Aniq va tabiiy fanlar metodikasi kafedrasi

Tayanch iboralar
kvant son, Magnit kvant son, Spin kvant son


Nazorat savollari
1. Bosh kvant son.
2. Vodorod atomidagi 1s- va 2s orbitallarining elektron bulutlari zichligining radius ortib borishi bilan koordinata o’qlariga nisbatan joylashishi.
3. Magnit kvant son
4. Orbital va magnit kvant sonlar orasidagi bog‘lanish
5. Spin kvant son
11-mavzu: ATOMDA ELEKTRONNING ENERGETIK HOLATI VA ULARNING ORBITALLARDA TAQSIMLANISHI. (2 soat ma’ruza, 2 soat amaliy mashg’ulot)
REJA:
1.Atom orbitali haqida tushunchalar
2. Atomlar elektron qavatining tuzilishi.
3. Atomlar energetik pog’onalarida elektronlarning taqsimlanishi
Kimyoviy reaktsiyalarda atomlarning yadrolari o'zgarishsiz qoladi, faqat atomlar orasidagi elektronlarni qayta taqsimlash natijasida elektron qobiqlarning tuzilishi o'zgaradi. Atomlarning elektronlarni berish yoki biriktirish qobiliyati uning kimyoviy xossalari bilan belgilanadi. Ushbu maqolada men ko'rib chiqamiz:
1) elektronlarning kvant soni;
2) orbitallarni to'ldirish tamoyillari:
a) Paulining printsipi;
b) eng kam energiya printsipi;
C) Hund qoidasi.
Quyidagi qoidalarga muvofiq atomlarning elektron qobig'ini ketma-ket to'ldirishni ko'rib chiqing.
Elementlarning atomlarining elektron formulalari.
Elementlarning xususiyatlaridagi farq ularning atomlari orasidagi farqni tushuntiradi, ya'ni turli xil kimyoviy elementlarning atomlari yadro zaryadining turli qiymatiga (turli protonlar soniga) va yadro atrofida aylanadigan turli xil elektronlarga ega. Bu, masalan, oltingugurt atomida yadroning zaryadlari + 16 va yadro atrofida 16 elektronlari aylanadi. Natriy atomida yadro zaryadlari +11 (atom yadrosida 11 protonlari mavjud) va yadro atrofida 11 elektronlari aylanadi. Shuning uchun bu elementlarning xususiyatlari boshqacha, natriy metall va oltingugurt metall emas.
Ba'zi elementlarning o'xshashligini qanday tushuntirish mumkin? Misol uchun, bir guruhda natriy bilan birga joylashgan elementlar ularning xususiyatlariga juda o'xshash. Xususiyatlardagi o'xshashlik ularning ichki tuzilishining o'xshashligi, atomning tuzilishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Elektronlar yadro atrofida tartibsiz emas, balki muayyan tartibda joylashgan. Yadroni o'rab turgan barcha elektronlar to'plami elektron qobiq deb ataladi. Atom qobig'idagi elektronlar soni atom yadrosidagi protonlar soniga teng bo'lib, davriy jadvaldagi elektronning seriya raqami bilan belgilanadi.
Atomdagi elektronlar o'z energiyasidan farq qiladi va yadrodan turli masofada joylashgan. Elektronlar yadroga qanchalik yaqin bo'lsa, ular u bilan kuchliroq bo'ladi va ular elektron qobiqdan chiqarib tashlash qiyinroq, lekin ular yadrolardan qanchalik uzoq bo'lsa, ularni yirtib tashlash osonroq bo'ladi. Atom yadrosidan uzoqlashar ekan, elektronning energiya ta'minoti ortadi.
Yadro yaqinida harakatlanadigan elektronlar yadroga zaifroq jalb qilingan va undan uzoqroq masofada harakatlanadigan boshqa elektronlar yadrosini to'sib qo'yganday tuyuladi. Shunday qilib, elektron qatlamlar atomning elektron qobig'ida hosil bo'ladi. Har bir elektron qatlam yaqin energiya qiymatiga ega elektronlardan iborat, shuning uchun elektron qatlamlar ham energiya darajalari deb ataladi.
Kimyoviy elementning atomidagi energiya darajalari (elektron qatlamlar) soni ushbu element joylashgan davr soniga teng. Xuddi shu energiya darajasining elektronlari energiya qiymatlari bilan farq qilishi mumkin, bu esa energiya quyi darajalarini hosil qiladi. Buharflar bilan ifodalanadi: s, p, d, f.
Energiya darajasida bo'lgan elektronlar maksimal soni formula bilan aniqlanadi:

N = 2n × 2
Qaerda:
n -energiya darajasi raqami.
Maksimal elektronlar sonini o'z ichiga olgan energiya darajalari to'liq deb ataladi. Ular yuqori barqarorlik va barqarorlikka ega. Kam elektronlar sonini o'z ichiga olgan energiya darajalari tugallanmagan deb ataladi.
Har bir daraja faqat formula bo'yicha hisoblab chiqilgan elektronlarning ma'lum soniga mos kelishi mumkin:
1 ikki elektrondan ortiq emas;
2 sakkiz elektrondan ortiq emas;
3-chi o'n sakkizdan ortiq emas va hokazo.
Elektronlar shartli ravishda o'q bilan belgilanadi va hujayra shaklidagi orbital (Hund xujayrasi). Har bir orbitalda parallel orqa tomondan ikki elektrondan ko'p bo'lmasligi mumkin.O'z o'qi atrofida el littronning aylanishi.
Orbital (elektron bulut) - elektronni topish mumkin bo'lgan joy. Energiyaga qarab, elektron bulutlar hajmi va shakli bilan farq qiladi. Sferik s-orbital yadroga nisbatan nosimmetrik bo'lib, tanlangan yo'nalishga ega emas. Dumbbell p-orbitali uch koordinatali eksa (x, y, z) bo'ylab bir-biriga to'g'ri burchak ostida joylashgan.S-orbitallarda tsya ni topadigan elektronlar s-elektronlar deb ataladi, p-ohбитали, называют -bitali, p-el-litron deb ataladi.
Keyinchalik murakkab shakllardagi orbatallar D, f harflari bilan belgilanadi.
Elektron formula atomdagi elektronlarning taqsimlanishini aniqlaydi. Kompilyatsiya qoidasi: avval darajali raqamga mos keladigan raqamni, so'ngra pastki darajali harfni yozing.
Yuqori o'ngdagi har bir harf bu pastki darajadagi elektron soniga mos keladigan raqamni yozadi.


Pauly Printsipi
Pauly printsipi (taqiqlash tamoyili) - kvant mexanikasining asosiy tamoyillaridan biri bo'lib, unga ko'ra ikki yoki undan ortiq bir xil fermionlar (yarim-spinli zarralar) bir vaqtning o'zida bir kvant holatida bo'lishi mumkin emas.
Ushbu tamoyil 1925da Volfgang Pauli tomonidan elektronlar uchun Zeemanning g'ayritabiiy ta'sirini kvant mexanik talqin qilish jarayonida shakllantirilgan va keyinchalik yarim butun Spin bilan barcha zarrachalarga tarqalgan. 1940 da Pauly teoremasida (statistika bilan orqa aloqa teoremasi) printsipning to'liq umumlashtirilgan isboti u tomonidan kvant sohasi nazariyasi doirasida amalga oshirildi.
Pauli printsipi quyidagicha ifodalanishi mumkin: bitta kvant tizimida, bu kvant holatida faqat bitta fermion bo'lishi mumkin, ikkinchisining holati kamida bitta kvant sonidan farq qilishi kerak.
Atomlarning tuzilishi va Pauly printsipi.
Pauly printsipi turli xil jismoniy hodisalarni tushuntirishga yordam beradi. Ushbu tamoyilning natijasi atom tarkibida elektron qobiqlarning mavjudligi bo'lib, u o'z navbatida kimyoviy elementlar va ularning birikmalarining xilma-xilligini o'z ichiga oladi. Alohida atomdagi elektronlar soni protonlar soniga teng. Elektronlar fermionlar bo'lgani uchun, Pauli printsipi ularni bir xil kvant holatini qabul qilishni taqiqlaydi. Natijada, barcha elektronlar eng kam energiya (unexpensible atom uchun) bilan bir kvant holatda bo'lishi mumkin emas, va eng kichik umumiy energiya bilan izchil kvant davlatlarini to'ldirish (elektronlar ko'rinmas ekanligini unutmang, va biz aytish mumkin emas, nima kvant davlat elektron). Misol uchun, ikkita elektron 1s orbitalida (eng past energiya) bo'lgan lityum (Li) atomiga ega emas, ular o'z momentum momentumlari bilan ajralib turadi va uchinchi elektron 1s orbitalini egallamaydi, chunki Pauli taqiqlanadi. Shuning uchun, uchinchi elektron 2S orbital (keyingi, eng past energiya, 1s keyin orbital) egallaydi.
Hund Qoidasi.
Hund qoidasi ma'lum bir subloyning orbitallarini to'ldirish tartibini belgilaydi va quyidagicha ifodalanadi: bu subloyning o'murtqa kvant elektronlarining umumiy qiymati maksimal bo'lishi kerak. 1925 yilda Fridrix Hund tomonidan shakllantirilgan.
Bu shuni anglatadiki, orbitallarning har birida subloy birinchi navbatda bitta elektronni to'ldiradi va faqat bo'sh orbitalar tugaganidan keyinikkinchi elektron bu orbitaga qo'shiladi.
Shu bilan birga, bir orbitalda qarama-qarshi belgining yarim to'liq orqa tomoni bo'lgan ikkita elektron mavjud (ular ikki elektron bulutni hosil qiladi) va buning natijasida rbitali haqida umumiy Spinnolga teng bo'ladi.
Eng kam energiya printsipi.
Atomda har bir elektron energiya minimal bo'lishi uchun (bu yadro bilan eng katta aloqaga javob beradi) joylashgan. Elektronning energiyasi asosan asosiy kvant soni n va yon kvant soni l bilan belgilanadi, shuning uchun birinchi navbatda n va l kvant sonlarining qiymatlari yig'indisi eng kichik bo'lgan pastki darajalar to'ldiriladi. Misol uchun, pastki darajadagi elektron energiyasi 4s pastki darajadagi 3d dan kamroq, chunki birinchi holatda 1 = 4 + 0 = 4 va ikkinchi darajadagi 1 = 3 + 2 =5, pastki darajadagiна подуровне:

5s (n + l = 5 + 0 = 5)
- energiya kamroq:
4d (n + l = 4 + 2 = 6)
Vaна:
5р (n + l = 5 + 1 = 6)
Atom murakkab elektronеytral sistеma bo’lib, musbat zaryadli yadrodan va yadro atrofida harakat qiladigan manfiy zaryadli elеktronlardan iborat. Elеktronlar yadro atrofida kvant qavatlar bo’ylab harakat qiladi. Bu kvant qavatlar enеrgеtik pog’onalar dеyiladi.
Enеrgеtik pog’onachalar pog’onachalarga, pog’onachalar esa enеrgеtik yachеykalarga bo’linadi. Atomdagi energetik pog’onalar, pog’onachalar va yachеykalardagi elеktronlarning harakati yoki holati to’rtta kvant soni bilan xaraktеrlanadi.
1. Bosh kvant soni n - energetik pog’onaning sonini yoki pog’onadagi elеktronlarning umumiy enеrgiyasini ifodalaydi. Uning qiymati atomning kvant qavatlariga mos kеladigan har qanday butun musbat son bo’lishi mumkin.
Bosh kvant soni 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ,
Kvant qavatlar K, Z, M, N, O, P, Q.
Har qaysi energetik pog’onadagi elektronlarning eng katta qiymati quyidagicha aniqlanadi:

X=2n² n-kvant bosh soni,
2. Yordamchi yoki orbital kvant son l – enеrgеtik pog’onachalardagi elektronlarning enеrgiyasi yoki elektron bulutlarning qanday shaklda bo’lishini ifodalaydi. Odatda l ning qiymatlari lotincha harflari bilan bеlgilanadi.

l q 0, 1, 2, 3, 4, 5…
s, p, d, f, g, h…
3. Magnit kvant soni m_e - elektronlarning atomdagi holatini yoki elektron bulutlarning magnit maydonida qanday holatda bo’lishini ifodalaydi uning son qiymati +l dan -l gacha bo’ladi. Masalan l =1 da m_e q -1, 0, 1 bo’ladi.
4. Spin kvant soni m_s - bir xil energetik holatlarga ega bo’lgan ikkita elektronning o’z o’qi atrofida aylanishi har xil bo’ladi. Uning qiymati bitta elektron uchun +1/2, ikkita elektron uchun +1/2 va -1/2 ga tеng dеb qabul qilinadi.