Атомдордун электрондук катмарларынын түзүлүшү

18-глава

Атомдордун электрондук катмарларынын түзүлүшү. Менделеевдин мезгилдик таблицасындагы химиялык элементтердин жайгашышы

Атомдордун электрондук катмарларынын түзүлүшү. Татаал түзүлүштѳгү атомдун ар бир электрону, суутек атомундагыдай эле, тѳрт квант сандары аркылуу мүнөздөлөт. Ал квант сандары тѳмѳндѳгүдѳй маанилерге ээ болушат:

n = 1, 2, 3,..., - башкы квант саны;

ι = 0,1, 2,..., (n-1), - орбиталдык квант саны;

m_ι = 0, ± 1, ± 2,..., ± ι, - магниттик квант саны;

m_ѕ = ± 1/2 - спиндик квант саны; бул спиндик квант саны электронду спинин Z огуна болгон проекциясын мүнѳздѳйт.

Азыркы кездеги түшүнүк боюнча атомдор атомдук ядродон жана анын айланасында айлана боюнча кыймылда болуучу электрондордон турат. Ядродогу протондордун саны Z атомдун катар номерин мүнѳздѳйт. Протондор менен нейтрондордун жалпы саны (б. а. нуклондор) А массалык санын (Иваненко-Гейзенберг модели, 1932-ж.) аныктайт.

Нейтралдуу атомдо электрондордун саны да Z ке барабар болуулары керек (протон менен электрондун заряддары абсолюттук маанилери боюнча барабар, бирок карама-каршы белгиде). Ошондуктан химиялык элементтер үчүн Менделеевдин түзгѳн таблицасындагы Z катар номери атомдун негизги касиеттерин аныктайт.

Эми атомдун энергетикалык денгээлдери боюнча электрондордун жайланышын карайлы. Башкы квант санынын n бир эле мааниси менен мүнѳздѳлүүчү энергетикалык денгээлдердин тобу катмарды (слой) түзѳт. Электрондор тѳмѳнкү энергетикалык денгээлдерди ээлѳөгѳ аракеттенишет. Ошого байланыштуу алгач n=1 катмар, андан кийин n= 2, n= 3 ж. б. катмарлары толуулары керек. n дин маанилерине карата катмар үчүн тѳмѳндөгүдөй тамга аркылуу белгилѳѳ киргизилген:

К (n =1), L(n = 2), М (n = 3), N (n = 4 ), 0 (n = 5), Р (n = 6), Q (n = 7).

Ал эми L= 0, 1, 2, 3,..., сыяктуу ар кандай маанидеги орбитал­дык квант сандарына ээ болгон электрондор s-, р-, d- , f-, g-, ж.б. оболочкаларды тузүшѳт. Катмарларды жана оболочкаларды электрондор менен толтурууда Паули принцибин эске алуу керек. Ал принцип боюнча төрт квант сандары менен мүнѳздѳлүүчү ар бир квант абалдарында бирден ашык электрондун болушу мүмкүн эмес. Ошого байланыштуу п, L, m дин белгилүү маанилерине туура келген абалда бири биринен спининин багыттары менен ( m_s = ± 1/2 ) айырмаланышкан эки электрондон ашык электрон болбойт. Ошондой эле m квант саны -L ден +L ге дейре ѳзгѳрѳрлүгүн эске алсак, ал сан бардыгы болуп 2L+1 маанисине ээ болот. Демек, берилген оболочкадагы электрондордун максималдуу саны

N_ι-2(2L+1), (17.1)

барабардыгы менен аныкталат.

Акыркы (17.1) формуласы боюнча берилген s(L=0), р(L=1), d(L=2), f(L=3) жана g(L=4) оболочкаларындагы электрондордун максималдуу саны

N_ѕ=2, N_р =6, N_d= 10, N_f = 14, N_g= 18, барабар болот.

Эми берилген катмарларда болуучу электрондордун максималдуу санын аныктайбыз.

N_n =∑N_ι= 2[1 + 3 + 5 + ...(2n -1)] = 2 n(+2n-1)/2 = 2n². (17.2)

Бул жерде чарчы кашаанын ичи арифметикалык прогрессия экендиги, анын суммасы S_n= n(a₁+а_n)/2- барабардыгы менен эсептелерлиги эске алынды. (17.2) барабардыгы боюнча жогоруда аталган катмарларда болуучу электрондордун максимум сандарын аныктай алабыз: К - катмарында максимум эки гана электрон болушу мүмкүн, L - катмарында 8 электрон, М - катмарында 18 электрон, N- катмарында 32 электрон, О - катмарында 50 электрон, ж. б.

Суутек атомунда сырткы катмар гана болот. Анда болгону бир электрон (К - катмары). Гелийде (Z = 2) К - катмары толук толуп бүтѳт. Литийде (Z= 3) ички катмар толуп сырткы L –

1-сүрѳттѳ. катмарында бир электрон болот. Неондо (Z = 10) L-катмары толук толуп бүтѳт. Андан кийинки натрийде (Z= 11) ички К жана L - катмарлары толугу менен толуп бүтүп, сырткы М- катмарында бир электрон калат. Ушул сыктуу эле аргондо 1-сүрѳт. (z = 18) ички эки катмары толугу менен толуп, сырткы үчүнчү М - катмарында сегиз электрон болот. Бардык каалаган эле­менттердин атомдорундагы катмарларда жайгашкан элек­трондордун санын жогорудагыдай эле жол менен аныктай алабыз. Аталган атомдордогу катмарлардын электрондор менен толтурулушу 1-сүрѳттѳ көргөзүлгѳн. Кара чекит менен белгиленгендер электрондор, ал эми ички плюс коюлган тегеректер ядрону туюнтат.

1. Электрондордун кыймылы кайсыл квант сандары аркылуу мүнѳздѳлѳт?

2. Башкы квант санынын маанилерине карата катмарларга кандай белгилѳѳ киргизилген?

3. Паули принцибинде эмне жѳнүндѳ айтылат?

4. Берилген катмарларда болуучу электрондордун максималдуу саны кантип аныкталат?

Менделеевдин мезгилдик таблицасындагы химиялык элементтердин жайгашышы. XIX кылымдын орто ченинде кѳп сандагы химиялык элементтер ачылган. Ушуга байланыштуу бул элементтер ѳз ара кандайдыр бир байланыштабы, же алардын касиеттери жѳн эле кокустукпу, бири биринен көз карандысызбы деген сыяктуу бир катар суроолор пайда болгон. Ар кандай айрым закон ченемдүүлүктѳрү мурда эле ачылган. Бирок орустун улуу окумуш­туусу Д. И. Менделеев (1834-1907) гана химиялык элементтердин бири-бирин бир бирдикте байланыштырган жалпы законун таба алган.

Биринчи таблица Менделеев тарабынан 1869-жылы басылып чыккан. Ошол мезгилде 63 кѳ жакын элемент табылган. Атомдук салмактары боюнча системага алардын ичинен 35 элементин гана ишенимдүү жайгаштырууга мүмкүндүк болгон. 8 элементтин абалдары башкача болуп, айрымдары бир группага туура келип калышкан. Ал эми калган 20 элемент үчүн Менделеевге алардын атомдук салмагын ѳзгѳртүүгѳ же болбосо катар номерлерин ѳзгѳртүүгѳ туура келген. Кѳпчүлүк учурларда мындай ѳзгѳртүүлѳр чоң мааниге ээ болгон. Менделеев таблицадан айрым орундарды алигиче табыла элек элементтер үчүн бош калтырып кеткен. Ал үч элементтин болушун алдын ала айткан. Аларды экабор, экаалюминий жана экасилиций деп атап, аларга тиешелүү болгон касиеттерин жазып чыккан. Мындан кѳп ѳтпѳй эле 1875-жылы галлий деп аталган элемент табылган. Ошол эле замат Менделеев галлий ѳзү тарабынан алдын ала айтылган экаалюминий экенди­гин белгилеген.

Элементтердин системасын түзүүдѳгү Менделеевдин эң не­гизги фактысы болуп, элементтерди атомдук салмактарынын жогорулоо тартиби боюнча жайланыштырууда алардын окшош касиеттеринин мезгилдүү кайталануусу эсептелген.

Менделеев ар бир элементке катар номер койгон. Элемент­тер мезгилдүү таблицага ошол номер (Z) боюнча жайланыштырылган. Номердин (Z) жогорулашы элементтин атомунун массасынын жогорулашы менен параллель болгон. Бирок бул эреже орун албай калган учур да кездешет. Мисалга, аргон (Z = 18) менен калий (Z = 19), же теллур (Z = 52) менен иод (Z = 53). Мындан тышкары, протондордун сандары бирдей, бирок бири-биринен нейтрондордун сандары менен айырмаланышып, атомдук салмактары ар башка болгону менен бир эле Z номерлүү атомдор кездешет. Мындай атомдор изотоптор деп аталышат. Z катар номери ядронун зарядын, ошону менен бирге эле нейтралдуу атомдогу электрондордун санын кѳргѳзѳт.

Сырткы түзүлүштѳрү боюнча элементтердин системасы ар түрдүүчѳ кѳрүнѳт. Негизинен таблица узун жана кыска мезгилдүү болуп экиге бѳлүнет. Бул таблицанын иреттүү катарларын карап кѳрѳлү. Биринчи катар болгону эки гана элементтен турат: ал бир валенттүү элемент суутектен башталып, таза газ гелий менен аяктайт. Үчүнчү элемент - литий, ал дагы бир валенттүү металл: бул экинчи катар таза газ неон менен бүтѳт. Үчүнчү катар щелочтуу металл натрий менен башталат: бул катарда мурдагы мезгилдеги бардык кѳрүнүштѳр толугу менен кайталанат. Натрийден баштап, сегизинчи элемент таза газ аргондон (№18) кийин, кийинки тѳртүнчү мезгилди эриткич металл калий (№19) баштайт. Бул мезгил 8 эмес 18 элементтен турат. Анткени калийден кийинки щелочтуу металл - рубидий - 37 орунда турат. Рубидийден кийин жаңы чоң мезгил башталат, ал да 18 элементтен туруп, 54-орунду ээлеген таза газ ксенон менен аяктайт. Алдан кийинки мезгил дагы эле щелочтуу металл цезий (№ 55) менен башталат. Бул 32 элементти ичине камтыган эң эле узун мезгил. 32 элементтин ичине 57 - орунду ээлеген лантандан кийинки 14 элемент (№58 ден №71 ге чейин) бири-бирине химиялык касиеттери жакын болгон ѳзгѳчѳ группаны түзүшѳт. Бул элементтер лантаниддер деп аталып, химиялык касиеттеринин жакындыгына байланыштуу таблицадан бир эле орун (клетка) бѳлүнгѳн. Алардын толук катары ѳзүнчѳ берилет. Акыркы мезгил 87-орундагы францийден башталып, туруктуу эмес табигый-радиоактивдүү элементтерден турат. Жаратылышта кезигүүчү элементтердин ичинен эң оору болгон уран (№ 92) жакынкы эле мезгилге дейре (1937-ж.) мезгилдүү системанын акыркы элементи болучу. Мындан тышкары тѳрт элемент радиоактивдүү болуп, иш жүзүндѳ лабораториялык шартта гана алын­ган. Кийинки жылдары жасалма жол менен 103-номерге чейинки бир катар, кыйла оор - «трансурандык» - элементтерди алууга мүмкүндүктѳр болду. Акыркы такталган катар номери Z = 107 химиялык элемент.

? 1. Кандай атомдор изотоптор деп аталат?

2.Менделеевдин мезгилдик таблицасындагы химиялык эле­менттер кандай жайланышкан?