Как сравнить электронную оболочку атомов: Сравните строение электронной оболочки атомов. Химия. 8 класс. Габриелян. ГДЗ. § 9. Глава 1. Вопрос 2.

Ответы к упражнениям § 8. Химия 8 класс.

Упражнение: 1 Изобразите схемы строения электронной оболочки атомов: а) алюминия; б) фосфора; в) кислорода. Упражнение: 3 В следующих предложениях вставьте пропущенные слова: «Атом кремния содержит в ядре … протонов и … нейтронов. Число электронов, находящихся вокруг ядра, как и число протонов, равно … элемента. Число энергетических уровней определяется номером … и равно … . Число внешних электронов определяется номером … и равно …». Атом кремния содержит в ядре 14 протонов и 14 нейтронов. Число электронов, находящихся вокруг ядра, как и число протонов, равно порядковому номеру элемента. Число энергетических уровней определяется номером периода и равно 3. Число внешних электронов определяется номером группы и равно 4 Упражнение: 7 О каком поэтическом даре говорят приведенные выше строчки, если учесть, что стихотворение было написано в 1922г.? О даре предвидения.

Упражнение: 2 Сравните строение электронной оболочки атомов: а) азота и фосфора; б) фосфора и серы. Общее: число внешних электронов — 5 Различия: 1. Число энергетических уровней — N = 2, P = 3 2. Массовое число: N = 14, P = 31 3. Различное число протонов: N = 7, P = 15 Общее: Число энергетических уровней — 3 Различия: 1. Массовое число: P = 31, S = 32 2. Различное число протонов: P = 15, S = 16 3. Различное чило электронов на внешнем энергетическом уровне: P = 5е, S = 6е Упражнение: 5 Приведите примеры периодически повторяющихся явлений, с которыми вы познакомились при изучении других предметов. Смена дня и ночи, смена времен года, …

Придётся переписывать учебники по химии: впервые получено стабильное соединение гелия

Модель кристаллической решётки гелида натрия. Зелёные кубы представляют собой атомы гелия, окружённые восемью атомами натрия (фиолетовые шарики). Красным отмечены места локализации электронных пар. Артем Оганов.

Ещё со школьной скамьи мы помним, что в периодической таблице химических элементов есть таинственная группа инертных (благородных) газов: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радиоактивный радон. Их отличительной чертой является то, что в нормальных земных условиях они практически не вступают в химические реакции и не образуют химических соединений. Но если потрудиться, то можно их заставить сделать это.

До настоящего момента было получено всего несколько сотен соединений с инертными газами, большинство из которых включают ксенон и криптон. Но никогда прежде учёным не удавалось получить стабильное химическое соединение с гелием или неоном. Дело в том, что атом гелия имеет чрезвычайно стабильную, плотную электронную оболочку, в которой просто нет места для образования связи с другим химическим элементом. Можно сравнить с тем, как если бы кто-то попытался взять друга за руки, на которых надеты шары для боулинга.

Но современная научная мысль не ограничивается обычными земными условиями и в поисках новых знаний об устройстве материи устремляется к экстремальным температурам и давлениям, которые можно найти, двигаясь к центру нашей планеты, или выходя за её пределы, например на газовых гигантах. Именно там элементы и соединения меняют свои свойства и оказываются способны пойти против устоявшихся в науке теорий.

Международная команда исследователей из России, Китая, США, Германии и Италии бросила вызов основам классической химии и объявила, что ей удалось создать первое стабильное соединение гелия – гелид натрия. В работе принимали участие сразу несколько российских специалистов, работающих как на родине, так и за рубежом, таких как профессор Сколтеха, Московского Физтеха и Университета Стони Брук Артём Оганов, профессор Университета Юты Александр Болдырев, профессор Института Карнеги Александр Гончаров и другие.

Открытие показалось многим уважаемым экспертам столь невероятным, что на принятие статьи с описанием моделей и результатами экспериментов к публикации потребовалось почти два года.

Первоначально учёные воспользовались помощью китайского суперкомпьютера “Тяньхэ-2″, или “Млечный Путь-2″, который является вторым по мощности в мире. Машина позволила предсказать существование сразу двух устойчивых соединений гелия – гелида натрия и оксигелида натрия. Первое состоит из двух атомов натрия и одного атома гелия, а второе включает помимо них ещё один атом кислорода. Согласно модели их образование возможно при давлении, которое превышает атмосферное в 150 тысяч и 1,1 миллиона раз, соответственно.

Алгоритм поиска соединений USPEX был разработан командой Оганова. Ранее с его помощью уже было предсказано существование ортоугольной кислоты и других соединений.

На следующем этапе гелид натрия был получен в лабораторных условиях командой Гончарова. Для этого между двумя алмазными наковальнями, куда поместили газообразный гелий и натрий, создавали давление в 1,1 миллиона атмосфер. (Недавно похожим способом был получен металлический водород). Расчёты показали, что соединение может оставаться стабильным как минимум до давления в 10 миллионов атмосфер.

Гелид натрия представляет собой твёрдое вещество, структура которого похожа на флюорит – соединение кальция с фтором, который является соседом гелия по периодической таблице. В кристаллической решётке каждый атом гелия окружён восемью атомами натрия. Для лучшего понимания можно представить себе трёхмерную шахматную доску, половина кубов которой занята атомами гелия, а в центре второй части локализованы электроны.

В действительности атомы гелия не образуют никаких связей с атомами натрия, по крайней мере, в обычном понимании. Однако под огромным давлением они существенно изменяют химические взаимодействия между последними таким образом, что электроны, которые, имея отрицательный заряд, должны отталкиваться в нормальных условиях, уживаются попарно в структуре гелида.

Что же касается оксигелида натрия, то, согласно модели, атомы кислорода должны будут встать на место “пустот”, которые заняты электронами в гелиде. Предположительно, оксигелид будет стабилен при давлении от 150 тысяч до 1,1 миллиона атмосфер. Что ж, остаётся ждать, когда же исследователи объявят об экспериментальном подтверждении существования и этого соединения.

Результаты уникальной работы снова доказывают, что внутри газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн, звёзд и, возможно, других космических объектов творится совсем другая химия. Разобравшись в ней, учёные, вероятно, смогут сделать прорыв в понимании того, как устроена наша Вселенная.

Как «пощупать» атомы?

Большинство современных технологий в фармакологии, биомедицине, материаловедении и многих других областях требуют исследования объектов на наноуровне. В настоящее время электронные микроскопы достигают пределов своих возможностей, и на смену им приходят сканирующие зондовые микроскопы или СЗМ. Участник кластера ядерных технологий Фонда «Сколково», ООО «НТ-МТД», занимающий второе место в мире на рынке СЗМ, успешно интегрирует атомно-силовой микроскоп с другими методами исследования, обеспечивая условия для изучения биологических объектов, близкие к условиям живого организма.

---

Игла кантилевера атомно-силового микроскопа — Wikimedia Commons.

Людям всегда хотелось увидеть что-то недоступное глазу. Для этого они придумали оптические устройства – увеличительные стекла и микроскопы. Общий принцип их действия в том, что на интересующий нас объект падают лучи света, отражаются от него, проходят через увеличивающую линзу и попадают в глаз наблюдателя.

Казалось бы, создавая всё более сильные линзы, люди должны суметь увидеть всё более маленькие объекты: клетки в живых организмах, клеточные органы, крупные молекулы, отдельные атомы… Но, увы, уже примерно на уровне отдельных органов клетки оптическая микроскопия упирается в свой предел. Оказывается, что минимальный размер пятна, который можно получить, фокусируя излучение, ограничен из-за явления дифракции и равен половине длины волны этого излучения (так называемый дифракционный предел). Длина волны видимого света составляет от 380 до 740 нанометров, следовательно, объект размером, например, 200 нанометров мы разглядим уже с трудом.

На помощь пришли электронные микроскопы. На самом деле они не столь сильно отличаются от оптических, но в них на образец падает не поток фотонов, а поток электронов. Длина волны у электронов куда меньше, что позволяет исследовать более маленькие объекты. Пучок электронов фокусируется так называемыми магнитными линзами и направляется на образец. Часть электронов от него отражается, часть проходит сквозь него. Значит поток электронов «на выходе» несет информацию о структуре образца. Этот поток попадает на детекторы и благодаря этому можно построить изображение. Тут, кстати, следует отметить, что цвета, которые мы видим на образцах электронной микроскопии – результат обработки данных. В действительности микроскоп получает только информацию о потоке электронов. Итак, электронные микроскопы сильно расширили наши познания о мире, но и они, в конце концов, достигают предела своих возможностей.

Наконец, следующий шаг – сканирующие зондовые микроскопы. Надо сразу сказать, что в основу их действия положен совершенно иной принцип по сравнению с оптическими и электронными микроскопами. Никакой оптики, никаких волн. Объединяют их только слово «микроскоп» в названии и предназначение – исследование объектов сверхмалого масштаба. При этом сканирующие зондовые микроскопы позволяют нам увидеть даже отдельные атомы. Впрочем, правильнее будет сказать не «увидеть», а «нащупать». Этот глагол лучше описывает принцип работы зондового микроскопа.

«Сканирующие зондовые микроскопы бывают двух типов: сканирующие туннельные микроскопы (СТМ), использующие эффект туннельного тока между острием микроскопа и образцом (этот тип может быть использован только для проводящих образцов) и сканирующий атомно-силовой микроскоп (АСМ), который может применяться для любых образцов», — уточняет заместитель директора ООО «НТ-МДТ» Владимир Редченко.

АСМ использует силы, возникающие при взаимодействии между атомами (отсюда название типа зондовых микроскопов – атомно-силовые микроскопы, atomic-force microscope). Мы знаем со школы, что атомы и молекулы в целом электрически нейтральны. Ядро, несущее положительный заряд, окружают отрицательно заряженные электроны, в результате заряды нейтрализуют друг друга. Однако довольно давно ученые выяснили, что дело обстоит несколько сложнее. Так как электрический заряд не распределен в электронной оболочке атома или молекулы равномерно, возникает поляризация, когда у атома можно выделить положительный и отрицательный полюс. Еще более сильная поляризация может возникнуть под действием на атом внешнего электрического поля. Естественно, одинаково заряженные полюса разных атомов отталкиваются друг от друга, а заряженные по-разному – притягиваются. Эти силы притяжения и отталкивания получили название Ван-дер-Ваальсовых сил, в честь нидерландского физика, открывшего это явление еще во второй половине XIX века.

Конечно же, межатомные взаимодействия проявляются только на очень небольших расстояниях. Физики приложили немало усилий для изучения этих взаимодействий и смогли установить свойственные им закономерности. Когда две частицы находятся друг от друга на расстоянии, достаточном для возникновения этого взаимодействия, начинается воздействие электрического поля одной частицы на другую. Из-за отталкивания одноименных зарядов частицы поляризуются так, что окажутся обращены друг к другу разными электрическими полюсами. Поэтому между частицами возникает притяжение.

Межмолекулярные взаимодействия.

А что будет, если частицы сблизятся еще сильнее? В какой-то момент их электронные оболочки пересекутся и, как и положено одноименным электрическим зарядам, начнут отталкиваться. При этом, чем меньше расстояние между частицами, тем сильнее будет сила этого отталкивания.

Силу притяжения и отталкивания между частицами отражает график. По оси X в нем обозначено расстояние между молекулами. По оси Y – так называемая потенциальная энергия взаимодействия. Представьте, что вы удерживаете руками на очень скользком столе два магнита. Если они повернуты друг к другу одинаковыми полюсами, они будут отталкиваться, если разными – притягиваться. Та сила, которую вы должны приложить, чтобы магниты остались на месте – это и есть аналог потенциальной энергии взаимодействия между частицами. На малых расстояниях эта энергия положительна – частицы отталкиваются, когда расстояние увеличивается, наступает момент, когда они начинают притягиваться (там, где график ныряет под ось Х). Но если расстояние становится всё больше и больше, то сила притяжения постепенно убывает.

Вот и весь теоретический фундамент атомно-силовых микроскопов. Придумали, как использовать эти явления, Герд Бинниг (Gerd Karl Binnig), Кельвин Куайт (Calvin Quate) и Кристоф Гербер (Christoph Gerber) в 1986 году. В созданном ими микроскопе зонд (игла) перемещается над исследуемой поверхностью. На сверхмалых расстояниях между зондом и атомами исследуемого объекта возникают силы притяжения или отталкивания, природу которых мы обсудили.

Устройство, на котором закреплен зонд, называется кантилевер (cantilever). Его можно сравнить с доской, на которой стоит прыгун в воду. Только, конечно же, кантилевер значительно меньше. Доска на прыжковом трамплине, закрепленная с одного конца, может прогибаться (это использует прыгун, чтобы получить дополнительную энергию для прыжка). Кантилевер изгибается под влиянием сил, действующих на зонд. Если измерить степень изгиба кантилевера, можно определить силу взаимодействия зонда с поверхностью, а значит и рельеф поверхности. Для регистрации этого изгиба есть разные методы. Например, используют лазерный луч, отражающийся от кантилевера и направленный на фотоэлемент. Когда кантилевер изгибается, точка попадания луча на фотоэлемент смещается, и это смещение можно отследить. Затем при помощи компьютерной обработки полученных данных строится модель поверхности, над которой проходил зонд.  

Устройство атомно-силового микроскопа.

Получается, что атомно-силовой микроскоп не занимается фиксацией какого-либо излучения, отраженного от образца. Его зонд как бы ощупывает образец, подобно тому, как слепой человек своей тростью ощупывает неровности почвы. Только в данном случае «трость» обнаруживает неровности величиной в доли нанометра. Другой аналог – это игла звукоснимателя, использовавшаяся еще не так давно для воспроизведения музыки с виниловых пластинок. Но и в этом случае неровности звуковой дорожки, которые «чувствует» игла, значительно крупнее тех, для которых предназначен зондовый микроскоп.  

Важнейшие части атомно-силового микроскопа – кантилевер и зонд. Кантилевер делается из кремния или же оксида или нитрида кремния. Его толщина составляет от 0,1 до 5 мкм, ширина – от 10 до 40 мкм, а длина – от 100 до 200 мкм. Расстояние между зондом и поверхностью исследуемого образца в зондовых микроскопах составляет обычно от 0,1 до 10 нм. Чтобы улучшить отражательные свойства кантилевера, на его верхнюю поверхность, куда будет направлен лазерный луч, наносят тонкий слой золота или алюминия. Для высокоточных перемещений кантилевера и зонда используются шаговые электродвигатели.

Чтобы такой микроскоп работал без искажений, его необходимо оберегать от внешних воздействий. Особую заботу конструкторов составляет защита от вибраций (причем источником значительной вибрации в данном случае может быть даже обычные звуковые волны). Другой вид помех – деформации частей микроскопа из-за повышения температуры во время его работы. 

Рельеф поверхности стекла, полученный атомно-силовым микроскопом.

Создателям атомно-силовых микроскопов приходится решать много проблем, но основная их забота, главное действующее лицо микроскопа – зонд. Это игла с радиусом закругления всего несколько нанометров. Делаются зонты из кристалла кремния или же нитрида кремния. Иногда на зонд наносят сверхтонкие покрытия из золота, платины, хрома, вольфрама, молибдена, титана и других материалов.

Увы, зонды представляют собой расходный материал. Их свойства ухудшаются в процессе работы, поэтому зонд необходимо регулярно заменять. Также крайне важно качество этого ключевого элемента атомно-силового микроскопа, ведь от него зависит точность получаемых изображений.

Среди участников кластера ядерных технологий Фонда «Сколково» разработками в области атомно-силовой микроскопии заняты две компании: НТ-МДТ и «ТопСкан».

Группа компаний НТ-МДТ работает в этой области уже давно. Первая из группы этих компаний — ЗАО «НТ-МДТ» — была создана в 1990 году в Зеленограде. За время своего существования Группа компаний поставила отечественным и зарубежным заказчикам более 4000 приборов. Сейчас это лидер отрасли в России (и занимает второе место в мире на рынке сканирующих зондовых микроскопов). Среди особенно интересных разработок НТ-МДТ есть системы, где атомно-силовой микроскоп интегрирован с другими методами исследования. Например, в системе «ИНТЕГРА Спектра» объединены атомно-силовой микроскоп, оптический конфокальный микроскоп и устройство для Рамановской спектроскопии (Рамановский спектрометр = спектрометр комбинационного рассеивания).

Новая модель для биоисследований, прибор «LIFE» объединяет зондовый микроскоп с оптическим дальнепольным микроскопом, это устройство предназначено для исследования объектов молекулярной и клеточной биологии в условиях, близких к условиям живого организма. Среди созданных НТ-МДТ микроскопов есть и НАНОЭДЮКАТОР – атомно-силовой микроскоп, предназначенный для обучения лабораторных работников.

«В нашей заявке в Сколково представлены четыре направления: создание зондового микроскопа для считывания результатов с биочипов, разработка приборов для нанолокальных измерений ИК-спектров, что также делается с помощью зондовой микроскопии, разработка программно-аппаратного обеспечения скоростных методов сканирующей зондовой микроскопии и разработка скоростных широкоформатных измерительных головок для атомной силовой микроскопии.

Кантилевер и зонд атомно-силового микроскопа.

Все эти разработки будут вестись в рамках фирмы ООО «НТ-МДТ», организованной для участия в проекте Сколково. Команды сформированы, они работают. Если мы получим какие-то гранты в Сколково (сейчас мы готовим заявки на гранты и соглашение о партнерстве), переедем туда, то мы там и развернемся», — рассказал Владимир Редченко.

Вице-президент, Исполнительный директор Кластера ядерных технологий Фонда «Сколково» Игорь Караваев прокомментировал сотрудничество с НТ-МДТ и поделился перспективными разработками в области микроскопии:

«Помимо того, что НТ-МДТ представлена в Кластере двумя проектными компаниями, развивающими различные направления применения компетенций по микроскопии, компания также рассматривает и другие варианты партнерства со «Сколково», вплоть до формирования отдельного R&D филиала на территории Инновационного центра.

Игорь Караваев.

Тематика аналитического оборудования и, в частности, оборудования для микроскопии представлена в Кластере ядерных технологий «Сколково» и другими проектами. Например, компания «СНОТРА» разработала криотомограф для изучения замороженного биологического материала, в основе которого опять же сканирующий зондовый микроскоп. А компания «Медицинские нанотехнологии» разработала и предлагает к использованию другой тип микроскопа — сканирующий ион-проводящий и конфокальный. Этот микроскоп является идеальным инструментом исследователя, работающего с нейронами головного мозга и позволяет изучать реакции нейронов на новые лекарства».

«ТопСкан» – компания более молодая. Она была создана на базе Института кристаллографии РАН, ее деятельность сосредоточена на разработке ключевого элемента атомно-силовых микроскопов – зондов. Год назад проект компании «ТопСкан» – «Зонды нового поколения» – получил одобрение Грантового комитета Фонда «Сколково».

Перспективы развития атомно-силовой микроскопии велики. Она позволяет исследовать материалы на наноуровне, что необходимо для многих современных технологий. Зонд атомно-силового микроскопа может «ощупать» молекулы важных биологических веществ: ДНК, аминокислот, белков и так далее – это окажется полезным для современной фармакологии и других биомедицинских разработок. Изучение процессов коррозии, исследование вирусов, создание полупроводниковых устройств, микросхем – для всего этого может послужить атомно-силовой микроскоп.

   

Источник: polit.ru

Строение атомов химических элементов. Состав атомного ядра. Строение электронных оболочек атомов

Билет № 3

1. Строение атомов химических элементов. Состав атомного ядра. Строение электронных оболочек атомов первых 20 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева

Атом — наименьшая частица вещества, неделимая химическим путем. В XX веке было выяснено сложное строение атома. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и оболочки, образованной отрицательно заряженными электронами. Общий заряд свободного атома* равен нулю, так как заряды ядра и электронной оболочки уравновешивают друг друга. При этом величина заряда ядра равна номеру элемента в периодической таблице (атомному номеру) и равна общему числу электронов (заряд электрона равен −1).

Атомное ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных частиц — нейтронов, не имеющих заряда. Обобщенные характеристики элементарных частиц в составе атома можно представить в виде таблицы:

Название частицы	Обозначение	Заряд	Масса
протон	p	+1	1
нейтрон	n	0	1
электрон	e−	−1	принимается равной 0

Число протонов равно заряду ядра, следовательно, равно атомному номеру. Чтобы найти число нейтронов в атоме, нужно от атомной массы (складывающейся из масс протонов и нейтронов) отнять заряд ядра (число протонов).

Например, в атоме натрия ²³Na число протонов p = 11, а число нейтронов n = 23 − 11 = 12

Число нейтронов в атомах одного и того же элемента может быть различным. Такие атомы называют изотопами.

Электронная оболочка атома также имеет сложное строение. Электроны располагаются на энергетических уровнях (электронных слоях).

Номер уровня характеризует энергию электрона. Связано это с тем, что элементарные частицы могут передавать и принимать энергию не сколь угодно малыми величинами, а определенными порциями — ква́нтами. Чем выше уровень, тем большей энергией обладает электрон. Поскольку чем ниже энергия системы, тем она устойчивее (сравните низкую устойчивость камня на вершине горы, обладающего большой потенциальной энергией, и устойчивое положение того же камня внизу на равнине, когда его энергия значительно ниже), вначале заполняются уровни с низкой энергией электрона и только затем — высокие.

Максимальное число электронов, которое может вместить уровень, можно рассчитать по формуле:
N = 2n², где N — максимальное число электронов на уровне,
n — номер уровня.

Тогда для первого уровня N = 2 · 1² = 2,

для второго N = 2 · 2² = 8 и т. д.

Число электронов на внешнем уровне для элементов главных (А) подгрупп равно номеру группы.

В большинстве современных периодических таблиц расположение электронов по уровням указано в клеточке с элементом. Очень важно понимать, что уровни читаются снизу вверх, что соответствует их энергии. Поэтому столбик цифр в клеточке с натрием:
1
8
2

следует читать так:

на 1-м уровне — 2 электрона,

на 2-м уровне — 8 электронов,

на 3-м уровне — 1 электрон
Будьте внимательны, очень распространенная ошибка!

Распределение электронов по уровням можно представить в виде схемы:
₁₁Na ) ) )
       ^{2  8  1}

Если в периодической таблице не указано распределение электронов по уровням, можно руководствоваться:

• максимальным количеством электронов: на 1-м уровне не больше 2 e⁻,
  на 2-м — 8 e⁻,
  на внешнем уровне — 8 e⁻;
• числом электронов на внешнем уровне (для первых 20 элементов совпадает с номером группы)

Тогда для натрия ход рассуждений будет следующий:

1. Общее число электронов равно 11, следовательно, первый уровень заполнен и содержит 2 e⁻;
2. Третий, наружный уровень содержит 1 e⁻ (I группа)
3. Второй уровень содержит остальные электроны: 11 − (2 + 1) = 8 (заполнен полностью)

---

* Ряд авторов для более четкого разграничения свободного атома и атома в составе соединения предлагают использовать термин «атом» только для обозначения свободного (нейтрального) атома, а для обозначения всех атомов, в том числе и в составе соединений, предлагают термин «атомные частицы». Время покажет, как сложится судьба этих терминов. С нашей точки зрения, атом по определению является частицей, следовательно, выражение «атомные частицы» можно рассматривать как тавтологию («масло масляное»).

2. Задача. Вычисление количества вещества одного из продуктов реакции, если известна масса исходного вещества.

Пример:

Какое количество вещества водорода выделится при взаимодействии цинка с соляной кислотой массой 146 г?

Решение:

1. Записываем уравнение реакции: Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑
2. Находим молярную массу соляной кислоты: M (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 (г/моль)
   (молярную массу каждого элемента, численно равную относительной атомной массе, смотрим в периодической таблице под знаком элемента и округляем до целых, кроме хлора, который берется 35,5)
3. Находим количество вещества соляной кислоты: n (HCl) = m / M = 146 г / 36,5 г/моль = 4 моль
4. Записываем над уравнением реакции имеющиеся данные, а под уравнением — число моль согласно уравнению (равно коэффициенту перед веществом):
           4 моль           x моль
   Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑
          2 моль            1 моль
5. Составляем пропорцию:
   4 моль — x моль
   2 моль — 1 моль
   (или с пояснением:
   из 4 моль соляной кислоты получится x моль водорода,
   а из 2 моль — 1 моль)
6. Находим x:
   x = 4 моль • 1 моль / 2 моль = 2 моль

Ответ: 2 моль.

автор: Владимир Соколов

1. Кто такие и где встречаются

Атомы — элементарные кирпичики вещества — устроены, на первый взгляд, очень просто. Внутри атома тяжелое и очень компактное ядро, вокруг которого движутся несколько электронов. Законы квантовой механики говорят, что электроны не могут двигаться как угодно, а должны образовывать определенную устойчивую конфигурацию, которая имеет наименьшую энергию и сама по себе уже не развалится. Эта конфигурация называется основным состоянием атома; практически все атомы вокруг нас — именно такие. Вся химия, всё многообразие веществ и материалов возникает из того, как взаимодействуют друг с другом атомы в основном состоянии.

Однако электронную конфигурацию можно «взбаламутить», посветив на атом светом или как-то иначе передав ему дополнительную энергию. Форма электронной оболочки изменится, полная энергия атома повысится, и атом перейдет в новое состояние, которое называется возбужденным. Опять же, по законам квантовой механики возбужденные состояния не могут быть какие угодно, они должны быть строго определенными, с некоторой дополнительной энергией, зависящей от типа возбуждения. Поэтому возбужденные состояния занимают определенные энергетические уровни, причем эта лесенка уровней энергии — своя для каждого сорта атомов.

Передав атому очень много лишней энергии, его можно возбудить настолько сильно, что электрон попросту от него оторвется и улетит прочь. Такой процесс называется ионизацией, а получившийся положительно заряженный «недоатом» — ионом. Оставшиеся у иона электроны можно возбуждать дальше, но только лесенка, — или, на научном языке, спектр — возбужденных уровней энергии у него уже будет отличаться от исходного атома. Экстремальный случай возбуждения — это когда у атома отбирают вообще все электроны, и от него остается лишь голое ядро. Так бывает либо при очень высокой температуре, либо в экстремальных условиях, например, при поглощении сверхмощной световой вспышки.

То, что у каждого сорта атомов и даже у каждого типа ионов одного элемента есть свой собственный спектр возбужденных состояний, — очень помогает физикам. Это дает им исключительно удобный метод диагностики на расстоянии, без непосредственного контакта, и самого вещества, и физических условий, в которых оно находится.

Например, в глубоком космосе встречаются огромные облака частично ионизированного газа. От него идет свет, в спектре которого встречаются многочисленные линии излучения или поглощения. Расшифровав эти спектры, можно найти в них «личную подпись» каждого типа ионов, находящихся в том далеком облаке. Сравнив интенсивность линий друг с другом, можно узнать, каких ионов там больше, а отсюда оценить температуру и плотность газа. Ну а если вдруг в спектре светящихся космических облаков встретится какая-то «анонимка» — линия излучения, не соответствующая ни одному известному иону, — это производит в физике настоящий фурор. Один пример такой ситуации, которая развивается прямо на наших глазах, см. в новостях В спектрах скоплений галактик обнаружена неизвестная линия излучения и Новые результаты не подтверждают загадочную рентгеновскую линию излучения

ИГЕМ РАН

ИГЕМ РАН

При однократном упругом рассеянии под большими углами и многократном малоугловом упругом рассеянии возникают отраженные электроны. Неупругое взаимодействие с электронами внешних оболочек атома мишени приводит к эмиссии этих, слабо связанных с ядром, электронов (так называемые вторичные электроны). Вблизи поверхности образца и, если их энергия больше энергии поверхностного барьера (2-6 эв), эти электроны могут покинуть образец. Из-за сильного поглощения выход вторичных электронов с глубины более 100Å маловероятен. Если вторичные электроны рекомбинируют с дырками, то генерируются фотоны с длиной волны в видимой и ИК-области спектра — наблюдается эффект люминесценции.

Неупругое взаимодействие с ядрами, при котором электроны пучка теряют энергию в кулоновском поле ядра атома, приводит к генерации тормозного (непрерывного) рентгеновского излучения. В результате неупругих соударений могут возникнуть ионизационные процессы внутренних электронных оболочек атома, приводящие к генерации характеристического рентгеновского излучения (ХРИ). В том случае, когда падающий электрон имеет достаточную энергию, он может выбить электрон с внутренних K-, L- или M-оболочек и перевести атом в возбужденное (ионизированное) состояние. Атом возвращается в обычное состояние в результате перехода электрона с наружной оболочки на вакансию внутренней. При этом генерируется квант рентгеновского излучения. Поскольку электроны находятся на дискретных энергетических уровнях, излучаемый рентгеновский квант будет также иметь дискретную величину. По этой причине длины волн ХРИ имеют определенные значения для атомов с заданным атомным номером. Обнаруженные при анализе характеристические рентгеновские линии указывают на присутствие данного элемента в образце. Сканирующая электронная микроскопия построена на регистрации одного или нескольких типов излучений, описанных выше. При этом в соответствии с типом регистрируемого излучения, мы получаем различную информацию об образце-мишени.

Отраженные электроны (back-scattering electrons, BSE)

Регистрация отраженных, или, что тоже самое, обратно-рассеянных, электронов используется, в зависимости от расположения детекторов, для характеристики топографии поверхности (редко) или для получения контраста по среднему атомному номеру мишени (по преимуществу). Поскольку отраженные электроны проникают на глубину меньше длины пробега электрона (0.n мкм), то пространственное разрешение в режиме регистрации ОЭ высоко. С увеличением среднего атомного номера образца растет упругое рассеяние электронов падающего пучка и, соответственно, доля отраженных электронов увеличивается. Отражение электронов от плоской массивной мишени однозначно зависит от атомного номера мишени, то есть изменение коэффициента отражения в зависимости от состава бинарной системы носит линейный характер и, для сильно различающихся по атомному номеру бинарных систем, возможен количественный анализ на основе отраженных электронов. Современные детекторы позволяют получать контраст лучше 0.1Z, что позволяет эффективно выявлять и изучать микронеоднородности мишени по составу. Однако, если образец имеет грубую поверхность, то выход отраженных электронов может селективно понижаться или повышаться в зависимости от положения пучка. В этих случаях интенсивность отраженных электронов также является функцией топографии поверхности образца.

Вторичные электроны (secondary electrons, SE)

Регистрация вторичных электронов (энергия меньше 50 эв) используются для получения топографии поверхности образца. Систематической зависимости величины вторичной эмиссии от атомного номера образца не наблюдается, хотя среднее значение растет с увеличением среднего Z. Максимальная глубина выхода для металлов примерно 10 Å, для диэлектриков примерно 100 Å. Обычно большая часть вторичных электронов эмитируется из области до половины максимальной глубины.

Тормозное рентгеновское излучение

Для анализа вещества с помощью электронного зонда тормозное излучение является помехой, фоном, ухудшающим пределы обнаружения элементов. При повышении напряжения первичного пучка электронов непрерывный спектр смещается в сторону коротких волн, а интенсивность его увеличивается. Также интенсивность непрерывного спектра увеличивается с ростом среднего атомного номера мишени.

Характеристическое рентгеновское излучение (ХРИ)

При возбуждении ХРИ одновременно появляются все спектральные линии (упрощенный спектр получается из-за ограниченного числа возможных переходов). Длина волны генерируемого ХРИ уменьшается с увеличением атомного номера. Регистрируя ХРИ от образца, можно определить качественный состав этого образца. Все методики количественного анализа основаны на использовании эталона известного состава. Интенсивность пика спектральной линии зависит от рабочего напряжения, потенциала возбуждения и тока пучка. Отношение ХРИ от элемента в образце и эталоне эквивалентно концентрации этого элемента в образце. Это положение является основой количественного анализа. В сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектральном микроанализе химический анализ осуществляется путем измерения энергии и интенсивности рентгеновского излучения. Вопросы, посвященные методам обнаружения, измерения рентгеновского излучения и преобразования соответствующих сигналов в форму, пригодную для проведения качественного и количественного анализа подробно описаны в литературе. Мы кратко остановимся на двух типах спектрометров, чаще всего используемых при РСМА.

До 1968 г. рентгеноспектральные измерения проводились с помощью кристалл-дифракционного спектрометра, или, как его еще называют, спектрометра с дисперсией по длинам волн (КДС). Небольшая часть рентгеновского излучения, генерируемого образцом, выходит из электронно-оптической камеры и падает на поверхность кристалла-анализатора, и дифрагирует в соответствии с законом Брэгга и регистрируется пропорциональным счетчиком. Шкала спектрометра градуируется либо непосредственно в длинах волн, либо в величинах, пропорциональных длинам волн, и идентификация элементов производится с помощью стандартных таблиц. Большинство рентгеноспектральных микроанализаторов и сканирующих электронных микроскопов может быть снабжено несколькими кристаллическими спектрометрами. Несколько спектрометров, каждый из которых имеет несколько кристаллов, необходимо не только для того, чтобы проводить анализ по нескольким элементам, но и для того, чтобы иметь разнообразие кристаллов для оптимизации условий анализа в различных диапазонах длин волн. Полупроводниковые детекторы рентгеновского излучения (ЭДС). В настоящее время полупроводниковые детекторы широко используются в сканирующих электронных микроскопах и рентгеновских микроанализаторах. Использование ЭДС в микроанализе имеет как явные преимущества перед волновыми спектрометрами, так и ряд недостатков. Кратко остановимся на принципе работы ЭДС. Рентгеновское излучение от образца проходит через тонкое бериллиевое окно (в настоящее время разработаны и другие типы окон, позволяющие фиксировать излучение от бериллия) в откачанную камеру, в которой содержится охлаждаемый германиевый, кремний-литиевый или кремний-дрейфовый детектор. Поглощение рентгеновского излучения провоцирует зарядный импульс, который после предусилителя и главного усилителя сигнал поступает в многоканальный анализатор, где происходит разделение импульсов по напряжению (которое остается пропорциональным энергии падающего излучения).

Сравнение кристалл-дифракционных спектрометров с полупроводниковыми детекторами рентгеновского излучения

Идеальные детекторы должны иметь малые размеры, быть дешевыми и простыми в эксплуатации, работать в широком диапазоне рентгеновских длин волн, иметь разрешение лучше, чем ширина измеряемой спектральной линии (несколько электронвольт), обеспечивать высокую скорость сбора данных без потерь информации. Ни кристалл-дифракционные спектрометры, ни кремний-литиевые детекторы в отдельности не отвечают всем этим требованиям. Но при совместном использовании эти две методики взаимно дополняют друг друга. Превосходное энергетическое разрешение КДС приводит к существенно более высокому отношению сигнал/фон и лучшей спектральной дисперсии. Это сводит к минимуму наложения спектральных линий друг на друга. Более низкое отношение пик/фон для ЭДС означает худшую чувствительность по сравнению с КДС, однако в областях спектра, где линии легко разделяются, эти два метода обладают близкой чувствительностью. Одним из наибольших преимуществ ЭДС является возможность одновременной регистрации рентгеновского излучения от всех элементов, регистрацию которых допускает детектор (для современных детекторов — начиная с бериллия). В кристалл-дифракционных спектрометрах качественный анализ осуществляется сканированием кристалла, ограничивая время сбора информации временем сканирования. Если для ЭДС качественный анализ спектра занимает первые секунды, то для КДС полный анализ спектра занимает несколько минут.

Возможности сканирующего электронного микроскопа GSM 5610LV

На нашем приборе возможна регистрация 3-х типов излучения, возникающих при взаимодействии пучка электронов с образцом. Это вторичные электроны (SE), обратно-рассеянные электроны (они же отраженные) (BSE) и характеристическое рентгеновское излучение. Причем BSE можно регистрировать в трех режимах – топо, компо и теневой (BSE TOPO, COMPO и SHADOW), которые отражают либо рельеф, либо контраст по составу. Режим SHADOW является вариантом режима COMPO но, в отличие от последнего, дает более объемное изображение. Есть возможность просмотра образцов без напыления, но с потерей качества и локальности в низковакуумном режиме.

Качественный анализ:

• Диапазон анализируемых элементов – с 4Be по 92U. Бериллий диагностируется при высоких концентрациях (примерно 50 вес.%).

• Качественный анализ с быстрой (достаточно 3-10 сек.) идентификацией всех присутствующих в образце элементов, как в точке, так и по площади. Локальность — 1-7 мкм, в зависимости от среднего атомного номера образца.

• Разделение наложенных характеристических пиков элементов.

• Построение карт, распределение элементов по площади.

• Построение профилей.

• Многофункциональный анализ изображений (оконтуривание, подсчет площадей, профилирование, цветокодирование и т.д.).

Количественный анализ:

• Осуществление полноценного количественного анализа в диапазоне элементов Na–U с использованием эталонов и пределом обнаружения 0.2–1.0 вес.% для полированных образцов.

• Количественный анализ бора, азота, кислорода, фтора возможен в исключительных случаях при использовании специальных методик.

• Возможность полуколичественного нормированного анализа для образцов неправильной формы.

Варианты подготовки образцов:

1. Порошок. Наносится тонким слоем на двухсторонний углеродный скотч. В случае необходимости напыляется углеродом.

2. Мелкие частицы. Клеятся индивидуально на двухсторонний углеродный скотч правильными дорожками для упрощения ориентации. По мере необходимости напыляются углеродом.

3. Полированные шлифы. Крепятся к электронно-микроскопическому столику и напыляются углеродом. Желательно предварительное обозначение искомых участков тушью.

4. Аншлифы. Толщина не должна превышать ~2 см, линейные размеры — ~7 см (при этом зона просмотра порядка 60 мм по центру). Аншлиф фиксируется в держателе методом вдавливания в скомканную алюминиевую фольгу. Исследуемая поверхность напыляется.

5. Образцы неправильной формы не должны превышать указанные выше размеры и по возможности иметь линейные размеры в пределах сантиметра и крепятся в держателе методом вдавливания в скомканную алюминиевую фольгу.

s-, p-, d-элементы / Справочник :: Бингоскул

Тема строения атома – это место встречи химии и квантовой физики. В атоме всё подчиняется строгим законам, но в то же время атом не совсем понятен для человеческого ума. Например, количество электронов строго равно количеству протонов, но невозможно точно сказать, в каком месте атома находится электрон. Шрёдингер рассматривал электрон как облако с отрицательным зарядом. Большинство своего времени электрон в отдельном участке атома – орбитали.

Все электроны в атоме расположены на своём расстоянии от ядра – в электронной оболочке. Электрон не может приблизиться к ядру, но и отдалиться тоже не может. Дело в том, что у электрона есть свой запас энергии. Чем её меньше, тем ближе от ядра располагается электрон. Электроны с одинаковым уровнем энергии группируются в один слой – энергетический уровень.

Главное квантовое число и энергетический уровень

Квантовые числа — это своеобразный код записи положения электрона в атоме. Если сравнить атом с домом, то квантовые числа – это адрес электрона: этаж, квартира, комната.

Электроны в атоме сосредоточены на энергетических уровнях – «этажах». Их нумеруют числами 1, 2, 3, … или буквами K, L, M, N, O, P, Q. Главное квантовое число n – это и есть номер энергетического уровня.

С удалением от ядра число электронов возрастает. Чем выше энергетический уровень, тем больше электронов на нём находится. Их максимальное число для каждого уровня определяется по формуле:

N = 2n²

• N – максимальное число электронов
• n – номер уровня (главное квантовое число)

На внешнем энергетическом уровне не может находиться больше 8 электронов. 

В энергетических уровнях также выделяют подуровни. Их количество также соответствует главному квантовому числу. Это напоминает расположение квартир в доме: на первом этаже располагается одна квартира, на втором – две, на третьем – три и т.д.

Номер уровня (n) и его буквенное обозначение	Количество подуровней	Максимальное количество электронов на уровне
1 К	1 (s)	2
2 L	2 (s, p)	8
3 M	3 (s, p, d)	18
4 N	4 (s, p, d, f)	32

 

Орбитальное (побочное), магнитное квантовые числа и форма орбитали

Конкретное место в атоме, «комната», в которой почти постоянно находится электрон, называется орбиталью. Орбитали напоминают облака разной формы из электронов. Подуровни и форму орбиталей обозначают латинскими буквами: s, p, d, f.

Эту схему предложил Бор, она помогает разобраться в строении атома, но не отражает реальной картины. Наши представления об атоме расходятся с реальностью. И выглядит это примерно так:

На первом энергетическом уровне есть только сферическая s-орбиталь. На втором энергетическом уровне появляются три p-орбитали. Их форма напоминает гантель или восьмёрку. На третьем энергетическом уровне уже есть пять d-орбиталей, которые как бы состоят из нескольких лепестков. На четвёртом уровне возникают семь f-орбиталей.

Форму орбиталей обозначают орбитальным (побочным) квантовым числом l (эль). Оно на единицу меньше главного квантового числа, то есть l = n – 1. Тогда получается, что орбитальное число единственной s-орбитали первого энергетического уровня равно нулю. Орбиталь p имеет число 1, орбиталь d – 2, f – 3.

Но как же располагаются орбитали внутри одного подуровня? Дело в том, что движущийся электрон создаёт магнитное поле, в котором по осям x, y, z ориентируются орбитали.

Сферическая s-орбиталь не имеет ориентации в пространстве. Три p-орбитали располагаются в трёх различных проекциях, d – в пяти, f – в семи проекциях. Другими словами, сколько орбиталей одного типа, столько и проекций.

Магнитное квантовое число ml показывает, какие проекции есть у орбитали. Количество таких вариантов определяется по формуле 2l+1.

Для s-орбитали l = 0 и ml = 0, так и получается, что сфера принимает только одно положение в пространстве.

Для p-орбитали l = 1, ml принимает три значения -l, 0, +l. При l = 3, магнитный момент принимает семь (2l + 1 = 7) значений: -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3.

Орбитально квантовое число I	Магнитное квантовое число II	Число орбиталей 2l + 1
0 (s)	0	1
1 (p)	-1, 0, 1	3
2 (d)	-2, -1, 0, 1, 2	5
3 (f)	-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3	7

Спин электрона

Еще два квантовых числа – спиновое и проекция спина – характеризуют уникальное квантовое свойство электрона. Спин не имеет аналогов в классической механике. Можно представить, что электрон вращается вокруг своей оси в одну или другую сторону.

Квантовые числа

Главное квантовое число	n = 1, 2, 3, …	Определяет общую энергию электрона на данной орбитали.
Орбитальное (побочное) квантовое число	l (любое целое число от 0 до n-1, где n — главное квантовое число.	Показывает различия в энергетическом состоянии электронов внутри одного уровня. Форма атомной орбитали.
Магнитное квантовое число	ml = от -1 до +1, включая 0, т.е. (2l + 1) значений.	Ориентация орбитали в пространстве.
Спиновое квантовое число	m
Проекция спина	ms	Показывает направление вращения электрона в атоме

В атомах первого периода таблицы Менделеева есть один энергетический уровень. В нём один или два электрона движутся по s-единственной орбитали.

В атомах второго периода появляется второй уровень. Он состоит из s-и p-подуровней. Второй s-подуровень – это тоже s-орбиталь, на p-подуровне есть три орбитали, которые по-разному расположены в пространстве. Каждая p-орбиталь вмещает 1 или 2 электрона, поэтому максимально на p-подуровне их может быть 6.

В атомах третьего периода появляется d-подуровень с пятью d-орбиталями, в атомах четвёртого периода – f-подуровень с семью f-орбиталями.

Как заполняются орбитали?

Электроны заполняют орбитали в соответствии с 3 принципами (правилами).

1. Принцип минимума энергии. Электрон «стремится» занять положени в атоме с наименьшей энергией. То есть электроны сначала «заселяют» низкоэнергетические орбитали. Рейтинг желаемых орбиталей выглядит так: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5р⁶6s²5d¹4f¹⁴… 
   Как будто электроны сначала выбирают малозаселённые этажи с небольшим количеством квартир.


2. Принцип Паули. В атоме не может быть двух электронов с одинаковыми свойствами. То есть на каждой орбитали может находиться либо один неспаренный электрон, либо два электрона с разными спинами. Это похоже на дорогу с двусторонним движением: либо едет один автомобиль, либо два, но навстречу друг другу.


3. Правило Хунда. Наиболее устойчивое (основное) состояние атома достигается тогда, когда на одном уровне находится как можно больше неспаренных электронов. Можно провести такую аналогию: электроны сначала селятся по одному, а потом ищут себе пару.

---

Смотри также:

2.1E: Электронные оболочки и модель Бора

Нильс Бор предложил раннюю модель атома как центрального ядра, содержащего протоны и нейтроны, вращающиеся вокруг электронов в оболочках.

Электронные оболочки и модель Бора

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Орбитали в модели Бора : Модель Бора была разработана Нильсом Бором в 1913 году. В этой модели электроны существуют внутри основных оболочек. Электрон обычно существует в оболочке с самой низкой доступной энергией, которая является ближайшей к ядру.Энергия фотона света может подтолкнуть его к более высокой энергетической оболочке, но эта ситуация нестабильна, и электрон быстро распадается обратно в основное состояние. В процессе высвобождается фотон света.

Как обсуждалось ранее, существует связь между количеством протонов в элементе, атомным номером, который отличает один элемент от другого, и количеством электронов, которые он имеет. Во всех электрически нейтральных атомах количество электронов равно количеству протонов.Каждый элемент, когда он электрически нейтрален, имеет количество электронов, равное его атомному номеру.

Ранняя модель атома была разработана в 1913 году датским ученым Нильсом Бором (1885–1962). Модель Бора показывает атом как центральное ядро, содержащее протоны и нейтроны, с электронами на круговых орбиталях на определенных расстояниях от ядра. Эти орбиты образуют электронные оболочки или уровни энергии, которые позволяют визуализировать количество электронов в различных оболочках. Эти уровни энергии обозначены числом и символом «n».Например, 1n представляет собой первый энергетический уровень, ближайший к ядру.

Электроны заполняют оболочки орбиты в последовательном порядке. В стандартных условиях атомы сначала заполняют внутренние оболочки (ближе к ядру), что часто приводит к переменному количеству электронов во внешней оболочке. Самая внутренняя оболочка имеет максимум два электрона, но следующие две электронные оболочки могут иметь максимум восемь электронов. Это известно как правило октетов, которое гласит, что, за исключением самой внутренней оболочки, атомы более энергетически стабильны, когда у них есть восемь электронов в их валентной оболочке, самой внешней электронной оболочке.Примеры некоторых нейтральных атомов и их электронных конфигураций показаны на рисунке. Как показано, гелий имеет полную внешнюю электронную оболочку с двумя электронами, заполняющими его первую и единственную оболочку. Точно так же неон имеет полную внешнюю 2n-оболочку, содержащую восемь электронов. Напротив, хлор и натрий имеют семь и один электрон на своих внешних оболочках соответственно. Теоретически они были бы более энергетически стабильными, если бы следовали правилу октетов и имели восемь.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Диаграммы Бора : Диаграммы Бора показывают, сколько электронов заполняет каждую главную оболочку.Элементы группы 18 (показаны гелий, неон и аргон) имеют полную внешнюю или валентную оболочку. Полная валентная оболочка — наиболее стабильная электронная конфигурация. Элементы в других группах имеют частично заполненные валентные оболочки и приобретают или теряют электроны для достижения стабильной электронной конфигурации.

Атом может приобретать или терять электроны для достижения полной валентной оболочки, наиболее стабильной электронной конфигурации. Периодическая таблица разделена на столбцы и строки в зависимости от количества электронов и их расположения, что позволяет понять, как электроны распределяются во внешней оболочке атома.Как показано на фиг.1, группа из 18 атомов гелия (He), неона (Ne) и аргона (Ar) заполнила внешние электронные оболочки, что делает ненужным приобретение или потеря электронов для достижения стабильности; они очень стабильны как отдельные атомы. Их инертность привела к тому, что они были названы инертными газами (или благородными газами). Для сравнения, элементы группы 1, включая водород (H), литий (Li) и натрий (Na), все имеют по одному электрону на своих внешних оболочках. Это означает, что они могут достичь стабильной конфигурации и заполненной внешней оболочки, отдав или потеряв электрон.В результате потери отрицательно заряженного электрона они становятся положительно заряженными ионами. Когда атом теряет электрон, чтобы стать положительно заряженным ионом, это обозначается знаком плюс после символа элемента; например Na ⁺ . Элементы группы 17, включая фтор и хлор, имеют семь электронов на своих внешних оболочках; они стремятся заполнить эту оболочку, получая электрон от других атомов, делая их отрицательно заряженными ионами. Когда атом получает электрон, чтобы стать отрицательно заряженным ионом, это обозначается знаком минус после символа элемента; например, F-.Таким образом, столбцы периодической таблицы представляют потенциальное общее состояние внешних электронных оболочек этих элементов, которое отвечает за их схожие химические характеристики.

Электронная конфигурация | Безграничная химия

Общие правила отнесения электронов к атомным орбиталям

Электроны атома существуют на дискретных атомных орбиталях, и электронная конфигурация атома может быть определена с помощью набора руководящих принципов.

Цели обучения

Определяет электронную конфигурацию элементов и ионов, определяя связь между электронными оболочками и подоболочками.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Если энергия атома увеличивается, электрон в атоме возбуждается. Чтобы вернуться в основное состояние, электрон высвобождает энергию. Энергия света, высвобождаемого при понижении уровня энергии электрона, равна разнице в энергии между двумя уровнями.
• Если смотреть просто, электроны расположены в оболочках вокруг ядра атома. Ближайшие к ядру электроны будут иметь самую низкую энергию.Электроны, находящиеся дальше от ядра, будут иметь более высокую энергию. Электронная оболочка атома может вместить 2n ² электронов (где n — уровень оболочки).
• В более реалистичной модели электроны движутся по атомным орбиталям или подоболочкам. Есть четыре различных формы орбиты: s, p, d и f. Внутри каждой оболочки подоболочка s имеет меньшую энергию, чем p. Орбитальная диаграмма используется для определения электронной конфигурации атома.
• Существуют рекомендации по определению электронной конфигурации атома.Электрон переместится на орбиталь с наименьшей энергией. Каждая орбиталь может содержать только одну электронную пару. Электроны будут максимально разделяться внутри оболочки.

Ключевые термины

• частота : Количество повторений повторяющегося события в единицу времени.
• квантование : процесс аппроксимации непрерывного сигнала набором дискретных символов или целых значений.

Энергия электронов на атомных орбиталях

Центральная структура атома — это ядро, которое содержит протоны и нейтроны.Это ядро ​​окружено электронами. Хотя все эти электроны имеют одинаковый заряд и одинаковую массу, каждый электрон в атоме имеет разное количество энергии. Электроны с наименьшей энергией находятся ближе всего к ядру, где сила притяжения положительно заряженного ядра наибольшая. Электроны с более высокой энергией находятся дальше.

Квантование энергии

Когда энергия атома увеличивается (например, когда вещество нагревается), энергия электронов внутри атома также увеличивается, то есть электроны возбуждаются.Чтобы возбужденный электрон вернулся к своей исходной энергии или основному состоянию, он должен высвободить энергию. Один из способов высвобождения энергии электроном — излучение света. Каждый элемент излучает свет определенной частоты (или цвета) при нагревании, что соответствует энергии электронного возбуждения.

Полезно думать об этом как о подъеме по лестнице. Если вы недостаточно поднимаете ногу, вы наткнетесь на ступеньку и застрянете на уровне земли. Чтобы двигаться дальше, нужно поднять ногу на высоту ступеньки.То же самое касается электронов и количества энергии, которое они могут иметь. Это разделение электронов на единицы энергии называется квантованием энергии, потому что есть только определенные количества энергии, которые электрон может иметь в атоме. Энергия света, высвобождаемого, когда электрон опускается с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень, такая же, как разница в энергии между двумя уровнями.

Электронные оболочки

Мы начнем с очень простого способа показать расположение электронов вокруг атома.Здесь электроны расположены на энергетических уровнях или оболочках вокруг ядра атома. Электроны, которые находятся на первом уровне энергии (уровень энергии 1), находятся ближе всего к ядру и будут иметь самую низкую энергию. Электроны, находящиеся дальше от ядра, будут иметь более высокую энергию. Электронная оболочка атома может вместить 2n ² электронов, где n — уровень энергии. Например, первая оболочка может вместить 2 x (1) ² или 2 электрона. Вторая оболочка может вместить 2 x (2) ² или 8 электронов.

Расположение электронов в атоме лития : Литий (Li) имеет атомный номер 3, что означает, что в нейтральном атоме количество электронов будет 3. Уровни энергии показаны в виде концентрических кругов вокруг центрального ядра. , а электроны размещены изнутри наружу. Первые два электрона находятся на первом энергетическом уровне, а третий электрон находится на втором энергетическом уровне.

Например, фтор (F) имеет атомный номер 9, что означает, что нейтральный атом фтора имеет 9 электронов.Первые 2 электрона находятся на первом энергетическом уровне, а остальные 7 находятся на втором энергетическом уровне.

Атомные орбитали

Хотя электроны можно представить просто как вращающиеся вокруг ядра кольцами, в действительности электроны движутся по гораздо более сложным путям. Эти пути называются атомными орбиталями или подоболочками. Есть несколько различных форм орбит — s, p, d и f — но пока мы сосредоточимся в основном на s- и p-орбиталях. Первый энергетический уровень содержит только одну s-орбиталь, второй энергетический уровень содержит одну s-орбиталь и три p-орбитали, а третий энергетический уровень содержит одну s-орбиталь, три p-орбитали и пять d-орбиталей.В пределах каждого энергетического уровня s-орбиталь имеет более низкую энергию, чем p-орбитали.

Орбитальная диаграмма : положения первых десяти орбит атома на энергетической диаграмме. Обратите внимание, что каждый блок может удерживать два электрона.

Орбитальная диаграмма помогает определить электронную конфигурацию элемента. Электронная конфигурация элемента — это расположение электронов в оболочках. Вот несколько рекомендаций по разработке этой конфигурации:

• Каждая орбиталь может содержать только два электрона.Электроны, которые встречаются вместе на орбитали, называются электронной парой.
• Электрон всегда будет пытаться войти на орбиталь с наименьшей энергией.
• Электрон может занимать орбиталь сам по себе, но он предпочел бы занять орбиталь с более низкой энергией вместе с другим электроном, прежде чем занимать орбиталь с более высокой энергией. Другими словами, в пределах одного энергетического уровня электроны заполнят s-орбиталь, прежде чем начнут заполнять p-орбитали.
• Подоболочка s может содержать 2 электрона.
• Р-подоболочки могут содержать 6 электронов.

Электронные конфигурации могут использоваться для рационализации химических свойств как в неорганической, так и в органической химии. Он также используется для интерпретации атомных спектров, метода, используемого для измерения энергии света, излучаемого элементами и соединениями.

Принцип наращивания (Aufbau)

Принцип Ауфбау определяет электронную конфигурацию атома путем добавления электронов к атомным орбиталям в соответствии с определенным набором правил.

Цели обучения

Запишите электронные конфигурации элементов в стандартных обозначениях.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Правило Маделунга определяет порядок заполнения атомных орбиталей электронами. Электроны заполняют орбитали, начиная с самого низкого доступного энергетического состояния, прежде чем заполнять более высокие состояния.
• Процедура Aufbau: Определите количество электронов для интересующего атома. Заполните доступные орбитали, начиная с самых низкоэнергетических уровней, и избегайте спаривания электронов на одной орбитали, пока это не понадобится.
• Обозначение конфигурации электронов описывает уровни энергии, орбитали и количество электронов.Число и буква описывают уровень энергии и орбиталь соответственно, а число в верхнем индексе показывает, сколько электронов находится на этой орбитали.
• Принцип Aufbau хорошо работает для первых 18 элементов, но затем становится менее полезным.

Ключевые термины

• Принцип исключения Паули : квантово-механический принцип, согласно которому никакие два идентичных фермиона (частицы с полуцелым спином) не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии одновременно.

Атомы создаются за счет добавления электронов

Хотя ядро ​​атома очень плотное, электроны вокруг него могут занимать различные положения, которые можно описать как электронную конфигурацию.Электронную конфигурацию элемента можно представить с помощью диаграмм уровней энергии или диаграмм Ауфбау. Принцип Aufbau (от немецкого Aufbau , означающего «построение, строительство») описывает метод построения модели, в котором атом «строится» путем постепенного добавления электронов. По мере добавления электронов они принимают наиболее устойчивые оболочки по отношению к ядру и уже имеющимся электронам.

Заполнение диаграммы Aufbau

Порядок заполнения орбиталей определяется правилом Маделунга.Правило основано на общем количестве узлов на атомной орбитали, n + ℓ, которое связано с энергией. В этом контексте n представляет главное квантовое число, а ℓ представляет азимутальное квантовое число. Значения ℓ = 0, 1, 2, 3 соответствуют меткам s, p, d и f соответственно. Согласно принципу, электроны заполняют орбитали, начиная с самых низких доступных энергетических состояний, прежде чем заполнять более высокие состояния (например, за 1 секунду до 2 секунд).

Правило упорядочивания энергии Маделунга : Порядок, в котором орбитали располагаются путем увеличения энергии в соответствии с Правилом Маделунга.Каждая диагональная стрелка чтения соответствует разному значению n + l.

На диаграмме Ауфбау для обозначения электронов используются стрелки. Когда на орбитали два электрона, они называются электронной парой. Электронные пары показаны стрелками, указывающими в противоположных направлениях. Согласно принципу исключения Паули, два электрона на орбитали не будут вращаться одинаково. То есть диаграмма Ауфбау использует стрелки, указывающие в противоположных направлениях. Стрелка, указывающая вверх, означает, что электрон вращается в одну сторону, а стрелка, указывающая вниз, означает, что электрон вращается в другую сторону.Если на орбитали только один электрон, этот электрон называется неспаренным электроном.

Диаграмма Ауфбау для лития : Электронная конфигурация лития, показанная на диаграмме Ауфбау

Следующие шаги подробно описывают, как нарисовать диаграмму Ауфбау:

1. Определите количество электронов в атоме.
2. Заполните s-орбиталь на первом энергетическом уровне (1s-орбиталь) первыми двумя электронами.
3. Заполните s-орбиталь второго энергетического уровня (2s-орбиталь) вторыми двумя электронами.
4. Поместите по одному электрону в каждую из трех p-орбиталей второго энергетического уровня (2p-орбитали), а затем, если электроны еще остались, вернитесь и поместите второй электрон на каждую из 2p-орбиталей, чтобы сформировать электронные пары.
5. Продолжайте таким образом через каждый из последовательных уровней энергии, пока не будут вытянуты все электроны.

Диаграмма Ауфбау для фтора : Диаграмма Ауфбау, показывающая электронную конфигурацию фтора.

Стандартное обозначение электронной конфигурации

Для записи электронной конфигурации атома используется специальный тип записи. Обозначения описывают уровни энергии, орбитали и количество электронов в каждом. Например, электронная конфигурация лития 1s ² 2s ¹ . Число и буква описывают уровень энергии и орбиталь, а число над орбиталью показывает, сколько электронов находится на этой орбитали. Используя стандартные обозначения, электронная конфигурация фтора 1s ² 2s ² 2p ⁵ .

Ограничения Aufbau

Принцип Ауфбау основан на идее, что порядок орбитальных энергий фиксирован — как для данного элемента, так и между различными элементами. Это предположение приблизительно верно — достаточно, чтобы принцип был полезен, — но не является физически разумным. Он моделирует атомные орбитали как «ящики» с фиксированной энергией, в которые можно поместить не более двух электронов. Однако энергия электрона на атомной орбитали зависит от энергий всех других электронов атома.

В водородоподобном атоме, который имеет только один электрон, s-орбиталь и p-орбитали одной и той же оболочки на диаграмме Ауфбау имеют в точности одинаковую энергию. Однако в реальном атоме водорода энергетические уровни немного расщеплены магнитным полем ядра. Поскольку каждый атом имеет разное количество протонов в ядре, магнитное поле отличается, что изменяет притяжение каждого электрона. В общем, принцип Ауфбау очень хорошо работает для основных состояний атомов для первых 18 элементов, а затем постепенно уменьшается для следующих 100 элементов.

Interactive: Уровни энергии атома водорода : Вероятное расположение электрона вокруг ядра атома называется орбиталью. Форма орбитали зависит от энергетического состояния электрона. У нейтрального атома водорода один электрон. Щелкните поля, чтобы установить энергию этого электрона и увидеть форму орбиты, описывающую, где вы, вероятно, найдете этот электрон вокруг ядра.

Правило Хунда

Правило Хунда определяет поведение неспаренных электронов валентной оболочки, обеспечивая понимание реакционной способности и стабильности атома.

Цели обучения

Применить правило Хунда и обосновать его использование для определения электронных конфигураций атомов в основном состоянии

Основные выводы

Ключевые моменты

• Правило Хунда гласит, что каждая орбиталь на подуровне занята отдельно до того, как любая орбиталь будет занята дважды, и все электроны на однократно занятых орбиталях имеют одинаковый спин.
• Электроны располагаются так, чтобы минимизировать энергию их взаимодействия.Они всегда будут занимать пустую орбиталь, прежде чем объединятся в пары, чтобы минимизировать отталкивание. У неспаренных электронов одинаковые спины, потому что они реже встречаются, если движутся в одном направлении, чем если движутся в противоположных направлениях.
• Чтобы избежать путаницы, ученые всегда рисуют первый электрон и любой другой неспаренный электрон на орбитали как «вращение вверх».
• Электронные конфигурации помогают прогнозировать реакцию определенных элементов. Атом наиболее реактивен, когда его валентная оболочка не заполнена, и наиболее устойчив, когда его валентные орбитали заполнены.Элементы с одинаковым количеством валентных электронов часто обладают схожими свойствами.

Ключевые термины

• отталкивание : Сила, которая отталкивает два тела друг от друга.
• Правило Хунда : Правило, которое гласит, что большее состояние полного спина обычно делает полученный атом более стабильным.
• квантово-механический расчет : Раздел физики, изучающий материю и энергию на уровне атомов и других элементарных частиц и заменяющий классические ньютоновские механизмы вероятностными.

Связь с принципом Aufbau

Электроны сначала заполнят орбитали с самой низкой энергией, а затем переместятся на орбитали с более высокой энергией только после того, как орбитали с более низкой энергией заполнятся. Это называется принципом Ауфбау в честь ученого, предложившего эту концепцию. Хотя последствия очевидны для орбиталей с различным главным квантовым числом (n), которые явно имеют разную энергию, порядок заполнения менее ясен для вырожденных подуровней. Например, для бора через неон порядок заполнения электронами 2p-орбиталей следует правилу Хунда.

Правило Хунда гласит:

1. Каждая орбиталь на подуровне занята отдельно, прежде чем любая орбиталь будет занята дважды.
2. Все электроны на однократно заполненных орбиталях имеют одинаковый спин.

Разъяснение правила Хунда

Согласно первому правилу, электроны всегда занимают пустую орбиталь, прежде чем они образуют пару. Электроны заряжены отрицательно и, как следствие, отталкиваются друг от друга. Электроны стремятся минимизировать отталкивание, занимая свою собственную орбиталь, а не разделяя орбиталь с другим электроном.Кроме того, квантово-механические расчеты показали, что электроны на однократно занятых орбиталях менее эффективно экранируются или экранируются от ядра.

Согласно второму правилу, неспаренные электроны на однократно заполненных орбиталях имеют одинаковые спины. Если все электроны вращаются в одном направлении, они встречаются реже, чем если бы некоторые из них вращались в противоположных направлениях. В последнем случае увеличивается сила отталкивания, разделяющая электроны. Следовательно, выровненные спины имеют меньшую энергию.

С технической точки зрения, первый электрон на подуровне может иметь либо «вращение вверх», либо «вращение вниз». После выбора спина первого электрона на подуровне спины всех других электронов на этом подуровне зависят от этого первого выбора. Чтобы избежать путаницы, ученые всегда рисуют первый электрон и любой другой неспаренный электрон на орбитали как «вращение вверх».

Применение правила Хунда

Например, возьмем электронную конфигурацию для углерода: 2 электрона объединятся в пары на орбитали 1s, 2 электрона объединятся в пары на орбитали 2s, а оставшиеся 2 электрона будут помещены на орбитали 2p.Правильная орбитальная диаграмма, подчиняющаяся правилу Хунда, будет указывать на то, что два 2p-электрона не спарены на двух из трех доступных орбиталей, причем обе имеют «вращение вверх». Поскольку электроны всегда занимают пустую орбиталь до того, как они заполнятся, было бы неправильно втягивать два 2p-электрона на одну и ту же орбиталь, оставляя открытые орбитали незаполненными.

Пример правила Хунда : Орбитальная диаграмма углерода, показывающая правильное применение правила Хунда.

Другой пример: кислород имеет 8 электронов.Электронную конфигурацию можно записать как 1s ² 2s ² 2p ⁴ . Орбитальная диаграмма нарисована следующим образом: первые 2 электрона объединятся в пары на орбитали 1s; следующие 2 электрона объединятся в пары на 2s орбитали. Остается 4 электрона, которые необходимо разместить на 2p-орбиталях. Согласно правилу Хунда, все орбитали будут заняты по отдельности, прежде чем какая-либо будет занята дважды. Таким образом, каждая из двух p-орбиталей получит 1 электрон, а одна — 2 электрона. Правило Хунда также говорит нам, что все неспаренные электроны должны иметь одинаковый спин.Придерживаясь соглашения, все неспаренные электроны нарисованы как «вращение вверх».

Применение правила Хунда : Орбитальная диаграмма для кислорода, который имеет четыре 2p-электрона, показывает правильное применение правила Хунда.

Назначение электронных конфигураций

Когда атомы входят в контакт друг с другом, в первую очередь взаимодействуют внешние электроны этих атомов или валентная оболочка. Атом наименее устойчив (и, следовательно, наиболее реактивен), когда его валентная оболочка не заполнена.Валентные электроны в значительной степени ответственны за химическое поведение элемента. Элементы, которые имеют одинаковое количество валентных электронов, часто имеют схожие химические свойства.

Электронные конфигурации также могут предсказывать стабильность. Атом наиболее стабилен (и, следовательно, не реагирует), когда все его орбитали заполнены. Самые стабильные конфигурации — это те, которые имеют полный уровень энергии. Эти конфигурации встречаются в благородных газах. Благородные газы — очень стабильные элементы, которые не вступают в реакцию с другими элементами.

Электронные конфигурации могут помочь сделать прогнозы о способах реакции определенных элементов, а также о химических соединениях или молекулах, которые образуют различные элементы. Эти принципы помогают понять поведение всех химических веществ, от самых основных элементов, таких как водород и гелий, до самых сложных белков (огромных биологических химических веществ, состоящих из тысяч различных атомов, связанных вместе), обнаруженных в организме человека.

Эффект защиты и эффективный ядерный заряд

Эффект экранирования, приблизительно равный эффективному заряду ядра, возникает из-за внутренних электронов, экранирующих валентные электроны от ядра.

Цели обучения

Вычислить эффективные ядерные заряды валентных электронов.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Эффект экранирования описывает баланс между притяжением протонов к валентным электронам и силами отталкивания от внутренних электронов.
• Эффект экранирования объясняет, почему электроны валентной оболочки легче удаляются из атома. Эффект также объясняет размер атома. Чем больше экранирование, тем дальше может распространяться валентная оболочка и тем крупнее будут атомы.
• Эффективный заряд ядра — это чистый положительный заряд валентных электронов. Его можно аппроксимировать уравнением: Z _eff = Z — S, где Z — атомный номер, а S — количество экранирующих электронов.

Ключевые термины

• катион : положительно заряженный ион, в отличие от аниона.
• валентная оболочка : внешняя оболочка электронов в атоме; эти электроны участвуют в связывании с другими атомами.
• теория отталкивания электронных пар валентной оболочки : Набор правил, используемых для предсказания формы отдельных молекул.
• основных электронов : Те, которые не являются частью валентной оболочки и как таковые, не участвуют в связывании.
• ядро ​​: положительно заряженная центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов.
• эффективный ядерный заряд : Тот, который испытывает электрон в многоэлектронном атоме, обычно меньше для электронов, которые экранированы остовными электронами.
• анион : отрицательно заряженный ион, в отличие от катиона.

Эффект защиты

Электроны в атоме могут защищать друг друга от притяжения ядра. Этот эффект, называемый эффектом экранирования, описывает уменьшение притяжения между электроном и ядром в любом атоме с более чем одной электронной оболочкой. Чем больше электронных оболочек, тем больше экранирующий эффект, испытываемый удаленными электронами.

В водородоподобных атомах, которые имеют только один электрон, суммарная сила, действующая на электрон, равна силе электрического притяжения ядра.Однако, когда задействовано больше электронов, каждый электрон (в n-оболочке) ощущает не только электромагнитное притяжение от положительного ядра, но также силы отталкивания от других электронов в оболочках от 1 до n-1. Это приводит к тому, что суммарная электростатическая сила, действующая на электроны во внешних оболочках, становится значительно меньшей по величине. Следовательно, эти электроны не так сильно связаны, как электроны, расположенные ближе к ядру.

Эффект экранирования объясняет, почему электроны валентной оболочки легче удаляются из атома.Ядро может стягивать валентную оболочку сильнее, когда притяжение сильное, и менее тугое, когда притяжение ослаблено. Чем сильнее экранирование, тем дальше может распространяться валентная оболочка. В результате атомы будут больше.

Пример

Почему цезий больше элементарного натрия?

Элемент натрия имеет электронную конфигурацию 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ¹ . Внешний энергетический уровень n = 3 и имеется один валентный электрон.Притяжение между этим одиноким валентным электроном и ядром с 11 протонами экранируется другими 10 остовными электронами.

Электронная конфигурация для цезия 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6с ¹ . Хотя в атоме цезия больше протонов, также гораздо больше электронов, защищающих внешний электрон от ядра.Поэтому крайний электрон, 6s ¹ , удерживается очень слабо. Из-за экранирования ядро ​​имеет меньший контроль над этим электроном 6s ¹ , чем над электроном 3s ¹ .

Эффективный ядерный заряд

Величину экранирующего эффекта сложно точно рассчитать. В качестве приближения мы можем оценить эффективный заряд ядра на каждом электроне.

Диаграмма эффективного ядерного заряда : Диаграмма концепции эффективного ядерного заряда на основе электронного экранирования.

Эффективный заряд ядра (часто обозначаемый как Z _eff или Z *) — это суммарный положительный заряд, испытываемый электроном в многоэлектронном атоме. Термин «эффективный» используется потому, что экранирующий эффект отрицательно заряженных электронов не позволяет электронам с более высокой орбиты испытывать полный заряд ядра.

Эффективный заряд ядра электрона определяется следующим уравнением:

Z _эфф = Z — S

где Z — количество протонов в ядре (атомный номер), а S — количество электронов между ядром и рассматриваемым электроном (количество невалентных электронов).

Пример

Рассмотрим нейтральный атом неона (Ne), катион натрия (Na ⁺ ) и анион фтора (F ^— ). Каков эффективный ядерный заряд для каждого?

Начните с определения количества невалентных электронов, которое можно определить из электронной конфигурации.

Ne имеет 10 электронов. Электронная конфигурация: 1s ² 2s ² 2p ⁶ . Валентная оболочка — это оболочка 2, содержащая 8 валентных электронов.Таким образом, количество невалентных электронов равно 2 (всего 10 электронов — 8 валентных). Атомный номер неона 10, следовательно:

.

Z _eff (Ne) = 10-2 = 8+

Флурин имеет 9 электронов, но F ^— получил электрон и, следовательно, имеет 10. Электронная конфигурация такая же, как и для неона, а количество невалентных электронов равно 2. Атомный номер для F ^— равен 9, поэтому:

Z _eff (F ^— ) = 9 — 2 = 7+

У натрия 11 электронов, но ион Na ⁺ потерял электрон и, следовательно, имеет 10 электронов.И снова электронная конфигурация такая же, как в предыдущих примерах, а количество невалентных электронов равно 2 (при потере одного электрона валентная оболочка становится оболочкой с n = 2). Атомный номер Na ⁺ — 11, следовательно:

.

Z _eff (Na ⁺ ) = 11-2 = 9+

В каждом из приведенных выше примеров (Ne, F ^— , Na ⁺ ) у атома 10 электронов, но эффективный заряд ядра меняется, потому что каждый из них имеет свой атомный номер.Катион натрия имеет наибольший эффективный заряд ядра, в результате чего электроны удерживаются максимально плотно, и поэтому Na ⁺ имеет наименьший атомный радиус.

Диамагнетизм и парамагнетизм

Диамагнитные атомы имеют только спаренные электроны, тогда как парамагнитные атомы, которые можно сделать магнитными, имеют по крайней мере один неспаренный электрон.

Цели обучения

Отличить диамагнетик от парамагнитных атомов.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Каждый раз, когда два электрона имеют одну и ту же орбиталь, их спиновые квантовые числа должны быть разными.Когда два электрона объединяются в пары на орбитали или их общий спин равен 0, они являются диамагнитными электронами. Атомы со всеми диамагнитными электронами называются диамагнитными атомами.
• Парамагнитный электрон — это неспаренный электрон. Атом считается парамагнитным, если даже одна орбиталь имеет чистый спин. У атома может быть десять диамагнитных электронов, но пока у него есть один парамагнитный электрон, он по-прежнему считается парамагнитным атомом.
• Диамагнитные атомы отталкивают магнитные поля.Непарные электроны парамагнитных атомов перестраиваются в ответ на внешние магнитные поля и поэтому притягиваются. Парамагнетики не сохраняют намагниченность в отсутствие магнитного поля, поскольку тепловая энергия хаотизирует ориентацию спина электронов.

Ключевые термины

• квантовое число : Одно из определенных целых или полуцелых чисел, которые определяют состояние квантово-механической системы (например, электрона в атоме).
• лантаноид : Любой из 14 редкоземельных элементов от церия (или лантана) до лютеция в периодической таблице.Поскольку их внешние орбитали пусты, у них очень похожий химический состав. Под ними — актиниды.
• диамагнетик : Материалы, которые создают индуцированное магнитное поле в направлении, противоположном внешнему магнитному полю, и поэтому отталкиваются приложенным магнитным полем.
• парамагнитный : материалы, которые притягиваются внешним магнитным полем и образуют внутренние индуцированные магнитные поля в направлении приложенного магнитного поля.
• MRI : Магнитно-резонансная томография, метод медицинской визуализации, используемый в радиологии для исследования анатомии и физиологии тела как в состоянии здоровья, так и при заболеваниях.

Диамагнетизм

Диамагнитная левитация : Небольшой (~ 6 мм) кусок пиролитического графита (материал, похожий на графит), парящий над массивом постоянных золотых магнитов (5-миллиметровые кубы на куске стали). Обратите внимание, что полюса магнитов выровнены по вертикали и чередуются (два с севером вверх и два с югом вверх по диагонали).

Каждый раз, когда два электрона имеют одну и ту же орбиталь, их спиновые квантовые числа должны быть разными. Другими словами, один из электронов должен иметь «спин вверх» с [latex] m_s = + \ frac {1} {2} [/ latex], а другой электрон должен иметь «спин вниз» с [ латекс] m_s = — \ frac {1} {2} [/ latex]. Это важно, когда дело доходит до определения полного спина электронной орбитали. Чтобы решить, сокращаются ли спины электронов, сложите их спиновые квантовые числа. Когда два электрона объединяются в пары на орбитали или их общий спин равен 0, они называются диамагнитными электронами.

Думайте о вращении как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. Если одно вращение вращается по часовой стрелке, а другое — против часовой стрелки, то два направления вращения уравновешивают друг друга и не остается никакого вращения. Обратите внимание, что все это означает с точки зрения электронов, разделяющих орбиталь: поскольку электроны на одной и той же орбитали всегда имеют противоположные значения для своих квантовых чисел спина (m _s ), они всегда в конечном итоге компенсируют друг друга. Другими словами, на орбитали, содержащей два электрона, не остается никакого спина.

Спин электрона очень важен для определения магнитных свойств атома. Если все электроны в атоме спарены и делят свою орбиталь с другим электроном, то полный спин на каждой орбитали равен нулю, и атом является диамагнитным. Диамагнитные атомы не притягиваются к магнитному полю, а скорее слегка отталкиваются.

Парамагнетизм

Электроны, которые находятся на одной орбите, называются парамагнитными электронами. Помните, что если электрон находится один на орбитали, орбиталь имеет чистый спин, потому что спин одиночного электрона не компенсируется.Если даже одна орбиталь имеет чистый спин, весь атом будет иметь чистый спин. Следовательно, атом считается парамагнитным, если он содержит хотя бы один парамагнитный электрон. Другими словами, у атома может быть 10 спаренных (диамагнитных) электронов, но до тех пор, пока у него есть один неспаренный (парамагнитный) электрон, он по-прежнему считается парамагнитным атомом.

Так же, как диамагнитные атомы слегка отталкиваются от магнитного поля, парамагнитные атомы слегка притягиваются к магнитному полю.Парамагнитные свойства обусловлены перестройкой путей электронов, вызванной внешним магнитным полем. Парамагнетики не сохраняют никакой намагниченности в отсутствие приложенного извне магнитного поля, потому что тепловое движение рандомизирует ориентацию спина. Более сильные магнитные эффекты обычно наблюдаются только при участии d- или f-электронов. Величина магнитного момента атома лантаноида может быть довольно большой, так как он может переносить до семи неспаренных электронов в случае гадолиния (III) (отсюда его использование в МРТ).

физическая химия — Можем ли мы сравнить электронные оболочки с орбитами планет вокруг Солнца?

Мы можем сравнивать орбитали электронов с орбиталями планет, и хотя это не идеальная модель, она может быть полезной (например, рассмотрение скоростей электронов аналогично планетным скоростям, подверженных релятивистским эффектам Почему золото — золото ?). Один из способов использования — найти скорость убегания электрона, рассматривая его как планету, пытающуюся покинуть орбиту.Так что да, мы можем провести такое сравнение.

Во-вторых, ответ на ваш вопрос многослойный. В математике 5 + 5 + 5 + 5 + 5 эквивалентно тому, что 5×5 можно рассматривать как 5 строк по 5, всего 25 объектов. В качестве альтернативы это может быть представлено как 5 ² , а позже мы знаем, что при умножении на ту же основу вы складываете индексы: 5 ¹ x 5 ¹ = 5 ^{1 + 1} = 5 ²

Аналогичным образом, поверхностно при условии, что на оболочку может быть только 2n ² электронов, где n — номер оболочки.Для первой оболочки 1 ¹ = 1, поэтому 2n ² = 2×1 = 2 Это также дает второй оболочке вместимостью 8 (2x2x2), а третьей — 18 (2x3x3).

На более глубоком уровне, в квантовой механике, электроны имеют 4 квантовых числа (http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_number), которые являются координатами (n, l, m _l , m _s ). Любой электрон в атоме может быть представлен как комбинация этих 4 квантовых чисел. Первый, n, — это номер оболочки, как и раньше.Средние 2 числа, L и m _L являются сложными, но в конечном итоге приводят к части уравнения n ² .

Последнее число m _s — его спин. Электрон может иметь спин «вверх» или «вниз», возможны только 2 состояния. Отсюда 2 происходит в 2xn ² , поскольку для каждой комбинации (n, l, m _l ) есть две возможности: одна, где четвертая равна 0 (что означает вращение « вниз »), и другая, когда это 1 (где спин — вверх). Из-за принципа исключения Паули (http: // en.wikipedia.org/wiki/Pauli_exclusion_principle), никакие два электрона не могут иметь одинаковые квантовые числа. Это означает, что по крайней мере один из 4 должен отличаться. Из-за этого, как только все комбинации первых двух средних чисел были заполнены в оболочке, и после того, как было заполнено равное число с противоположным спином (но теми же двумя средними квантовыми числами), первое число n должно измениться. чтобы разместить больше электронов. Это устанавливает предел для электронов на оболочку как 2n ² .

Имейте в виду, что предел 2n ² применяется только к оболочкам, отличным от валентной оболочки (самой внешней оболочки).Валентная оболочка управляется правилом октетов, которое устанавливает предел 8 для самой внешней оболочки. Этим также управляют орбитали и энергия, заполняющая оболочки, но это требует более глубокого понимания.

атомов — Есть ли разница между энергетическими уровнями и электронными оболочками?

Введение

Абсолютные уровни энергии всех электронов в атоме различны и будут слегка сдвигаться при добавлении или удалении электронов. Однако верно, что, вообще говоря, наборы электронов в атоме будут иметь тенденцию иметь уровни энергии, очень близко сгруппированные вместе, с большими различиями в энергии по сравнению с другими наборами электронов в атомах.Мы говорим, что все эти электроны находятся на одном уровне энергии. С другой стороны, избирательные оболочки связаны с математикой орбиталей электронов и тесно связаны, но не одинаковы. Если на этом этапе вы хотите избежать «расщепления волос», разница в следующем —

.

Уровни энергии

Каждый электрон в атоме принадлежит к уровню энергии, на котором все электроны на этом уровне имеют почти одинаковую энергию, но между уровнями есть большие различия в энергии.Если бы вы удалили все электроны из атома, а затем вернули бы их один за другим, вы бы обнаружили, что можете поместить только 2 на самый нижний уровень, а затем 8 на следующий. Вместимость первых пяти уровней — 2, 8, 8, 18, 18 в указанном порядке. Это соответствует количеству атомов в каждом из первых пяти периодов периодической таблицы и помогает объяснить свойства элементов в периодической таблице. Это делает «уровни энергии» очень полезной идеей. Таким образом, уровни энергии меняются от 1 до 5 в течение первых 5 периодов таблицы Менделеева, и, говоря простым языком, полные уровни энергии имеют тенденцию быть «желанными» атомами.

Электронные оболочки

Электронные оболочки немного разные, но тесно связаны. Они пронумерованы, как и уровни энергии. Первая оболочка — это первый энергетический уровень. Точно так же вторая оболочка — это второй энергетический уровень. Но после этого все усложняется, и здесь может возникнуть путаница. За исключением первой оболочки, каждая оболочка состоит из дополнительных оболочек. Эти суб-оболочки составляют каждый энергетический уровень, но суб-оболочки могут принадлежать к разным пронумерованным уровням энергии, начиная с оболочки 3 и далее.Чтобы добавить немного деталей. Есть 3 вида оболочек, 3 способа удовлетворения квантовой математики для связанных электронов в первые 5 периодов. Имеются оболочки с метками «s», «p» и «d». В математике для них есть «числа оболочки». Для оболочки с номером «1» математика допускает только «s» -оболочки. Для оболочки номер 2 разрешены s-оболочки и p-оболочки, а для оболочки номер 3 разрешены s, p и d-оболочки. S-оболочки могут принимать 2 электрона, p-оболочки 6 электронов и d-оболочки 10. Таким образом, уровень 1 оболочки имеет 2 электрона, уровень 2, 8 (2 + 6 = 8) электронов и уровень 3, 18 (2 + 6 + 10 = 18) электронов, давая схему 2, 8, 18.Это явно отличается от уровней энергии, и чтобы узнать почему, мы должны больше узнать о суб-оболочках. Подоболочки записываются первым номером оболочки, вторым типом оболочки и третьим числом электронов, фактически находящихся в этой оболочке (обычно в виде верхнего индекса). Таким образом, электроны водорода будут равны 1s1, а гелий — 1s2. Для второго энергетического уровня Li будет 1s2 2s1, а далее по периоду — углерод, 1s2 2s2 2p2, имеющий шесть электронов. В конце периода Неон будет иметь два полных уровня энергии, записанных как 1s2 2s2 2p6.(Часто нижние полные оболочки игнорируются, поэтому Неон будет записан 2s2 2p6.) До сих пор «номера оболочек» электронов совпадали с уровнями энергии. Однако третий энергетический уровень имеет только оболочки 3s и 3p, а не 3d. Это потому, что 3d-оболочка имеет уровень энергии между 4s и 4p. Таким образом, подоболочка 3d принадлежит к уровню энергии 4. Точно так же подоболочка 4d имеет энергетический уровень между подоболочками 5s и 5p. Эти дополнительные 10 электронов на уровнях энергии 4 и 5 создают блок переходного металла в периодической таблице.

Заключение

Оболочки и уровни энергии происходят из свойств атомных электронов, но один исходит из математики электронных орбиталей, а другой — из энергии, которую электроны принимают в этих подоболочках. Это означает, что обращение к уровням энергии как к «оболочкам» приведет к путанице, когда понимание «суб-оболочек» необходимо для лучшего понимания химии периодической таблицы.

Электронные оболочки — Атомный номер, массовое число и изотопы — Редакция GCSE Chemistry (Single Science) — Другое

Электроны расположены в различных оболочках вокруг ядра.Каждая последующая оболочка может содержать только определенное количество электронов.

Самая внутренняя оболочка заполняется первой. Эта оболочка может содержать максимум двух электронов. Вторая оболочка может содержать максимум восемь электронов. Когда он заполнен, электроны переходят в третью оболочку, которая также содержит максимум восемь электронов. Затем начинает наполняться четвертая оболочка.

атом 906 л, пример 906 л 906 , имеет три электрона.У него два в первой оболочке и одна во второй оболочке. У атома углерода шесть электронов. Он имеет два в первом корпусе и четыре во втором корпусе.

Электронное устройство лития Электронное устройство углерода

Атом кальция имеет 20 электронов. Два находятся в первом корпусе, восемь — во втором, восемь — в третьем и два — в четвертом.

Разница между подоболочкой оболочки и орбитальной

Основное различие — Shell vs Subshell vs Orbital

Атом — это основная единица, из которой состоит материя.В прошлом ученые считали, что атомы нельзя разделить дальше. Но более поздние открытия раскрыли информацию о субатомных частицах, которая указала на то, что атомы можно разделить на субатомные частицы. Три основных субатомных частицы — это электроны, протоны и нейтроны. Протоны и нейтроны вместе составляют ядро, которое является центральным ядром атома. Электроны находятся в непрерывном движении вокруг этого ядра. Мы не можем определить точное местоположение электрона; однако электроны движутся определенными путями.Термины оболочка, подоболочка и орбиталь относятся к наиболее вероятным путям, по которым электрон может двигаться. Основное различие между подоболочкой оболочки и орбиталью состоит в том, что оболочек состоят из электронов с одним и тем же главным квантовым числом, а подоболочки состоят из электронов с одинаковым квантовым числом углового момента, тогда как орбитали состоят из электронов, находящихся на одном уровне энергии. но есть разные вращения.

Основные зоны покрытия

1.Что такое оболочка
— Определение, структура и свойства
2. Что такое вспомогательная оболочка
— Определение, структура и свойства
3. Что такое орбиталь
— Определение, структура, и свойства
4. Чем отличается подоболочка оболочки от орбитальной
— Сравнение основных различий

Ключевые термины: атом, электроны, орбиталь, квантовое число, оболочка, подоболочка

Что такое Shell

Оболочка — это путь, по которому электроны движутся вокруг ядра атома.Их также называют энергетическими уровнями, поскольку эти оболочки расположены вокруг ядра в соответствии с энергией, из которой состоит электрон в этой оболочке. Оболочка с наименьшей энергией находится ближе всего к ядру. Следующий энергетический уровень находится за пределами этой оболочки.

Чтобы распознать эти оболочки, они называются K, L, M, N и т. Д. Оболочка на самом низком энергетическом уровне — K-оболочка. Но ученые назвали эти оболочки с помощью квантовых чисел. Каждая оболочка имеет собственное квантовое число.Квантовое число, указанное для оболочек, называется главным квантовым числом. Тогда оболочка на самом низком уровне энергии n = 1.

Не все оболочки содержат одинаковое количество электронов. Самый низкий уровень энергии может содержать максимум 2 электрона. Следующий энергетический уровень может содержать до 8 электронов. Существует закономерность количества электронов, которые может удерживать оболочка. Этот образец представлен ниже.

Энергетическая оболочка	Максимальное количество электронов
Первый	2
Второй	8
Третий

Главное квантовое число (n)	Максимальное количество электронов
п = 1	2
п = 2	8
п = 3	18
п = 4	32
п = 5	32
п = 6	32

Следовательно, максимальное количество электронов, которое может удерживать любая оболочка, равно 32.В любой оболочке не может быть более 32 электронов. Более высокие оболочки могут содержать больше электронов, чем более низкие оболочки.

Наличие этих оболочек указывает на то, что энергия атома квантована. Другими словами, существуют дискретные значения энергии для электронов, которые движутся вокруг ядра.

Рисунок 1: Атомные оболочки

Электроны в этих оболочках могут переноситься с одной оболочки на другую путем поглощения или высвобождения энергии. Количество поглощаемой или высвобождаемой энергии должно быть равно разнице энергий между двумя оболочками.В противном случае этот переход не произошел бы.

Что такое подоболочка

Подоболочка — это область, в которой электрон движется внутри оболочки. Они названы в соответствии с квантовым числом углового момента. В оболочке можно найти 4 основных типа подоболочек. Они называются s, p, d, f. Каждая подоболочка состоит из нескольких орбиталей. Количество орбиталей в подоболочках указано ниже.

Дополнительная оболочка	Количество орбиталей	Максимальное количество электронов
с	1	2
п.	3	6
д	5	10
f	7	14

Эти подоболочки также расположены в соответствии с энергией, из которой они состоят.На более низких оболочках порядок возрастания энергии подоболочек s

Рисунок 02: Формы подоболочек

Эти подоболочки имеют уникальную трехмерную структуру. Подоболочка имеет сферическую форму. Р подоболочка имеет форму гантели. Эти формы приведены выше.

Что такое орбитальный

Орбиталь — это математическая функция, описывающая волнообразное поведение электрона. Другими словами, термин «орбиталь» объясняет точное движение электрона.Подоболочка состоит из орбиталей. Количество орбиталей подоболочки зависит от подоболочки. Это означает, что количество орбиталей, присутствующих в подоболочке, является уникальной особенностью подоболочки.

Дополнительная оболочка	Количество орбиталей
с	1
п.	3
д	5
f	10

Однако одна орбиталь может содержать не более двух электронов.Эти электроны находятся на одном уровне энергии, но отличаются друг от друга своим спином. У них всегда противоположные вращения. Когда электроны заполняют орбитали, они заполняются в соответствии с правилом Хунда. Это правило указывает, что каждая орбиталь в подоболочке однократно занята электронами до того, как какая-либо орбиталь станет двойной связью.

Рисунок 3: Формы d-орбиталей

На изображении выше показаны формы d-орбиталей. Поскольку одна подоболочка d состоит из 5 орбиталей, на изображении выше показаны 5 различных форм этих орбиталей.

Разница между подоболочкой и орбитальной оболочкой

Определение

Оболочка: Оболочка — это путь, по которому электроны движутся вокруг ядра атома.

Подоболочка: Подоболочка — это путь, по которому электрон движется внутри оболочки.

Орбиталь: Орбиталь — это математическая функция, описывающая волнообразное поведение электрона.

Название квантового числа

Оболочка: Оболочке дается главное квантовое число.

Подоболочка: Подоболочке присваивается квантовое число углового момента.

Орбиталь: Орбитали дается магнитное квантовое число.

Максимальное количество электронов

Оболочка: Оболочка может содержать до 32 электронов.

Подоболочка: Максимальное количество электронов, которое может содержать подоболочка, зависит от типа подоболочки.

Орбиталь: Максимальное количество электронов, которое может удерживать орбиталь, равно 2.

Заключение

Атом состоит из электронов, протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны находятся в ядре. Электроны образуют облако вокруг ядра. В этом электронном облаке есть электроны, которые находятся в постоянном движении. Дальнейшие открытия показали, что это не просто облако. Есть квантованные уровни энергии, по которым движутся электроны. Они выглядят как пути для движения электронов. Для описания этих путей используются термины оболочки, подоболочки и орбитали. Основное различие между подоболочкой оболочки и орбиталью состоит в том, что оболочки состоят из электронов с одним и тем же главным квантовым числом, а подоболочки состоят из электронов с одним и тем же квантовым числом углового момента, тогда как орбитали состоят из электронов, находящихся на одном уровне энергии, но иметь разные вращения.

Артикулы:

1. Эндрю Рейдер. «Всегда в движении». Основы химии, доступно здесь. Проверено 25 августа 2017 г.
2. «GCSE Bitesize: структура атома». BBC, BBC, доступно здесь. По состоянию на 25 августа 2017 г.

Изображение предоставлено:

1. «Bohr-atom-PAR» Автор JabberWok из англоязычной Википедии (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia
2. «D-орбитали» Автор CK-12 Foundation — Файл: High School Chemistry.pdf, стр. 271 (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia

Электронных конфигураций элементов

Легче понять конфигурацию и валентность электронов, если вы действительно видите электроны, окружающие атомы.Для этого у нас есть диаграммы электронных оболочек.

Вот диаграммы атомов электронной оболочки для элементов, упорядоченных по возрастанию атомного номера.

Для каждой диаграммы атома электронной оболочки символ элемента указан в ядре. Показаны электронные оболочки, движущиеся наружу от ядра. Последнее кольцо или оболочка электронов содержит типичное количество валентных электронов для атома этого элемента. Атомный номер и имя элемента указаны в верхнем левом углу. В правом верхнем углу показано количество электронов в нейтральном атоме.Помните, что нейтральный атом содержит одинаковое количество протонов и электронов.

Изотоп определяется количеством нейтронов в атоме, которое может быть равно количеству протонов — или нет.

Ион атома — это ион, в котором количество протонов и электронов не одинаково. Если протонов больше, чем электронов, атомный ион имеет положительный заряд и называется катионом. Если электронов больше, чем протонов, ион имеет отрицательный заряд и называется анионом.

Показаны элементы от атомного номера 1 (водород) до 94 (плутоний). Однако легко определить конфигурацию электронов для более тяжелых элементов, составив диаграмму.

Водород

Грег Робсон / CC BY 2.0

Гелий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Литий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Литий — первый элемент, в который добавлена ​​дополнительная электронная оболочка. Помните, валентные электроны находятся во внешней оболочке.Заполнение электронных оболочек зависит от их орбитали. Первая орбиталь (орбиталь s ) может содержать только два электрона.

Бериллий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Бор

Грег Робсон / CC BY 2.0

Углерод

Грег Робсон / CC BY 2.0

Азот

Грег Робсон / CC BY 2.0

Кислород

Грег Робсон / CC BY 2.0

Фтор

Грег Робсон / CC BY 2.0

Неон

Грег Робсон / CC BY 2.0

Натрий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Магний

Грег Робсон / CC BY 2.0

Алюминий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Кремний

Грег Робсон / CC BY 2.0

фосфор

Грег Робсон / CC BY 2.0

Сера

Грег Робсон / CC BY 2.0

Хлор

Грег Робсон / CC BY 2.0

Аргон

Грег Робсон / CC BY 2.0

Калий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Кальций

Грег Робсон / CC BY 2.0

Скандий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Титан

Грег Робсон / CC BY 2.0

Ванадий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Хром

Грег Робсон / CC BY 2.0

Марганец

Грег Робсон / CC BY 2.0

Утюг

Грег Робсон / CC BY 2.0

Кобальт

Грег Робсон CC BY 2.0

Никель

Грег Робсон / CC BY 2.0

Медь

Грег Робсон / CC BY 2.0

цинк

Грег Робсон / CC BY 2.0

Галлий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Германий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Мышьяк

Грег Робсон / CC BY 2.0

Селен

Грег Робсон / CC BY 2.0

Бром

Грег Робсон / CC BY 2.0

Криптон

Грег Робсон / CC BY 2.0

Рубидий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Стронций

Грег Робсон / CC BY 2.0

Иттрий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Цирконий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Ниобий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Молибден

Грег Робсон / CC BY 2.0

Технеций

Грег Робсон / CC BY 2.0

Рутений

Грег Робсон / CC BY 2.0

Родий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Палладий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Серебро

Грег Робсон / CC BY 2.0

Кадмий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Индий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Олово

Грег Робсон / CC BY 2.0

Сурьма

Грег Робсон / CC BY 2.0

Теллур

Грег Робсон / CC BY 2.0

Йод

Грег Робсон / CC BY 2.0

Ксенон

Грег Робсон / CC BY 2.0

Цезий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Барий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Лантан

Грег Робсон / CC BY 2.0

Церий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Празеодим

Грег Робсон / CC BY 2.0

Неодим

Грег Робсон / CC BY 2.0

Прометий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Самарий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Европий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Гадолиний

Грег Робсон / CC BY 2.0

Тербий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Диспрозий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Гольмий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Эрбий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Тулий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Иттербий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Лютеций

Грег Робсон / CC BY 2.0

Гафний

Грег Робсон / CC BY 2.0

Тантал

Грег Робсон / CC BY 2.0

Вольфрам

Грег Робсон / CC BY 2.0

Рений

Грег Робсон / CC BY 2.0

Осмий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Иридий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Платина

Грег Робсон / CC BY 2.0

Золото

Грег Робсон / CC BY 2.0

Меркурий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Таллий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Свинец

Грег Робсон / CC BY 2.0

висмут

Грег Робсон / CC BY 2.0

Полоний

Грег Робсон / CC BY 2.0

Астатин

Грег Робсон / CC BY 2.0

Радон

Грег Робсон / CC BY 2.0

Франций

Грег Робсон / CC BY 2.0

Радий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Актиний

Грег Робсон / CC BY 2.0

Торий

Грег Робсон / CC BY 2.0

Протактиний

Грег Робсон / CC BY 2.0

Уран

Грег Робсон / CC BY 2.0

Нептуний

Грег Робсон / CC BY 2.0

Плутоний

Грег Робсон / CC BY 2.0 .