Mavzu: D. I. Mendeleevning kimyoviy elementlar davriy qonuni va davriy sistemasi hamda uning ahamiyati

Eng kam energiya prinsipi: Elektronlar mumkin qadar eng kam energiyaga ega bo’lgan orbitalni egallashga intiladi. Yadroga yaqin joylashgan orbitalni energiyasi eng kam bo’ladi. Yadrodan uzoqlashgan sari electronlarning energiyasi ortib boradi.

Pauli prinsipi: bitta atom tarkibida to’rtta kvant soni bir xil bo’lgan ikkita elektron bo’lishi mumkin emas. Yoki boshqacha quyidagicha tariflanadi: Har qaysi orbitalda ko’pi bilan ikkita electron bo’lishi mumkin.

Demak n, l, m_l, m_s larning bir xil qiymatlariga faqat bitta elektron ega bo’lishi mumkin, ikkinchisi albatta shu kvant sonlardan eng kamida bittasining qiymati bilan farqlanishi shart. Bundan tashqari bu prinsip asosida bitta orbitalda m_s qiymatlari +1/2 va - 1/2 bo’lgan ikkita elektron joylasha olishi mumkin degan xulosa kelib chiqadi.

3. 
   Xund qoidasi: energetik qavatchadagi elektronlarning spintt kvant sonlarining yig’indisi maksimal qiymatga ega bo’lishi kerak.
   

Demak, elektronlar orbitallarni to’ldirishda toq joylashuvga intiladi. Agar bitta orbitaldagi qarshi spinttli ikki elektron o’zaro juftlashib ikki elektronli bulut hosil qilsa ularning spint yig’indilari nolga teng bo’ladi.

Masalan, p³ holati uchun ikki xil ko’rinishdagi elektron taqsimlanishini yozish mumkin.
1 tur taqsimlanishi: ; 2 tur taqsimlanishi:
Birinchi holda spint kvant sonlarining yig’indisi
ikkinchi holda esa
Ikkinchi holda elektron taqsimlanishidagi m_s qiymat yig’indisi katta bo’lganligi sababli elektronlar kvant yacheykalarida parallel spint kvant sonlari bo’yicha toq joylashadi.

4. 
   Klechkovskiy (n+1) qoidasi.
   

1. 
   Energetik pog‘onalar elektronlar bilan bosh va orbital (n+l) kvant sonlarining algebrik yig‘indisi ortib borish tartibida to‘lib boradi.
   
2. 
   Agar bosh va orbital kvant sonlarining algebrik yig‘indisi bir biriga teng bo‘lib qolsa birinchi bo‘lib bosh kvant soni kichkina bo‘lgan orbita elektronlar bilan to‘ladi.
   

Masalan, 4s ning energiya qiymati 3d nikiga qaraganda kichik bo’ladi, chunki 4s kvant qavatchasi uchun n+1 = 4 + 0 = 4; 3d uchun esa n+1 = 3 + 2 = 5 bo’ladi. Shu sababli elektronlar avval 4s, undan so’ng 3d qavatlarni to’ldiradi. O’z navbatida 3d(n+l=3+2=5), 4p(n+1=4+1=5) va 5s(n+l=5+0=5) qavatchalaridagi bo’sh va orbital kvant sonlarining yig’indilari o’zaro teng bo’ladi. Bu holda ularni to’ldirish, yuqorida aytilgandek, n qiymatlari bo’yicha quyidagi tartibda bo’ladi: 3d – 4p - 5s.
Umuman olganda ko’p elektronli atomlar orbitallarini ularning energiya qiymatlarining ortib borishini hamda eng kam energiya prinsipi va Klechkovskiy qoidasini hisobga olgan holda quyidagi tartibda joylashtirish mumkin:
1s(1+0=1)<2s(2+0=2)<2p(2+1=3)<3s(3+0=3)<3p(3+1=4)<4s(4+0) <3d(3+2=5) <4p(4+1=5) < 5s(5+1=6) <4d(4+2=6) <5p(5+1=6) <6s (6+0=6) <5d(4+2=6)va h.k.

5. 
   Energetik darajadagi orbitallar soni n² ga teng bo’lganligi sababli uning elektron sig’imi 2n² qiymatdagi elektronlar soniga teng bo’ladi
   

Atomda elektronlarning energetik pog’ona va pog’onachalar bo’yicha taqsimlanishi elektron formulalar ko’rinishida ifodalanadi. Quyida ular qanday tuzilishi bilan tanishib chiqamiz. Elementning tartib nomeri ortib borishi bilan elektronlar orbital va pog’onalarni energiyasining ortib borish tartibida to’ldiradi: pog’onalar - birinchidan yettinchiga qarab, pog’onachalar esa s - p -d - f tartibda to’lib boradi. Energiya`ning ortib borish tartibi tajribada aniqlangan. U enyergiya shkalasi deyiladi. Bu shkalaga muvofiq, davriy sistema elementlari atomlarining ketma-ket elektronlar bilan to’lib borish qatori to’zilgan. Bu qatorda davrlar vertikal chiziqchalar bilan ajratilib, tepasiga arab rahamlari yozilgan va quyidagi ko’rinishga ega:
1 2 3 4 5 6 7
1s 2s,2p 3s,3p 4s,3d,4p 5s,4d,5p 6s,4f,5d,6p 7s,5f,6d,7p

Eng kam energiyali orbital - bu 1s orbitaldir. Vodorod atomida bu orbitalni vodorodning yagona elektroni egallagan. Shuning uchun vodorod atomining elektron formulasi (yoki elektron konfigurasiyasi) 1s¹ ko’rinishda bo’ladi. Bunda formula oldidagi son - pog’ona nomeri, harf bilan pog’onacha (orbital turi), o’ng tomonda yuqoridagi indeks bilan pog’onachadagi elektron soni ko’rsatilgan.

Bitta orbitalda ikkita elektron bo’lishi mumkinligi sababli geliy atomining ikkala elektroni 1s-orbitalda joylashadi. Binobarin, geliyning elektron formulasi 1s². Geliyning elektron qobig’i tugallangan va ancha barqarordir. Bu nodir gaz.
Ikkinchi davr elementlarida 1-pog’ona (п = 2) to’lib boradi, bunda avva ls-pog’onachaning orbitali, so’ngra p-pog’onachaning uchta orbitali to’ladi, 3Li atomida uchinchi elektron 2s-orbitalni egallaydi, Li ning elektron formulasi: 1s²2s¹ 2s¹ elektron atom yadrosi bilan 1s-elektronga qaraganda kuchsizrok bog’langan, shuning uchun litiy atomi uni oson yo’qotib, Li⁺ ionini hosil qilishi mumkin. ₄Ве atomida to’rtinchi elektron ham 2s-orbitalda joylashadi: 1s²2s². Ве atomida ikkita 2s-elektron boshqa elektronlarga nisbatan osonroq ajralib, Ве ²⁺ ionini hosil qiladi. 2s-orbital to’lganligi sababli bor ₅В atomidagi beshinchi elektron 2p-orbitalni egallaydi. Bor atomining elektron formulasi: 1s²2s²2p¹ Keyin S, N. O, F atomlarida 2p-orbitallar to’lib boradi va Ne atomida batamom to’ladi. Ularning elektron formulalarini yozamiz: ₆C 1s²2s²2p². Uchinchi davr elementlaridan boshlab, atomlarda 3s, 3p, va 3d pog’onachalardan tarkib topgan uchinchi M pog’ona to’la boshlaydi. Masalan,
3 davrda ₁₁Na 1s²2s²2p⁶3s¹; Mg da 3s², Al da 3p¹ Al dan Ar gacha 3p pog’onacha elektronlar bilan to’ladi.
4 davrda K da 4s¹, Ca da 4s² , Sc dan boshlab Zn gacha 3d elektronlar bilan to’lib boradi. Ga dan Kr gacha 4p elektronlar bilan to’lib boradi.
5 davrda Rb da 5s¹, Sr da 5s² , Y dan boshlab Cd gacha 4d elektronlar bilan to’lib boradi. In dan Xe gacha 5p elektronlar bilan to’lib boradi.
6 davrda Cs da 6s¹, Ba da 6s² , 6s dan so’ng Ce dan Lu gacha 4f elektronlar bilan to’lib boradi. La dan boshlab Hg gacha 5d elektronlar bilan to’lib boradi. Tl dan Rn gacha 6p elektronlar bilan to’lib boradi.
7 davrda Fr da 7s¹, Ra da 7s² , 7s dan so’ng Th dan Lr gacha 5f elektronlar bilan to’lib boradi. Ac dan boshlab gacha 6d elektronlar bilan to’lib boradi. dan gacha 7p elektronlar bilan to’lib boradi.
Ba'zan atomlarda elektronlarning taqsimlanishini ifodalaydigan formulalarda har qaysi energetik pog’onada faqat elektronlarning soni ko’rsatiladi. Bu holda ular quyidagicha yoziladi:
₁₁Na - 2 8 1; ₁₇Cl - 2 8 7; ₂₆Fe - 2 8 14 2

Elektron formulalar yozilganda elektronlar "sakrashi"ni hisobga olish kerak. Masalan, xromning elektron formulasi 1s²2s²2р⁶3s²3р⁶3d⁴4s² bo’lishi kerak. Lekin xrom atomining tashqi pog’onasida ikkita elektron emas, balki bitta elektron bo’lib, ikkinchi elektron tashqaridan ikkinchi pog’onaning d-pog’onachasiga "sakrab" o’tadi. Bunday holda xrom atomida elektronlarning taqsimlanishi quyidagicha bo’ladi: 1s²2s²2p⁶3s²Зр⁵4s¹. "Sakrash" 4 davrda Cr, Cu da, 5 davrda Nb, Ru, Pd da, 6 davrda Pt, Pr, Gd, Tb da, 7 davrda Rg (rentgeniy), Pa, Pu, Cm, Bk elrmentlarda ham kuzatiladi. Pd da elektronlar pog’onalar bo’ylab 2, 8, 18, 18, 0 tartibda joylashadi (bu yerda beshinchi energetik pog’ona umuman bo’lmaydi, ikkala elektron ko’shni pogonaga "sakrab" o’tgan).

Ba’zan qisqartirilgan formulalardan ham foydalaniladi. Buning uchun element atomi nechanchi davrda joylashgan bo‘lsa undan bitta oldingi davrdagi inert gazning formulasi kvadrad qavs ichiga yoziladi. Misol: Сa ni electron konfigurasiyasi uni qisqartirilgan electron konfigurasiyasi , CI ni electron konfigurasiyasi uni qisqartirilgan electron konfigurasiyasi va h.k.
Ko’pincha elektron qobiqlarning tuzilishi energetik yoki kvant yacheykalar yordamida tasvirlanadi bular grafik elektron formulalar deyiladi. Bunday yacheykaning har biri katak bilan belgilanadi: katak - orbital, strelka - elektron, strelkaning yo’nalishi - spintning yo’nalishi, bo’sh katak - qo’zg’algan elektron egallashi mumkin bo’lgan bo’sh orbital. Pauli prinsipiga muvofiq, yacheykada bitta yoki ikkita elektron bo’lishi mumkin (agar ikkita bo’lsa, ular juftlashgan bo’ladi).

• 
  "Spint (inglizchadan tarjima qilinganla "urchuq") sodda qilib tushuntirganda elektronning o’z o’qi atrofida soat strelkasi va unga teskari yo’nalishlarda aylanishidir. Qarama-qarshi spintli elektronlar juftlashgan deb ataladi:
  

Alohida olingan elektron pog’ona (qavat)ning tuzilishini ko’rib chiqamiz. Bosh kvant sonining n = 2 qiymatidan boshlab, energetik pog’onalar (qavatlar) yadroga bog’lanish energiyasi bilan bir-biridan farq qiladigan pog’onachalarga (qavatchalarga) bo’linadi (2.6-rasm). Pog’onachalar soni bosh kvant sonining qiymatiga teng, lekin to’rtdan oshmaydi: 1- pog’onada - bitta pog’onacha, 2- da - ikkita, 3- da - uchta, 4- da - to’rtta pog’onacha bo’ladi. Pog’onachalar o’z navbatida orbitallardan to’zilgan. Pog’onachalarni lotincha harflar bilan belgilash qabul qilingan: s - har qaysi energetik , pog’onaning yadroga eng yaqin birinchi pog’onachasi, u bitta s orbitaldan tarkib topgan; p - ikkinchi pog’onacha, uchta p-orbitaldan tarkib topgan; d - uchinchi pog’onacha, u beshta d-orbitaldan tarkib topgan; f - to’rtinchi pog’onacha, unda yettita f-orbstal bo’ladi. Shunday qilib, p ning har qaysi qiymati uchun p orbitallar bo’ladi (2.1-jadval).

2.6-rasm. Atom energetik pog’onalarida elektronlarning taqsimlanishi.

Agar orbitalda bitta elektron bo’lsa, u juftlashmagan, agar kkkita bo’lsa juftlashgan elektronlar deyiladi. Pauli prinsipi N = 2n² formulani izohlaydi. Haqiqatdan ham, agar masalan, uchinchi pog’ona (n= 3) da 32 = 9 ta orbital, har qaysi orbitalda 2 tadan elektron bo’lsa, u holda elektronlarning maksimal soni 2-32=18 bo’ladi. 2.1- jadvalda dastlabki to’rtta pog’ona uchun bosh kvant soni p bilan pog’onachalar soni, orbitallarning turi va soni hamda pog’onacha va pog’onadagi elektronlar soni orasidagi bog’liqlik ko’rsatilgan;

2.1-j a d v a l. Bosh kvant soni, orbitallarning turi va soni

hamda pog’ona va pog’onachalardagi elektroilariing maksimal soni.

Energetik pog’ona, n	Pog’onachalar soni, n ga teng	Orbitallar	Orbitallar soni		Elektronlarning maksimal soni
			Pog’ona-chadagi	n^2ga teng pog’onadagi	Pog’onachada	Pog’onada
К (n=1)	1	1s	1	1	2	2
L(n=2)	2	2s 2p	1 3	4	2 6	8
М (n = 3)	3	3s 3p 3d	1 3 5	9	2 6 10	18
N (n = 4)	4	4s 4p 4d 4f	1 3 5 7	16	2 6 10 14	32

2.1-jadvaldan atomdagi elektronlarni xarakterlash uchun elektron pog’onaning nomerini va orbitallarning turlarini bilish kerak, degan xulosa chiqadi. Turli xil orbitallarning (bulutlarning) shaklini bilish muhim bo’lib, bu molekulalarning tuzilishini o’rganishda zarurdir.
2.7-rasm. 2.8-rasm. - Elektron orbitallarning shakli va
orientatsiyasi.
Nazariy ma'lumotlarga ko’ra, s-orbital sferik simmetriyaga ega, ya'ni shar shaklida bo’ladi. Bunga vodorod atomining orbitali n=1 misol bo’la oladi. Bunday orbital s-orbital deyiladi. s-orbitalni egallagan elektron s-elektron deyiladi.
Ikkinchi energetik pog’onada (p = 2) 4 ta orbital bo’lib, ulardan bittasi sferik simmetriyaga ega. U 2s-orbital deyiladi. Ravshanki, 2s-elektronning energiyasi kattaroq, shuning uchun u 1s elektronga qaraganda yadrodan uzoqroq masofada bo’ladi. Umuman, p ning har qaysi qiymati uchun bitta sferik simmetrik orbital mavjud.
p-orbital gantel yoki hajmiy sakkizlik shaklida bo’ladi (2.8-rasm). Uchala orbital atomda bir-biriga perpendikulyar joylashgan. Ular fazoviy koordinatalar o’qlari bo’ylab yo’nalgan, shu sababli ularni ko’pincha p_x, p_y, p_z - orbitallar deb belgilanadi. Bunday belgilash p-orbitallar fazoda qanday yo’nalganligini ko’rsatadi. Agar p-orbital x o’qi bo’ylab joylashgan bo’lsa, u holda ravshanki, p_x elektronning x o’qi yaqinida bo’lish ehtimolligi eng ko’p. Xuddi shu narsani p_y va p_z orbitallar haqida ham aytish mumkin.
Shuni takidlab o’tish kerakki, p = 2 dan boshlab har bir energetik pog’ona (qavat) da uchta p-orbital bo’ladi, p ning qiymati ortib borishi bilan elektronlar yadrodan ancha uzoq masofada joylashgan p-orbitallarni egallaydi, lekin x, y z o’qlari bo’ylab yo’nalishi doimo saqlanib qoladi. d orbitallar (ular beshta) va f-orbitallar (ular yettita) p-orbitallarga qaraganda yanada murakkabroq shaklga ega.