Elektronlarning kvant sonlari

MAVZU: ENERGETIK POG'ONACHALAR MAVZUSI O'QITISH
METODIKASI
REJA:
1. Elektronlarning kvant sonlari
2.Atomning elektron holati
3.Energetik pog'onalarda atom orbitallar energiyasi.

ELEKTRONLARNING KVANT SONLARI

Elektronning xolatini asosan uning energiyasi xarakterlaydi. Elektron energiyasi, nur oqimi zarrachalarining energiyasi kabi, faqat diskret, ya'ni kvantlangan qiymatlarga ega bo'ladi. Elektronning atomda bolishi to'lqin funksiyasi kvadrati bilan ifodalanganligi uchun, bu funksiyaning qiymati o'z navbatida uch kattalikka (n, l, m) bog'liq. Bundan tashqari elektron ya'na bitta qo'shimcha erkinlik darajasiga, ya'ni spin-kvant soniga ega. Demak, atomda elektron xolatini to'liq ifodalash uchun tortta parametr kerak ekan. Bu parametrlar kvant sonlari deyiladi. Kvant sonlari xam, elektron energiyasi kabi istalgan qiymat qabul qilmasdan, faqat ma'lum qiymatlarga ega bo'ladi.
1. Bosh kvant son - n-elektronning umumiy energiya zapasini yoki uning energetik darajasini ifodalaydi. Bosh kvant son 1 dan + gacha bo'lgan barcha butun sonlar qiymatiga ega bo'lishi mumkin. Agar elektron yadro maydonida bo'lsa, bosh kvant soni birdan yettigacha bolgan qiymatni qabul qiladi. Energetik daraja sonlar bilan yoki bosh kvant soniga to'gri keladigan xarflar bilan belgilanadi.
2. Orbital (yonaki) kvant son - l-elektronning pogonachadagi energetik xolatini, elektron bulut shaklini xarakterlaydi. U elektronning qanday orbita bo'ylab xarakat qilayotganligini kursatadi. Kvant qavatlarda qavatchalarning soni bosh kvant soninig nomeriga teng. Orbital kvant soni noldan n-1 gacha bulgan barcha butun sonlar qiymatiga ega bo'ladi. Masalan, bosh kvant soni n-4 bo'lsa, l-0.1.2.3 qiymatga ega bo'ladi. Demak, to'rtinchi kvant qavatda to'rtta qavatcha buladi. Bu qavatchalar s,p,d,f xarflari bilan belgilanadi. l -ning son qiymati 0,1,2,3,4,5.... xarf belgisi s,p,d,f,g,h,... Qavatchadagi elektronlar s,p,d,f elektronlar deyiladi.
Orbital kvant soni l=0.1.2.3. ya'ni tegishlicha s,p,d,f bulganda davriy sistemadagi barcha elementlarning elektron formulasini yozish mumkin. Birinchi energetik pogonada bitta pogonacha Ikkinchi energetik pogonada ikkita pogonacha (n=2,l=0.1) Uchinchi energetik pogonada uchta pogonacha (n=3,l=0.1.2) Turtinchi energetik pogonada ikkita pogonacha (n=4,l=0.1.2.3) Xar kaysi energetik pogonadagi elektronlar soni 2n2 bilan pogonachadagi elektronlarning maksimal qiymati esa (2L+1)*2 bilan aniqlanadi. U vaqtda elektronlarning maksimal qiymatlari: s=2: p=6: d=10: f=14 ga teng.
3. Magnit kvant son - m-elektronlarning magnit momentini xarakterlaydi va eelektron bulutning magnit maydoniga nisbatan yo'nalishini kursatadi. Magnit kvant soni butun sonlarni musbat va manfiy qiymatlarini xamda nolni, ya'ni orbital kvant sonining xam musbat xam manfiy qiymatlarini qabul qiladi. Masalan,
L=0 m=0 bitta qiymat
L=1 m=+1, 0,-1 uchta qiymat
L=2 m=+2,+1, 0,-1,-2 beshta qiymat
L=3 m=3,+2,+1, 0, -1,-2,-3 yettita qiymat
Magnit kvant sonining qiymati, bu ayni elektron pog'onachaga tugri keladigan energetik xolatlar soni bo'lib u (2l+1) qiymatga ega. Demak, s-pogonachadagi bitta, r-pogonachadagi uchta, d pogonachada 5 ta, f-pogonachada 7 ta energetik xolat buladi. Energetik xolatni energetik yacheyka bilan, elektronlarni yacheykadagi strelkalar () bilan ifodalash qabul qilingan. Energetik yacheyka sxematik to'gri to'rtburchak  orkali kursatiladi
4. Spin kvant son - s-elektroning ichki qavatini xarakterlaydi. Spin kvant son elektron o'z o'qi atrofida aylanishidagi magnit momenti bilan bog'liq, u ikki qiymatga, elektronni yadro atrofida magnit maydonga paralel yoki antiparallel xarakatiga qarab +1/2 va -1/2 qiymatga ega bo'ladi. Demak, eng ko'pi bilan 14 qiymatga ega bo'lishi mumkin. Ikki elektroni uchta kvant soni (n, l, m) bir xil, lekin qarama-qarshi spinli bolsa juftlashmagan, agar to'yingan spinli bo'lsa juftlashmagan elektronlar deyiladi.

Pauli prinsipi.

Yuqorida ko'p elektronli atomlarning elektron qavatlarini tuzilishi ko'rilgan edi. Xamma elementlardagi atom orbitallar vodorod atomi kabi tuzilgan. Shuning uchun xam ko'p elektronli atomlarda elektron xolatlarini kvant sonlar: n, l, m, s bilan ko'rsatish mumkin.
Atom orbitallarni elektron bilan to'lish tartibi oldin kichik pog'onalarda bo'ladi.
Kvant pog'onalardagi atom orbital (pog'onacha)lar. Atom orbitallarni elektronlar bilan to'lishi Pauli prinsipiga bo'ysunadi: atomda to'rttala kvant sonlari bir xil bulgan ikki elektronning bulihi mumkin emas. Demak, atomda bitta energetik xolatda ikki elektron bo'lmaydi. Masalan, ikki elektron uchun uchta (n,l va m) kvant sonlari bir xil bolsa, faqat ikki qiymatga ega bo'lgan spin kvant soni xar xildir. Demak, xar qanday atom orbitalda qarama-qarshi spinli ikkitadan ortiq elektron bo'lmaydi. Pauli prinsipi pogonachada maksimal bulishi mumkin bulgan elektronlar sonini aniwlab beradi, ya'ni bitta s-orbitalda ikkita elektron (s2), uchta p-orbitalda oltita elektron (p6), beshta d va yettita f orbitallarda tegishlicha o'nta va un turtta (d10 va f14) elektronlar bo'ladi. Atomning elektron konfugurasiyasini yozish uning tulik xolatini ifoda etmaydi. Masalan, uglerod atomining elektron konfigurasiyasidagi 1s22s22p2 ikkita p-elektronlar bir xil magnit kvant soniga egami yoki yukmi degan savolga javob berolmaydi. Chunki ikkinchi pogonaning p-orbitallarida elektronning joylanishi ikki xil bulishi mumkin: Birinchi (a) xolatda r-elektronlar juftlashgan, ikkinchi (b) kurinishda xar xil elektron bittadan r- orbitallarga joylashgan. Bu xolatlarni qaysinisi to'gri ekanligini Xund qoidasi tushuntirib beradi. Bu qoidaga binoan biror pog'onachadagi elektronlar oldin shu pogonachadagi energetik yacheykani to'ldirishga xarakat qiladi, keyin esa qarama-qarshi spinga ega bo'lganlari elektron jufti xosil qiladi, ya'ni biror pog'onachadagi elektronlar spin kvant son yigindisi maksimal qiymatga ega bo'lishga intiladi. Uglerod atomi uchun "a" xolda r-elektronlarning spin kvant son yigindisi (+1/2, -1/2) nolga teng, "b" xolda esa (+1/2,+1/2) birga teng. Demak, Xund qoidasiga kura uglerod atomida orbitallarning elektron bilan to'lishi "b" xol buyicha sodir bo'ladi. Geytler va London yaratgan spin nazariyaga muvofiq kimyoviy bog' xosil bo'lishida juftlashmagan elektronlar ishtirok etadi va ularni valent elektronlar deyiladi. Juftlashgan elektronlar valentli emas, lekin, potensial nisbatda ular xam valentlidir. Masalan, fosfor elementining elektron formulasi 1s22s22p23s23p3. Bu yerda fosfor uch valentli, chunki uchta juftlashmagan (toq) elektroni bor. Aslida fosfor kimyoviy birikmalarining ko'pchiligida besh valentli. Fosfor besh valentli namoyon kilishi uchun tashkaridan energiya sarf kilib, uni galayonlangan xolatga o'tkazish kerak. Bu vaktda uchinchi pog'onadagi bitta s elektron energiya darajasi yuqori bulgan d-orbitalga o'tadi. Energetik pogonachalari yacheykalarining elektronlar bilan to'lishi ideal tartibda, ya'ni yadroga yaqin orbital oldin, yadrodan uzoqdagi orbital keyin to'lganday bo'lib ko'rinadi. Masalan: 1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f va xokazo. Lekin, amalda, spektroskopik analiz, ximiyaviy va rentgenoskopik ma'lumotlarga kura boshqacha tartibda joylashishi aniqlangan, ya'ni elektronlar minimal energiya zapasiga ega bulishga, yadro bilan maksimal bog'lanishda bo'lishga intiladi, buni energiyaning minimumga intilish (afzallik) prinsipi deyiladi. Bu prinsipga kura agar pastki pogonadagi (yadroga yaqin) energiyasi kichik bo'lgan energetik yacheyka bo'sh bo:lsa, energiya zapasi kichik bo'lgan elektronga yuqori energetik pogonada o'rin yuk, ya'ni ular yacheykalarda to'lib boradi.

ATOMNING ELEKTRON HOLATI

Kvant sonlari. Atom tuzilishini yanada chuqurroq tekshirish elektronning ikki xil tabiati borligini ko'rsatdi. Unda zarracha xususiyati ham, to'lqin xususiyati ham bor ekan. Elektron muayyan massali va katta tezlik bilan harakatlanadigan zarrachadir. Shu bilan birga elektron to'lqin xossalariga ham ega, u atomning butun hajmi bo'ylab harakatlanadi va atom yadrosi atrofidagi fazaning istalgan qismida bo'la oladi. Elektronning atomdagi holatini belgilaydigan kattalik uning energiyasidir. Elektron energiyasining kattaligi butun sonlar bilan ifodalanib, bular 1,2,3,4,5,… va xokazo sonlar bo'lib, bu sonlar bosh kvant sonlar (n)deb ataladi Bosh kvant sonlar qiymatiga tegishli 1,2,3,4,5,6,… energiya qavatlari bo'lib, ular kvant qavatlari deyiladi va ba'zan K, L, M, N, O, P, Q harflari bilan belgilanadi. Bitta kvant qavatining o'zidagi barcha elektronlar uchun energiya zonasi bir xil bo'ladi; bunday holda elektronlar bitta energetik daraja qavat (pog'ona) da turibdi deyiladi. Energetik pog'onalar pog'onachalarga (s - birinchi, p - ikkinchi, d - uchinchi, f - to'rtinchi pog'onaga) bo'linadi. Birinchi energetik pog'onaga 1ta s va 3 ta p pog'onacha, uchinchi energetik pog'onaga 1 ta s 3 ta p va 5 ta d pog'onacha, to'rtinchi energetik pog'onaga esa 1 ta s pog'onacha, ikkinchi energetik pog'onachaga 1 ta s va 3 ta p va 5 ta d pog'onacha to'g'ri keladi, to'rtinchi energetik pog'onada esa s, p, d, f pog'onachalar mavjud. Ikkinchi kvant son – orbital kvant son (l) bo'lib, u elektronning ayni hajmda bo'lib turish ehtimolligining fazodagi shaklini (ya'ni elektron bulut shaklini) ifodalovchi funksiya bilan aloqador kattalik. l ning qiymati 0 dan (l –1) ga qadar butun sonlar bilan ifodalanadi. l0 holatga d-orbital, l3 holatga esa f— orbital muvofiq keladi. Bir pog'onachada joylashgan elektronning energetik holati ham bir-biridan farq qiladi; uchinchi kvant son magnit kvant son (m) deb ataladi. Magnit kvant son – elektron harakat moqdori vektorining harakat miqdori biror yo'nalishga nisbatan proyeksiyasini ifodalaydi.

Demak, s - pog'onachada bitta, p - pog'onachada uchta, d- pog'onachada beshta, f - pog'onachada yettita elektron holat bo'lishi mumkin. Masalan: Birinchi qavatda faqat bitta s-orbital (m=0) bo’ladi. Ikkinchi qavatda bitta s-orbital (m = 0) va uchta p-orbital (m = +1;0;-1) bo’ladi. Uchinchi qavatda bitta s-orbital (m=0) uchta p-orbital (m=+1;0;-1) va 5ta d-orbital (m=+2; +1;0;-1;-2) bo’ladi. n va l uzgarmas bulsa, m ning energiyasi xam o'zgarmasdir. Masalan: 5d-orbitallarning fazoda joylashishi (turli o'qlarda) o'zgarsa xam, energiyasi bir xildir. Har qaysi elektron yadro maydonida harakat qilishi bilan birga, o'zining ichki harakatiga ham ega; u spin kvant son - ms bilan harakterlanadi. Spin kvant son ikkita qiymatga ega bo'la oladi: biri 12, ikkinchisi – 12. Shunday qilib, atomdagi har qaysi elektron 4 ta kvant son bilan harakterlanadi. Pog'onadagi elektronlarning maksimal soni Nq2n2 bilan ifodalanadi. Elektron pog'onachalardagi elektronlarning maksimal soni quyidagicha ifodalanadi: s - pog'onachada 2 ta elektron (s2), p - pog'onachada 6 ta elektron (p 6), d- pog'onachada 10 ta elektron (d 10), f - pog'onachada 14 ta elektron (f 14).
Klechkovskiy qoidasi. Pauli prinsipi va Gund qoidasi.
Ko'p elektronli atomlarda elektronlarning joylashishi quyidagicha: avval eng kam energiyali orbital, shundan so'ng energiyasiko'proq bo'lgan orbital elektronlar bilan to'lib boradi. Klechkovskiyning 1-qoidasiga muvofiq (1-n) yig'indisi kichik bo'lgan orbital birinchi navbatda to'ladi. Masalan, 3d-orbital uchun (n-l) yig'indisi 3,2,5 ga teng. 4s-orbital uchun n-l-4-0-4 ga teng. Demak birinchi 3d-orbital emas, balki, 4s- orbital elektronlar bilan to'lib boradi.
Klechkovskiyning 1 - qoidasi. Ikki xolatdan qaysi biri uchun (n)ning yig'indisi kichiq bo'lsa, shu xolatda to’rgan elektronning energiyasi minimal qiymatga ega bo'ladi.
Klechkovskiyning 2 - qoidasi. Agar berilgan ikki holat uchun (n-l) yig'indisi teng qiymatga ega bo'lsa, bosh kvant soni kichiq bo'lgan xolat minimal energiya qiymatiga ega bo'ladi. Elektronlarning energetik pog'onasi va orbitalari buylab joylashishi elementning elektron konfigurasiyasi deb ataladi. Atomda elektronlarning pog'onachalarga taqsimlashda quyidagi uch qoida nazarda tutiladi. Har qaysi elektron minimal energiyaga muvofiq keladigan holatni olishga intiladi. Bunda minimal energiyali orbital 1s bo'lgani uchun dastlab 1s so'ngra 2s va hokazo holatda pog'onachalar elektronlar bilan to'lib boradi. Elektronlarning joylashishi Pauli prinsipiga zid kelmasligi lozim.
Pauli prinsipi quyidagicha ta'riflanadi: "Bir atomda to'rttala kvant sonining qiymati bir xil bo'lgan ikkita elektron bo'lishi mumkin emas". Agar bir atomda n, m, l kvant sonlarining qiymati bir xil ikkita elektron bo'lsa, ular to'rtinchi spin kvant son ms spinlari qarama qarshi yo'nalishga ega bo'lishi bilan farq qiladi. .Ayni pog'onachada to’rgan elektronlar mumkin qadar ko'proq orbitallarni band qilishga intiladi (Gund qoidasi). Elementlar atomlaridagi energetik pog'onalar soni davriy sistemadagi davrlar raqamiga, elektronlar soni esa tartib raqamiga teng bo'ladi. Masalan: Natriy atomining elektron tuzilishi (elektron konfigurasiyasi) quyidagicha: 11Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Atomlar elektron qavatlarining tuzilishi ko'pincha, energetik yacheykalar (katakchalar) shaklida ifodalanadi.
Har qanday atomning elektron qobig'ida uning yadrosida proton qancha bo'lsa, shuncha elektron bor, shuning uchun atom umuman elektr neytral hisoblanadi. Atomdagi elektronlar energiya minimal bo'lishi uchun joylashtirilgan. Elektron yadrodan qanchalik uzoqda bo'lsa, shunchalik ko'p orbitallar va ularning shakli murakkabroq bo'ladi. Har bir daraja va pastki daraja faqat ma'lum miqdordagi elektronni ushlab turishi mumkin. Pastki darajalar, o'z navbatida, quyidagilardan iborat orbitallar. Yadroga eng yaqin bo'lgan birinchi energiya darajasida bitta sharsimon orbital bo'lishi mumkin ( 1 s). Ikkinchi energiya darajasida - katta hajmli va uchta p-orbital bo'lgan sharsimon. Yadro atrofida harakatlanishdan tashqari, elektronlar ham harakatga ega, bu ularning o'z o'qi atrofida harakati sifatida ifodalanishi mumkin. Bu aylanish deyiladi. Bir orbitalda faqat ikkita qarama-qarshi (antiparallel) spinli elektron bo'lishi mumkin. Maksimal boshiga elektronlar soni energiya darajasi formula bilan aniqlanadi N=2 n 2. Bu erda n asosiy hisoblanadi kvant soni(energiya darajasining raqami). Oxirgi elektron qaysi orbitalda ekanligiga qarab, ular farqlanadi s-, p-, d-elementlar. Asosiy kichik guruhlarning elementlari tegishli s-, p-elementlar. Yon kichik guruhlarda d-elementlar. Atomlarning elektron qatlamlari tuzilishining grafik diagrammasi (elektron grafik formula).
Atom orbitallarida elektronlarning joylashishini tasvirlash uchun elektron konfiguratsiyadan foydalaniladi. Uni qatorga yozish uchun orbitallar yoziladi afsona (s--, p-, d-,f-orbitallar) va ularning oldida energiya darajasining sonini ko'rsatadigan raqamlar mavjud. Qanday ko'proq raqam elektron yadrodan qanchalik uzoqroq bo'lsa. Katta harfda orbitalning belgilanishi tepasida ushbu orbitaldagi elektronlar soni yoziladi. Grafik jihatdan elektronlarning atom orbitallarida taqsimlanishi hujayralar shaklida ifodalanishi mumkin. Har bir hujayra bitta orbitalga to'g'ri keladi. P-orbital uchun uchta, d-orbital uchun beshta va f-orbital uchun ettita shunday hujayralar bo'ladi. Bitta hujayrada 1 yoki 2 ta elektron bo'lishi mumkin. Ga binoan Gund qoidasi, elektronlar bir xil energiyadagi orbitallarda (masalan, uchta p-orbitalda), birinchi navbatda bir vaqtning o'zida taqsimlanadi va har bir bunday orbitalda allaqachon bitta elektron mavjud bo'lganda, bu orbitallarni ikkinchi elektronlar bilan to'ldirish boshlanadi. Bunday elektronlar deyiladi juftlashgan. Bu qo'shni hujayralarda elektronlar xuddi shunday zaryadlangan zarrachalar kabi bir-birini kamroq qaytarishi bilan izohlanadi.
Tashqi energiya darajasidagi elektronlar valent elektronlar deb ataladi. Darsda atomning tuzilishi, atomdagi elektronlarning holati ko'rib chiqildi, “atom orbitali va elektron buluti” tushunchasi bilan tanishtirildi. Talabalar orbitallarning shakli nima ekanligini bilib oldilar ( s-, p-, d-orbitallar), energiya darajalari va pastki sathlardagi elektronlarning maksimal soni qancha, elektronlarning energiya darajalari bo'yicha taqsimlanishi ifodalanadi.
ELEKTRON POG'ONALARDA ATOM ORBITALLAR
ENERGIYASI

Elementlar orasida kimyoviy reaktivlikdagi farqlar ularning elektronlari soni va fazoviy tarqalishiga asoslanadi. Agar ikkita atomda bir-birini toʻldiruvchi elektronlar mavjud boʻlsa, ular reaksiyaga kirishadi va kimyoviy bogʻlanish hosil qilib, molekula yoki birikma hosil qila oladi. Quyida koʻrib turganingizdek, davriy jadvalda elementlar raqami va elektronlarining shakllarini aks ettiradigan tarzda tartiblangan, bu esa elementning reaktivligi – qanchalik bogʻlarni hosil qila olishi va boshqa elementlardan qaysilari bilan kirisha olishini oldindan taxmin qilishga yordam beradi.

Elektron qobiqlar va Bor nazariyasi
Atomning dastlabki modeli 1913-yilda daniyalik olim Niyels Bor (1885-1962) tomonidan ishlab chiqilgan. Bor nazariyasida atom proton va neytrondan tashkil topgan markaziy yadro sifatida koʻriladi, yadrodan maʼlum bir masofa uzoqlikda joylashgan elektronlar aylana shaklidagi elektron qobiqda boʻlib, quyosh atrofida aylanuvchi sayyoralarga oʻxshaydi. Har bir elektron qobiq turli xil energiya darajasiga ega, bunda yadroga eng yaqin boʻlgan qobiqlarda yadrodan uzoqroqda joylashgan qobiqlarga qaraganda kamroq energiya mavjud. Konvensiyaga koʻra, har bir qobiqqa raqam va n belgisi beriladi, masalan, yadroga eng yaqin boʻlgan elektron qobiq 1n deb nomlanadi. Qobiqlar orasida harakat qilish uchun elektron qobiqlar orasidagi energiya nisbatiga toʻgʻri keluvchi energiyani soʻrib olishi yoki oʻzidan ajratib chiqarishi kerak. Masalan, agar elektron fotondan energiya soʻrib olsa, u qoʻzgʻalib, yuqori energiyali qobiqqa oʻtishi mumkin; aksincha, qoʻzgʻalgan elektron yanada pastroq energiyali qobiqqa aylansa, koʻpincha u issiqlik shaklida energiya ajratib chiqaradi.
Borning atom nazariyasida energiya darajalari yadro atrofini oʻrab turgan konsentrik doiralar sifatida koʻrsatilgan. Elektronni tashqi tomonga yuqori energiya darajasiga koʻtarish uchun energiya qoʻshilishi kerak hamda elektron yuqori energiya darajasidan pastga tushganda energiya ajratib chiqaradi.
Borning atom nazariyasida energiya darajalari yadro atrofini oʻrab turgan konsentrik doiralar sifatida koʻrsatilgan. Elektronni tashqi tomonga yuqori energiya darajasiga koʻtarish uchun energiya qoʻshilishi kerak hamda elektron yuqori energiya darajasidan pastga tushganda energiya ajratib chiqaradi.
Grafik material OpenStax CNX Biologydan oʻzgartirib olindi.
Fizika qonunlariga aloqador boshqa narsalar singari, atomlar ham eng kam energiya va eng barqaror konfiguratsiyani olishga intiladilar. Shu sababli atomning elektron qobiqlari ichkaridan tashqari tomon joylashgan; elektronlar yadrodan uzoqdagi yuqori energiyali qobiqlarga oʻtishdan oldin, yadroga yaqinroqdagi kamroq energiyaga ega boʻlgan qobiqlarni toʻldiradilar. Yadroga eng yaqin boʻlgan qobiq 1n ikkita elektronni ushlab tura oladi, keyingi qobiq 2n sakkizta, uchinchi qobiq 3n esa oʻn sakkiztagacha elektronni ushlab turishi mumkin.
Biror bir atomning eng tashqi qobigʻidagi elektron soni uning reaktivligini yoki boshqa atomlar bilan kimyoviy bogʻlanish hosil qilish tendensiyasini aniqlaydi. Ushbu tashqi qobiq valent qobigʻi deb, undagi elektronlar esa valent elektronlar deb nomlanadi. Umuman olganda, atomlarning eng tashqi elektron qobigʻi toʻlganida ular eng barqaror va eng kam reaktiv holatda boʻladilar. Biologiyada muhim boʻlgan elementlarning koʻpchiligi barqaror boʻlishi uchun tashqi qobigʻida sakkiztadan elektron kerak boʻladi va ushbu qoida oktet qoidasi deb nomlanadi. Baʼzi bir atomlar, garchi ularning valent qobigʻi 18 tagacha elektronlarni ushlab turuvchi 3n qobigʻi boʻlsa ham, oktet qoidasiga boʻysunib, barqaror boʻlishlari mumkin. Buning sababini quyida elektron orbitallar haqida soʻz yuritganimizda bilib olasiz.
Quyida baʼzi neytral atomlarga va ularning elektron konfiguratsiyalariga misollar keltirilgan. Ushbu jadvaldan geliyning valentlik qobigʻi toʻla ekanini koʻrishingiz mumkin, uning birinchi va yagona 1n qobigʻida ikkita elektron bor. Xuddi shunday neon ham sakkizta elektronni oʻz ichiga olgan toʻla tashqi 2n qobigʻiga ega. Ushbu elektron konfiguratsiyalari geliy va neonni juda ham barqaror qiladi. Argon toʻla tashqi qobiqqa ega boʻlmasa ham, uning 3n qobigʻi oʻn sakkiztagacha elektronni ushlab tura olgani sababli u neon va geliy kabi barqarordir, chunki uning 3n qobigʻida sakkizta elektron bor va bu oktet qoidasiga mos keladi. Aksincha, xlorning tashqi qobigʻida yettita, natriyda esa bittagina elektron bor. Ushbu elektronlar tashqi qobiqni toʻldirmaydi va oktet qoidasiga mos kelmaydi, bu esa xlor va natriyni reaktiv qilib, yanada barqaror konfiguratsiyaga erishish uchun ularning elektron olish yoki yoʻqotishga moyilligini oshiradi. Elementlar ularning atom raqami – qancha protonga ega ekaniga koʻra, davriy jadvalda ketma-ket joylashgan. Neytral atomda elektronlar soni protonlar soni bilan teng boʻladi, shuning uchun biz elektron raqamini atom raqamidan osongina bilib olishimiz mumkin. Bundan tashqari, davriy jadvaldagi elementning joylashuvi – uning ustuni yoki guruhi, qatori yoki davri – elementda elektronlar qanday joylashgani haqida kerakli maʼlumotni beradi.
Agar biz hayot uchun eng muhim boʻlgan asosiy elementlarni oʻz ichiga olgan jadvalning dastlabki uchta qatorini koʻrib chiqsak, har bir qator raqami elementning tashqi elektron qobigʻidagi elektronlar soni bilan mos keladi: geliy va vodorod elektronlarini 1n qobigʻida joylashtiradi, ikkinchi qator elementi Li 2n qobigʻini va uchinchi qator elementi Na esa 3n qobigʻini toʻldiradi. Shunga oʻxshash elementning ustun raqami uning valent elektronlari soni va reaktivligi haqida ham maʼlumot beradi. Umuman olganda, bir ustunda joylashgan valent elektronlar soni bir xil va qatorda chapdan oʻngga tomon oshib boradi. 1-guruh elementlarida bitta va 18-guruh elementlarida esa 2 ta elektronga ega geliydan tashqari, qolganlarida sakkizta valent elektronlar bor. Shunday qilib, guruh raqami har bir elementning qanchalik reaktiv ekanini oldindan bilishga yordam beradi:
18-guruh elementlari geliy , neon va argonning tashqi elektron qobiqlari toʻla va oktet qoidasiga mos keladi. Bu ularni yagona atomlar sifatida oʻta barqaror qiladi. Ular reaktiv boʻlmaganligi sababli inert gazlar yoki nodir gazlar deb ham ataladi.
1-guruh elementlari vodorod litiy va natriyning eng tashqi qobigʻida bittagina elektron bor. Ular bir atomli boʻlgani uchun barqaror emas, ammo bitta valent elektronni yoʻqotish yoki ulashish orqali barqaror boʻla oladi. Ular boshqa atomlardan elektron olib, barqaror oktetga ega boʻlishga intiladi va shu sababli manfiy zaryadlangan ionlarga aylanadi.
Uglerod odatda toʻliq valentli qobiqqa erishish uchun elektronlarini almashib, bir nechta boshqa atomlar bilan bogʻ hosil qiladi. Shu sababli davriy jadvaldagi ustunlar har bir elementning valent qobigʻida topilgan elektronlar sonini aks ettirib, element boshqa elementlar bilan oʻzaro qanday taʼsirlashishini ham belgilab beradi.
Pogʻonachalar va orbitallar
Bor nazariyasi koʻplab elementlarning reaktivligi va kimyoviy bogʻlanishlar hosil qilishini tushuntirish uchun kerak, lekin elektronlarning yadro atrofida fazoviy tarqalishi haqida aniq maʼlumot bera olmaydi. Xususan, elektronlar aslida yadro atrofida aylanmaydilar, aksincha vaqtning koʻp qismini elektron orbitallar deb nomlanuvchi yadro atrofidagi baʼzan murakkab shaklli fazoviy qismda oʻtkazadilar. Vaqtning maʼlum bir paytida biz elektronning qayerda boʻlishini aniq bila olmaymiz, ammo uni topish ehtimoli koʻproq boʻlgan boʻshliq hajmini, masalan u 90% vaqtini oʻtkazishi mumkin boʻlgan qism hajmini matematik hisoblashlar orqali aniqlay olamiz. Ushbu yuqori ehtimolli qism orbitalni tashkil qiladi va har bir orbital ikkitagacha elektronni ushlab tura oladi.
Pogʻonachalar sss, ppp, ddd va fff harflari bilan belgilanadi hamda har bir harf biror-bir shaklni anglatadi. Masalan, sss pogʻonachalarda bittadan sharsimon orbital mavjudligini, ppp pogʻonachalar esa bir-biriga nisbatan toʻgʻri burchak ostida joylashgan uchta gantelsimon orbitalni oʻz ichiga olganini anglatadi. Organik kimyoning aksariyat qismi biologiya uchun muhim boʻlgan sss va ppp pogʻonachalardagi elektronlarning oʻzaro taʼsirlashuvini oʻz ichiga oluvchi uglerodli birikmalar kimyosidir, shuning uchun bular biz bilishimiz kerak boʻlgan eng muhim pogʻonachalardir. Biroq koʻp elektronli atomlar baʼzi elektronlarini ddd va fff pogʻonachalarga joylashtirishlari ham mumkin. ddd va fff pogʻonachalar yanada murakkab shakllarga ega boʻlib, beshta va yettitadan orbitalni oʻz ichiga oladi.
1s, 2s hamda gantelsimon 2p orbitallarining 3D diagrammasi. Bu yerda uchta 2p orbitali koʻrsatilgan va ular bir-biriga nisbatan toʻgʻri burchak ostida joylashgan.
1s, 2s hamda gantelsimon 2p orbitallarining 3D diagrammasi. Bu yerda uchta 2p orbitali koʻrsatilgan va ular bir-biriga nisbatan toʻgʻri burchak ostida joylashgan.
Birinchi elektron qobiq 1n, bitta 1s1s1, s orbitalga mos keladi. 1s1s1, s orbitali yadroga eng yaqin boʻlgan orbitaldir va u har qanday boshqa orbitaldan oldin birinchi boʻlib elektronlarga toʻladi. Vodorodning atigi bitta elektroni bor, shuning uchun u egallagan 1s1s1, s orbitalda bitta nuqtaga ega. Bu elektron konfiguratsiya koʻrinishida boʻladi. Geliyning ikkita elektroni bor, shuning uchun u 1s1s1, s orbitalini ikkita elektroni bilan toʻliq toʻldirishi mumkin.
Davriy jadvalda birinchi qator va birinchi davrda joylashgan ikkita element bu vodorod va geliydir. Bu joylashuv elektronlar ularning faqat birinchi qobigʻida ekanini koʻrsatadi. Oʻzining neytral, zaryadlanmagan holatida faqat 1s1s1, s orbitalida elektronlarga ega boʻlgan ikkita element bu vodorod va geliydir.
Ikkinchi elektron qobiq 2n yana bir sharsimon sss orbital va uchta gantelsimon ppp orbitalni oʻz ichiga olib, ularning har biri ikkitadan elektronni ushlab turishi mumkin. 1s1s1, s orbitali toʻlganidan soʻng, ikkinchi elektron qobiq toʻlishni boshlaydi, elektronlar oldin 2s orbitalini, soʻngra uchta ppp orbitalini toʻldirib chiqadi. Davriy jadvalning ikkinchi qatoridagi elementlar oʻz elektronlarini 2n qobigʻiga, shuningdek, 1n qobigʻiga joylashtiradilar. Masalan, litiy uchta elektronga ega: undagi ikkita elektron 1s1s1, s orbitalini toʻldiradi, uchinchisi esa 2s2s2, s orbitaliga joylashadi. Neon esa jami oʻnta elektronga ega: undagi ikkita elektron eng ichki 1s1s1, s orbitalida va qolgan sakkiztasi ikkinchi qobiqda – 2s2s2, s orbitalida 2 ta va uchta ppp orbitalida har birida ikkitadan 6 ta elektron joylashgan.
Uchinchi elektron qobiq – 3n bitta sss va uchta ppp orbitalni oʻz ichiga oladi, davriy jadvalning uchinchi qator elementlari ham xuddi ikkinchi qator elementlari 2n qobigʻini toʻldirganlari kabi oʻz elektronlarini orbitallariga joylashtiradi. 3n qobigʻi ddd orbitalini ham oʻz ichiga oladi, ammo bu orbital 3s3s3, s va 3p3p3, p orbitallariga qaraganda energetik jihatidan ancha yuqori boʻladi va davriy jadvalning toʻrtinchi davricha elektronlar bilan toʻliq toʻlmagan. Shuning uchun argon kabi uchinchi davr elementlari sakkizta valent elektron bilan barqaror boʻla oladilar: ularning 3n qobigʻi butunlay toʻlmagan boʻlsa ham sss va ppp pogʻonachalari toʻlgan boʻladi.
Elektron qobiqlar va orbitallar bir-biri bilan chambarchas bogʻliq boʻlsa-da, orbitallar atomning elektron konfiguratsiyasi haqida aniqroq tasavvur beradi. Chunki orbitallar aslida elektronlar egallagan fazoviy hududlarning shakli va oʻrnini belgilab beradi.