клин = 1('(2л2рз). т Таким образом, иеной затраты 470 клал(г-атом азот оказывается в сумме пятнвалент- ным, но зта его валеитность имеет уже не чисто ковалентиый, а си еш а нный ха- рактер. Так как спиновая теория считается с образованием только ковалентных связей, подобный азот в ее терминологии именуетса четырехвалентным. Правильнее называть сто четырехковалеитным.
Такой четырехковалентиый азот реализуется, например, в солях аммония. Анало- гичен ему трехковалеитный кислород нона оксоиня, образование которого из нейтраль- ного атома описывается схемой: О(2лз2рз) + 3!4 клал = О'(2л'2р') + е. Энергия воз- буждения валентиого состояния в данном случае меньше, чем у азота, но все же очень велика. Для атома углерода схемами рис. Н1-6 даются валентности О, 2 и 4.
Осноанын для изолированного атома углерода является двухвалентное состоянии Переход от него к нульвалентному требует затраты 29 клал!г-игом, а к обычному четырехвалеит- ному — 96 клал|а.атил. 12) Как видно уже на примере углерода, обычная для того или иного элене<та ва- лентиость может соответствовать не основному (нормальному), а в о з б у ж д е н ы о м у 17/. Периодическая система элементов состоянию его атома. При общей оценке возможностей валентного нспользовання возбужденных состояний спнновая теория руноводствуется т.
н. правилам октета (Льюнс, 1916 г.), согласна которому валентный слой атома в хнмнческом соеднненнн становятся полностью завершенным прн в о с ь и н электронах. Первоначально это правило фармулнровалась квк гипотеза. Напрнмер, по поводу азота Льюис (1923 г.) пнсал: сКажется вероятным, что атом азота ннкагда не прнсоеднняется к другнм атомам более чем четырьмя связямн». Он прнзнаввл также сушествованне нсключевнй нз октетного правила. [Основателн научных теорий лучше своик последователей н комментаторов отдавалн себе отчет во всех слабостях н недостатках своих теорнй.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
