Atom tuzilishi

Atom — musbat zaryadli yadro va uning atrofida harakatlanuvchi elektronlardan iborat murakkab zarracha. Elementning barcha kimyoviy xossalari, valentligi, oksidlanish darajalari va davriy sistemadagi o‘rni elektronlarning qanday joylashganiga bog‘liq. Shuning uchun atom tarkibini (proton, neytron, elektron sonini) aniqlash va elektron formulani yoza olish — butun kimyoning kaliti. Bu mavzu "Davriy qonun" va "Kimyoviy bog‘lanish" mavzularining poydevori bo‘lib, imtihonda izotoplar, ionlar va elektron konfiguratsiyalarga oid savollar doimiy uchraydi.

§1. Atom tuzilishi haqidagi tasavvurlar va atom tarkibi

Atom bo‘linmas degan qadimgi fikr XIX asr oxirida o‘zgardi. Elektronni J. Tomson kashf etdi (1897). E. Rezerford alfa-zarrachalarni yupqa oltin plastinkadan o‘tkazib, atom markazida juda kichik, ammo deyarli butun massani o‘zida jamlagan musbat yadro borligini isbotladi (1911) va atomning planetar modelini taklif qildi. N. Bor elektronlar faqat ma’lum energiyali orbitalarda harakatlanishini ko‘rsatdi (1913). Neytronni J. Chedvik kashf etdi (1932).

• Tartib raqami Z = yadro zaryadi = protonlar soni = neytral atomdagi elektronlar soni.
• Massa soni A = Z + N, bu yerda N — neytronlar soni.
• Belgilash: ³⁵₁₇Cl — 17 proton, 35 − 17 = 18 neytron, 17 elektron.

Atom o‘lchami taxminan 10⁻¹⁰ m, yadro esa taxminan 100 000 marta kichik; shunga qaramay atom massasining 99,9 % dan ortig‘i yadroda.

§2. Izotoplar, izobarlar va o‘rtacha atom massasi

Izotoplar — protonlar soni bir xil, neytronlar soni har xil bo‘lgan bir element atomlari: vodorodning ¹H (protiy), ²H (deyteriy, D), ³H (tritiy, T) izotoplari; xlorning ³⁵Cl va ³⁷Cl izotoplari. Izotoplarning kimyoviy xossalari deyarli bir xil, chunki ular elektron qobig‘i bilan aniqlanadi.
Izobarlar — massa soni bir xil, lekin elementi (Z) har xil atomlar: ⁴⁰Ar va ⁴⁰Ca. Izotonlar — neytronlar soni bir xil atomlar.
Elementning davriy jadvaldagi Ar qiymati — izotoplar massalarining tabiiy ulushlar bo‘yicha o‘rtachasi:

Misol

Tabiiy xlor 75 % ³⁵Cl va 25 % ³⁷Cl dan iborat. Xlorning o‘rtacha nisbiy atom massasini toping.

1. Ar = 35·0,75 + 37·0,25.
2. Ar = 26,25 + 9,25 = 35,5.
3. Shuning uchun jadvalda xlorning massasi butun son emas: 35,5.

§3. Ionlar va izoelektron zarrachalar

• Kation — elektron bergan atom: Na → Na⁺ + e⁻ (11 p, 10 e).
• Anion — elektron olgan atom: Cl + e⁻ → Cl⁻ (17 p, 18 e).

Ion hosil bo‘lganda protonlar soni (ya’ni element) o‘zgarmaydi, faqat elektronlar soni o‘zgaradi: elektronlar soni = Z − (ion zaryadi). Elektronlar soni bir xil bo‘lgan zarrachalar izoelektron deyiladi: N³⁻, O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺ — har birida 10 elektron. Izoelektron qatorda yadro zaryadi ortgan sari radius kichrayadi: O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺.

§4. Elektron qobiq tuzilishi va kvant sonlar

Elektronning holati to‘rtta kvant son bilan tavsiflanadi:

• bosh kvant son n = 1, 2, 3… — energetik pog‘ona (qavat) va uning energiyasi;
• orbital kvant son l = 0 … n−1 — pog‘onacha va orbital shakli: l = 0 — s (sferik), l = 1 — p (gantelsimon), l = 2 — d, l = 3 — f;
• magnit kvant son m = −l … +l — orbitalning fazodagi yo‘nalishi; pog‘onachadagi orbitallar soni 2l + 1;
• spin kvant son s = +½ yoki −½.

To‘lish tartibi Klechkovskiy qoidasiga bo‘ysunadi: avval n + l yig‘indisi kichik pog‘onacha to‘ladi, yig‘indilar teng bo‘lsa — n kichigi:

Pauli prinsipi: atomda to‘rtala kvant soni bir xil bo‘lgan ikki elektron bo‘lmaydi, ya’ni bitta orbitalda qarama-qarshi spinli ko‘pi bilan 2 elektron. Hund qoidasi: bir pog‘onacha orbitallarini elektronlar avval bittadan, bir xil spin bilan egallaydi, keyin juftlashadi. Masalan, azotning 2p³ elektronlari uchta orbitalda bittadan joylashadi — uchta toq elektron.

Misol

Temir (Z = 26) va uning ionlari konfiguratsiyasini yozing.

1. Fe: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶, qisqacha [Ar] 4s² 3d⁶.
2. Ion hosil bo‘lganda avval tashqi 4s elektronlari, keyin 3d elektronlari ketadi.
3. Fe²⁺: [Ar] 3d⁶; Fe³⁺: [Ar] 3d⁵ (yarim to‘lgan d-pog‘onacha, shuning uchun Fe³⁺ barqaror).

Elektronning "sakrashi": Cr — [Ar] 4s¹ 3d⁵, Cu — [Ar] 4s¹ 3d¹⁰. Yarim to‘lgan va to‘liq to‘lgan d-pog‘onacha energetik jihatdan qulayroq, shuning uchun bitta 4s elektron 3d ga o‘tadi. Shunga o‘xshash holat Mo va Ag da ham kuzatiladi.

§5. Elementlar oilalari va valent elektronlar

Oxirgi elektron qaysi pog‘onachaga tushishiga qarab: s-elementlar (IA, IIA guruhlar va He), p-elementlar (IIIA–VIIIA guruhlar), d-elementlar (B guruhlar, o‘tish metallari), f-elementlar (lantanoidlar va aktinoidlar).
Valent elektronlar — kimyoviy bog‘ hosil qilishda qatnashadigan elektronlar. Asosiy guruh elementlarida bu tashqi pog‘ona elektronlari, ularning soni guruh raqamiga teng: oltingugurtda 3s² 3p⁴ — 6 ta. d-elementlarda tashqi s- va tashqaridan oldingi d-elektronlar ham valent bo‘ladi. Atom qo‘zg‘algan holatga o‘tganda juft elektronlar bo‘sh orbitallarga ajralib, toq elektronlar soni (va valentlik) ortishi mumkin: uglerod 2s² 2p² → 2s¹ 2p³ (valentlik IV).

§6. Rasmiy test namunasi

Zarrachalarni konfiguratsiya bilan moslang: a) gidrid ion H⁻; b) nitrid ion N³⁻; c) Fe³⁺; d) Zn²⁺.

Misol

1. H⁻: 1 + 1 = 2 elektron → 1s².
2. N³⁻: 7 + 3 = 10 elektron → 1s² 2s² 2p⁶.
3. Fe³⁺: 26 − 3 = 23 elektron → [Ar] 3d⁵.
4. Zn²⁺: Zn [Ar] 4s² 3d¹⁰, ikkita 4s elektron ketadi → 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰.

O‘zingizni tekshiring

1. ⁵⁶Fe³⁺ ionida nechta proton, neytron va elektron bor?

2. Mis izotoplari ⁶³Cu va ⁶⁵Cu, Ar = 63,5. ⁶³Cu ning ulushi qancha?

3. Oltingugurtning (Z = 16) elektron formulasi va valent elektronlari soni?

4. Qaysi zarrachalar izoelektron: Na⁺, Ne, F⁻, Mg²⁺?

5. Uchinchi energetik pog‘onada eng ko‘pi bilan nechta elektron bo‘ladi?

6. Cr³⁺ ionining elektron konfiguratsiyasi qanday?

7. Azot atomida nechta toq elektron bor?

8. l = 2 qaysi pog‘onachaga mos keladi va unda nechta orbital bor?

Ko‘p uchraydigan xatolar

• Kation hosil bo‘lishida 3d elektronlarni birinchi olib tashlash: avval 4s elektronlar ketadi.
• Izotop va izobarni adashtirish: izotoplarda Z bir xil, izobarlarda A bir xil.
• Massa soni bilan nisbiy atom massani bir xil deb hisoblash: Ar — o‘rtacha qiymat, kasr bo‘lishi mumkin.
• Cr va Cu dagi elektron "sakrashi"ni unutish.
• Ionda protonlar soni ham o‘zgaradi deb o‘ylash: faqat elektronlar soni o‘zgaradi.