رنگ آمیزی ترکیبات پیچیده نمونه هایی از حل مسئله پیکربندی الکترونیکی یون zn2

مهمترین دستاورد TCT توضیح خوب دلایل رنگ خاص ترکیبات پیچیده است. قبل از اینکه بخواهیم دلیل پیدایش رنگ در ترکیبات پیچیده را توضیح دهیم، به یاد بیاوریم که نور مرئی است تابش الکترومغناطیسیکه طول موج آن در محدوده 400 تا 700 نانومتر است. انرژی این تابش با طول موج آن نسبت معکوس دارد:

E = h×n = h×c/l

انرژی 162 193 206 214 244 278 300

E، kJ/mol

طول موج 760 620 580 560 490 430 400

به نظر می رسد که انرژی تقسیم شدن سطح d توسط یک میدان کریستالی، که با نماد D نشان داده می شود، به همان ترتیب قدر انرژی یک فوتون نور مرئی است. بنابراین، کمپلکس های فلزات واسطه می توانند نور را در ناحیه مرئی طیف جذب کنند. فوتون جذب شده الکترون را از سطح انرژی پایین تر اوربیتال های d به سطح بالاتر تحریک می کند. اجازه دهید این را با استفاده از مثال 3+ توضیح دهیم. تیتانیوم (III) تنها دارای 1 الکترون D است؛ این مجموعه تنها یک پیک جذب در ناحیه مرئی طیف دارد. حداکثر شدت 510 نانومتر. نور در این طول موج باعث می شود که یک الکترون d از سطح انرژی پایین تر اوربیتال های d به سطح بالایی حرکت کند. در نتیجه جذب تابش، مولکول ماده جذب شده از حالت پایه با حداقل انرژی E 1 به حالت انرژی بالاتر E 2 می رود. انرژی برانگیختگی بر روی سطوح انرژی ارتعاشی فردی مولکول توزیع می شود و به انرژی حرارتی تبدیل می شود. انتقال های الکترونیکیکه به دلیل جذب کوانتوم های کاملاً مشخص انرژی نور ایجاد می شود، با وجود نوارهای جذب کاملاً مشخص مشخص می شود. علاوه بر این، جذب نور تنها در صورتی اتفاق می‌افتد که انرژی کوانتوم جذب شده با اختلاف انرژی DE بین سطوح انرژی کوانتومی در حالت‌های نهایی و اولیه مولکول جذب‌کننده منطبق باشد:

DE = E 2 – E 1 = h×n = h×c/l،

که در آن h ثابت پلانک است. n فرکانس تابش جذب شده است. c سرعت نور است. l طول موج نور جذب شده است.

هنگامی که یک نمونه از یک ماده با نور روشن می شود، پرتوهای بازتاب شده از تمام رنگ هایی که نمونه جذب نمی کند وارد چشم ما می شود. اگر نمونه ای نور با تمام طول موج ها را جذب کند، پرتوها از آن منعکس نمی شوند و چنین جسمی برای ما سیاه به نظر می رسد. اگر نمونه اصلا نور را جذب نکند، آن را سفید یا بی رنگ می بینیم. اگر یک نمونه تمام پرتوها را به جز نارنجی جذب کند، نارنجی به نظر می رسد. گزینه دیگری ممکن است - نمونه ممکن است نارنجی به نظر برسد حتی زمانی که پرتوهای همه رنگ ها به جز آبی وارد چشم ما شود. برعکس، اگر نمونه ای فقط پرتوهای نارنجی را جذب کند، آبی به نظر می رسد. آبی و نارنجی را رنگ های مکمل می نامند.

توالی رنگ های طیفی: به هر Oشکارچی ومی خواهد ساعتنه، جی de بامی رود fاذان - بهقرمز، Oدامنه، ورنگ زرد، ساعتسبز ، جیآبی، باآبی ، افرنگ بنفش

برای یک کمپلکس آبی 3+ مقدار عددی D calc. = 163 kJ/mol مربوط به حد تابش قرمز مرئی است، بنابراین محلول های آبی نمک Fe 3+ عملا بی رنگ هستند. Hexacyanoferrate (III) دارای D dist است. = 418 کیلوژول بر مول، که مربوط به جذب در قسمت آبی-بنفش طیف و بازتاب در رنگ زرد-نارنجی است. محلول های حاوی یون های هگزاسیانوفرات (III) زرد با رنگ نارنجی هستند. مقدار D 3+ در مقایسه با 3- کوچک است که منعکس کننده انرژی اتصال نه چندان بالای Fe 3 + -OH 2 است. انرژی بالای برش 3- نشان می دهد که انرژی اتصال Fe 3 + -CN بیشتر است و بنابراین انرژی بیشتری برای حذف CN مورد نیاز است. از داده‌های تجربی مشخص شده است که مولکول‌های H2O در کره هماهنگی 3+ طول عمر متوسطی در حدود 10-2 ثانیه دارند و پیچیده 3- لیگاندهای CN را به آرامی حذف می‌کند.

بیایید به چندین مثال نگاه کنیم که به ما امکان می دهد با استفاده از TCP مشکلات را حل کنیم.

مثال:یون کمپلکس trans-+ نور را عمدتاً در ناحیه قرمز طیف - 640 نانومتر جذب می کند. رنگ این مجموعه چیست؟

راه حل: از آنجایی که مجموعه مورد نظر نور قرمز را جذب می کند، رنگ آن باید سبز و مکمل قرمز باشد.

مثال:یون های A1 3+، Zn 2+ و Co 2+ در محیط هشت وجهی لیگاندها قرار دارند. کدام یک از این یون ها می تواند نور مرئی را جذب کند و در نتیجه برای ما رنگی به نظر برسد؟

راه حل: یون A1 3+ دارای پیکربندی الکترونیکی است. از آنجایی که الکترون d خارجی ندارد، رنگی نیست. یون Zn 2+ دارای پیکربندی الکترونیکی است - 3d 10. در این حالت تمام اوربیتال های d با الکترون پر می شوند. اوربیتالهای d x 2– y2 و d x 2 نمی توانند الکترونی برانگیخته شده از سطح انرژی پایین اوربیتالهای d xy , d yz , d xz را بپذیرند. بنابراین کمپلکس Zn 2+ نیز بی رنگ است. یون Co 2+ دارای پیکربندی الکترونیکی است - d 7. در این حالت، می‌توان یک الکترون d را از سطح انرژی پایین اوربیتال‌های d xy، d yz، d xz به سطح انرژی بالای اوربیتال‌های d x 2–y2 و d x2 منتقل کرد. بنابراین، کمپلکس یون Co 2+ رنگی است.

مثال:چگونه می توان توضیح داد که چرا رنگ مجتمع های دیامغناطیس 3+، 3+، 3- نارنجی است، در حالی که رنگ مجتمع های پارامغناطیس 3–، 0 آبی است؟

راه حل: رنگ نارنجی کمپلکس ها نشان دهنده جذب در قسمت آبی-بنفش طیف است، یعنی. در ناحیه طول موج کوتاه بنابراین، تقسیم برای این مجتمع ها یک مقدار بزرگ است که تعلق آنها را به مجتمع های کم اسپین (D>P) تضمین می کند. جفت شدن الکترون (پیکربندی d 6، هر شش الکترون در سطح فرعی t 2g) به دلیل این واقعیت است که لیگاندهای NH 3 , en , NO 2 - متعلق به سمت راست سری طیف شیمیایی است. بنابراین، هنگام کمپلکس، یک میدان قوی ایجاد می کنند. رنگ آمیزی گروه دوم از مجتمع ها به رنگ آبی به این معنی است که آنها انرژی زرد قرمز را جذب می کنند، یعنی. بخش موج بلند طیف از آنجایی که طول موجی که کمپلکس نور را در آن جذب می کند، میزان شکافت را تعیین می کند، می توان گفت که مقدار D در این مورد نسبتاً کوچک است (D<Р). Это и понятно: лиганды F – и H 2 O находятся в левой части спектрохимического ряда и образуют слабое поле. Поэтому энергии расщепления D в данном случае недостаточно для спаривания электронов кобальта (III) и электронная конфигурация в этом случае - t 4 2g ,е 2 g , а не t 6 2g e 0 g .

مثال:با استفاده از نظریه میدان کریستالی، توضیح دهید که چرا یون کمپلکس در محلول آبی بی رنگ است و 2 به رنگ سبز است؟

راه حل : پیچیده - تشکیل شده توسط کاتیون مس Cu + با پیکربندی الکترونیکی 3d 10 4s 0، همه اوربیتال های d پر شده اند، انتقال الکترون غیرممکن است، بنابراین محلول رنگی نیست. مجتمع 2- توسط کاتیون Cu 2+ تشکیل می شود که پیکربندی الکترونیکی آن 3d 9 4s 0 است، بنابراین یک جای خالی در سطح فرعی d- وجود دارد. انتقال الکترون ها با جذب نور در سطح فرعی d رنگ کمپلکس را تعیین می کند. کمپلکس‌های آبی مس (C) در محلول آبی رنگ آبی دارند؛ ورود یون‌های کلرید به کره داخلی کمپلکس منجر به تشکیل کمپلکس مخلوط لیگاند می‌شود که باعث تغییر رنگ محلول به سبز می‌شود.

مثال: با استفاده از روش پیوند ظرفیت، با در نظر گرفتن تئوری میدان کریستالی، نوع هیبریداسیون اتم مرکزی را تعیین کرده و شکل هندسی مجتمع ها را پیش بینی کنید:

- + -

راه حل: اجازه دهید از بین کمپلکس های مشخص شده ترکیبات تشکیل شده توسط E + را انتخاب کنیم، اینها عبارتند از:

+ - 3-

- + .

پیوند شیمیایی در این کمپلکس ها توسط یک مکانیسم دهنده-گیرنده تشکیل می شود؛ اهداکنندگان الکترون لیگاندها هستند: مولکول های آمونیاک و یون های سیانید (لیگاندهای تک دندانه ای) و یون های تیوسولفات (لیگاند دوتایی). گیرنده الکترون کاتیون E + است. پیکربندی الکترونیکی (n-1)d 10 ns 0 np 0 . در تشکیل دو پیوند با لیگاندهای تک دندانه، اوربیتال های ns- و np خارجی شرکت می کنند، نوع هیبریداسیون اتم مرکزی sp است، شکل هندسی کمپلکس ها خطی است، الکترون های جفت نشده وجود ندارد، یون دیامغناطیس است. . هنگامی که چهار پیوند دهنده - گیرنده با لیگاند دوتایی تشکیل می شود، یک اوربیتال s و سه اوربیتال p از اتم مرکزی در MBC شرکت می کنند، نوع هیبریداسیون sp 3 است، شکل هندسی مجموعه چهار وجهی است، در آنجا هیچ الکترون جفت نشده ای نیست.

گروه دوم مجتمع ها:

- - - 3+

توسط یک یون طلا (III) تشکیل شده است که پیکربندی الکترونیکی آن 5d 8 6s 0 است. لیگاندهای دخیل در تشکیل کمپلکس ها را می توان مطابق با سری طیف شیمیایی لیگاندها به ضعیف تقسیم کرد: یون های کلرید و برمید و قوی: یون های آمونیاک و سیانید. مطابق با قانون هوند، دو الکترون جفت نشده در اوربیتال های 5d وجود دارد و آنها در طول تشکیل پیوندهای دهنده-پذیرنده با لیگاندهای میدان ضعیف حفظ می شوند. برای تشکیل پیوندها، کاتیون طلا یک اوربیتال 6s و سه اوربیتال 6p فراهم می کند. نوع هیبریداسیون اتم مرکزی sp 3. ساختار فضایی یون کمپلکس چهار وجهی است. دو الکترون جفت نشده وجود دارد، کمپلکس پارامغناطیس است.

تحت تأثیر لیگاندهای میدان قوی، الکترون های یون طلا (III) با آزاد شدن یک اوربیتال 5 بعدی جفت می شوند. یک اوربیتال 5d-، یک 6s- و دو اوربیتال 6p از اتم مرکزی در تشکیل چهار پیوند دهنده-گیرنده شرکت می کنند. هیبریداسیون نوع dsp 2. این منجر به ساختار مربع مسطح یون پیچیده می شود. هیچ الکترون جفت نشده ای وجود ندارد، کمپلکس ها دیامغناطیس هستند.

رنگ محلول یک کمپلکس به ترکیب، ساختار آن بستگی دارد و با طول موج l max مربوط به حداکثر باند جذب، شدت باند تعیین می شود، که بستگی به این دارد که آیا انتقال الکترونیکی مربوط به کوانتومی-شیمیایی ممنوع است یا خیر. و تار شدن باند جذب که به تعدادی پارامتر مانند ساختار الکترونیکی مجموعه، شدت حرکت حرارتی در سیستم، درجه اعوجاج شکل هندسی منظم چند وجهی هماهنگی و غیره بستگی دارد.

مثال 1. بار عامل کمپلکس کننده در ترکیب NO 2 را تعیین کنید. برای این ارتباط یک نام بگذارید.

راه حل

کره بیرونی CS از یک آنیون NO تشکیل شده است، بنابراین، بار کل کره داخلی +1 است، یعنی +. کره داخلی شامل دو گروه لیگاند NH 3 و Cl - است. درجه اکسیداسیون عامل کمپلکس کننده با نشان داده می شود ایکسو معادله را حل کنید

1 = 1ایکس+ 0·4 + 2·(–1). از اینجا ایکس = +1.

بنابراین، CS یک کاتیون پیچیده است. نام ترکیب: کبالت دی کلروتترآمین نیتریت (+1).

مثال 2. چرا یون + ساختار خطی دارد؟

راه حل

بار عامل کمپلکس کننده را در یک یون کمپلکس مشخص تعیین کنید

1 = 1ایکس+ 0·2. از اینجا ایکس = +1.

ساختار الکترونیکی سطوح فرعی ظرفیت یون مس با پیکربندی 3 مطابقت دارد د 10 4س 0 4آر 0 . از 3 د - سطح فرعی شامل جای خالی نیست، سپس یک 4 سو یکی 4 پاوربیتال هایی که بر اساس نوع هیبرید می شوند sp. این نوع هیبریداسیون (به جدول 1 مراجعه کنید) با ساختار خطی مجتمع مطابقت دارد.

مثال 3. نوع هیبریداسیون یون مرکزی AO و ساختار هندسی کمپلکس 2- را تعیین کنید.

راه حل

پیکربندی الکترونیکی یون مرکزی Hg 2+: 5 د 10 6س 0 6آر 0، و مدار گرافیکی الکترونیکی را می توان به صورت زیر نشان داد

پیوند شیمیایی بر اساس مکانیسم دهنده-پذیرنده تشکیل می شود، جایی که هر یک از چهار لیگاند دهنده (یون های کلر) یک جفت الکترون (فلش های چین دار) را فراهم می کند، و عامل کمپلکس کننده (یون Hg 2+) AO رایگان را فراهم می کند: یک 6 سو سه 6 پ JSC

بنابراین، در این یون پیچیده، هیبریداسیون sp3 ao صورت می گیرد که در نتیجه پیوندها به سمت رئوس چهار وجهی هدایت می شوند و یون 2- دارای ساختار چهار وجهی است.

مثال 4. یک نمودار انرژی برای تشکیل پیوندها در کمپلکس 3 ترسیم کنید و نوع هیبریداسیون اوربیتال های اتم مرکزی را نشان دهید. این مجتمع چه خواص مغناطیسی دارد؟

راه حل

پیکربندی الکترونیکی یون مرکزی Fe 3+:…3 د 5 4س 0 4پ 0 4د 0 . شش لیگاند تک دندانی CN - یک میدان هشت‌وجهی قوی ایجاد می‌کند و شش پیوند σ را تشکیل می‌دهد و جفت‌های تک الکترون اتم کربن را به AO آزاد عامل کمپلکس‌کننده Fe 3+ ارائه می‌کند، در حالی که انحطاط AO 3 حذف می‌شود. دزیرسطح عامل کمپلکس نمودار انرژی مجتمع به نظر می رسد

دسری γ

Fe 3+ :…3 د 5

دسری ε

پنج 3 د-الکترون ها به طور کامل در اوربیتال 3 توزیع شده اند دسری ε، زیرا انرژی شکافی که در طول برهمکنش با لیگاندهای میدان بالا ایجاد می‌شود، برای حداکثر جفت شدن الکترون کافی است. موجود 3 د, 4سو 4 R-اوربیتال ها در معرض دید قرار می گیرند د 2 sp 3-هیبریداسیون و تعیین ساختار هشت وجهی مجموعه. این مجموعه پارامغناطیس است، زیرا یک الکترون جفت نشده وجود دارد

د 2 sp 3

مثال 5. یک نمودار انرژی برای تشکیل پیوندها در مجتمع ترسیم کنید - و نوع هیبریداسیون را نشان دهید.

راه حل

فرمول الکترونیکی Cr 3+: …3 د 3 4س 0 4پ 0 4د 0 . لیگاندهای تک دندانه F - چهار پیوند σ را تشکیل می دهند، لیگاندهای میدان ضعیف هستند و یک میدان چهار وجهی ایجاد می کنند.

دسری ε

دسری γ

رایگان دو 3 د، یک 4 سو یکی 4 آرعوامل کمپلکس AO بر اساس نوع هیبرید می شوند د 2 spدر نتیجه، یک مجموعه پارامغناطیسی از پیکربندی چهار وجهی تشکیل می شود.

مثال 6. توضیح دهید که چرا یون 3 پارامغناطیس و یون 3 دیامغناطیس است.

راه حل

فرمول الکترونیکی کمپلکس کننده Co 3+: ...3 د 6. در میدان هشت وجهی لیگاندهای F (لیگاند میدان ضعیف)، شکافتن جزئی رخ می دهد. د-سطح فرعی، بنابراین الکترون ها AO را مطابق با قانون هاند پر می کنند (شکل 3 را ببینید). در این حالت، چهار الکترون جفت نشده وجود دارد، بنابراین یون 3– پارامغناطیس است. هنگامی که یون 3- با مشارکت یک لیگاند با میدان بالا (یون CN-) تشکیل می شود، انرژی تقسیم می شود. د-سطح فرعی آنقدر قابل توجه خواهد بود که از انرژی دافعه بین الکترونی الکترون های جفت شده فراتر خواهد رفت. الکترون ها AO یون Co 3+ را با نقض قانون Hund پر می کنند (شکل 4 را ببینید). در این حالت، تمام الکترون ها جفت می شوند و خود یون دیامغناطیس است.

مثال 7برای یون 3+، انرژی تقسیم 167.2 کیلوژول مول -1 است. رنگ ترکیبات کروم (III) در محلول های آبی چیست؟

راه حل

برای تعیین رنگ یک ماده، طول موج جذب نور را تعیین می کنیم

یا نانومتر

بنابراین، یون 3+ نور را در قسمت قرمز طیف، که مربوط به رنگ سبز ترکیب کروم (III) است، جذب می کند.

مثال 8. اگر حجم مساوی از محلول 0.001 M - حاوی لیگاندی به همین نام CN - را با غلظت 0.12 mol/dm 3 مخلوط کنید، تعیین کنید که آیا رسوب سولفید نقره (I) در دمای 25 درجه سانتیگراد تشکیل می شود یا خیر. محلولی از یون رسوب کننده S 2 - با غلظت 3.5·10-3 M.

راه حل

فرآیند تفکیک برای یک یون معین را می توان با نمودار نشان داد

– ↔ Ag + + 2CN – ,

و فرآیند رسوب را می توان به صورت زیر نوشت

2Ag + + S 2– ↔ Ag 2 S.

برای تعیین اینکه آیا رسوب تشکیل می شود، لازم است که حاصل انحلال پذیری سولفید نقره PR(Ag 2 S) را با استفاده از فرمول محاسبه کنیم.

برای تعیین غلظت یون های نقره، عبارت ثابت ناپایداری یون کمپلکس را می نویسیم

. از اینجا

با استفاده از کتاب مرجع، مقدار ثابت ناپایداری مجتمع را انتخاب می کنیم - ( بهلانه = 1·10 -21). سپس

mol/dm 3.

اجازه دهید حاصل انحلال پذیری رسوب حاصل را محاسبه کنیم

با استفاده از کتاب مرجع، مقدار جدول بندی حاصلضرب حلالیت سولفید نقره (PR(Ag 2 S) tab = 5.7·10 –51) را انتخاب کرده و با مقدار محاسبه شده مقایسه می کنیم. از آنجایی که جدول روابط عمومی< ПР расчет, то из данного раствора осадок выпадает, так как соблюдается условие выпадения осадка.

مثال 9. غلظت یونهای روی را در محلول سدیم تتراسیانوزینکات با غلظت 0.3 mol/dm 3 با یون سیانید اضافی در محلول معادل 0.01 mol/dm 3 محاسبه کنید.

راه حل

تفکیک اولیه تقریباً به طور کامل طبق این طرح انجام می شود

Na 2 → 2Na 2 + + 2-

تفکیک ثانویه از معادله پیروی می کند

2– ↔ Zn 2+ + 4CN –

اجازه دهید عبارت ثابت ناپایداری را برای این فرآیند بنویسیم

. از اینجا

با استفاده از کتاب مرجع، مقدار ثابت ناپایداری یک یون معین ( بهلانه = 1.3·10 -17). غلظت یون‌های سیانید تشکیل‌شده در نتیجه تفکیک کمپلکس بسیار کمتر از غلظت مازاد معرفی‌شده است و می‌توان فرض کرد که  0.01 mol/dm 3، یعنی غلظت یون‌های CN- که به صورت یک نتیجه تفکیک را می توان نادیده گرفت. سپس

mol/dm 3.

برای اجرای این برنامه باید جاوا اسکریپت را فعال کنید.

پیکربندی الکترونیکی یک اتمفرمولی است که آرایش الکترون‌های یک اتم را بر اساس سطوح و زیرسطح‌ها نشان می‌دهد. پس از مطالعه مقاله یاد می گیرید که الکترون ها کجا و چگونه قرار گرفته اند، با اعداد کوانتومی آشنا می شوید و می توانید پیکربندی الکترونیکی یک اتم را با عدد آن بسازید؛ در انتهای مقاله جدولی از عناصر وجود دارد.

چرا پیکربندی الکترونیکی عناصر را مطالعه می کنیم؟

اتم ها مانند یک مجموعه ساختمانی هستند: تعداد معینی از قطعات وجود دارد، آنها با یکدیگر متفاوت هستند، اما دو قسمت از یک نوع کاملاً یکسان هستند. اما این مجموعه ساخت و ساز بسیار جالب تر از پلاستیکی است و در اینجا دلیل آن است. بسته به اینکه چه کسی در این نزدیکی است، پیکربندی تغییر می کند. مثلاً اکسیژن در کنار هیدروژن شایدتبدیل به آب می شود، وقتی نزدیک سدیم باشد به گاز تبدیل می شود و وقتی نزدیک به آهن است کاملاً به زنگ تبدیل می شود. برای پاسخ به این سوال که چرا این اتفاق می افتد و پیش بینی رفتار یک اتم در کنار اتم دیگر، بررسی پیکربندی الکترونیکی آن ضروری است که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد.

چند الکترون در یک اتم وجود دارد؟

یک اتم شامل یک هسته و الکترون هایی است که به دور آن می چرخند و هسته از پروتون ها و نوترون ها تشکیل شده است. در حالت خنثی، تعداد الکترون های هر اتم برابر با تعداد پروتون های هسته خود است. تعداد پروتون ها با عدد اتمی عنصر مشخص می شود، به عنوان مثال، گوگرد دارای 16 پروتون است - شانزدهمین عنصر جدول تناوبی. طلا ۷۹ پروتون دارد که هفتاد و نهمین عنصر جدول تناوبی است. بر این اساس گوگرد دارای 16 الکترون در حالت خنثی و طلا دارای 79 الکترون است.

کجا به دنبال الکترون بگردیم؟

با مشاهده رفتار الکترون، الگوهای خاصی به دست آمد که با اعداد کوانتومی توصیف می شوند، در مجموع چهار عدد وجود دارد:

عدد کوانتومی اصلی
عدد کوانتومی مداری
عدد کوانتومی مغناطیسی
عدد کوانتومی را بچرخانید

مداری

علاوه بر این، به جای کلمه مدار، از اصطلاح «اوربیتال» استفاده خواهیم کرد؛ اوربیتال تابع موج الکترون است؛ تقریباً منطقه ای است که الکترون 90 درصد زمان خود را در آن می گذراند.

N - سطح
L - پوسته
M l - عدد مداری
M s - الکترون اول یا دوم در اوربیتال

عدد کوانتومی مداری l

در نتیجه مطالعه ابر الکترونی، آنها دریافتند که بسته به سطح انرژی، ابر چهار شکل اصلی دارد: یک توپ، دمبل و دو نوع دیگر پیچیده تر. به ترتیب افزایش انرژی، به این اشکال پوسته s-، p-، d- و f می گویند. هر یک از این پوسته ها می توانند 1 (روی s)، 3 (روی p)، 5 (روی d) و 7 (روی f) اوربیتال داشته باشند. عدد کوانتومی مداری پوسته ای است که اوربیتال ها در آن قرار دارند. عدد کوانتومی مداری برای اوربیتالهای s،p،d و f به ترتیب مقادیر 0،1،2 یا 3 را می گیرد.

یک اوربیتال روی پوسته s وجود دارد (L=0) - دو الکترون
سه اوربیتال روی پوسته p وجود دارد (L=1) - شش الکترون
پنج اوربیتال روی پوسته d وجود دارد (L=2) - ده الکترون
هفت اوربیتال روی پوسته f وجود دارد (L=3) - چهارده الکترون

عدد کوانتومی مغناطیسی m l

روی پوسته p سه اوربیتال وجود دارد که با اعداد -L تا +L مشخص می شوند، یعنی برای پوسته p (L=1) اوربیتال های "-1"، "0" و "1" وجود دارد. . عدد کوانتومی مغناطیسی با حرف m l نشان داده می شود.

در داخل پوسته، قرار گرفتن الکترون ها در اوربیتال های مختلف آسان تر است، بنابراین اولین الکترون ها در هر اوربیتال یکی را پر می کنند و سپس یک جفت الکترون به هر یک اضافه می شود.

d-shell را در نظر بگیرید:
پوسته d مربوط به مقدار L=2 است، یعنی پنج اوربیتال (-2،-1،0،1 و 2)، پنج الکترون اول پوسته را با مقادیر Ml =-2، M پر می کنند. l =-1، M l = 0، M l = 1، M l = 2.

عدد کوانتومی m s را بچرخانید

اسپین جهت چرخش یک الکترون حول محور خود است، دو جهت دارد، بنابراین عدد کوانتومی اسپین دو مقدار دارد: 1/2+ و 1/2-. یک سطح فرعی انرژی فقط می تواند حاوی دو الکترون با اسپین مخالف باشد. عدد کوانتومی اسپین را m s نشان می دهند

عدد کوانتومی اصلی n

عدد کوانتومی اصلی سطح انرژی است؛ در حال حاضر هفت سطح انرژی شناخته شده است که هر کدام با یک عدد عربی نشان داده می شوند: 1،2،3،...7. تعداد پوسته ها در هر سطح با تعداد سطح برابر است: یک پوسته در سطح اول، دو پوسته در سطح دوم و غیره وجود دارد.

عدد الکترون

بنابراین، هر الکترونی را می توان با چهار عدد کوانتومی توصیف کرد، ترکیب این اعداد برای هر موقعیت الکترون منحصر به فرد است، اولین الکترون را بگیرید، کمترین سطح انرژی N = 1 است، در سطح اول یک پوسته وجود دارد، پوسته اول در هر سطحی شکل یک توپ (s -shell) دارد، یعنی. L=0، عدد کوانتومی مغناطیسی می تواند فقط یک مقدار بگیرد، M l = 0 و اسپین برابر با 1/2 + خواهد بود. اگر الکترون پنجم را (در هر اتمی که باشد) بگیریم، اعداد کوانتومی اصلی برای آن عبارتند از: N=2، L=1، M=-1، اسپین 1/2.

بیایید به تکلیف شماره 1 از گزینه های Unified State Exam برای سال 2016 نگاه کنیم.

وظیفه شماره 1.

فرمول الکترونیکی لایه الکترونی بیرونی 3s²3p6 با ساختار هر یک از دو ذره مطابقت دارد:

1. Arº و Kº 2. Cl‾ و K+ 3. S²‾ و Naº 4. Clº و Ca2+

توضیح:در میان گزینه های پاسخ، اتم ها در حالت های تحریک نشده و برانگیخته هستند، یعنی پیکربندی الکترونیکی مثلاً یک یون پتاسیم با موقعیت آن در جدول تناوبی مطابقت ندارد. بیایید گزینه 1 Arº و Kº را در نظر بگیریم. بیایید تنظیمات الکترونیکی آنها را بنویسیم: Arº: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6; Kº: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 - پیکربندی الکترونیکی مناسب فقط برای آرگون. بیایید پاسخ شماره 2 - Cl‾ و K+ را در نظر بگیریم. K+: 1s2 2s2 2p6 3s2 4s0; Cl‾: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. از این رو، پاسخ صحیح 2 است.

وظیفه شماره 2.

1. Caº 2. K+ 3. Cl+ 4. Zn2+

توضیح:زیرا پیکربندی الکترونیکی آرگون را می نویسیم: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. کلسیم مناسب نیست چون 2 الکترون بیشتر دارد. برای پتاسیم: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0. پاسخ صحیح 2 است.

وظیفه شماره 3.

عنصری که پیکربندی الکترونیکی اتمی آن 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 است یک ترکیب هیدروژنی تشکیل می دهد.

1. CH4 2. SiH4 3. H2O 4. H2S

توضیح:بیایید به جدول تناوبی نگاه کنیم، اتم گوگرد دارای این پیکربندی الکترونیکی است. پاسخ صحیح 4 است.

وظیفه شماره 4.

اتم های منیزیم و

1. کلسیم 2. کروم 3. سیلیکون 4. آلومینیوم

توضیح:منیزیم دارای پیکربندی سطح انرژی خارجی است: 3s2. برای کلسیم: 4s2، برای کروم: 4s2 3d4، برای سیلیکون: 3s2 2p2، برای آلومینیوم: 3s2 3p1. پاسخ صحیح 1 است.

وظیفه شماره 5.

اتم آرگون در حالت پایه با پیکربندی الکترونی ذره مطابقت دارد:

1. S²‾ 2. Zn2+ 3. Si4+ 4. Seº

توضیح:پیکربندی الکترونیکی آرگون در حالت پایه 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 است. S²‾ دارای پیکربندی الکترونیکی است: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p(4+2). پاسخ صحیح 1 است.

وظیفه شماره 6.

اتم های فسفر و فسفر دارای پیکربندی مشابهی از سطح انرژی بیرونی هستند.

1. Ar 2. Al 3. Cl 4. N

توضیح:بیایید پیکربندی الکترونیکی سطح بیرونی اتم فسفر را بنویسیم: 3s2 3p3.

برای آلومینیوم: 3s2 3p1;

برای آرگون: 3s2 3p6;

برای کلر: 3s2 3p5;

برای نیتروژن: 2s2 2p3.

پاسخ صحیح 4 است.

وظیفه شماره 7.

پیکربندی الکترون 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 مربوط به ذره است

1. S4+ 2. P3- 3. Al3+ 4. O2-

توضیح:این پیکربندی الکترونیکی مربوط به اتم آرگون در حالت پایه است. بیایید گزینه های پاسخ را در نظر بگیریم:

S4+: 1s2 2s2 2p6 3s2 2p0

P3-: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p(3+3)

پاسخ صحیح 2 است.

وظیفه شماره 8.

کدام پیکربندی الکترونیکی با توزیع الکترون های ظرفیت در اتم کروم مطابقت دارد:

1. 3d2 4s2 2. 3s2 3p4 3. 3d5 4s1 4. 4s2 4p6

توضیح:بیایید پیکربندی الکترونیکی کروم را در حالت پایه بنویسیم: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5. الکترون های ظرفیت در دو سطح فرعی آخر 4s و 3d قرار دارند (در اینجا یک الکترون از سطح فرعی s به d می پرد). پاسخ صحیح 3 است.

وظیفه شماره 9.

اتم شامل سه الکترون جفت نشده در سطح الکترونیکی بیرونی در حالت پایه است.

1. تیتانیوم 2. سیلیکون 3. منیزیم 4. فسفر

توضیح:برای داشتن 3 الکترون جفت نشده، عنصر باید در گروه 5 باشد. از این رو، پاسخ صحیح 4 است.

وظیفه شماره 10.

اتم یک عنصر شیمیایی که بالاترین اکسید آن RO2 است دارای پیکربندی سطح خارجی است:

1. ns2 np4 2. ns2 np2 3. ns2 4. ns2 np1

توضیح:این عنصر دارای حالت اکسیداسیون (در این ترکیب) +4 است، یعنی باید 4 الکترون ظرفیتی در سطح خارجی داشته باشد. از این رو، پاسخ صحیح 2 است.

(شاید فکر کنید که پاسخ صحیح 1 است، اما چنین اتمی حداکثر حالت اکسیداسیون 6+ خواهد داشت (از آنجایی که 6 الکترون در سطح بیرونی وجود دارد)، اما برای داشتن فرمول RO2 به اکسید بالاتر نیاز داریم و مواردی از این قبیل. یک عنصر دارای اکسید RO3 بالاتری خواهد بود)

تکالیف برای کار مستقل.

1. پیکربندی الکترونیکی 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 مربوط به یک اتم است

1. آلومینیوم 2. نیتروژن 3. کلر 4. فلوئور

2. ذره دارای یک پوسته بیرونی هشت الکترونی است

1. P3+ 2. Mg2+ 3. Cl5+ 4. Fe2+

3. عدد اتمی عنصری که ساختار الکترونیکی اتمی آن 1s2 2s2 2p3 است برابر است با

1. 5 2. 6 3. 7 4. 4

4. تعداد الکترون های یون مس Cu2+ است

1. 64 2. 66 3. 29 4. 27

5. اتم های نیتروژن و

1. گوگرد 2. کلر 3. آرسنیک 4. منگنز

6. کدام ترکیب حاوی کاتیون و آنیون با آرایش الکترونی 1s2 2s2 2p6 3s3 3p6 است؟

1. NaCl 2. NaBr 3. KCl 4. KBr

7. تعداد الکترون های یون آهن Fe2+ است

1. 54 2. 28 3. 58 4. 24

8. یون دارای پیکربندی الکترونیکی یک گاز بی اثر است

1. Cr2+ 2. S2- 3. Zn2+ 4. N2-

9. اتم های فلوئور و فلوئور دارای پیکربندی مشابهی از سطح انرژی بیرونی هستند.

1. اکسیژن 2. لیتیوم 3. برم 4. نئون

10. عنصری که فرمول الکترونیکی اتمی آن 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 است با یک ترکیب هیدروژنی مطابقت دارد.

1. HCl 2. PH3 3. H2S 4. SiH4

این یادداشت از وظایف مجموعه آزمون یکپارچه دولتی 2016 استفاده می کند که توسط A.A. ویرایش شده است. کاورینا.

تترا فلوراید دیزینک

Zn 2 F 4 (گرم).خواص ترمودینامیکی تترافلوراید دیزینک گازی در حالت استاندارد در محدوده دمایی 100 تا 6000 کلوین در جدول آورده شده است. Zn 2 F 4 .

ثابت های مولکولی مورد استفاده برای محاسبه توابع ترمودینامیکی Zn 2 F 4 در جدول آورده شده است. Zn.8. ساختار مولکول Zn 2 F 4 به طور تجربی مورد مطالعه قرار نگرفته است. بر اساس قیاس با Be 2 F 4 [ 82SOL/OZE ]، Mg 2 F 4 [ 81SOL/SAZ ] (نگاه کنید به [ 94GUR/VEY ]) و Al 2 F 4 [ 82ZAK/CHA ] برای Zn 2 F 4 عمدتاً حالت الکترونیکی 1 آ g یک ساختار حلقوی مسطح پذیرفته شده است (گروه تقارن D 2ساعت). وزن استاتیک حالت الکترونیکی زمینی Zn 2 F 4 با توجه به اینکه یون Zn 2+ دارای ... د 10 پیکربندی الکترونیکی. حاصل ضرب گشتاورهای اینرسی در جدول آورده شده است. Zn.8، محاسبه شده از پارامترهای ساختاری برآورد شده: r(Zn-F تی) = 0.05 ± 1.75 Å (پیوند پایانی Zn-F)، r(Zn-F ب) = 0.05 ± 1.95 Å (پیوند Zn-F پل شده) و Ð F ب- Zn-F ب= 80 ± 10 o. طول پیوند Zn-F t یکسان فرض می شود r(Zn-F) در مولکول ZnF 2، مقدار r(Zn-F b)، توصیه می شود که 0.2 Å از پیوند انتهایی بزرگتر باشد، همانطور که در دیمرهای Al، Ga، In، Tl، Be و مشاهده می شود. هالیدهای آهن مقدار زاویه F ب- Zn-F باز مقادیر مربوطه در مولکول های Be 2 F 4، Mg 2 F 4 و Al 2 F 4 برآورد شده است. خطای مقدار محاسبه شده I A I B I C 3 · 10-113 گرم 3 سانتی متر 6 است.

فرکانس ارتعاشات کششی پیوندهای انتهایی Zn-F n 1 و n 2 از کار Givan و Levenschuss [80GIV/LOE] که طیف IR و طیف رامان مولکول های Zn 2 F 4 جدا شده در یک کریپتون را مطالعه کردند، گرفته شد. ماتریس فرکانس ارتعاش تمام پیوندهای پل Zn-F (n3) یکسان فرض می شود و مقادیر آنها با این فرض تخمین زده می شود که (n ب/n تی) av = 0.7، مانند دیمرهای Fe، Al، Ga و In هالیدها. فرکانس ارتعاشات تغییر شکل پیوندهای انتهایی (n 4 - n 5) Zn 2 F 4 توصیه می شود، با این فرض که نسبت مقادیر آنها در Zn 2 F 4 و Zn 2 Cl 4 برابر با ZnF 2 باشد. و ZnCl 2. فرکانس ارتعاش تغییر شکل غیر صفحه ای چرخه (n7) کمی بیشتر از فرکانس مربوطه برای Zn 2 Cl 4 در نظر گرفته می شود. مقدار فرکانس ارتعاش تغییر شکل چرخه در صفحه (n6) با مقایسه با مقدار پذیرفته شده برای Zn 2 Cl 4 و با در نظر گرفتن نسبت فرکانس های ارتعاش پیوندهای پل Zn-F و Zn-Cl در Zn 2 F 4 و Zn 2 Cl 4 . خطاها در فرکانس‌های ارتعاش مشاهده‌شده تجربی 20 سانتی‌متر -1 است که 20 درصد از مقدار آنها تخمین زده می‌شود.

حالات الکترونیکی برانگیخته Zn 2 F 4 در محاسبه توابع ترمودینامیکی در نظر گرفته نشد.

توابع ترمودینامیکی Zn 2 F 4 (r) در تقریب "روتاتور صلب - نوسان ساز هارمونیک" با استفاده از معادلات (1.3) - (1.6) ، (1.9) ، (1.10) ، (1.122) - (1.124) ، (1.12) محاسبه شد. ) ، (1.130). خطاها در توابع ترمودینامیکی محاسبه شده به دلیل عدم دقت مقادیر پذیرفته شده ثابت های مولکولی و همچنین ماهیت تقریبی محاسبه و مقدار 6، 16 و 20 J × K ‑1 × mol ‑1 در اینچ است. مقادیر Φº( تی) در 298.15، 3000 و 6000 K.

جدول توابع ترمودینامیکی Zn 2 F 4 (g) برای اولین بار منتشر می شود.

ثابت تعادل Zn 2 F 4 (g) = 2Zn(g) + 4F(g) با استفاده از مقدار پذیرفته شده محاسبه شد

D دراچº (Zn 2 F 4. g, 0) = 1760 ± 30 kJ × mol ‑1.

اهمیت با مقایسه آنتالپی های تصعید و دیمریزاسیون دی هالیدهای موجود در این نشریه ارزیابی می شود. جدول Zn.12 مقادیر نسبت های D را نشان می دهد ساچº (MeHal 2. k، 0) / D rاچº (MeHal 2 - MeHal 2, 0)، مطابق با مقادیر پذیرفته شده در این نشریه.

در 9 مورد از مجموع 20 مورد، داده های تجربی وجود ندارد. برای این ترکیبات، برآوردهای ارائه شده در جدول در پرانتز انجام شد. این برآوردها بر اساس ملاحظات زیر انجام می شود:

1. برای ترکیبات Fe، Co و Ni، یک تغییر کوچک در سری F-Cl-Br-I و عدم وجود چنین تغییری در سری Fe-Co-Ni پذیرفته شده است.

2. برای ترکیبات روی نمی توان به تغییر مقادیر در سری F-Cl-Br-I توجه کرد و برای فلوراید مقدار گرفته شده میانگین مقادیر باقی مانده است.

3. برای ترکیبات مس، محدوده کوچکی در سری F-Cl-Br-I، با قیاس با ترکیبات گروه آهن، بر اساس نزدیکی مقادیر پذیرفته شده است. خود حرکت تا حدودی کوچکتر اتخاذ شد.

رویکرد توصیف شده منجر به مقادیر آنتالپی اتمیزه شدن Me 2 Hal 4 می شود که در جدول آورده شده است. Zn.13.

هنگام محاسبه انرژی اتمیزه شدن Cu 2 I 4، از مقدار D که در این نشریه گنجانده نشده است استفاده شد. اس اچ° (CuI 2, k, 0) = 180 ± 10 kJ × mol ‑1. (به متن آنتالپی تصعید CuBr 2 مراجعه کنید).

دقت تخمین ها را می توان 50 کیلوژول × mol -1 برای Cu 2 I 4 و 30 کیلوژول × mol -1 در موارد دیگر تخمین زد.

مقدار پذیرفته شده آنتالپی اتمیزاسیون Zn 2 F 4 با مقدار آنتالپی تشکیل مطابقت دارد:

D fH° (Zn 2 F 4. g, 0) = -1191.180 ± 30.0 kJ × mol ‑1.

اوسینا ای.ال. [ایمیل محافظت شده]

گوساروف A.V. [ایمیل محافظت شده]