ตัวอย่างการแก้ปัญหา โครงสร้างของสารประกอบเชิงซ้อน เลขควอนตัมแม่เหล็ก มล
การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมเป็นสูตรแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมตามระดับและระดับย่อย หลังจากศึกษาบทความนี้คุณจะได้เรียนรู้ว่าอิเล็กตรอนอยู่ที่ไหนและอย่างไร ทำความคุ้นเคยกับตัวเลขควอนตัม และสามารถสร้างการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมตามจำนวนของมันได้ ในตอนท้ายของบทความจะมีตารางองค์ประกอบ
ทำไมต้องศึกษาการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบ?
อะตอมเป็นเหมือนชุดก่อสร้าง: มีจำนวนชิ้นส่วนที่แน่นอน ต่างกันออกไป แต่สองส่วนของประเภทเดียวกันนั้นเหมือนกันทุกประการ แต่ชุดก่อสร้างนี้น่าสนใจกว่าชุดพลาสติกมากและนี่คือเหตุผล การกำหนดค่าจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับว่าใครอยู่ใกล้ๆ เช่น ออกซิเจนถัดจากไฮโดรเจน อาจจะกลายเป็นน้ำ เมื่ออยู่ใกล้โซเดียมก็จะกลายเป็นแก๊ส และเมื่ออยู่ใกล้เหล็กก็จะกลายเป็นสนิมโดยสิ้นเชิง เพื่อตอบคำถามว่าทำไมสิ่งนี้จึงเกิดขึ้นและทำนายพฤติกรรมของอะตอมที่อยู่ถัดจากอะตอมอื่น จำเป็นต้องศึกษาการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง
อะตอมมีอิเล็กตรอนกี่ตัว?
อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนที่หมุนรอบนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ในสถานะเป็นกลาง แต่ละอะตอมจะมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส จำนวนโปรตอนถูกกำหนดโดยเลขอะตอมของธาตุ เช่น ซัลเฟอร์มีโปรตอน 16 ตัว ซึ่งเป็นธาตุที่ 16 ของตารางธาตุ ทองคำมีโปรตอน 79 ตัว ซึ่งเป็นธาตุที่ 79 ของตารางธาตุ ดังนั้น ซัลเฟอร์จึงมีอิเล็กตรอน 16 ตัวในสถานะเป็นกลาง และทองคำมีอิเล็กตรอน 79 ตัว
จะหาอิเล็กตรอนได้ที่ไหน?
จากการสังเกตพฤติกรรมของอิเล็กตรอน จะได้รูปแบบบางอย่างขึ้นมา ซึ่งอธิบายด้วยตัวเลขควอนตัม มีทั้งหมด 4 รูปแบบ:
- เลขควอนตัมหลัก
- เลขควอนตัมวงโคจร
- เลขควอนตัมแม่เหล็ก
- หมุนหมายเลขควอนตัม
วงโคจร
นอกจากนี้ แทนที่จะใช้คำว่าวงโคจร เราจะใช้คำว่า "วงโคจร" วงโคจรคือฟังก์ชันคลื่นของอิเล็กตรอน โดยคร่าว ๆ มันคือบริเวณที่อิเล็กตรอนใช้เวลา 90%
เอ็น - ระดับ
L - เปลือก
M l - หมายเลขวงโคจร
M s - อิเล็กตรอนตัวแรกหรือตัวที่สองในวงโคจร
เลขควอนตัมในวงโคจร l
จากการศึกษาเมฆอิเล็กตรอน พวกเขาพบว่าเมฆมีรูปแบบหลักสี่รูปแบบ ขึ้นอยู่กับระดับพลังงาน ได้แก่ ลูกบอล ดัมเบลล์ และอีกสองรูปแบบที่ซับซ้อนกว่า เพื่อที่จะเพิ่มพลังงาน รูปแบบเหล่านี้เรียกว่า s-, p-, d- และ f-shell แต่ละวงสามารถมีออร์บิทัลได้ 1 (บน s), 3 (บน p), 5 (บน d) และ 7 (บน f) ออร์บิทัล เลขควอนตัมของวงโคจรคือเปลือกซึ่งมีวงโคจรอยู่ หมายเลขควอนตัมวงโคจรสำหรับวงโคจร s,p,d และ f จะใช้ค่า 0,1,2 หรือ 3 ตามลำดับ
มีหนึ่งวงโคจรบน s-shell (L=0) - อิเล็กตรอนสองตัว
มีวงโคจรสามวงบน p-shell (L=1) - อิเล็กตรอนหกตัว
มีห้าออร์บิทัลบน d-shell (L=2) - อิเล็กตรอนสิบตัว
f-shell มีวงโคจรเจ็ดวง (L=3) - อิเล็กตรอนสิบสี่ตัว
เลขควอนตัมแม่เหล็ก m l
มีวงโคจรสามวงบน p-shell ซึ่งถูกกำหนดด้วยตัวเลขตั้งแต่ -L ถึง +L นั่นคือสำหรับ p-shell (L=1) จะมีวงโคจร "-1", "0" และ "1" . เลขควอนตัมแม่เหล็กแสดงด้วยตัวอักษร m l
ภายในเปลือก จะง่ายกว่าสำหรับอิเล็กตรอนที่จะอยู่ในออร์บิทัลที่ต่างกัน ดังนั้นอิเล็กตรอนตัวแรกจะเต็มหนึ่งตัวในแต่ละออร์บิทัล จากนั้นจึงเพิ่มอิเล็กตรอนคู่หนึ่งเข้าไปในแต่ละออร์บิทัล
พิจารณา d-shell:
d-shell สอดคล้องกับค่า L=2 นั่นคือห้าออร์บิทัล (-2,-1,0,1 และ 2) อิเล็กตรอนห้าตัวแรกเติมเปลือกด้วยค่า M l =-2, M ลิตร =-1, ม.ล. =0 , ม.ล. =1,ม.ล. =2.
หมุนจำนวนควอนตัม m s
การหมุนคือทิศทางการหมุนของอิเล็กตรอนรอบแกนของมัน มีสองทิศทาง ดังนั้นเลขควอนตัมการหมุนจึงมีสองค่า: +1/2 และ -1/2 ระดับย่อยพลังงานหนึ่งระดับสามารถมีอิเล็กตรอนสองตัวที่มีการหมุนตรงข้ามกันเท่านั้น หมายเลขควอนตัมสปินแสดงเป็น m s
หมายเลขควอนตัมหลัก n
เลขควอนตัมหลักคือระดับพลังงานที่ ช่วงเวลานี้ทราบระดับพลังงานเจ็ดระดับ แต่ละระดับระบุด้วยเลขอารบิค: 1,2,3,...7 จำนวนกระสุนในแต่ละระดับจะเท่ากับหมายเลขระดับ: มีหนึ่งกระสุนในระดับแรก, สองนัดในระดับที่สอง ฯลฯ
หมายเลขอิเล็กตรอน
ดังนั้น อิเล็กตรอนใดๆ สามารถอธิบายได้ด้วยเลขควอนตัมสี่ตัว การรวมกันของตัวเลขเหล่านี้จะไม่ซ้ำกันสำหรับแต่ละตำแหน่งของอิเล็กตรอน รับอิเล็กตรอนตัวแรก ระดับพลังงานต่ำสุดคือ N = 1 ที่ระดับแรกจะมีเปลือกหนึ่งอัน เปลือกแรกในระดับใด ๆ มีรูปร่างของลูกบอล (s -shell) เช่น L=0 เลขควอนตัมแม่เหล็กสามารถรับได้เพียงค่าเดียว M l =0 และการหมุนจะเท่ากับ +1/2 หากเรารับอิเล็กตรอนตัวที่ห้า (ในอะตอมใดก็ตาม) ตัวเลขควอนตัมหลักของมันจะเป็น: N=2, L=1, M=-1, หมุน 1/2
ไดซิงค์ เตตราฟลูออไรด์
สังกะสี 2 F 4 (ก.)คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของไดซิงค์เตตราฟลูออไรด์ที่เป็นก๊าซในสถานะมาตรฐานในช่วงอุณหภูมิ 100 - 6,000 K แสดงไว้ในตาราง 1 สังกะสี 2 F 4 .
ค่าคงที่โมเลกุลที่ใช้ในการคำนวณฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์ของ Zn 2 F 4 แสดงไว้ในตาราง สังกะสี8. โครงสร้างของโมเลกุล Zn 2 F 4 ยังไม่ได้รับการศึกษาเชิงทดลอง โดยการเปรียบเทียบกับ Be 2 F 4 [ 82SOL/OZE ], Mg 2 F 4 [ 81SOL/SAZ ] (ดู [ 94GUR/VEY ]) และ Al 2 F 4 [ 82ZAK/CHA ] สำหรับ Zn 2 F 4 สถานะอิเล็กทรอนิกส์เป็นหลัก 1 กก. ใช้โครงสร้างวงจรแบบแบน (กลุ่มสมมาตร ดี 2ชม.). น้ำหนักคงที่ของสถานะอิเล็กทรอนิกส์กราวด์ของ Zn 2 F 4 แนะนำให้เท่ากับ I โดยพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าไอออน Zn 2+ มี... ง 10 การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ ผลคูณของโมเมนต์ความเฉื่อยที่ระบุในตาราง Zn.8 คำนวณจากพารามิเตอร์โครงสร้างโดยประมาณ: ร(สังกะสี-F ที) = 1.75 ± 0.05 Å (พันธะ Zn-F ที่ขั้วเทอร์มินัล) ร(สังกะสี-F ข) = 1.95 ± 0.05 Å (พันธะ Zn-F ที่เชื่อมโยง) และ Ð F ข- สังกะสี-เอฟ ข= 80 ± 10 โอ ความยาวพันธะ Zn-F t จะถือว่าเท่ากับ ร(Zn-F) ในโมเลกุล ZnF 2 แนะนำให้ค่า r(Zn-F b) มีค่ามากกว่า 0.2 Å ของพันธะปลาย ดังที่สังเกตได้ในไดเมอร์ของ Al, Ga, In, Tl, Be และ เฟอเฮไลด์ ค่ามุม F ข- สังกะสี-เอฟ ขประมาณจากค่าที่สอดคล้องกันในโมเลกุล Be 2 F 4, Mg 2 F 4 และ Al 2 F 4 ข้อผิดพลาดของค่าที่คำนวณได้ ฉัน A ฉัน B ฉัน Cคือ 3·10‑113 ก. 3 ซม. 6
ความถี่ของการสั่นสะเทือนแบบยืดออกของพันธะ Zn-F n 1 และ n 2 ถูกนำมาจากงานของ Givan และ Levenschuss [80GIV/LOE] ซึ่งศึกษาสเปกตรัม IR และสเปกตรัม Raman ของโมเลกุล Zn 2 F 4 ที่แยกได้ในคริปทอน เมทริกซ์ ความถี่การสั่นสะเทือนของพันธะสะพาน Zn-F (n 3) ทั้งหมดจะถือว่าเท่ากันและค่าของพวกมันจะถูกประมาณภายใต้สมมติฐานว่า (n ข/n ที) av = 0.7 เช่นเดียวกับไดเมอร์ของ Fe, Al, Ga และ In halide แนะนำให้ใช้ความถี่ของการสั่นสะเทือนที่ผิดรูปของพันธะเทอร์มินัล (n 4 - n 5) ของ Zn 2 F 4 โดยสมมติว่าอัตราส่วนของค่าใน Zn 2 F 4 และ Zn 2 Cl 4 จะเหมือนกับ ZnF 2 และ ZnCl 2 ความถี่ของการสั่นสะเทือนการเปลี่ยนรูปที่ไม่ใช่ระนาบของวงจร (n 7) จะสูงกว่าความถี่ที่สอดคล้องกันสำหรับ Zn 2 Cl 4 เล็กน้อย ค่าของความถี่ของการสั่นสะเทือนที่เสียรูปของวงจรในระนาบ (n 6) ประเมินโดยการเปรียบเทียบกับค่าที่ยอมรับสำหรับ Zn 2 Cl 4 และคำนึงถึงอัตราส่วนของความถี่การสั่นสะเทือนของพันธะสะพาน Zn-F และ Zn-Cl ใน Zn 2 F 4 และ Zn 2 Cl 4 ข้อผิดพลาดในความถี่การสั่นสะเทือนที่สังเกตได้จากการทดลองคือ 20 ซม. -1 ซึ่งประมาณไว้ที่ 20% ของค่า
สถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ตื่นเต้นของ Zn 2 F 4 ไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาในการคำนวณฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์
ฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์ของ Zn 2 F 4 (r) ถูกคำนวณในการประมาณ "โรเตเตอร์แบบแข็ง - ออสซิลเลเตอร์ฮาร์มอนิก" โดยใช้สมการ (1.3) - (1.6) , (1.9) , (1.10) , (1.122) - (1.124) , (1.128) ) , ( 1.130) . ข้อผิดพลาดในฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์ที่คำนวณได้นั้นเกิดจากความไม่ถูกต้องของค่าที่ยอมรับของค่าคงที่โมเลกุลตลอดจนลักษณะการคำนวณโดยประมาณและจำนวน 6, 16 และ 20 J × K −1 × mol ‑1 นิ้ว ค่าของ Φ°( ต) ที่ 298.15, 3000 และ 6000 K.
ตารางฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์ของ Zn 2 F 4 (g) ได้รับการเผยแพร่เป็นครั้งแรก
ค่าคงที่สมดุล Zn 2 F 4 (g) = 2Zn(g) + 4F(g) คำนวณโดยใช้ค่าที่ยอมรับได้
ดี ที่ชมº(Zn 2 F 4. g, 0) = 1760 ± 30 kJ × โมล −1
ความสำคัญได้รับการประเมินโดยการเปรียบเทียบเอนทาลปีของการระเหิดและการลดขนาดของไดฮาไลด์ที่รวมอยู่ในเอกสารเผยแพร่นี้ ตาราง Zn.12 แสดงค่าของอัตราส่วน D สชมº(MeHal 2.k, 0) / D รชมº(MeHal 2 - MeHal 2, 0) ซึ่งสอดคล้องกับค่าที่ยอมรับในเอกสารนี้
ใน 9 กรณีจากทั้งหมด 20 กรณี ข้อมูลการทดลองหายไป สำหรับสารประกอบเหล่านี้ มีการประมาณการตามตารางในวงเล็บเหลี่ยม การประมาณการเหล่านี้จัดทำขึ้นตามการพิจารณาดังต่อไปนี้:
1. สำหรับสารประกอบ Fe, Co และ Ni ยอมรับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในซีรีส์ F-Cl-Br-I และการไม่มีการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวในซีรีส์ Fe-Co-Ni เป็นที่ยอมรับ
2. สำหรับสารประกอบ Zn ไม่สามารถสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของค่าในชุด F-Cl-Br-I และสำหรับฟลูออไรด์ค่าที่ใช้คือค่าเฉลี่ยของค่าที่เหลือ
3. สำหรับสารประกอบ Cu ยอมรับช่วงเล็ก ๆ ในซีรีย์ F-Cl-Br-I โดยการเปรียบเทียบกับสารประกอบของกลุ่มเหล็กโดยขึ้นอยู่กับความใกล้เคียงของค่า การเคลื่อนไหวนั้นถูกนำมาใช้ค่อนข้างเล็ก
วิธีการที่อธิบายไว้นำไปสู่ค่าเอนทาลปีของการทำให้เป็นอะตอมของ Me 2 Hal 4 ที่ระบุในตาราง สังกะสี13.
เมื่อคำนวณพลังงานการทำให้เป็นอะตอมของ Cu 2 I 4 จะใช้ค่า D ซึ่งไม่รวมอยู่ในเอกสารนี้ ส° (CuI 2, k, 0) = 180 ± 10 kJ × โมล −1 (ดูข้อความเกี่ยวกับเอนทาลปีของการระเหิดของ CuBr 2)
ความแม่นยำของการประมาณค่าสามารถประมาณได้ที่ 50 kJ× mol -1 สำหรับ Cu 2 I 4 และ 30 kJ× mol -1 ในกรณีอื่นๆ
ค่าที่ยอมรับของเอนทัลปีของการทำให้เป็นอะตอมของ Zn 2 F 4 สอดคล้องกับค่าของเอนทัลปีของการก่อตัว:
ดี เอฟเอช° (Zn 2 F 4. ก., 0) = -1191.180 ± 30.0 กิโลจูล × โมล ‑1
โอซินา อี.แอล. [ป้องกันอีเมล]
กูซารอฟ เอ.วี. [ป้องกันอีเมล]
ลองดูงานที่ 1 จากตัวเลือกการสอบ Unified State สำหรับปี 2559
ภารกิจที่ 1
สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอก 3s²3p6 สอดคล้องกับโครงสร้างของแต่ละอนุภาคทั้งสอง:
1. Ar° และ K° 2. Cl‾ และ K+ 3. S²‾ และ Na° 4. Cl° และ Ca2+
คำอธิบาย:ในบรรดาตัวเลือกคำตอบ ได้แก่ อะตอมที่อยู่ในสถานะไม่ตื่นเต้นและตื่นเต้น กล่าวคือ โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของโพแทสเซียมไอออนไม่ตรงกับตำแหน่งในตารางธาตุ พิจารณาตัวเลือก 1 Arº และ Kº มาเขียนการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์กัน: Arº: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6; K°: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 - การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เหมาะสมสำหรับอาร์กอนเท่านั้น ลองพิจารณาตัวเลือกคำตอบหมายเลข 2 - Cl‾ และ K+ เค+: 1s2 2s2 2p6 3s2 4s0; คลาส: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 เพราะฉะนั้น, คำตอบที่ถูกต้องคือ 2
ภารกิจที่ 2
1. Ca° 2. K+ 3. Cl+ 4. Zn2+
คำอธิบาย:สำหรับเราเขียนการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ของอาร์กอน: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 แคลเซียมไม่เหมาะสมเนื่องจากมีอิเล็กตรอนมากกว่า 2 ตัว สำหรับโพแทสเซียม: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 คำตอบที่ถูกต้องคือ 2
ภารกิจที่ 3
องค์ประกอบที่มีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคือ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 ก่อให้เกิดสารประกอบไฮโดรเจน
1. CH4 2. SiH4 3. H2O 4. H2S
คำอธิบาย:ลองดูที่ตารางธาตุ อะตอมของกำมะถันมีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์แบบนี้ คำตอบที่ถูกต้องคือ 4
ภารกิจที่ 4
อะตอมของแมกนีเซียมและ
1. แคลเซียม 2. โครเมียม 3. ซิลิคอน 4. อลูมิเนียม
คำอธิบาย:แมกนีเซียมมีการกำหนดค่าระดับพลังงานภายนอก: 3s2 สำหรับแคลเซียม: 4s2 สำหรับโครเมียม: 4s2 3d4 สำหรับซิลิคอน: 3s2 2p2 สำหรับอลูมิเนียม: 3s2 3p1 คำตอบที่ถูกต้องคือ 1.
ภารกิจที่ 5
อะตอมอาร์กอนในสถานะพื้นสอดคล้องกับการจัดเรียงอิเล็กตรอนของอนุภาค:
1. S²‾ 2. Zn2+ 3. Si4+ 4. Se°
คำอธิบาย:การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอาร์กอนในสถานะกราวด์คือ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 S²‾ มีการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p(4+2) คำตอบที่ถูกต้องคือ 1.
ภารกิจที่ 6
อะตอมของฟอสฟอรัสและฟอสฟอรัสมีระดับพลังงานภายนอกที่คล้ายคลึงกัน
1. อาร์ 2. อัล 3. Cl 4. น
คำอธิบาย:มาเขียนการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของระดับภายนอกของอะตอมฟอสฟอรัส: 3s2 3p3
สำหรับอะลูมิเนียม: 3s2 3p1;
สำหรับอาร์กอน: 3s2 3p6;
สำหรับคลอรีน: 3s2 3p5;
สำหรับไนโตรเจน: 2s2 2p3
คำตอบที่ถูกต้องคือ 4
ภารกิจที่ 7
การจัดเรียงอิเล็กตรอน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 สอดคล้องกับอนุภาค
1. S4+ 2. P3- 3. Al3+ 4. O2-
คำอธิบาย:การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์นี้สอดคล้องกับอะตอมอาร์กอนในสถานะพื้น พิจารณาตัวเลือกคำตอบ:
S4+: 1s2 2s2 2p6 3s2 2p0
P3-: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p(3+3)
คำตอบที่ถูกต้องคือ 2
ภารกิจที่ 8
การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ใดที่สอดคล้องกับการกระจายตัวของเวเลนซ์อิเล็กตรอนในอะตอมโครเมียม:
1. 3d2 4s2 2. 3s2 3p4 3. 3d5 4s1 4. 4s2 4p6
คำอธิบาย:มาเขียนการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของโครเมียมในสถานะกราวด์: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะอยู่ในสองระดับย่อยสุดท้ายคือ 4s และ 3d (ในที่นี้อิเล็กตรอนตัวหนึ่งจะกระโดดจากระดับย่อย s ถึง d) คำตอบที่ถูกต้องคือ 3
ภารกิจที่ 9
อะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการจับคู่สามตัวในระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกในสถานะพื้น
1. ไทเทเนียม 2. ซิลิคอน 3. แมกนีเซียม 4. ฟอสฟอรัส
คำอธิบาย:องค์ประกอบนั้นจะต้องอยู่ในหมู่ 5 จึงจะมีอิเล็กตรอนไม่เท่ากัน 3 ตัว เพราะฉะนั้น, คำตอบที่ถูกต้องคือ 4
ภารกิจที่ 10
อะตอม องค์ประกอบทางเคมีซึ่งมีออกไซด์สูงสุดคือ RO2 มีการกำหนดค่าระดับภายนอก:
1.ns2 np4 2.ns2 np2 3.ns2 4.ns2 np1
คำอธิบาย:องค์ประกอบนี้มีสถานะออกซิเดชัน (ในสารประกอบนี้) เท่ากับ +4 นั่นคือจะต้องมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัวในระดับภายนอก เพราะฉะนั้น, คำตอบที่ถูกต้องคือ 2
(คุณอาจคิดว่าคำตอบที่ถูกต้องคือ 1 แต่อะตอมดังกล่าวจะมีสถานะออกซิเดชันสูงสุดที่ +6 (เนื่องจากมีอิเล็กตรอน 6 ตัวในระดับชั้นนอก) แต่เราต้องการให้ออกไซด์ที่สูงกว่าจึงมีสูตร RO2 และเช่นนั้น ธาตุหนึ่งจะมีออกไซด์ RO3 สูงกว่า)
การมอบหมายงานอิสระ
1. การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 สอดคล้องกับอะตอม
1. อลูมิเนียม 2. ไนโตรเจน 3. คลอรีน 4. ฟลูออรีน
2. อนุภาคมีเปลือกนอกแปดอิเล็กตรอน
1. P3+ 2. Mg2+ 3. Cl5+ 4. Fe2+
3. เลขอะตอมขององค์ประกอบที่มีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคือ 1s2 2s2 2p3 เท่ากับ
1. 5 2. 6 3. 7 4. 4
4. จำนวนอิเล็กตรอนในคอปเปอร์ไอออน Cu2+ คือ
1. 64 2. 66 3. 29 4. 27
5. อะตอมของไนโตรเจนและ
1. ซัลเฟอร์ 2. คลอรีน 3. สารหนู 4. แมงกานีส
6. สารประกอบใดประกอบด้วยแคตไอออนและแอนไอออนซึ่งมีโครงสร้างอิเล็กตรอนเป็น 1s2 2s2 2p6 3s3 3p6
1. NaCl 2. NaBr 3. KCl 4. KBr
7. จำนวนอิเล็กตรอนในไอออนเหล็ก Fe2+ คือ
1. 54 2. 28 3. 58 4. 24
8. ไอออนมีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของก๊าซเฉื่อย
1. Cr2+ 2. S2- 3. Zn2+ 4. N2-
9. อะตอมของฟลูออรีนและฟลูออรีนมีการกำหนดค่าระดับพลังงานภายนอกคล้ายกัน
1. ออกซิเจน 2. ลิเธียม 3. โบรมีน 4. นีออน
10. ธาตุที่มีสูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคือ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 สอดคล้องกับสารประกอบไฮโดรเจน
1. HCl 2. PH3 3. H2S 4. SiH4
หมายเหตุนี้ใช้งานจากคอลเลกชัน Unified State Exam ปี 2016 ซึ่งแก้ไขโดย A.A. คาเวรินา.
ทฤษฎีวิธีเวเลนซ์บอนด์
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 6 4p 0 4d 0
ตาม กฎของฮุนด์อิเล็กตรอนในระดับพลังงานภายนอกจะถูกจัดเรียงดังนี้
ตัวแทนเชิงซ้อนมีหมายเลขประสานงานของc.n. = 6 จึงสามารถแนบลิแกนด์ได้ 6 ตัว ซึ่งแต่ละลิแกนด์มีคู่อิเล็กตรอนตัวเดียว จึงเป็นผู้บริจาคอิเล็กตรอน ตัวรับ (สารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อน) จะต้องจัดเตรียมออร์บิทัลว่าง 6 อันเพื่อรองรับคู่อิเล็กตรอน 6 คู่ เมื่อไอออนเชิงซ้อน 3+ เกิดขึ้น อิเล็กตรอน 4 ตัวที่ไม่ได้รับการจับคู่ในสถานะ d – ของ Co 3+ จะก่อตัวเป็นคู่อิเล็กตรอนคู่แรก ซึ่งส่งผลให้ออร์บิทัล 3 มิติ 2 ตัวถูกปล่อยออกมา:
จากนั้นจะเกิดไอออนเชิงซ้อน 3+ โดยมีโครงสร้างดังต่อไปนี้:
วงโคจร 3 มิติด้านในและวงโคจร 4 วินาทีและ 4p ด้านนอกมีส่วนร่วมในการก่อตัวของไอออนเชิงซ้อนนี้ ประเภทของการผสมพันธุ์ - ง 2 เอสพี 3 .
การมีอยู่ของอิเล็กตรอนคู่เดียวบ่งบอกถึงคุณสมบัติไดแม่เหล็กของไอออน
ทฤษฎีสนามคริสตัล
ทฤษฎีสนามคริสตัลขึ้นอยู่กับสมมติฐานที่ว่าการเชื่อมต่อระหว่างสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนกับลิแกนด์เป็นเพียงบางส่วน อย่างไรก็ตาม คำนึงถึงอิทธิพลของสนามไฟฟ้าสถิตของลิแกนด์ต่อสถานะพลังงานของอิเล็กตรอนของไอออนกลางด้วย
ลองพิจารณาเกลือเชิงซ้อนสองตัว: K 2 และ K 3 .
K 2 – มีโครงสร้างเชิงพื้นที่จัตุรมุข ( เอสพี 3 - การผสมพันธุ์)
K 3 – มีโครงสร้างเชิงพื้นที่แปดด้าน ( เอสพี 3 ง 2 -การผสมพันธุ์)
สารเชิงซ้อนมีดังต่อไปนี้ การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์:
d – อิเล็กตรอนที่มีระดับพลังงานเท่ากันจะเท่ากันในกรณีของอะตอมหรือไอออนอิสระ แต่การกระทำของสนามไฟฟ้าสถิตของลิแกนด์มีส่วนทำให้ระดับพลังงานของ d-orbitals ในไอออนกลางแตกตัว และยิ่งสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยลิแกนด์แข็งแกร่งเท่าไร การแยกตัวก็จะยิ่งมากขึ้น (สำหรับสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนเดียวกัน) ตามความสามารถในการทำให้เกิดการแตกตัวของระดับพลังงาน ลิแกนด์จะถูกจัดเรียงเป็นแถว:
CN — > NO 2 — > NH 3 > SCN — > H 2 O > OH — > F — > Cl — > Br — > I —
โครงสร้างของไอออนเชิงซ้อนส่งผลต่อธรรมชาติของการแยกระดับพลังงานของสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อน
ที่ โครงสร้างแปดด้านไอออนเชิงซ้อน d γ -orbitals (d z 2 -, d x 2 - y 2 -orbitals) ขึ้นอยู่กับ ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงของสนามลิแกนด์และอิเล็กตรอนของออร์บิทัลเหล่านี้สามารถมีพลังงานสูงกว่าอิเล็กตรอนของ d ε -ออร์บิทัล (d xy, d xz, d yz - ออร์บิทัล)
การแบ่งระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในสถานะ d ในสนามรูปแปดด้านของลิแกนด์สามารถแสดงได้ใน รูปแบบไดอะแกรม:
โดยที่ Δ ต.ค. คือพลังงานที่แยกออกในสนามรูปแปดด้านของลิแกนด์
ด้วยโครงสร้างทรงสี่หน้าของไอออนเชิงซ้อน d γ ออร์บิทัลมีพลังงานต่ำกว่า d ε ออร์บิทัล:
โดยที่ Δ tetr คือพลังงานของการแยกตัวในสนามทรงสี่หน้าของลิแกนด์
การแยกพลังงาน ∆กำหนดโดยการทดลองจากสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของควอนตัมแสงด้วยสสาร ซึ่งมีพลังงานเท่ากับพลังงานของการเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สอดคล้องกัน สเปกตรัมการดูดกลืนแสง เช่นเดียวกับสีของสารประกอบเชิงซ้อนขององค์ประกอบ d เกิดจากการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนจาก d-orbital ที่มีพลังงานต่ำไปเป็น d-orbital ที่มีพลังงานสูงกว่า
ดังนั้น ในกรณีของเกลือ K 3 เมื่อดูดซับควอนตัมแสง การเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนจากวงโคจร d ε ไปเป็นวงโคจร d γ ก็เป็นไปได้ นี่อธิบายว่าเกลือนี้มีสีส้มแดง และเกลือ K2 ไม่สามารถดูดซับแสงได้ ส่งผลให้ไม่มีสี สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าการเปลี่ยนอิเล็กตรอนจากวงโคจร d γ ไปเป็นวงโคจร d ε นั้นไม่สามารถทำได้
ทฤษฎีการโคจรของโมเลกุล
วิธีมิสซูรีได้ถูกกล่าวถึงก่อนหน้านี้ในส่วน
เมื่อใช้วิธีนี้ เราจะอธิบายการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของไอออนเชิงซ้อนสปินสูง 2+
การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของไอออน Ni 2+:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 8 4p 0 4d 0 หรือ …4s 0 3d 8 4p 0 4d 0
ในไอออนเชิงซ้อน 2+ มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมี 8 อิเล็กตรอนไอออน Ni 2+ ส่วนกลางและอิเล็กตรอน 12 ตัวของลิแกนด์ NH 3 หกตัว
ผิวมันมี โครงสร้างแปดด้าน. การก่อตัวของ MOs จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อพลังงานของอนุภาคที่มีปฏิกิริยาเริ่มต้นนั้นใกล้เคียงกับค่าของมันและยังมุ่งเน้นไปที่อวกาศด้วย
ในกรณีของเรา วงโคจร 4s ของไอออน Ni 2+เหลื่อมซ้อนกับออร์บิทัลของลิแกนด์ทั้ง 6 ตัวเท่าๆ กัน ด้วยเหตุนี้จึงเกิดวงโคจรของโมเลกุลขึ้น: พันธะ σ s b และแอนติบอดี σ s dis
การทับซ้อนของออร์บิทัล 4p สามอันของสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนเมื่อออร์บิทัลของลิแกนด์นำไปสู่การก่อตัวของ σp-ออร์บิทัล 6 ตัว: พันธะ σ x, σ y, σ z และแอนติบอดี σ x, σ y, σ z
การทับซ้อนกัน d z 2 และ d x 2 - y 2 ตัวแทนเชิงซ้อนด้วยวงโคจรของลิแกนด์มีส่วนทำให้เกิดวงโคจรโมเลกุลสี่วง: พันธะ σ พันธะ x 2 - y 2 พันธะ σ พันธะ z 2 และแอนติบอดีสองตัว σ แตก x 2 - y 2, σ ตัด z 2
วงโคจร d xy , d xz , d yz ของไอออน Ni 2+ ไม่จับกับวงโคจรของลิแกนด์ เพราะ ไม่ได้มุ่งตรงไปที่พวกเขา ด้วยเหตุนี้ พวกมันจึงไม่มีส่วนร่วมในการสร้างพันธะ σ และเป็นออร์บิทัลที่ไม่มีพันธะ: π xz, π xy, π yz
ทั้งหมด ไอออนเชิงซ้อน 2+ มีออร์บิทัลโมเลกุล 15 วงการจัดเรียงอิเล็กตรอนสามารถอธิบายได้ดังนี้:
(σ s св) 2 (σ х св) 2 (σ y св) 2 (σ z св) 2 (σ св x 2 - y 2) 2 (σ св z 2) 2 (π xz) 2 (π xy) 2 (π yz) 2 (σ ขนาด x 2 - y 2) (σ ขนาด z 2)
การก่อตัวของออร์บิทัลโมเลกุลแสดงไว้ในแผนภาพด้านล่าง:
