Szénatom modell

A szénatom vegyértékelektronjai egy 2s pályán és két 2p pályán helyezkednek el. A 2p pályák 90°-os szöget zárnak be egymással, a 2s pálya gömbszimmetriájú. Így a szénatomos pályák térbeli elrendezése nem magyarázza a 109,5°, 120° és 180°-os kötésszögek előfordulását szerves vegyületekben.

Ennek az ellentmondásnak a feloldására vezették be a koncepciót atompályák hibridizációja. Ahhoz, hogy megértsük a szénatomos kötések elrendezésének három lehetőségét, meg kellett értenünk a hibridizáció három típusát.

A hibridizáció fogalmának megjelenését Linus Paulingnak köszönhetjük, aki sokat tett a kémiai kötés elméletének kidolgozásáért.

A hibridizáció fogalma megmagyarázza, hogyan változtatja meg a szénatom pályáját, hogy vegyületeket képezzen. Az alábbiakban lépésről lépésre megvizsgáljuk a pályák átalakításának ezt a folyamatát. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a hibridizációs folyamat szakaszokra vagy fázisokra bontása valójában nem más, mint egy mentális technika, amely lehetővé teszi a koncepció logikusabb és hozzáférhetőbb bemutatását. Mindazonáltal a szénatom kötéseinek térbeli orientációjára vonatkozó következtetések, amelyekre végül eljutunk, teljes mértékben összhangban vannak a dolgok valós állapotával.

A szénatom elektronikus konfigurációja a talajban és a gerjesztett állapotban

A bal oldali ábra egy szénatom elektronikus konfigurációját mutatja. Minket csak a vegyértékelektronok sorsa érdekel. Az első lépés eredményeként, amely ún izgalom vagy promóció, a két 2s elektron közül az egyik üres 2p pályára mozog. A második szakaszban következik be a hibridizáció tulajdonképpeni folyamata, amely némileg konvencionálisan úgy képzelhető el, hogy egy s- és három p-pálya keveredik, és négy új azonos pálya keletkezik belőlük, amelyek mindegyike megőrzi az s tulajdonságait. -pálya egynegyedével, a tulajdonságok pedig háromnegyed p-pályával. Ezeket az új pályákat ún sp 3 -hibrid. A 3-as felső index itt nem a pályákat elfoglaló elektronok számát jelöli, hanem a hibridizációban részt vevő p-pályák számát. A hibrid pályák egy tetraéder csúcsai felé irányulnak, amelynek középpontjában egy szénatom található. Minden sp 3 hibrid pálya egy elektront tartalmaz. Ezek az elektronok a harmadik szakaszban vesznek részt a kötések kialakításában négy hidrogénatommal, 109,5°-os kötésszöget alkotva.

sp3 - hibridizáció. Metán molekula.

A 120°-os kötésszögű síkmolekulák képződését az alábbi ábra mutatja. Itt is, akárcsak az sp 3 hibridizációnál, az első lépés a gerjesztés. A második szakaszban egy 2s és két 2p orbitál vesz részt a hibridizációban, hármat alkotva sp 2 -hibrid ugyanabban a síkban elhelyezkedő pályák egymással 120°-os szöget zárnak be.

Három sp2 hibrid orbitál kialakulása

Az egyik p-pálya hibridizálatlan marad, és az sp 2 hibridpályák síkjára merőlegesen helyezkedik el. Ezután (harmadik lépés) a két szénatom két sp 2 hibrid pályája egyesíti az elektronokat, és kovalens kötést alkot. Az ilyen kötést, amely két atompálya átfedéséből adódik az atommagokat összekötő vonal mentén, az ún. σ-kötés.

Szigma és pi kötések kialakulása az etilén molekulában

A negyedik szakasz egy második kötés kialakítása két szénatom között. A kötés nem hibridizált 2p pályák egymás felé néző éleinek átfedése következtében jön létre és ún. π kötés. Az új molekulapálya két π-kötés elektronok által elfoglalt régió kombinációja - a σ-kötés felett és alatt. Mindkét kötés (σ és π) együtt alkot kettős kötés szénatomok között. És végül az utolsó, ötödik lépés a szén- és hidrogénatomok közötti kötések kialakítása a négy fennmaradó sp 2 hibridpálya elektronjainak felhasználásával.

Kettős kötés az etilén molekulában

A hibridizáció harmadik és egyben utolsó típusát a legegyszerűbb, hármas kötést tartalmazó molekula, az acetilén molekula példája szemlélteti. Az első lépés az atom gerjesztése, ugyanúgy, mint korábban. A második szakaszban egy 2s és egy 2p orbitál hibridizációja következik be, kettő kialakulásával sp-hibrid pályák, amelyek 180°-os szögben helyezkednek el. És a két π kötés kialakulásához szükséges két 2p orbitál változatlan marad.

Két sp hibrid orbitál kialakulása

A következő lépés egy σ kötés kialakítása két sp-hibridizált szénatom között, majd két π kötés jön létre. Egy σ kötés és két π kötés két szénatom között együtt alkot hármas kötés. Végül két hidrogénatommal kötések jönnek létre. Az acetilén molekula lineáris szerkezetű, mind a négy atom ugyanazon az egyenes vonalon fekszik.

Megmutattuk, hogy a szerves kémiában a molekuláris geometriák három fő típusa hogyan keletkezik a szénatomos pályák különféle átalakulásai következtében.

Két módszer javasolható a molekulában lévő különböző atomok hibridizációjának meghatározására.

1. módszer. A legáltalánosabb módszer, amely bármilyen molekulára alkalmas. A kötési szög hibridizációtól való függése alapján:

a) a 109,5°, 107° és 105° kötési szögek sp3 hibridizációt jeleznek;

b) körülbelül 120°-os kötésszög -sp2-hibridizáció;

c) kötésszög 180°-sp hibridizáció.

2. módszer. Alkalmas a legtöbb szerves molekulához. Mivel a kötés típusa (egyszeres, kettős, hármas) a geometriához kapcsolódik, a kötések jellege alapján meg lehet határozni egy adott atom hibridizációjának típusát:

a) minden kapcsolat egyszerű – sp 3 -hibridizáció;

b) egy kettős kötés – sp 2 -hibridizáció;

c) egy hármas kötés - sp-hibridizáció.

A hibridizáció a közönséges (energetikailag legkedvezőbb) atompályák új pályákká való átalakításának mentális művelete, amelyek geometriája megfelel a molekulák kísérletileg meghatározott geometriájának.

A lecke során a „Szénatom elektronikus szerkezete” témát tanulod. Kialakul az elektronikus pályák fogalma és a szénatom lehetséges vegyértékállapotai, és szó lesz a Paul-elvről. Kémiai elemek atomjainak elektronikus grafikus képletei készülnek.

Téma: Bevezetés a szerves kémiába

Lecke: A szénatom elektronikus szerkezete

Rizs. 1 . Schrödinger egyenlet

A szerves vegyületek szerkezeti jellemzői a szénatom szerkezeti sajátosságaihoz kapcsolódnak. A szénatom szerkezeti jellemzőit a kvantummechanika tudománya magyarázza. A kvantummechanika alapelvei abból fakadnak, hogy meg kell oldani a Schrödinger-egyenletet, amely leírja az elektronok viselkedését egy atomban. Rizs. 1. A megoldás eredménye egy 4 kvantumszámmal leírt halmaz, amely lehetővé teszi az atom tulajdonságainak sok előrejelzését. A kvantummechanikai számítások lehetővé teszik az atomok és molekulák legstabilabb konfigurációinak meghatározását.

Az atom elektronállapotának leírása

Rizs. 2 . Hidrogén atom

Mérlegeljük A legegyszerűbb atom a hidrogénatom. Egy elektronból és egy protonból áll. Rizs. 2. A hidrogénatomban lévő elektron energiája egy többemeletes épület nagy lépcsőjének tekinthető. A legnagyobb energia az úgynevezett lépcsősorokban van jelen.

· A kvantummechanikában ez főkvantumszám.( n). 1, 2, 3, 4 stb. értékeket vesz fel.

· Orbitális kvantumszám lépcsőfokok közötti lépcsőknek tekinthető. Nullától kezdődő értékeket vesz igénybe l = 0, 1, 2,... to n-1.

Az orbitális kvantumszám betűjelei: s, p, d, f stb.

Az elektron viselkedését a harmadik szám írja le: mágneses kvantumszám m l

(m l)= -l,…-2, -1, 0, +1, +2,…+l

· Spin kvantumszám Kisasszony. Értékek kellenek hozzá m s =+1/2, -1/2 , függetlenül a fő- és orbitális kvantumszámoktól.

Az elektron spinje lehetővé teszi, hogy kölcsönhatásba léphessen egy másik elektronnal, a nagyon nagy elektromos taszító erők ellenére. Rizs. 3.

Rizs. 3 . Különböző m-es elektronok

Ahhoz, hogy leírjuk az elektron viselkedését egy atomban, szükségünk van egy elvre, amely megállapítja az összes kvantumszám kapcsolatát. Ezt az elvet W. Pauli német teoretikus vezette le. Rizs. 4. Ez olvasható : Egy kvantumrendszerben nem lehet két kvantumobjektum pontosan azonos kvantumszámkészlettel. Azok. Egy atomnak nem lehet két egyforma elektronja. A kvantumszámok és a Pauli-elv segítségével megkapjuk az atomok elektronszerkezetét.

Rizs. 5. A szénatom elektronszerkezete

Tekintsük a szénatom szerkezetét. A szén egyedi atomnak bizonyult. Mitől egyedi? Van benne egy bizonyos szimmetria. 4 pályán 4 elektron van. Akár 4 kötést is kialakíthat. Ez a kapcsolatok maximális száma a második periódus elemeihez. Rizs. 5.

A vegyületeiben lévő szén II és IV vegyértéket mutat. A kétértékű szén földelektron konfigurációjában van, míg a IV szén gerjesztett konfigurációjában van. Gerjesztett állapotba való áttéréskor a 2s pályáról egy elektron üres helyet foglal el a 2p pályán. Rizs. 6. Kémiai kötés kialakulásakor az elektronfelhők hibridizációja következik be. A szén -4 és +4 közötti oxidációs állapotot mutathat. A szervetlen szénvegyületek közé tartoznak az oxidok, a szénsav, sói - karbonátok és bikarbonátok és karbidok. A szervetlen vegyületekben a szén +4, +2 oxidációs állapotot mutat, és a karbidokban számos negatív oxidációs állapotot mutat.

Rizs. 6. A szénatom két állapota

A szénatomok egyik jellemzője az korlátlan hosszúságú láncok kialakításának jellemzője. Emiatt hatalmas számú szerves vegyület van.

A világ négy alapelven alapuló leírása nem a kvantummechanikát alkotó tudósok felfedezése volt. A Kr.e. 5. század óta ismert, hogy a világ képét mind a földgömb európai részén, mind az ókori Kínában 4 első elv alapján írták le. Ezek a tűz, a levegő, a föld és a víz alapelvei. A 20. században felváltották őket 4 kvantumszámmal.

Összegezve a tanulságot

Az óra során a „Szénatom elektronikus szerkezete” témát tanultad. Kialakult az elektronikus pályák és a szénatom lehetséges vegyértékállapotainak fogalma, és figyelembe vették Paul elvét. Kémiai elemek atomjairól elektronikus grafikus képleteket állítottak össze .

Bibliográfia

1. Rudzitis G.E. Kémia. Az általános kémia alapjai. 10. évfolyam: tankönyv általános oktatási intézmények számára: alapfok / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. kiadás. - M.: Oktatás, 2012.

2. Kémia. 10-es fokozat. Profilszint: akadémiai. általános műveltségre intézmények/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al. - M.: Bustard, 2008. - 463 p.

3. Kémia. 11. évfolyam. Profilszint: akadémiai. általános műveltségre intézmények/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al. - M.: Bustard, 2010. - 462 p.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Kémiai feladatgyűjtemény egyetemekre jelentkezők számára. - 4. kiadás - M.: RIA "Új hullám": Umerenkov kiadó, 2012. - 278 p.

Házi feladat

1. 14., 15. szám (11. o.) Rudzitis G.E. Kémia. Az általános kémia alapjai. 10. évfolyam: tankönyv általános oktatási intézmények számára: alapfok / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. kiadás. - M.: Oktatás, 2012.

2. Fogalmazd meg a Pauli-elvet!

3. Mi az egyedi a szénatom szerkezetében?

A szerves kémia a szénatom kémiája. A szerves vegyületek száma tízszer nagyobb, mint a szervetleneké, ami csak magyarázható a szénatom jellemzői :

a) Benne van az elektronegativitási skála közepén és a második periódus, ezért számára nem kifizetődő, hogy feladja a sajátját és elfogadja mások elektronjait, és pozitív vagy negatív töltést szerezzen;

b) az elektronhéj speciális szerkezete – nincsenek elektronpárok és szabad pályák (csak egy hasonló szerkezetű atom van még - a hidrogén, valószínűleg ezért alkot a szén és a hidrogén annyi vegyületet - szénhidrogént).

A szénatom elektronikus szerkezete

C – 1s 2 2s 2 2p 2 vagy 1s 2 2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 0

Grafikus formában:

A gerjesztett állapotban lévő szénatomnak a következő elektronikus képlete van:

*C – 1 s 2 2 s 1 2p 3 vagy 1 s 2 2 s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1

Sejt formájában:

S- és p-pályák alakja

Atompálya - a tér azon tartománya, ahol a legvalószínűbb, hogy egy elektron található, a megfelelő kvantumszámokkal.

Ez egy háromdimenziós elektron "kontúrtérkép", amelyben a hullámfüggvény határozza meg, hogy a pálya adott pontján mekkora a relatív valószínűsége annak, hogy elektront találjunk.

Az atompályák relatív mérete az energiájuk növekedésével nő ( főkvantumszám- n), alakjukat és térbeli tájolásukat pedig az l és m kvantumszámok határozzák meg. A pályán lévő elektronokat spinkvantumszám jellemzi. Minden pálya legfeljebb 2 elektront tartalmazhat ellentétes spinekkel.

Más atomokkal való kötések kialakítása során a szénatom átalakítja az elektronhéját, így a legerősebb kötések jönnek létre, és ennek következtében a lehető legtöbb energia szabadul fel, és a rendszer a legnagyobb stabilitást kapja.

Az atom elektronhéjának megváltoztatásához energiára van szükség, amit aztán erősebb kötések kialakulása kompenzál.

Az elektronhéj átalakulás (hibridizáció) főként 3 típusú lehet, attól függően, hogy a szénatom hány atommal köt kötést.

A hibridizáció típusai:

sp 3 – egy atom 4 szomszédos atommal kötést létesít (tetraéderes hibridizáció):

Az sp 3 – hibrid szénatom elektronikus képlete:

*С –1s 2 2(sp 3) 4 cellák formájában

A hibrid pályák közötti kötési szög ~109°.

A szénatom sztereokémiai képlete:

sp 2 - Hibridizáció (valencia állapot)– egy atom 3 szomszédos atommal kötést képez (trigonális hibridizáció):

Az sp 2 – hibrid szénatom elektronikus képlete:

*С –1s 2 2(sp 2) 3 2p 1 cellák formájában

A hibrid pályák közötti kötési szög ~120°.

Az sp 2 - hibrid szénatom sztereokémiai képlete:

sp– Hibridizáció (valencia állapot) – egy atom 2 szomszédos atommal kötést képez (lineáris hibridizáció):

Az sp – hibrid szénatom elektronikus képlete:

*С –1s 2 2(sp) 2 2p 2 cellák formájában

A hibrid pályák közötti kötési szög ~180°.

Sztereokémiai képlet:

Az s-orbitál minden típusú hibridizációban részt vesz, mert minimális energiája van.

Az elektronfelhő átstrukturálása lehetővé teszi a lehető legerősebb kötések kialakulását és az atomok minimális kölcsönhatását a létrejövő molekulában. Ahol a hibrid pályák nem azonosak, de a kötési szögek eltérőek lehetnek, például CH 2 Cl 2 és CCl 4

2. Kovalens kötések szénvegyületekben

Kovalens kötések, tulajdonságai, kialakulásának módjai és okai - iskolai tananyag.

Csak hadd emlékeztesselek:

1. Oktatási kommunikáció Az atomok közötti átfedés az atompályáik átfedésének eredményeként tekinthető, és minél hatékonyabb (minél nagyobb az átfedési integrál), annál erősebb a kötés.

A számított adatok szerint az S rel atompályák relatív átfedési hatásfoka a következőképpen nő:

Ezért a hibrid pályák, például az sp 3 szénpályák használata négy hidrogénatommal való kötések kialakításához erősebb kötéseket eredményez.

2. A szénvegyületekben a kovalens kötések kétféleképpen jönnek létre:

A)Ha két atompálya a főtengelyük mentén átfedi egymást, a létrejövő kötést nevezzük - σ kötés.

Geometria.Így amikor metánban kötések jönnek létre hidrogénatomokkal, a szénatom négy hibrid sp 3 ~ pályája átfedésben van négy hidrogénatom s-pályájával, és négy azonos erős σ kötést képez, amelyek mindegyikével 109°28"-os szöget zárnak be. egyéb (standard tetraéderszög) Hasonló szigorúan szimmetrikus tetraéderes szerkezet keletkezik például a CCl 4 képződése során is, ha a szénnel kötést alkotó atomok nem azonosak, például CH 2 C1 2 esetén a térbeli; szerkezete kissé eltér a teljesen szimmetrikustól, bár lényegében tetraéderes marad.

σ kötés hossza szénatomok között az atomok hibridizációjától függ, és az sp 3 - hibridizációról sp-re történő átmenet során csökken. Ez azzal magyarázható, hogy az s pálya közelebb van az atommaghoz, mint a p pálya, ezért minél nagyobb a részesedése a hibrid pályán, annál rövidebb, így annál rövidebb a kötés.

B) Ha két atomos p -az egymással párhuzamos pályák oldalirányú átfedést hajtanak végre az atomok elhelyezkedésének síkja felett és alatt, ekkor a létrejövő kötést ún. - π (pi) - kommunikáció

Oldalsó átfedés atomi pályák kevésbé hatékonyak, mint a főtengely mentén történő átfedés, tehát π - a kapcsolatok kevésbé erősek, mint σ - kapcsolatok. Ez különösen abban nyilvánul meg, hogy a szén-szén kettős kötés energiája kevesebb, mint kétszerese az egyszeres kötés energiájának. Így a C-C kötés energiája etánban 347 kJ/mol, míg az eténben a C = C kötés energiája csak 598 kJ/mol, és nem ~ 700 kJ/mol.

Két atomi 2p pálya oldalirányú átfedésének mértéke , és ezért erőt π -a kötések maximálisak, ha két szénatom van és négy kapcsolódik hozzájuk az atomok szigorúan egy síkban helyezkednek el, vagyis ha ők egysíkú , mivel csak ebben az esetben az atom 2p pályái pontosan párhuzamosak egymással, és ezért képesek maximális átfedésre. Bármilyen eltérés a koplanáris állapottól a körüli forgás következtében σ - két szénatomot összekötő kötés az átfedés mértékének csökkenéséhez és ennek megfelelően az erősség csökkenéséhez vezet π -kötés, ami így segít megőrizni a molekula laposságát.

Forgás szén-szén kettős kötés körül nem lehetséges.

terjesztés π Az -elektronok a molekula síkja felett és alatt a létezést jelentik negatív töltésű területek, kész kölcsönhatásba lépni bármilyen elektronhiányos reagenssel.

Az oxigén, nitrogén stb. atomjai is eltérő vegyértékállapotúak (hibridizáció), elektronpárjaik egyaránt lehetnek hibrid és p-pályán.

A szén (C) a periódusos rendszer hatodik eleme, atomtömege 12. Az elem nemfém, izotópja 14 C. A szénatom szerkezete minden szerves kémia alapja, mivel minden szerves anyag tartalmaz szénmolekulákat. .

szénatom

A szén helyzete Mengyelejev periódusos rendszerében:

• hatodik sorozatszám;
• negyedik csoport;
• második időszakban.

Rizs. 1. A szén helyzete a periódusos rendszerben.

A táblázat adatai alapján megállapíthatjuk, hogy a szén elem atomjának szerkezete két héjat foglal magában, amelyeken hat elektron található. A szerves anyagokban lévő szén vegyértéke állandó és egyenlő a IV. Ez azt jelenti, hogy a külső elektronikus szinten négy elektron van, a belső szinten pedig kettő.

A négy elektron közül kettő egy gömb alakú 2s pályát, a maradék kettő pedig egy 2p súlyzópályát foglal el. Gerjesztett állapotban a 2s pályáról egy elektron a 2p pályák egyikére megy. Amikor egy elektron az egyik pályáról a másikra mozog, energia elhasználódik.

Így egy gerjesztett szénatomnak négy párosítatlan elektronja van. Konfigurációja a 2s 1 2p 3 képlettel fejezhető ki. Ez lehetővé teszi négy kovalens kötés kialakítását más elemekkel. Például egy metánmolekulában (CH4) a szén négy hidrogénatommal alkot kötéseket – egy kötés a hidrogén és szén s pályái között, és három kötés a szén p pályája és a hidrogén s pályái között.

A szénatom szerkezetét +6C) 2) 4 vagy 1s 2 2s 2 2p 2 jellemezheti.

Rizs. 2. A szénatom szerkezete.

Fizikai tulajdonságok

A szén a természetben kőzetek formájában fordul elő. A szén számos allotróp módosulata ismert:

• grafit;
• gyémánt;
• karabély;
• szén;
• korom.

Mindezek az anyagok különböznek a kristályrács szerkezetében. A legkeményebb anyag, a gyémánt köb alakú szén. Magas hőmérsékleten a gyémánt hatszögletű szerkezetű grafittá alakul.

Rizs. 3. Grafit és gyémánt kristályrácsai.

Kémiai tulajdonságok

A szén atomi szerkezete és az a képessége, hogy egy másik anyag négy atomját összekapcsolja, meghatározza az elem kémiai tulajdonságait. A szén fémekkel reagálva karbidokat képez:

• Ca + 2C → CaC 2;
• Cr + C → CrC;
• 3Fe + C → Fe 3 C.

Reagál fém-oxidokkal is:

• 2ZnO + C → 2Zn + CO 2;
• PbO + C → Pb + CO;
• SnO 2 + 2C → Sn + 2CO.

Magas hőmérsékleten a szén nemfémekkel, különösen hidrogénnel reagál, szénhidrogéneket képezve:

C + 2H 2 → CH 4.

Oxigénnel a szén szén-dioxidot és szén-monoxidot képez:

• C + O 2 → CO 2;
• 2C + O 2 → 2СО.

Vízzel való kölcsönhatás során szén-monoxid is képződik:

C + H 2 O → CO + H 2 .

A tömény savak oxidálják a szenet, szén-dioxidot képezve:

• 2H 2SO 4 + C → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2O;
• 4HNO 3 + C → CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O.

A jelentés értékelése

Átlagos értékelés: 4.1. Összes értékelés: 77.

A szénatom szerkezete

Jelenleg a szerves kémiát a szénvegyületek kémiájának tekintik, de a történelem előtt tisztelegve továbbra is szerves kémiának hívják. Ezért olyan fontos, hogy részletesebben megvizsgáljuk ezen elem atomjának szerkezetét, az általa kialakított kémiai kötések természetét és térbeli irányát.

A szénatom egy magból áll, amelynek pozitív töltése +6 (mivel hat protont tartalmaz), és egy elektronhéjból, amely hat elektront tartalmaz két energiaszinten (rétegen):

A szénatom tényleges szerkezete sokkal összetettebb, mint az ábrán látható.

A tény az, hogy az atommag körüli térben „élő” elektron egyszerre rendelkezik egy részecske (tömegük a proton vagy neutron tömegének 1/1840-e) és egy hullám (képes az akadályok körül meghajolni) tulajdonságaival. diffrakció, amelyet egy bizonyos amplitúdó, hullámhossz, oszcillációs frekvencia stb. jellemez). Lehetetlen pontosan meghatározni egy elektron helyzetét az atommag körüli térben. Ezért beszélnek kisebb-nagyobb valószínűséggel annak, hogy egy elektron a tér adott régiójában van. Ha le tudnánk fényképezni egy atomot, és az elektron helyzete pontként tükröződne a képen, akkor hatalmas számú ilyen fénykép egymásra helyezésekor egy elektronfelhőt kapnánk. Minél nagyobb ennek a felhőnek a sűrűsége, annál valószínűbb, hogy egy elektron található ebben a régióban. Az atommag körüli teret, amely az elektronfelhő 90%-át tartalmazza, orbitálisnak nevezzük. Ez azt jelenti, hogy az idő 90%-ában az elektron ebben a korlátozott térben tartózkodik. A következőkben a „pálya” és a „felhő” kifejezéseket egyenértékűnek fogjuk érteni.

A szénatomnak kétféle pályája van: gömb alakú s-pályák és p-pályák súlyzó vagy háromdimenziós nyolcas alakban (2. ábra).

Ezek a pályák nemcsak alakjukban, hanem az atommagtól való távolságukban is különböznek egymástól. Minél távolabb van egy pálya az atommagtól, annál több energiája van a pályán lévő elektronnak. Az elektron energiája állapotának legfontosabb jellemzője. Sőt, és ez nagyon fontos, az atomban lévő elektron energiája csak bizonyos értékeket vehet fel, és maga az elektron is elfoglalhat egy pályát az atommagtól bizonyos távolságban. Ezek a pályák energiatartalékukban (szintjükben) különböznek.

Az energiaszintek megkülönböztetésére az atommagtól való távolságuk sorrendjében vannak számozva. Legközelebb a maghoz – először (1), majd másodikként (2) stb.

A szénatomban az első szint egy s-pálya, amely két elektront tartalmaz. A szénatom második energiaszintje is tartalmaz egy s-pályát, de nagyobb méretű, mivel a rajta lévő elektronok energiatartaléka nagyobb, mint az első szintű elektronoké, valamint három p-pálya. Ezek egyforma méretű súlyzó alakú pályák, amelyek egymásra merőlegesek, mint az x, y és z koordinátatengelyek (lásd 2. ábra). Minden pályát két elektron foglalhat el, de ellentétes spinértékekkel.

A spin (angolul: spin - forog) az elektron saját mágneses momentuma (amikor a „spin” fogalmát 1925-ben bevezették, azt feltételezték, hogy az elektron, mint töltött részecske mágneses tulajdonságait az elektronja körüli forgása okozza. saját tengely). Az elektron spinje csak akkor jelenik meg, ha kölcsönhatásba lép más elektronokkal és külső mágneses térrel. A spinnek csak két értéke lehet - pozitív és negatív.

Ahhoz, hogy elképzeljük az elektronok elrendezését egy atomban, emlékeznünk kell arra, hogy minden elektron energetikailag a legkedvezőbb pozíciót foglalja el, ahol az energiatartaléka a legkisebb. Mindig arra törekszik, hogy az atommaghoz legközelebbi pozíciót foglalja el, és egy egyszerűbb alakú pályára kerüljön (például először az s-pályán, majd a p-pályán). És ha egy szinten több azonos pálya van, akkor az elektronok először egy külön pályára kerülnek, azonos spinekkel, majd párban, de ellentétes spinekkel. Ennek megfelelően a szénatom elektronképlete 1s 2 2s 2 2p 2 lesz.

Nagyon gyakran az atomok elektronhéjának szerkezetét elektrongrafikus képletek segítségével jelenítik meg. Ezekben minden pályát egy cella jelöl ki; minden elektron - egy nyíl; a nyíl iránya megfelel a pörgés irányának.

Ábrázoljuk a szén- és hidrogénatomok elektronikus grafikus képleteit:

Egy kémiai elem vegyértékét leggyakrabban a párosítatlan elektronok száma határozza meg. A szénatomnak, amint az az elektrongrafikus képletből látható, két párosítatlan elektronja van, ezért részvételükkel két elektronpár jöhet létre, amelyek két kovalens kötést hajtanak végre. A szerves vegyületekben azonban a szén nem kétértékű, hanem mindig négyértékű. Ez azzal magyarázható, hogy a gerjesztett (többletenergiát kapott) atomban a 2s elektronok párosodnak és az egyik a 2p pályára kerül:

Egy ilyen atomnak négy párosítatlan elektronja van, és négy kovalens kötés létrehozásában vehet részt.

A kovalens kötés létrejöttéhez az egyik atom pályájának át kell fednie egy másik atom pályáját. Sőt, minél nagyobb az átfedés, annál erősebb a kapcsolat.

A kötésvonal mentén átfedő elektronpályák által létrehozott kémiai kötéseket Ϭ kötéseknek (szigma kötéseknek) nevezzük.