परमाणु कक्षाएँ क्या हैं? परमाणु कक्षक. क्वांटम संख्याएं

विषय 6 रासायनिक तत्वों के परमाणुओं का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास।

1. ऑर्बिटल्स की अवधारणा। एस-, आर- और डी-ऑर्बिटल्स.

2. रासायनिक तत्वों के परमाणुओं का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास।

ऑर्बिटल्स की अवधारणा. एस-, पी- और डी-ऑर्बिटल्स

परमाणु एक विद्युत रूप से तटस्थ कण है जिसमें धनात्मक आवेशित नाभिक और ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन होते हैं।

इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर ऊर्जा स्तर पर स्थित होते हैं, जिनकी संख्या आवर्त संख्या के बराबर होती है।

एक परमाणु कक्षक एक ज्यामितीय छवि है जो परमाणु नाभिक के चारों ओर अंतरिक्ष की मात्रा से मेल खाती है, जो इस मात्रा में (एक कण के रूप में) एक इलेक्ट्रॉन खोजने की 90% संभावना से मेल खाती है और साथ ही 90% चार्ज घनत्व से मेल खाती है। इलेक्ट्रॉन (एक तरंग के रूप में)।

परमाणु स्पेक्ट्रा की सावधानीपूर्वक जांच से पता चलता है कि ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण के कारण बनी "मोटी" रेखाएं वास्तव में पतली रेखाओं में विभाजित हो जाती हैं। इसका मतलब यह है कि इलेक्ट्रॉन कोश वास्तव में उपकोश में विभाजित होते हैं। इलेक्ट्रॉनिक उपकोशों को परमाणु स्पेक्ट्रा में उनके अनुरूप रेखाओं के प्रकार द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है:

एस-उपकोश का नाम इसके "तीव्र" के लिए रखा गया है एस-पंक्तियाँ - तीखा;
पी-उपकोश का नाम "मुख्य" के नाम पर रखा गया है पी-पंक्तियाँ - प्रधानाचार्य;
डी-उपकोश का नाम "फैलाना" के नाम पर रखा गया है डी-पंक्तियाँ - बिखरा हुआ;
एफ-उपकोश का नाम "मौलिक" के नाम पर रखा गया है एफ-पंक्तियाँ - मौलिक.

एक मल्टीइलेक्ट्रॉन परमाणु के ऊर्जा स्तर, उपस्तर और कक्षाएँ

पाउली सिद्धांत: एक परमाणु में समान अवस्था में दो इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते।

पाउली सिद्धांत के अनुसार, यह तर्क दिया जा सकता है कि परमाणु में प्रत्येक इलेक्ट्रॉन को चार क्वांटम संख्याओं के अपने सेट द्वारा विशिष्ट रूप से चित्रित किया जाता है - मुख्य एन, कक्षीय एल, चुंबकीय एमऔर स्पिन एस.

इलेक्ट्रॉनों द्वारा ऊर्जा स्तर, उपस्तर और परमाणु कक्षाओं की जनसंख्या निम्नलिखित नियम (न्यूनतम ऊर्जा के सिद्धांत) के अधीन है: एक अउत्तेजित अवस्था में, सभी इलेक्ट्रॉनों में सबसे कम ऊर्जा होती है।

इसका मतलब यह है कि परमाणु के कोश को भरने वाले प्रत्येक इलेक्ट्रॉन ऐसे कक्ष में रहते हैं कि पूरे परमाणु में न्यूनतम ऊर्जा होती है। उपस्तरों की ऊर्जा में लगातार क्वांटम वृद्धि निम्नलिखित क्रम में होती है:

1एस - 2एस - 2पी - 3एस - 3पी - 4एस - 3डी - 4पी - 5एस-…..

एक ऊर्जा उपस्तर के भीतर परमाणु कक्षाओं का भरना जर्मन भौतिक विज्ञानी एफ. हुंड (1927) द्वारा तैयार किए गए नियम के अनुसार होता है।

हंड का नियम: समान उपस्तर से संबंधित परमाणु कक्षाएँ पहले एक इलेक्ट्रॉन से भरी होती हैं, और फिर वे दूसरे इलेक्ट्रॉनों से भरी होती हैं।

हंड के नियम को अधिकतम बहुलता का सिद्धांत भी कहा जाता है, अर्थात। एक ऊर्जा उपस्तर के इलेक्ट्रॉनों के स्पिन की अधिकतम संभव समानांतर दिशा।

एक मुक्त परमाणु में अपने उच्चतम ऊर्जा स्तर पर आठ से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते हैं।

किसी परमाणु के उच्चतम ऊर्जा स्तर (बाहरी इलेक्ट्रॉन परत में) पर स्थित इलेक्ट्रॉन कहलाते हैं बाहरी; किसी भी तत्व के परमाणु में बाहरी इलेक्ट्रॉनों की संख्या कभी भी आठ से अधिक नहीं होती है। कई तत्वों के लिए, यह बाहरी इलेक्ट्रॉनों (भरे हुए आंतरिक उपस्तरों के साथ) की संख्या है जो बड़े पैमाने पर उनके रासायनिक गुणों को निर्धारित करती है। अन्य इलेक्ट्रॉनों के लिए जिनके परमाणुओं में अपूर्ण आंतरिक उपस्तर होता है, उदाहरण के लिए 3 डी- Sc, Ti, Cr, Mn आदि तत्वों के परमाणुओं के उपस्तर, रासायनिक गुण आंतरिक और बाह्य दोनों इलेक्ट्रॉनों की संख्या पर निर्भर करते हैं। इन सभी इलेक्ट्रॉनों को कहा जाता है वैलेंस; परमाणुओं के संक्षिप्त इलेक्ट्रॉनिक सूत्रों में उन्हें परमाणु कंकाल के प्रतीक के बाद, यानी वर्गाकार कोष्ठक में अभिव्यक्ति के बाद लिखा जाता है।

2. परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना। रासायनिक बंध

किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉन की किसी भी स्थिर अवस्था को क्वांटम संख्याओं के कुछ निश्चित मूल्यों की विशेषता होती है: n, l, ml, ms, जिन्हें क्रमशः कहा जाता है: प्रिंसिपल, कक्षीय, चुंबकीय और स्पिन।

किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉन की स्थिति, क्वांटम संख्या n, ℓ, ml के कुछ निश्चित मानों के अनुरूप, परमाणु कक्षक (a.o.) कहलाती है। अन्यथा, परमाणु कक्षक वह स्थान है जहां इलेक्ट्रॉन के रहने की सबसे अधिक संभावना होती है।

कक्षीय क्वांटम संख्या के मूल्य के आधार पर, ऊर्जा उपस्तरों के लिए निम्नलिखित पदनाम अपनाया जाता है:

ℓ= 2 – डी -*- ℓ= 3 – एफ -*-

प्रत्येक प्रकार के परमाणु कक्षक का अपना इलेक्ट्रॉन बादल आकार होता है। S एक गोलाकार कक्षक है, p एक डम्बल-आकार का कक्षक है, d एक रोसेट-आकार का कक्षक है, f और भी अधिक जटिल आकार का एक कक्षक है।

प्रत्येक प्रकार की कक्षाओं की संख्या उन्हें अंतरिक्ष में उन्मुख करने के तरीकों की संख्या से निर्धारित होती है, अर्थात। चुंबकीय क्वांटम संख्या मानों की संख्या - एमएल। चुंबकीय क्वांटम संख्या का मान (2ℓ + 1) होता है

(सारणी 2.1).

ग्राफ़िक रूप से, परमाणु कक्षक को दर्शाया गया है या -। ऊर्जा स्तर पर परमाणु कक्षाओं की संख्या (z) सूत्र za.o द्वारा दी गई है। = n2, जहां n प्रमुख क्वांटम संख्या है।

पाउली सिद्धांत के अनुसार, एक परमाणु में क्वांटम संख्याओं के समान सेट वाले दो इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते। इससे यह पता चलता है कि प्रत्येक परमाणु कक्षक पर दो से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं रह सकते हैं, और उनकी स्पिन क्वांटम संख्या भिन्न होनी चाहिए, जिसे ↓ द्वारा दर्शाया जाता है।

इस प्रकार, ऊर्जा स्तर पर इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या सूत्र ze = 2n2 द्वारा निर्धारित की जाती है। एक उपस्तर में इलेक्ट्रॉनों की संख्या सूत्र 2(2ℓ + 1) द्वारा निर्धारित की जाती है। इलेक्ट्रॉनों की संख्या और स्तरों की संरचना की गणना एक तालिका के रूप में प्रस्तुत की जा सकती है। 2.2.

प्रत्येक उपस्तर और स्तर की संरचना को जानकर, आप तत्वों के इलेक्ट्रॉनिक सूत्र बना सकते हैं।

एक मल्टीइलेक्ट्रॉन परमाणु की स्थिर (अउत्तेजित) स्थिति परमाणु कक्षाओं पर इलेक्ट्रॉनों के वितरण से मेल खाती है, जिस पर परमाणु की ऊर्जा न्यूनतम होती है। इसलिए, परमाणु कक्षाएँ उनकी ऊर्जा में क्रमिक वृद्धि के क्रम में भरी जाती हैं। जिस क्रम में परमाणु कक्षाएँ इलेक्ट्रॉनों से भरी होती हैं, वह क्लेचकोवस्की के नियमों द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो प्रिंसिपल (एन) और कक्षीय (ℓ) दोनों क्वांटम संख्याओं के मूल्यों पर कक्षीय ऊर्जा की निर्भरता को ध्यान में रखता है। इन नियमों के अनुसार, परमाणु कक्षाएँ योग में क्रमिक वृद्धि के क्रम में इलेक्ट्रॉनों से भरी होती हैं (n+1) (क्लेचकोवस्की का पहला नियम), और इस योग के समान मूल्यों के लिए, में क्रमिक वृद्धि के क्रम में प्रमुख संख्या n (क्लेचकोवस्की का दूसरा नियम)।

एक ऊर्जा उपस्तर के भीतर परमाणु कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों की स्थिति हंड के नियम द्वारा निर्धारित की जाती है, जिसके अनुसार एक परमाणु की न्यूनतम ऊर्जा किसी दिए गए उपस्तर के परमाणु कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों के वितरण से मेल खाती है, जिस पर कुल स्पिन का पूर्ण मूल्य होता है। परमाणु अधिकतम है; इलेक्ट्रॉनों की किसी भी अन्य व्यवस्था के साथ, परमाणु उत्तेजित अवस्था में होगा, अर्थात। उच्च ऊर्जा की विशेषता होगी।

कार्य और अभ्यास

2.1. एक इलेक्ट्रॉन की स्थिति कैसे निर्दिष्ट की जाती है: a) n=4, ℓ=2 के साथ; बी) n=5, ℓ=3 के साथ।

समाधान: ऊर्जा स्थिति लिखते समय, उपस्तर (एन) की संख्या को एक संख्या से दर्शाया जाता है, और उपस्तर (एस, पी, डी, एफ) की प्रकृति को एक अक्षर से दर्शाया जाता है। n=4 और ℓ=2 के लिए हम 4d लिखते हैं; n=5 और ℓ=3 के लिए हम 5f लिखते हैं।

तालिका 2.2

इलेक्ट्रॉनों की संख्या की गणना

तालिका का अंत. 2.2

2.2. तीसरे ऊर्जा स्तर के अनुरूप कुल कितने कक्षक हैं? इस स्तर में कितने इलेक्ट्रॉन होते हैं? यह स्तर कितने उपस्तरों में विभाजित होता है?

समाधान: तीसरे ऊर्जा स्तर n = 3 के लिए, परमाणु कक्षाओं की संख्या 9 (32) है; ऑर्बिटल्स की यह संख्या 1(s) + 3(p) + 5(d) = 9 का योग है। पाउली सिद्धांत के अनुसार, इस स्तर पर इलेक्ट्रॉनों की संख्या 18 है। तीसरा ऊर्जा स्तर तीन उपस्तरों में विभाजित है : एस, पी, डी (उपस्तरों की संख्या प्रमुख क्वांटम संख्या के मूल्यों की संख्या के साथ मेल खाती है)।

सभी रासायनिक तत्वों को भरे जाने वाले उपस्तरों की प्रकृति के आधार पर 4 प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है:

एस-तत्व - इलेक्ट्रॉनों से भरे हुए एनएस - सबलेवल; पी-तत्व - इलेक्ट्रॉनों से भरा हुआ एनपी - सबलेवल; डी-तत्व - इलेक्ट्रॉनों से भरा हुआ (एन-1)डी - सबलेवल; एफ-तत्व - इलेक्ट्रॉनों से भरा हुआ (एन-2)एफ - सबलेवल।

किसी तत्व का इलेक्ट्रॉनिक सूत्र लिखने के लिए, आपको: ऊर्जा स्तर संख्या को अरबी अंकों में इंगित करना होगा, उपस्तर का अक्षर मान लिखना होगा, और एक घातांक के रूप में इलेक्ट्रॉनों की संख्या लिखना होगा।

उदाहरण के लिए: 26 FeIV 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6।

इलेक्ट्रॉनिक सूत्र को उपस्तरों की प्रतिस्पर्धा को ध्यान में रखते हुए संकलित किया गया है, अर्थात। न्यूनतम ऊर्जा नियम. अंतिम इलेक्ट्रॉनिक को ध्यान में रखे बिना

सूत्र लिखा जाएगा: 26 Fe1V 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2। किसी तत्व की अधिकतम संयोजकता संयोजकता कक्षकों की संख्या से निर्धारित होती है और यह तत्व के इलेक्ट्रॉनिक प्रकार और आवर्त संख्या पर निर्भर करती है।

आवर्त और अधिकतम संयोजकता के अनुसार तत्वों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना तालिका में प्रस्तुत की गई है। 2.3.

तालिका 2.3 इलेक्ट्रॉनिक संरचना और तत्वों की अधिकतम संयोजकता

2.3. उपस्तर भरने के बाद परमाणु में कौन सा उपस्तर इलेक्ट्रॉनों से भर जाता है: a) 4p; बी) 4s?

आर समाधान: ए) उपस्तर 4पी, 4+1 = 5 के बराबर योग (एन + एल) से मेल खाता है। वही योग एन+एल उपस्तर 3डी (3+2 = 5) को दर्शाता है।

और 5s (5+0 = 5). हालाँकि, अवस्था 3डी अवस्था 4पी की तुलना में एन (एन = 3) के छोटे मान से मेल खाती है, इसलिए उपस्तर 3डी उपस्तर 4पी से पहले भरा जाएगा। नतीजतन, सबलेवल 4पी भरने के बाद, सबलेवल 5एस भरा जाएगा, जो एक के बाद एक एन (एन=5) के उच्च मूल्य से मेल खाता है।

बी) सबलेवल 4s योग n+l = 4+0 = 4 से मेल खाता है। वही योग n+l सबलेवल 3p को दर्शाता है, लेकिन इस सबलेवल को भरना सबलेवल 4s को भरने से पहले होता है, क्योंकि उत्तरार्द्ध प्रमुख क्वांटम संख्या के एक बड़े मूल्य से मेल खाता है। नतीजतन, उपस्तर 4s के बाद, योग (n+l) = 5 के साथ एक उपस्तर भरा जाएगा, और, इस योग के अनुरूप सभी संभावित संयोजन n+ℓ (n=3, ℓ=2; n=4, ℓ= 1; n= 5, ℓ=0), मुख्य क्वांटम संख्या के सबसे छोटे मान के साथ संयोजन सबसे पहले साकार होगा, अर्थात। सबलेवल 4एस के बाद सबलेवल 3डी भरा जाएगा।

निष्कर्ष: इस प्रकार, डी उपस्तर को भरना एक क्वांटम स्तर से पीछे है, एफ उपस्तर को भरना दो क्वांटम स्तर से पीछे है।

2.4. किसी परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना का वर्णन सूत्र 1s द्वारा किया जाता है 2 2s2 2p6 3s2 3d7 4s2। यह कौन सा तत्व है?

आर समाधान: यह तत्व इलेक्ट्रॉनिक प्रकार का है

पहली अवधि के डी-तत्व, क्योंकि 3डी उपस्तर इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्मित होता है; इलेक्ट्रॉनों की संख्या 3d7 इंगित करती है कि यह क्रम में सातवां तत्व है। इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या 27 है, अर्थात परमाणु संख्या 27 है। यह तत्व कोबाल्ट है।

2.5. फॉस्फोरस और वैनेडियम को किस आधार पर आवर्त सारणी के एक ही समूह में रखा गया है? उन्हें अलग-अलग उपसमूहों में क्यों रखा गया है?

आर समाधान: P 1s परमाणुओं का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 2 2s2 2p3 3s 2 3p 3 ; वी 1एस2 2एस2 2पी6 3एस2 3पी6 4एस 2 3डी 3। वे वैलेंस इलेक्ट्रॉनों पर जोर देते हैं।

इन तत्वों में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान है - 5. इसलिए, P और V एक ही 5वें समूह में स्थित हैं। साथ ही, ये तत्व इलेक्ट्रॉनिक एनालॉग नहीं हैं, क्योंकि विभिन्न उपस्तरों पर बनाए गए हैं, जिसका अर्थ है कि उन्हें एक ही उपसमूह में स्थित नहीं होना चाहिए।

रासायनिक बंधइलेक्ट्रॉनों की क्वांटम यांत्रिक अंतःक्रिया का परिणाम है।

परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉन घनत्व के वितरण की प्रकृति के अनुसार, रासायनिक बंधनों को सहसंयोजक गैर-ध्रुवीय, ध्रुवीय और आयनिक में विभाजित किया जाता है (धातुओं में महसूस होने वाले धात्विक बंधनों पर यहां विचार नहीं किया गया है)। यदि इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी का कोई विस्थापन नहीं होता है, तो बंधन एक गैर-ध्रुवीय सहसंयोजक के करीब पहुंचता है। एक सहसंयोजक ध्रुवीय बंधन साझेदार परमाणुओं में से एक के नाभिक में विस्थापित (ध्रुवीकृत) इलेक्ट्रॉनों की एक साझा जोड़ी द्वारा किया जाता है। एक आयनिक बंधन को अत्यधिक ध्रुवीकृत सहसंयोजक बंधन माना जाता है। किसी सामान्य इलेक्ट्रॉन युग्म को आकर्षित करने के लिए किसी दिए गए तत्व के परमाणु की क्षमता का आकलन करने के लिए, सापेक्ष इलेक्ट्रोनगेटिविटी (χ) के मूल्य का उपयोग किया जाता है (तालिका 5)। इलेक्ट्रोनगेटिविटी (Δχ) में अंतर जितना अधिक होगा, बंधन का ध्रुवीकरण उतना अधिक होगा (बंधन की आयनिकता उतनी ही अधिक होगी)। ऐसा माना जाता है कि यदि Δχ > 1.9, तो बंधन आयनिक है।

2.6. यौगिकों E(OH)2 में H-O और E-O बांड के लिए परमाणुओं की सापेक्ष इलेक्ट्रोनगेटिविटी के बीच अंतर की गणना करें, जहां E तत्व Ca, Sr, Ba हैं, और निर्धारित करें:

ए) कौन सा बंधन एच-ओ या ई-ओ प्रत्येक अणु में आयनिकता की एक बड़ी डिग्री द्वारा विशेषता है; ख) जलीय घोल में इन अणुओं के आयनीकरण की प्रकृति क्या है?

समाधान: ए) आइए ई-ओ और एच-ओ के बीच कनेक्शन के लिए Δχ की गणना करें:

Δχ Ca-O = 3.5 - 1.04 = 2.46 ΔχSr-O = 3.5 - 0.99 = 2.51 Δχ Ba-O = 3.5 - 0.90 = 2.60 Δχ H-O = 3.5 - 2.1 = 1.4

Δχ की तुलना से हम देखते हैं कि ई-ओ बंधन को आयनिक माना जा सकता है, एच-ओ बंधन को ध्रुवीय माना जा सकता है।

बी) जलीय घोल में आयनीकरण सबसे अधिक आयनिक बंधन के साथ होगा, यानी। योजना के अनुसार: E(OH)2 ↔ E2+ + 2OH- (प्रकार के अनुसार)।

मैदान)।

एक रासायनिक बंधन की ताकत ऊर्जा (kJ/mol) और द्वारा विशेषता है

बांड की लंबाई (एनएम या ए)। बंधन ऊर्जा जितनी अधिक होगी और उसकी लंबाई जितनी कम होगी, बंधन उतना ही मजबूत होगा।

रासायनिक बंधन, यानी एक सामान्य इलेक्ट्रॉन युग्म दो तरीकों से बनाया जा सकता है: विनिमय और दाता-स्वीकर्ता तंत्र द्वारा। एक रासायनिक बंधन की विशेषता तीन मुख्य गुण हैं:

1) अंतरिक्ष में इसकी एक निश्चित दिशा होती है। इस दृष्टिकोण से, σ और के बीच अंतर किया जाता हैπ बांड. दो σ आबंधों की दिशाओं से बनने वाले कोण को आबंध कहते हैं। यदि एक π बंधन कई परमाणुओं को जोड़ता है, तो इसे गैर-स्थानीयकृत कहा जाता है;

2) संतृप्त होने की प्रवृत्ति होती है, जिसके परिणामस्वरूप कणों की एक निश्चित संरचना और संरचना होती है। संभव: समन्वय-

परमाणुओं की असंतृप्त, समन्वय-संतृप्त, संयोजकता-संतृप्त और संयोजकता-असंतृप्त अवस्था;

3) विभिन्न कारकों के प्रभाव में ध्रुवीकृत किया जा सकता है (परमाणुओं की इलेक्ट्रोनगेटिविटी के आधार पर, साथ ही बाहरी विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में, अन्य ध्रुवीय अणुओं की कार्रवाई के तहत)।

अणुओं की ज्यामितीय संरचना को समझाने के लिए केंद्रीय परमाणु के परमाणु कक्षकों के संकरण के विचार का उपयोग किया जाता है। इस विचार के अनुसार, σ बांड का निर्माण परमाणु कक्षाओं के आकार और ऊर्जा में परिवर्तन से पहले होता है। हाइब्रिड ऑर्बिटल्स बनते हैं जो गहरे ओवरलैप करने में सक्षम होते हैं और इसलिए मजबूत बंधन होते हैं। एस और पी इलेक्ट्रॉनिक प्रकार के तत्वों के लिए, अकेले इलेक्ट्रॉन जोड़े वाले ऑर्बिटल्स संकरण में भाग ले सकते हैं।

2.7. BF3 अणु और BF4 - आयन में एक बंधन का निर्माण दिखाएँ। इन कणों की संरचना समझाइये।

समाधान: 1. आइए परमाणुओं और आयनों के इलेक्ट्रॉनिक सूत्र बनाएं

नया: B 1s2 2s2 2p1 ; एफ 1s2 2s2 2p5 ; एफ- 1s2 2s2 2p6 .

2. आइए हम वैलेंस ऑर्बिटल्स पर इलेक्ट्रॉनों का वितरण दिखाएं। इस मामले में, हम यौगिक में बोरॉन परमाणु की ऑक्सीकरण अवस्था को ध्यान में रखते हैं (हम परंपरागत रूप से मान सकते हैं कि परमाणु में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या ऑक्सीकरण अवस्था से मेल खाती है)।

3. आइए हम सभी संभावित कनेक्शनों के गठन को दिखाएं और उनके गठन के तंत्र को इंगित करें:

3 σ बांड परमाणु की संयोजकता क्षमताओं के आधार पर विनिमय तंत्र द्वारा बनाए गए थे

बोरान और संतृप्ति की ओर इसकी प्रवृत्ति, हम दाता-स्वीकर्ता तंत्र द्वारा π-बंधन का गठन दिखाएंगे। लेकिन क्योंकि यह बंधन दो से अधिक परमाणुओं को जोड़ता है

mov, यह गैर-स्थानीयकृत होगा।

BF4 - आयन में, 4 σ बांड बनते हैं, उनमें से तीन विनिमय तंत्र द्वारा और एक दाता-स्वीकर्ता तंत्र द्वारा।

4. आइए हम बांडों की कुल संख्या और संख्या के अनुपात के रूप में बांडों की बहुलता की गणना करेंσ-बंधन। BF3 अणु में बंधन बहुलता 1⅓ है, BF4 आयन में - बंधन बहुलता 1 है।

5. आइए हम संतृप्ति के दृष्टिकोण से केंद्रीय परमाणु की स्थिति का निर्धारण करें

पुल. BF3 अणु σ और π बांड के कारण अधिकतम संयोजकता प्रदर्शित करता है, इसलिए बोरान परमाणु की स्थिति संयोजकता-संतृप्त होती है।

बीएफ 4 - आयन σ बांड के कारण अधिकतम संयोजकता प्रदर्शित करता है, इसलिए, बोरान परमाणु की स्थिति समन्वय-संतृप्त है।

6. आइए कनेक्शन की प्रकृति निर्धारित करेंध्रुवता के संदर्भ में बी-एफ। क्योंकि इलेक्ट्रोनगेटिविटी (Δχ) में अंतर 4.0-2.0 = 2.0 है, यानी। 1.9 से अधिक बंधन को आयनिक माना जा सकता है।

7. आइए हम केंद्रीय परमाणु के परमाणु कक्षकों के संकरण के प्रकार और कणों के ज्यामितीय आकार का निर्धारण करें।

BF 3 अणु में, s और 2p ऑर्बिटल्स σ बांड के निर्माण में भाग लेते हैं, इसलिए, संकरण का प्रकार sp2 है। अणु का आकार त्रिकोणीय होता है

संरचना। BF4 - आयन में, एक s और तीन p ऑर्बिटल्स σ बॉन्ड के निर्माण में शामिल होते हैं, इसलिए संकरण का प्रकार sp3 है। आयन का आकार चतुष्फलकीय है।

8. आइए कणों की संरचना को ग्राफ़िक रूप से चित्रित करें

2.8. SO3 अणु में बंधों का निर्माण दिखाएँ, अणु की संरचना समझाएँ।

समाधान: तत्वों के इलेक्ट्रॉनिक सूत्र

एस 1एस2 2एस2 2पी6 3एस2 3पी4 ओ 1एस2 2एस2 2पी4।

क्योंकि सल्फर परमाणु की ऑक्सीकरण अवस्था +6 है, हम उत्तेजित सल्फर परमाणु के वैलेंस ऑर्बिटल्स पर इलेक्ट्रॉनों का वितरण दिखाएंगे।

विनिमय तंत्र के अनुसार, सल्फर परमाणु 3 σ बांड (एक एस और दो पी-परमाणु ऑर्बिटल्स के कारण) और 3 π बांड (एक पी- और दो डी-परमाणु ऑर्बिटल्स के कारण) बनाता है।

नतीजतन, परमाणु संयोजकता-संतृप्त, समन्वय-असंतृप्त है; बंधन बहुलता 6/3 = 2। एस-ओ बंधन ध्रुवीय है, सामान्य इलेक्ट्रॉन जोड़े ऑक्सीजन की ओर स्थानांतरित हो जाते हैं (Δχ = 0.5)। संकरण प्रकार sp2. अणु में एक त्रिकोणीय संरचना होती है।

3. जटिल कनेक्शन

जटिल यौगिक जीवित जीवों के जीवन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। Na, K, Ca, Mg आयन, जो शरीर में महत्वपूर्ण शारीरिक कार्य करते हैं, जटिल यौगिकों के रूप में रक्त, लसीका और ऊतक तरल पदार्थ में पाए जाते हैं। Fe, Zn, Mn, Cu आयन प्रोटीन के साथ जटिल यौगिक बनाते हैं और एंजाइम और विटामिन का हिस्सा होते हैं। आयरन हीमोग्लोबिन का हिस्सा है। हीमोग्लोबिन ग्लोबिन प्रोटीन और हीम कॉम्प्लेक्स के बीच एक यौगिक है। हीम में, केंद्रीय आयन Fe2+ है।

जटिल यौगिक आणविक यौगिक होते हैं, जिनके घटकों के संयोजन से जटिल आयनों का निर्माण होता है जो क्रिस्टल और घोल दोनों में मुक्त अस्तित्व में सक्षम होते हैं। जटिल यौगिकों के अणुओं में आंतरिक और बाह्य गोले होते हैं। आंतरिक गोला वर्गाकार कोष्ठकों में घिरा हुआ है और इसमें एक केंद्रीय परमाणु या आयन होता है, जिसे कॉम्प्लेक्सिंग एजेंट कहा जाता है, और परमाणु, आयन या अणु इसके चारों ओर समन्वित होते हैं, जिन्हें लिगैंड कहा जाता है।

कॉम्प्लेक्सिंग एजेंट के चारों ओर समन्वित लिगेंड की संख्या इसकी समन्वय संख्या (सीएन) निर्धारित करती है। उत्तरार्द्ध सीओ के बीच उत्पन्न होने वाले σ-बंधों की संख्या को दर्शाता है। और लिगेंड्स.

अणु सी.एस. विद्युत तटस्थ। आंतरिक गोले का आवेश विपरीत चिह्न के साथ बाहरी गोले के आवेश के बराबर होता है। एक जटिल आयन का आवेश c.o. के आवेशों के बीजगणितीय योग के बराबर होता है। और लिगेंड्स.

जटिल यौगिकों का वर्गीकरण

1. सम्मिश्र आयन के आवेश की प्रकृति के अनुसार

- धनायनित: धनावेशित k.o के आसपास समन्वय के कारण बनता है। तटस्थ लिगैंड अणु

सीएल2; सीएल3;

- आयनिक: कॉम्प्लेक्सिंग एजेंट - सकारात्मक आयन, ली-

गैंगैंड K2 आयन हैं; Na2;

- तटस्थ: एक तटस्थ सह के आसपास समन्वय द्वारा गठित। तटस्थ लिगैंड्स ओ या सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए सह के आसपास एक साथ समन्वय के साथ।

नकारात्मक रूप से आवेशित और तटस्थ लिगेंड

2. लिगेंड्स की प्रकृति से

हाइड्रेट्स या एक्वा कॉम्प्लेक्स सीएल3;

अमोनिया SO4;

- एसिड कॉम्प्लेक्स K 2 ;

- ना हाइड्रोक्सो कॉम्प्लेक्स।

3. सी.ओ. की संख्या से

मोनोन्यूक्लियर सीएल2;

बहुनाभिक [(NH 3 )4 Co\ / OH OH / \ Co(NH3 )4 ]Cl4 .

जटिल यौगिकों के नामकरण के नियम

1) सीएस का शीर्षक एक धनायन से प्रारंभ करें;

2) एक जटिल आयन के नाम पर, पहले लिगेंड को दर्शाया जाता है, फिर केंद्रीय परमाणु को। अंत में "ओ" को आयनिक लिगैंड के नाम में जोड़ा जाता है; आणविक लिगैंड को कहा जाता है

संगत मुक्त अणु। अपवाद: NH3 - अमाइन; H2O - एक्वा; सीओ - कार्बोनिल;

3) धनायनित और उदासीन यौगिकों में जटिल एजेंट। तत्व का रूसी नाम कहा जाता है, आयनिक में - लैटिन नाम जिसमें अंत "पर" जोड़ा जाता है;

4) ऑक्सीकरण अवस्था k.o. एक अरबी अंक द्वारा दर्शाया गया और रखा गया

इसके नाम के बाद कोष्ठक. K3 - पोटेशियम हेक्सानिट्रिटोकोबाल्टेट (+3); सीएल3 - हेक्साएक्वाक्रोम (+3) क्लोराइड; ओ - आयरन पेंटाकार्बोनिल (0)।

विलयन में जटिल यौगिकों का व्यवहार

सी.एस. के समाधान में एक मजबूत इलेक्ट्रोलाइट की तरह व्यवहार करता है और पूरी तरह से एक जटिल आयन और बाहरी क्षेत्र के आयनों में अलग हो जाता है:

सीएल → + + सीएल-

जटिल आयन उलटा और चरणबद्ध तरीके से आयनित होते हैं: + ↔ + + NH3

+ ↔ Ag+ + NH3 या कुल: + ↔ Ag+ + 2NH3

किसी जटिल आयन के आयनीकरण के लिए संतुलन स्थिरांक को अस्थिरता स्थिरांक कहा जाता है

यह केवल यौगिक की प्रकृति और तापमान पर निर्भर करता है; संदर्भ पुस्तकों में दिया गया है (तालिका 6 देखें)।

4. रासायनिक संतुलन

रासायनिक संतुलन एक ऐसी अवस्था है जिसमें आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दर बराबर होती है:

इस स्थिति में, गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन शून्य है

जाओ = हे; ΔΗο = टी तो

निरंतर बाह्य परिस्थितियों में रासायनिक संतुलन की स्थिति अपरिवर्तित रहती है। जब ये स्थितियाँ (तापमान, दबाव, सांद्रता) बदलती हैं, तो संतुलन फिर से बहाल होने के लिए परेशान हो जाता है, लेकिन नई परिस्थितियों में।

संतुलन में बदलाव ले चेटेलियर के सिद्धांत के अधीन है: यदि एक संतुलन प्रणाली में संतुलन की स्थिति निर्धारित करने वाली स्थितियों में से एक को बदल दिया जाता है, तो संतुलन उस प्रक्रिया की दिशा में बदल जाता है जो प्रभाव के प्रभाव को कमजोर कर देता है। इस प्रकार, अभिकर्मकों की सांद्रता में वृद्धि के साथ, संतुलन उस प्रक्रिया की ओर स्थानांतरित हो जाता है जो इन अभिकर्मकों की खपत का कारण बनेगा। संतुलन प्रणाली के इस व्यवहार का कारण इन अभिकर्मकों के कणों के टकराव की संख्या में वृद्धि है, जो प्रत्यक्ष या विपरीत प्रतिक्रिया में तेजी लाता है।

गैस प्रणालियों में, जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है या सिस्टम का आयतन घटता है, अभिकर्मकों की सांद्रता में वृद्धि होती है। इसलिए, सिस्टम में कुल दबाव में वृद्धि के साथ, बड़ी संख्या में गैस के मोल की भागीदारी के साथ होने वाली दो प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाओं में से एक तेजी से आगे बढ़ेगी, यानी। संतुलन कम मोल्स के निर्माण की ओर स्थानांतरित हो जाता है।

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, आगे और पीछे दोनों प्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है, लेकिन एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया की दर काफी हद तक बढ़ जाती है।

प्रतिक्रियाएँ, क्योंकि यह उच्च तापमान गुणांक की विशेषता है।

कार्य और अभ्यास

4.1. जब संतुलन प्रणाली में H2 की सांद्रता कम हो जाती है तो संतुलन बदलाव की दिशा दिखाएँ:

CO + H2 O↔ CO2 + H2 समाधान: ले-सिद्धांत के अनुसार, सीएच 2 में कमी के साथ

चेटेलियर, सीधी प्रतिक्रिया प्रबल होनी चाहिए, क्योंकि साथ ही, H2 की मात्रा बढ़ जाएगी और संतुलन फिर से बहाल हो जाएगा।

4.2. बढ़ते तापमान और दबाव के साथ संतुलन PC15 ↔ PC13 + C12 - 31 kJ mol-1 किस दिशा में स्थानांतरित होगा?

समाधान: जैसे-जैसे तापमान बढ़ेगा, संतुलन दाहिनी ओर स्थानांतरित हो जाएगा, क्योंकि सीधी प्रतिक्रिया ऊष्मा के अवशोषण के साथ होती है, अर्थात। है

एंडोथर्मिक. जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, PC13 और C12 अणुओं के बीच टकराव की संख्या PC15 से अधिक होगी, इसलिए संतुलन बाईं ओर स्थानांतरित हो जाएगा।

4.3. एक संतुलन प्रणाली में किन परिस्थितियों में

N2 g + 3H2 g ↔ 2NH3 g + 22 kJ mol-1 क्या NH3 की उपज अधिकतम की जा सकती है?

समाधान: NH3 की उपज बढ़ाने के लिए, अर्थात्। शेष राशि को दाईं ओर स्थानांतरित करने के लिए, आपको यह करना होगा:

1) गैस मिश्रण का दबाव बढ़ाएँ, क्योंकि इस मामले में, प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है, क्योंकि इसमें बड़ी संख्या में मोल शामिल होते हैं;

2) एन एकाग्रता बढ़ाएँ 2 और H2 और NH3 की सांद्रता को कम करें, इसे प्रतिक्रिया क्षेत्र से हटा दें;

3) प्रतिक्रिया मिश्रण का तापमान कम करें, क्योंकि के बारे में प्रतिक्रिया

NH3 का निर्माण ऊष्माक्षेपी होता है।

रासायनिक संतुलन की स्थिति की एक मात्रात्मक विशेषता संतुलन स्थिरांक है, जो सामूहिक क्रिया के नियम को दर्शाता है।

संतुलन स्थिरांक RTlnK संबंध द्वारा गिब्स ऊर्जा से संबंधित है

= -∆जी ओ . प्रक्रिया के लिए aA + bB ↔ cC + dD एकाग्रता स्थिरांक

संतुलन का रूप है: Кс = [सी] सी [डी] डी, जहां [ए], [बी], [सी], [डी] - संतुलन- [ए]ए [बी]बी

मोल/ली में नाल सांद्रता; ए, बी, सी, डी - स्टोइकोमेट्रिक गुणांक।

गैसों और मिश्रणों का आंशिक दबाव।

स्थिरांक Kc और Kp इलेक्ट्रोलाइट्स और गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स के तनु समाधानों में और 101.3 kPa (आदर्श गैसों) के करीब दबाव पर गैस प्रणालियों में संतुलन प्रक्रियाओं की विशेषता बताते हैं।

संकेंद्रित विलयनों और गैर-आदर्श गैसों के लिए, निम्नलिखित गतिविधि मूल्यों का उपयोग किया जाना चाहिए:

के ए = ए सी सी ए डी डी ए ए ए ए बी बी

संतुलन स्थिरांक अभिकर्मकों की प्रकृति और तापमान पर निर्भर करता है, लेकिन संतुलन प्रणाली के घटकों की सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है।

विषमांगी प्रणालियों में, ठोस चरण की सांद्रता संतुलन स्थिरांक के मान में शामिल होती है, क्योंकि एक स्थिर मान है.

यदि पानी की भागीदारी के साथ जलीय घोल में प्रतिक्रियाएं होती हैं, तो पानी की सांद्रता उच्च और स्थिर होती है और इसका संतुलन स्थिति पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ेगा।

आइए प्रक्रियाओं के संतुलन स्थिरांक लिखें: 4Н2г + О2 g ↔ 2Н2 Ог + 2С12 g

समस्याओं को हल करते समय, प्रतिक्रियाशील पदार्थों के एकत्रीकरण की स्थिति को स्पष्ट रूप से निर्धारित करना आवश्यक है, और पदार्थों की प्रारंभिक सांद्रता को संतुलन से अलग करना भी आवश्यक है।

सी संतुलन = सी प्रारंभिक - सी खपत

4.4. 410°C पर 1 लीटर क्षमता वाले एक बर्तन में 1 mol H2 और 1 mol I2 मिलाया गया। गणना करें कि यदि संतुलन स्थिरांक 48 है तो किस सांद्रता पर रासायनिक संतुलन स्थापित होता है?

समाधान: H 2 + I 2 ↔ 2HI

आइए मान लें कि प्रतिक्रिया में H2 और I2 के X मोल खर्च हो जाते हैं। तब HI के 2X मोल बने, अर्थात। HI = 2 मोल/ली. इस मामले में ==

हमें समीकरण मिलता है: 44X2 – 96X + 48 = 0 इसे हल करने पर, हमें X = 0.776 मिलता है। आइए संतुलन सांद्रता की गणना करें: HI = 2X = 2 0.776 = 1.552 mol/l

1 - एक्स = 0.222 मोल/ली.

4.5. प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया CO + C12 ↔ COC12 में, निम्नलिखित संतुलन सांद्रता (mol/l) स्थापित की गई: = 0.1; = 0.4; = 4. क्रावन की गणना करें. और C12 और CO की प्रारंभिक सांद्रता।

हम प्रारंभिक सांद्रता पाते हैं: Sysh। = कंप. + गैर-व्यय . प्रतिक्रिया समीकरण के अनुसार, COC12 के 4 मोल बनाने के लिए 4 की खपत होती है

CO और C12 के मोल. इसलिए प्रारंभिक सांद्रता हैं: CCO = 0.1 + 4 = 4.1 mol/l; CC1 2 = 0.4 + 4 = 4.4 mol/l.

4.6. प्रतिक्रिया Cgraphite + O2 g ↔ CO2 g के लिए संतुलन के क्षण में मिश्रण की वॉल्यूमेट्रिक संरचना निर्धारित करें, यदि 1300o C Crav पर। = 0.289.

समाधान: के पी = पी पी सीओ 2

आइए हम आयतन अंशों (प्रतिशत) में CO2 सामग्री को X से निरूपित करें। तब O2 सामग्री (100-X) होगी। आइए समीकरण में स्थानापन्न करें:

के = 0.289 = (100 एक्स - एक्स); एक्स = 22.42 वॉल्यूम%। O2 सामग्री होगी

5. रासायनिक गतिकी

रासायनिक गतिकी रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर और तंत्र के साथ-साथ दर पर विभिन्न कारकों के प्रभाव का अध्ययन करती है। किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की औसत दर प्रति इकाई समय में अभिकारकों की सांद्रता में परिवर्तन से मापी जाती है:

वी = ± सी 2 - सी 1,

τ2 −τ1

जहां C2 और C1 समय τ2 और τ1 (s या मिनट में) के अनुरूप पदार्थों की सांद्रता (mol/l) हैं। विषम प्रणालियों के लिए, गति मापी जाती है

ठोस चरण (1 सेमी2 या 1 मी2) की प्रति इकाई सतह क्षेत्र में सांद्रता को बदलकर।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर निम्नलिखित मुख्य कारकों पर निर्भर करती है:

- प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति और स्थिति;

- पर्यावरण की प्रकृति जिसमें प्रतिक्रिया होती है;

उत्प्रेरक;

- प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता, और गैसों और दबाव के लिए;

तापमान.

पदार्थों की रासायनिक गतिविधि परमाणुओं या अणुओं की संरचना, इंट्रामोल्युलर और इंटरमॉलिक्युलर बांड की प्रकृति पर निर्भर करती है। रेडिकल्स की गतिविधि सबसे अधिक होती है; आयनों और अणुओं के लिए यह कुछ हद तक कम होती है। अभिकर्मकों के एकत्रीकरण की स्थिति और फैलाव की डिग्री भी महत्वपूर्ण है।

लगभग हमेशा, पदार्थ माध्यम (विलायक) के साथ प्रतिक्रिया करके सॉल्वेट (हाइड्रेट) बनाते हैं। इसके अलावा, विलायक का उत्प्रेरक प्रभाव हो सकता है।

उत्प्रेरक आमतौर पर अपना मार्ग बदलकर रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज़ करते हैं। इस मामले में, नया प्रतिक्रिया पथ कम सक्रियण ऊर्जा से मेल खाता है। सक्रियण ऊर्जा (ईए) वह न्यूनतम ऊर्जा है जो प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों के कणों के बीच परस्पर क्रिया के लिए होनी चाहिए। Ea का मान पदार्थों की रासायनिक प्रकृति से निर्धारित होता है।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर पर एकाग्रता, दबाव और तापमान के प्रभाव को निर्धारित किया जा सकता है।

सामूहिक कार्यवाही का नियमप्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता को व्यक्त करता है: प्रतिक्रिया दर सीधे प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता के लिए आनुपातिक होती है जो उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक की शक्ति तक बढ़ जाती है। प्रतिक्रिया के लिए

एए + बीबी → सी वी = केसीए ए सीबी बी,

जहां सीए और सीबी अभिकर्मकों ए और बी की दाढ़ सांद्रता हैं;

ए और बी - ए और बी के लिए स्टोइकोमेट्रिक गुणांक;

को - किसी दी गई प्रतिक्रिया की दर स्थिरांक, पदार्थों की प्रकृति के प्रभाव को दर्शाती है। यह तापमान पर निर्भर करता है, लेकिन पदार्थों की सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है।

गैस प्रणालियों के लिए, सांद्रता के बजाय, आप मान का उपयोग कर सकते हैं

हमें आंशिक दबाव: वी = केपीए ए पीबी बी।

विषम प्रणालियों में, क्रिस्टलीय पदार्थों की सांद्रता स्थिर मान होती है और दर स्थिरांक में शामिल होती है। अभिकारकों की बढ़ती सांद्रता के साथ प्रतिक्रिया दर में वृद्धि का कारण कण टकराव की कुल संख्या में वृद्धि और इसलिए सक्रिय टकराव की संख्या में वृद्धि से समझाया जा सकता है। आइए हम निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं की दर के लिए अभिव्यक्तियाँ लिखें:

a) 2H2 g + O2 g = 2H2 Og

सामूहिक क्रिया का नियम केवल कम क्रम और आणविकता वाली सरल प्रतिक्रियाओं के लिए मान्य है।

किसी प्रतिक्रिया के क्रम को सामूहिक क्रिया के नियम की अभिव्यक्ति में सांद्रता पर घातांकों के योग के रूप में समझा जाता है। प्रतिक्रिया की आणविकताअंतःक्रिया में भाग लेने वाले अणुओं की न्यूनतम संख्या द्वारा निर्धारित किया जाता है। उनकी आणविकता के आधार पर, प्रतिक्रियाओं को एकल-अणु (मोनोमोलेक्यूलर), दो-अणु (द्विआण्विक) और तीन-अणु (ट्रिमोलेक्यूलर) में विभाजित किया जाता है। उच्च आणविक भार की प्रतिक्रियाएँ दुर्लभ हैं क्योंकि ऐसी प्रतिक्रियाएँ कई चरणों में होती हैं।

एकल-आण्विक प्रतिक्रियाओं में अपघटन और इंट्रामोल्यूलर पुनर्व्यवस्था की प्रतिक्रियाएं शामिल हैं, जिसके लिए वी = के·सी। दो-आणविक प्रतिक्रियाओं में वे प्रतिक्रियाएँ शामिल होती हैं जिनमें परस्पर क्रिया तब होती है जब दो अणु टकराते हैं, उनके लिए V = K·C1 ·C2; तीन-आणविक प्रतिक्रियाओं के लिए V = K·C1 ·C2 ·C3. प्रतिक्रियाओं के क्रम के आधार पर, पहले, दूसरे और तीसरे क्रम के साथ-साथ शून्य और आंशिक भी होते हैं।

तृतीय क्रम V = K·C3 , V = K·C1 2 ·C2 , V = K·C1 ·C2 2 .

यदि पूरी प्रक्रिया के दौरान पदार्थ की सांद्रता नहीं बदलती है और दर स्थिर रहती है तो प्रतिक्रियाओं का क्रम शून्य होता है। यह विषम प्रणालियों में संभव है जहां क्रिस्टलीय पदार्थ सतह के साथ संपर्क करता है और एकाग्रता स्थिर रहती है। शून्य-क्रम प्रतिक्रिया के लिए V = K·Co. यदि प्रक्रिया कई चरणों में होती है, जिनमें से प्रत्येक की दर नगण्य होती है, तो प्रतिक्रिया में भिन्नात्मक क्रम होता है।

कार्य और अभ्यास

5.1. प्रतिक्रिया की आणविकता और क्रम निर्धारित करें:

C12 g + 2NO g = 2NOCl g

समाधान: C12 का 1 मोल और NO का 2 मोल प्रतिक्रिया में प्रवेश करते हैं, इसलिए, संकेतित प्रतिक्रिया त्रिआण्विक है। निर्धारण की प्रक्रिया

आइए समीकरण का उपयोग करें: V = KCCl 2 C2 NO. प्रतिक्रिया तीसरे क्रम की है.

5.2. K = 40 पर 0.02 M H2 SO4 में आयरन (II) हाइड्रॉक्साइड के विघटन की दर की गणना करें। प्रतिक्रिया की आणविकता और क्रम निर्धारित करें।

समाधान: प्रतिक्रिया समीकरण के अनुसार आगे बढ़ेगी:

Fe(OH)2 cr + H2 SO4 p-p = FeSO4 p-p + 2H2 O l

वी = केसीएच 2 एसओ 4, क्योंकि Fe(OH)2 क्रिस्टलीय चरण में है। प्रतिक्रिया की आणविकता 2, क्रम 1 है। प्रतिक्रिया दर की गणना करें:

वी = 40·0.02 = 0.8 मोल/मिनट·ली.

5.3. 1 mol SnCl युक्त घोल में FeCl3 के 2 और 2 मोल, प्रतिक्रिया समीकरण के अनुसार आगे बढ़ती है:

SnCl2 p + 2FeCl3 p ↔ SnCl4 p + 2FeCl2 p

प्रतिक्रिया के बाद प्रतिक्रिया दर कितनी बार घटेगी?

0.65 mol SnCl2 है?

समाधान: आरंभ में प्रतिक्रिया दर की गणना करें

0.65 mol SnCl2 की प्रतिक्रिया के बाद, सांद्रता होगी

निम्नलिखित मान हैं: СSnCl2 = 1 - 0.65 = 0.35 mol/l; СFeCl3 = = 2 - 1.3 = 0.7 mol/l. इस मामले में, प्रतिक्रिया दर बराबर होगी:

वी1 = के 0.35 0.72 = 0.17 के.

5.4. यदि गैस मिश्रण का आयतन आधा कर दिया जाए तो प्रतिक्रिया दर CO g + C12 g = COC12 g कैसे बदल जाएगी?

समाधान: प्रारंभिक प्रतिक्रिया दर इसके बराबर होगी:

वीओ = के सीसीओ सीसी1 2. आयतन को आधा करने पर, सभी की सांद्रता

घटक दोगुने हो जाएंगे और गति की गणना निम्नानुसार की जा सकती है: वी 1 = के 2सी सीओ 2सी सीएल2 = 4केसी सीओ सी सीएल2

यह बिल्कुल स्पष्ट है कि आयतन में 2 गुना की कमी के साथ, प्रतिक्रिया दर 4 गुना बढ़ जाती है।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर पर तापमान के प्रभाव को भी निर्धारित किया जाता है। बढ़ते तापमान के साथ, किसी भी प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है, जिसे सक्रिय कणों की संख्या में वृद्धि से समझाया जाता है जिनकी ऊर्जा सक्रियण ऊर्जा ईए तक पहुंचती है या उससे अधिक होती है। तापमान पर प्रतिक्रिया दर स्थिरांक की निर्भरता को इस प्रकार व्यक्त किया जाता है

व्यवहार में, गणना के लिए वैन्ट हॉफ के नियम का उपयोग किया जाता है, जिसके अनुसार जब तापमान 10° बढ़ता है, तो प्रतिक्रिया की दर या दर स्थिरांक 2-4 गुना बढ़ जाता है।

γ - तापमान गुणांक।

वान्ट हॉफ का नियम अरहेनियस समीकरण की तुलना में कम सटीक परिणाम देता है, क्योंकि γ को केवल एक छोटी तापमान सीमा में स्थिर माना जा सकता है। अकार्बनिक प्रतिक्रियाओं के लिए γ = 2-4, एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं के लिए γ = 7-8.

5.5. तापमान रेंज 356-376o C में HI की अपघटन दर का तापमान गुणांक 2 के बराबर है। 376o C पर इस प्रतिक्रिया की दर स्थिरांक की गणना करें, यदि 356o C पर यह 8.09 10-5 के बराबर है।

हाइड्रोजन परमाणु की कक्षाएँ।

जब व्यक्तिगत परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों के तरंग कार्यों पर विचार किया जाता है, तो इन कार्यों को कहा जाता है परमाणु कक्षाएँ(संक्षिप्त रूप में एओ)। परमाणु कक्षाओं के अस्तित्व के प्रायोगिक साक्ष्य परमाणु स्पेक्ट्रा से प्राप्त किए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन गैस में विद्युत निर्वहन के दौरान, H2 अणु परमाणुओं में विघटित हो जाते हैं, और परमाणु कड़ाई से परिभाषित आवृत्तियों का प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, जिन्हें श्रृंखला में समूहीकृत किया जाता है: दृश्य क्षेत्र में (तथाकथित बामर श्रृंखला), पराबैंगनी (लाइमन श्रृंखला) ), और इन्फ्रारेड (पास्चेन श्रृंखला)। यहां तक ​​कि प्री-क्वांटम अवधि में भी, यह देखा गया कि सभी श्रृंखलाएं एक सरल समीकरण को संतुष्ट करती हैं:

परमाणु आणविक कक्षीय परिमाणीकरण

हाइड्रोजन परमाणु त्रि-आयामी है, इसलिए श्रोडिंगर समीकरण में तीनों आयामों में गतिज ऊर्जा शामिल होनी चाहिए और इस अध्याय के खंड 1.1 में प्रस्तुत एक-आयामी गति के समीकरण की तुलना में इसका रूप थोड़ा अधिक जटिल होगा। तरंग फ़ंक्शन की संभाव्य व्याख्या से उत्पन्न होने वाली सीमा शर्तों को लागू करके इसे हल करते समय, निम्नलिखित निष्कर्ष प्राप्त किए गए थे।

1. यह स्वीकार करना आवश्यक है कि तीन आयामहीन क्वांटम संख्याएँ हैं, जिन्हें प्रतीक n, /, और m द्वारा दर्शाया गया है। क्वांटम संख्या n की उपस्थिति इस तथ्य के कारण होती है कि इलेक्ट्रॉन नाभिक से अपनी दूरी बदल सकता है . मात्रा

संख्याएँ / और टीइलेक्ट्रॉन के कोणीय संवेग से संबंधित हैं, जो तीन आयामों में नाभिक की परिक्रमा कर सकता है। संख्या / कोणीय गति के परिमाण और संख्या को दर्शाती है टी- अंतरिक्ष में कोणीय गति का अभिविन्यास, क्योंकि कोणीय गति एक सदिश राशि है। सीमा शर्तों से अनुसरण करने वाले क्वांटम संख्याओं के स्वीकार्य मान n - 1, 2, 3. हैं;

2. एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा, आम तौर पर, सभी तीन क्वांटम संख्याओं पर या कम से कम दो पर निर्भर होनी चाहिए, लेकिन हाइड्रोजन परमाणु (लेकिन अन्य परमाणुओं की नहीं) की एक अनूठी विशेषता यह है कि इलेक्ट्रॉन ऊर्जा केवल n पर निर्भर करती है इस कारण n को प्रमुख क्वांटम संख्या कहा जाता है। (तो, n = 3l के लिए मान 0, 1 और 2 हो सकते हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा स्थिर रहती है।) अनुमत ऊर्जा En = R/n2 के रूप की ऊर्जा होगी।

हाइड्रोजन परमाणु की परमाणु कक्षाएँ बहुत महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे दिखाते हैं कि अंतरिक्ष में इलेक्ट्रॉन (या इलेक्ट्रॉन घनत्व) कैसे वितरित होता है। अंतरिक्ष में अलग-अलग स्थानों पर AO w (r) का आयाम भिन्न है, और बिंदु r के आसपास कुछ अतिसूक्ष्म क्षेत्र df में एक इलेक्ट्रॉन मिलने की संभावना है। आरेख पर विभिन्न छायांकन घनत्वों का उपयोग करके परिमाण को इंगित करके एक इलेक्ट्रॉन के स्थानिक वितरण को दर्शाया जा सकता है। कुछ हाइड्रोजन एओ में घनत्व वितरण चित्र 1.1 में दिखाया गया है

हाइड्रोजन परमाणु की जमीनी अवस्था कक्षक बहुत सरल है: यह गोलाकार रूप से सममित है और जैसे-जैसे यह नाभिक से दूर जाता है इसका घनत्व तेजी से घटता जाता है। इसलिए, नाभिक के पास एक इलेक्ट्रॉन मिलने की सबसे अधिक संभावना है, जहां q/ और, इस प्रकार, y? ^ अधिकतम हैं. यह इस विचार के अनुरूप है कि न्यूनतम संभावित ऊर्जा प्राप्त करने के लिए, एक इलेक्ट्रॉन को नाभिक की ओर झुकना होगा। हालाँकि, ऑर्बन्थल पूरी तरह से नाभिक से "दबाया" नहीं गया है, बल्कि इससे काफी दूर के क्षेत्रों तक फैला हुआ है। यह स्थिति इस तथ्य के कारण उत्पन्न होती है कि न केवल क्षमता, बल्कि इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा भी बहुत महत्वपूर्ण है। उत्तरार्द्ध को नाभिक के चारों ओर एक कक्षा में गति की गतिज ऊर्जा के रूप में प्रस्तुत नहीं किया जा सकता है, जो एक केन्द्रापसारक बल की उपस्थिति की ओर जाता है जो इलेक्ट्रॉन को नाभिक से दूर रखता है, क्योंकि हाइड्रोजन की जमीनी अवस्था में इलेक्ट्रॉन की कोणीय गति होती है परमाणु शून्य है. (n = 1 के लिए, कोणीय गति की केवल एक क्वांटम संख्या हो सकती है: / = 0, और इसलिए शून्य के बराबर है।) इस प्रकार, शास्त्रीय अर्थ में, हाइड्रोजन परमाणु की जमीनी अवस्था में इलेक्ट्रॉन घूमता हुआ प्रतीत नहीं होता है नाभिक के चारों ओर, लेकिन बस त्रिज्या के साथ घूमता है। इसकी गतिज ऊर्जा इसी से जुड़ी है। क्वांटम सिद्धांत के दृष्टिकोण से, एक इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा रेडियल दिशा में फैलने वाले इलेक्ट्रॉन की तरंग दैर्ध्य से संबंधित होती है। यदि कक्षक को नाभिक की ओर "दबाया" जाता है, तो रेडियल दिशा में तरंग दैर्ध्य अनिवार्य रूप से कम हो जाता है, और इसलिए गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है (धारा 1.1)। रियल ऑर्बन्थल मध्यम रूप से कम संभावित ऊर्जा और मध्यम उच्च गतिज ऊर्जा के बीच एक समझौते का परिणाम है। नाभिक के निकट, इलेक्ट्रॉन घनत्व अधिक होता है, लेकिन यह नाभिक से कुछ दूरी पर भी मौजूद होता है।

चित्र.1.1

शून्य कोणीय गति वाले सभी कक्षक s कक्षक कहलाते हैं। सबसे कम ऊर्जा वाले कक्षक को 1s कक्षक कहा जाता है। अगर एन= 2 और 7=0, तो यह 2s कक्षक है। इसकी ऊर्जा दो कारणों से 1s कक्षक की ऊर्जा से अधिक है। सबसे पहले, इसमें एक रेडियल नोड (चित्र 1.2) है, जो एक गोलाकार सतह है, जिसके अंदर और बाहर तरंग फ़ंक्शन के अलग-अलग संकेत होते हैं, और इस सतह पर इलेक्ट्रॉन घनत्व शून्य होता है। किसी भी कक्षक में नोड्स की उपस्थिति से इस कक्षक में व्याप्त इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा बढ़ जाती है, और जितने अधिक नोड होंगे, कक्षक की ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी।

यह इस तथ्य के कारण है कि जैसे-जैसे नोड्स की संख्या बढ़ती है, इलेक्ट्रॉन तरंग दैर्ध्य कम हो जाता है, अर्थात। अंतरिक्ष के एक ही क्षेत्र पर बड़ी संख्या में अर्ध-वसीयतें पड़ती हैं और इसलिए इसकी गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है। दूसरे, 1s कक्षक की तुलना में 2s कक्षक की ऊर्जा में वृद्धि इस तथ्य के कारण है कि 2s कक्षक नाभिक से कुछ दूरी तक फैला हुआ है, और इसलिए इसमें इलेक्ट्रॉन की स्थितिज ऊर्जा 1s की तुलना में अधिक है। कक्षीय. इसी तरह की टिप्पणियाँ उच्चतर स्थित एस-ऑर्बिटल्स आदि के संबंध में की जा सकती हैं।

चित्र.1.2

कक्षीय एस एन= 1 में कोई नोड नहीं है. n=2 वाले ऑर्बिटल्स में एक नोड होता है, n=3 वाले ऑर्बिटल्स में दो नोड होते हैं, आदि। व्युत्क्रम समरूपता ऑपरेशन के संबंध में (व्युत्क्रम का केंद्र नाभिक के केंद्र के साथ मेल खाता है), सभी एस-ऑर्बिटल्स सममित हैं, सभी एस-ऑर्बिटल्स एंटीसिमेट्रिक हैं, सभी एस-ऑर्बिटल्स सममित हैं, आदि।

यदि n=0, के लिए एकमात्र मान अनुमत है एल, शून्य है, लेकिन यदि n = 2 है, तो कक्षीय कोणीय गति की क्वांटम संख्या 0 (2n-कक्षा अल) या 1 मान ले सकती है। यदि n = 1, परमाणु कक्षाएँ कहलाती हैं आर-ऑर्बन्गालेई. पर एन= 2और एल= 1 हमारे पास 2पी-ऑर्बन्थल है। यह 2s कक्षीय से इस मायने में भिन्न है कि इसमें मौजूद इलेक्ट्रॉन में परिमाण का एक कक्षीय कोणीय संवेग होता है (2) कोणीय संवेग एक कोणीय नोड की उपस्थिति का परिणाम है (चित्र 1.2), जो, जैसा कि वे कहते हैं, "वक्रता का परिचय देता है तरंग फ़ंक्शन का कोणीय परिवर्तन” (गेंद डम्बल में बदल जाती है)। कक्षीय कोणीय गति की उपस्थिति कक्षक के रेडियल आकार पर एक मजबूत प्रभाव डालती है। जबकि नाभिक में सभी 5-ऑर्बिटल्स का गैर-शून्य मान होता है, वहां कोई 1s ऑर्बिटल्स नहीं होते हैं। इसे कक्षीय कोणीय गति द्वारा नाभिक से दूर फेंके जा रहे इलेक्ट्रॉन के रूप में सोचा जा सकता है। नाभिक के प्रति एक इलेक्ट्रॉन का कूलम्ब आकर्षण बल 1/r के समानुपाती होता है, जहाँ r नाभिक से दूरी है, और नाभिक से इलेक्ट्रॉनों को विकर्षित करने वाला केन्द्रापसारक बल r 3 के समानुपाती होता है (3 कोणीय गति है)। इसलिए, यदि कोणीय गति <0 है, तो बहुत छोटे r पर केन्द्रापसारक बल कूलम्ब बल से अधिक हो जाता है। यह केन्द्रापसारक प्रभाव एओ में भी प्रकट होता है एल=2, जिन्हें 1s कक्षक कहा जाता है, एल=3 (s-ऑर्बिटल्स) और उच्च ऑर्बिटल्स (Ј-, /? -, y-ऑर्बिटल्स)। इन सभी कक्षकों का, इस तथ्य के कारण कि /^0, नाभिक पर शून्य आयाम है और इसलिए, वहां इलेक्ट्रॉन पाए जाने की संभावना शून्य है।

यू 2/? - ऑर्बनटाली में कोई रेडियल नोड नहीं है, लेकिन 3/? - कक्षीय के पास है। गलियों की निचली परमाणु कक्षाओं के रेखाचित्र, एओ के गुणों और समरूपता को दर्शाते हैं (लेकिन कक्षीय के भीतर इलेक्ट्रॉन के संभाव्य वितरण को नहीं, जैसा कि चित्र 1.1 में है), चित्र 1.2 में दिखाए गए हैं। प्रकाश और अंधेरे क्षेत्र स्थान हैं जहां तरंग फ़ंक्शन के अलग-अलग संकेत होते हैं। चूँकि संकेत का चुनाव मनमाना है, इसलिए इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि हम अंधेरे क्षेत्रों को सकारात्मक और हल्के क्षेत्रों को तरंग फ़ंक्शन के नकारात्मक संकेत के साथ जोड़ते हैं, या इसके विपरीत। ऑर्बिटल्स के प्रकाश और अंधेरे क्षेत्रों के बीच की सीमा एक नोड है, यानी। वह स्थान जहां तरंग फ़ंक्शन शून्य है, या, दूसरे शब्दों में, वह स्थान जहां तरंग फ़ंक्शन संकेत को उलट देता है। जितने अधिक नोड होंगे, किसी दिए गए AO पर कब्जा करने वाले इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी।

चूँकि ऑर्बिटल्स के लिए l=0, क्वांटम संख्या टीमान +1, 0 और -1 ले सकते हैं। विभिन्न मान टीकक्षीय कोणीय गति के विभिन्न अभिविन्यास वाले ऑर्बिटल्स के अनुरूप, एम = 0 के साथ पी-ऑर्बिटल में अक्ष 2 पर कोणीय गति का शून्य प्रक्षेपण होता है (चित्र 1.2), और इस कारण से इसे कहा जाता है आर 2 -कक्षीय. देखना आर 2 - ऑर्बनटाली (चित्र 1.1 और 1.2 देखें) इंगित करता है कि इलेक्ट्रॉन घनत्व अक्ष 2 के साथ "बैकवाटर में एकत्र" है। इस मामले में, नाभिक से गुजरने वाला एक क्षैतिज नोडल विमान है, और इसमें एक इलेक्ट्रॉन मिलने की संभावना है समतल शून्य है. दो अन्य आर -ऑर्बिटल्स को अक्षों के साथ "ब्लेड" के उन्मुखीकरण के साथ समान चित्रों द्वारा दर्शाया जा सकता है मेंहदी(चित्र 1.1 देखें), इसीलिए इन्हें कहा जाता है आरएक्स और आर पर - ओर्बन्थल्स.

अगर /? =3, तो / मान 0, 1 और 2 ले सकता है। यह एक 3^-ऑर्बनगाली, तीन 3/ पर लागू होता है? - ऑर्बंगल्स और पांच 3^-ऑर्बनगल्स पांच हैं, कब से / = 2 टीमान 2, 1, 0, - 1 और - 2 ले सकते हैं ओह- कक्षकों का नाभिक के पास शून्य आयाम होता है। उनके पास रेडियल नोड्स नहीं हैं (4с1 - ऑर्बन्थल्स में रेडियल नोड्स हैं), लेकिन प्रत्येक में दो नोडल प्लेन हैं (चित्र 1.2 देखें)।

ऊपर कहा गया था कि हाइड्रोजन परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा उसके द्वारा व्याप्त कक्षक की प्रमुख क्वांटम संख्या पर निर्भर करती है और उसके कक्षीय कोणीय संवेग पर निर्भर नहीं करती है। इस प्रकार, हाइड्रोजन परमाणु में, 2p कक्षक में एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा 2p कक्षक में से किसी एक में समान ऊर्जा होती है। यदि विभिन्न कक्षकों की ऊर्जा समान हो तो उन्हें कहा जाता है पतित. हाइड्रोजन परमाणु की विकृति कुछ असाधारण है और इसे भौतिकी में इसके कूलम्ब क्षमता के विशेष रूप से समझाया गया है।

रासायनिक तत्व- एक विशिष्ट प्रकार का परमाणु, जिसे नाम और प्रतीक द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है और परमाणु संख्या और सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान द्वारा विशेषता दी जाती है।

तालिका में तालिका 1 सामान्य रासायनिक तत्वों को सूचीबद्ध करती है, वे प्रतीक देती है जिनके द्वारा उन्हें निर्दिष्ट किया जाता है (कोष्ठक में उच्चारण), क्रम संख्या, सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान और विशेषता ऑक्सीकरण अवस्थाएँ।

शून्यकिसी तत्व की उसके सरल पदार्थ (पदार्थों) में ऑक्सीकरण अवस्था को तालिका में नहीं दर्शाया गया है।

एक ही तत्व के सभी परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या समान होती है और कोश में इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है। तो, किसी तत्व के परमाणु में हाइड्रोजनएन 1 है पी +कोर और परिधि में 1 इ- ; एक तत्व परमाणु में ऑक्सीजन O 8 है पी +कोर में और 8 इ- एक खोल में; तत्व परमाणु अल्युमीनियमअल में 13 शामिल हैं आर+ कोर में और 13 इ- एक खोल में.

एक ही तत्व के परमाणुओं के नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न हो सकती है, ऐसे परमाणुओं को आइसोटोप कहा जाता है। तो, तत्व हाइड्रोजन H तीन समस्थानिक: हाइड्रोजन-1 (विशेष नाम और प्रतीक प्रोटियम 1 एच) 1 के साथ पी +कोर में और 1 इ- एक खोल में; हाइड्रोजन-2 (ड्यूटेरियम 2 एन, या डी) 1 के साथ पी +और 1 पीकोर में 0 और 1 इ- एक खोल में; हाइड्रोजन-3 (ट्रिटियम 3 एन, या टी) 1 के साथ पी +और 2 पीकोर में 0 और 1 इ- एक खोल में. प्रतीकों 1H, 2H और 3H में, सुपरस्क्रिप्ट इंगित करता है जन अंक-नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या का योग। अन्य उदाहरण:

इलेक्ट्रॉनिक सूत्रडी.आई. मेंडेलीव की तत्वों की आवर्त सारणी में उसके स्थान के अनुसार किसी भी रासायनिक तत्व का परमाणु निर्धारित किया जा सकता है। 2.

किसी भी परमाणु के इलेक्ट्रॉन आवरण को विभाजित किया गया है उर्जा स्तर(पहला, दूसरा, तीसरा, आदि), स्तरों में विभाजित किया गया है उपस्तर(अक्षरों द्वारा दर्शाया गया है एस, पी, डी, एफ). उपस्तरों से मिलकर बनता है परमाणु कक्षाएँ- अंतरिक्ष के वे क्षेत्र जहां इलेक्ट्रॉनों के रहने की संभावना है। ऑर्बिटल्स को 1s (प्रथम स्तर s-सबलेवल ऑर्बिटल), 2 के रूप में नामित किया गया है एस, 2आर, 3एस, 3पी, 3डी, 4एस... उपस्तरों में कक्षकों की संख्या:

परमाणु कक्षकों का इलेक्ट्रॉनों से भरना तीन स्थितियों के अनुसार होता है:

1) न्यूनतम ऊर्जा का सिद्धांत

कम ऊर्जा वाले उपस्तर से शुरू करके, इलेक्ट्रॉन कक्षाओं को भरते हैं।

उपस्तरों की बढ़ती ऊर्जा का क्रम:

1एस < 2सी < 2पी < 3एस < 3पी < 4एस ? 3डी < 4पी < 5एस ? 4डी < 5पी < 6एस…

2)बहिष्करण नियम (पॉली सिद्धांत)

प्रत्येक कक्षक दो से अधिक इलेक्ट्रॉनों को समायोजित नहीं कर सकता है।

एक कक्षक में एक इलेक्ट्रॉन को अयुग्मित कहा जाता है, दो इलेक्ट्रॉनों को कहा जाता है इलेक्ट्रॉनिक जोड़ी:

3) अधिकतम बहुलता का सिद्धांत (हंड का नियम)

एक उपस्तर के भीतर, इलेक्ट्रॉन पहले सभी कक्षाओं को आधा भरते हैं, और फिर पूरी तरह से।

प्रत्येक इलेक्ट्रॉन की अपनी विशेषता होती है - स्पिन (पारंपरिक रूप से ऊपर या नीचे तीर द्वारा दर्शाया जाता है)। इलेक्ट्रॉन स्पिन को वैक्टर के रूप में जोड़ा जाता है; एक उपस्तर पर इलेक्ट्रॉनों की दी गई संख्या के स्पिन का योग होना चाहिए अधिकतम(बहुलता):

H से तत्वों के परमाणुओं के स्तर, उपस्तर और कक्षकों को इलेक्ट्रॉनों से भरना (जेड = 1) क्र तक (जेड = 36) में दिखाया गया है ऊर्जा आरेख(संख्याएं भरने के अनुक्रम के अनुरूप हैं और तत्वों की क्रमिक संख्याओं के साथ मेल खाती हैं):

पूर्ण ऊर्जा आरेखों से, इलेक्ट्रॉनिक सूत्रतत्वों के परमाणु. किसी दिए गए उपस्तर की कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों की संख्या अक्षर के दाईं ओर सुपरस्क्रिप्ट में इंगित की गई है (उदाहरण के लिए, 3) डी 5 प्रति Z 5 इलेक्ट्रॉन है डी-उपस्तर); पहले पहले स्तर के इलेक्ट्रॉन आते हैं, फिर दूसरे, तीसरे, आदि। सूत्र पूर्ण और संक्षिप्त हो सकते हैं, बाद वाले में कोष्ठक में संबंधित उत्कृष्ट गैस का प्रतीक होता है, जो इसके सूत्र को बताता है, और, इसके अलावा, Zn से शुरू होता है , भरा हुआ आंतरिक डी-सबलेवल। उदाहरण:

3 ली = 1एस 2 2एस 1 = [2 वह]2एस 1

8 ओ = 1एस 2 2एस 2 2पी 4= [2वह] 2एस 2 2पी 4

13 अल = 1एस 2 2एस 2 2पी 6 3एस 2 3पी 1= [10 ने] 3एस 2 3पी 1

17 सीएल = 1एस 2 2एस 2 2पी 6 3एस 2 3पी 5= [10 ने] 3एस 2 3पी 5

2O Ca = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4s 2= [18 एआर] 4s 2

21 एससी = 1एस 2 2एस 2 2पी 6 3एस 2 3पी 6 3डी 1 4एस 2= [18 एआर] 3डी 1 4एस 2

25 एमएन = 1एस 2 2एस 2 2पी 6 3एस 2 3पी 6 3डी 5 4एस 2= [18 एआर] 3डी 5 4एस 2

26 Fe = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3डी 6 4एस 2= [18 एआर] 3डी 6 4एस 2

3O Zn = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2= [18 एआर, 3डी 10] 4s 2

33 As = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4एस 2 4पी 3= [18 एआर, 3डी 10] 4एस 2 4पी 3

36 करोड़ = 1एस 2 2एस 2 2पी 6 3एस 2 3पी 6 3डी 10 4एस 2 4पी 6= [18 एआर, 3डी 10] 4एस 2 4पी 6

कोष्ठक के बाहर रखे गए इलेक्ट्रॉन कहलाते हैं वैलेंस.वे ही रासायनिक बंधों के निर्माण में भाग लेते हैं।

अपवाद हैं:

24 करोड़ = 1एस 2 2एस 2 2पी 6 3एस 2 3पी 6 3डी 5 4एस 1= [18 एआर] जेड 5 4एस 1(3डी 4 4एस 2 नहीं!),

29 Cu = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3डी 10 4एस 1= [18 एआर] 3डी 10 4एस 1(3डी 9 4एस 2 नहीं!)।

1. शीर्षक, संबद्ध नहींहाइड्रोजन आइसोटोप के लिए, है

1) ड्यूटेरियम

2) ऑक्सोनियम

2. किसी धातु परमाणु के संयोजकता उपस्तर का सूत्र है

3. लोहे के परमाणु की जमीनी अवस्था में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या होती है

4. एल्युमिनियम परमाणु की उत्तेजित अवस्था में अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या बराबर होती है

5. इलेक्ट्रॉनिक सूत्र 3d 9 4s 0 धनायन से मेल खाता है

6. ऋणायन E 2- 3s 2 3p 6 का इलेक्ट्रॉनिक सूत्र तत्व से मेल खाता है

7. Mg 2+ धनायन और F आयन में इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या बराबर होती है

परमाणुओं और अणुओं के रासायनिक गुणों - संरचना और प्रतिक्रियाशीलता - पर चर्चा करते समय परमाणु कक्षाओं के स्थानिक रूप का विचार किसी विशेष मुद्दे के गुणात्मक समाधान में बहुत मदद कर सकता है। सामान्य स्थिति में, एओ को जटिल रूप में लिखा जाता है, लेकिन प्रमुख क्वांटम संख्या के साथ समान ऊर्जा स्तर से संबंधित जटिल कार्यों के रैखिक संयोजनों का उपयोग किया जाता है। पीऔर कक्षीय गति / के समान मूल्य के साथ, वास्तविक रूप में अभिव्यक्ति प्राप्त करना संभव है जिसे वास्तविक स्थान में चित्रित किया जा सकता है।

आइए हम क्रमिक रूप से हाइड्रोजन परमाणु में एओ की एक श्रृंखला पर विचार करें।

जमीनी अवस्था 4^ का तरंग कार्य सबसे सरल दिखता है। इसमें गोलाकार समरूपता है

ए का मान उस अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित किया जाता है जहां मान

बुलाया बोह्र त्रिज्या.बोह्र त्रिज्या परमाणुओं के विशिष्ट आकार को इंगित करता है। 1/oc का मान एक-इलेक्ट्रॉन परमाणुओं में कार्यों के विशिष्ट क्षय के पैमाने को निर्धारित करता है

(ईवीएल) से यह स्पष्ट है कि एक-इलेक्ट्रॉन परमाणुओं का आकार घटता है क्योंकि परमाणु चार्ज जेड के मूल्य के विपरीत अनुपात में बढ़ता है। उदाहरण के लिए, हे + परमाणु में तरंग फ़ंक्शन हाइड्रोजन की तुलना में दोगुनी तेजी से घट जाएगा 0.265 ए की विशिष्ट दूरी वाला परमाणु।

दूरी पर *F ls की निर्भरता चित्र में दिखाई गई है। 3.3. फलन की अधिकतम सीमा *Fj शून्य पर है। किसी नाभिक के अंदर एक इलेक्ट्रॉन का पाया जाना बहुत आश्चर्य की बात नहीं होनी चाहिए, क्योंकि नाभिक की एक अभेद्य गोले के रूप में कल्पना नहीं की जा सकती।

हाइड्रोजन परमाणु की जमीनी अवस्था में नाभिक से कुछ दूरी पर एक इलेक्ट्रॉन का पता लगाने की अधिकतम संभावना होती है आर = ए 0 = 0.529 ए. यह मान इस प्रकार पाया जा सकता है। कुछ छोटे आयतन A में एक इलेक्ट्रॉन मिलने की प्रायिकता वी|*P| के बराबर 2 डीवाई. आयतन ए वीहम इतना छोटा मानते हैं कि इस छोटे आयतन के भीतर तरंग फलन का मान स्थिर माना जा सकता है। हम दूरी पर एक इलेक्ट्रॉन मिलने की संभावना में रुचि रखते हैं जीमोटाई ए की एक पतली परत में कोर से जी।दूरी पर एक इलेक्ट्रॉन मिलने की संभावना के बाद से जीदिशा पर निर्भर नहीं है और विशिष्ट दिशा में हमारी रुचि नहीं है, तो हमें मोटाई A की एक बहुत पतली गोलाकार परत में एक इलेक्ट्रॉन के रहने की संभावना ज्ञात करने की आवश्यकता है जी।मान के बाद से | वी एफ| 2 की गणना करना आसान है, हमें इसकी आवश्यकता है

चावल। 3.3. दूरी पर *F 1s की निर्भरता। फ़ंक्शन के मानों को r = O पर उसके मान के लिए सामान्यीकृत किया जाता है

चावल। 3.4.गोलाकार परत के आयतन की गणना के लिए योजना

गोलाकार परत का आयतन ज्ञात कीजिए, जिसे हम A K से निरूपित करते हैं। यह त्रिज्या वाली दो गेंदों के आयतन के अंतर के बराबर है जीऔर जी + अर(चित्र 3.4):

से एक जीकी तुलना में थोड़ा जी,फिर मूल्य की गणना करते समय (जी+ Ar) 3 हम स्वयं को पहले दो पदों तक सीमित कर सकते हैं। फिर गोलाकार परत का आयतन हमें प्राप्त होता है

अंतिम अभिव्यक्ति सरल तरीके से प्राप्त की जा सकती है। से एक जीकी तुलना में थोड़ा जी,तो गोलाकार परत का आयतन गोलाकार परत के क्षेत्रफल और उसकी मोटाई के गुणनफल के बराबर लिया जा सकता है (चित्र 3.4 देखें)। गोले का क्षेत्रफल है 4 किलो 2,और मोटाई ए जी।इन दो मात्राओं का गुणनफल एक ही अभिव्यक्ति देता है (3.11)।

तो संभावना डब्ल्यूइस परत में एक इलेक्ट्रॉन ढूंढना बराबर है

*पी एलएस के लिए अभिव्यक्ति परिशिष्ट 3.1 से ली गई है। यदि हम A के मान पर विचार करें जीस्थिर, तो कम किए गए फ़ंक्शन का अधिकतम स्तर देखा जाता है जी = ए 0 .

यदि आप जानना चाहते हैं कि संभावना क्या है डब्ल्यूआयतन में इलेक्ट्रॉन का पता लगाएं वी,तब अभिव्यक्ति (3.6) के अनुसार अंतरिक्ष के इस क्षेत्र पर एक इलेक्ट्रॉन का पता लगाने की संभाव्यता घनत्व को एकीकृत करना आवश्यक है।

उदाहरण के लिए, नाभिक पर केंद्र और त्रिज्या x 0 के साथ अंतरिक्ष के एक गोलाकार क्षेत्र में हाइड्रोजन परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन का पता लगाने की संभावना क्या है। तब

यहाँ मूल्य है डी वीगणना के दौरान इसे प्रतिस्थापित कर दिया गया 4 किलो 1 डॉ(3.11) के अनुरूप, चूंकि तरंग फ़ंक्शन केवल दूरी पर निर्भर करता है और इसलिए पूर्णांक फ़ंक्शन की कोणीय निर्भरता की अनुपस्थिति के कारण कोणों पर एकीकृत करने की कोई आवश्यकता नहीं है।

अंतरिक्ष में तरंग फ़ंक्शन के वितरण का एक गुणात्मक विचार बादलों के रूप में परमाणु ऑर्बिटल्स की छवि द्वारा दिया गया है, और रंग जितना अधिक तीव्र होगा, एच" फ़ंक्शन का मान उतना अधिक होगा। ऑर्बिटल जैसा दिखेगा यह (चित्र 3.5):

चावल। 3.5.

कक्षा का 2पी जेड बीबादल का रूप चित्र में दिखाया गया है। 3.6.

चावल। 3.6.बादल के रूप में हाइड्रोजन परमाणु के 2pg कक्षक की छवि

इसी तरह, इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण एक बादल की तरह दिखेगा, जिसे इलेक्ट्रॉन चार्ज द्वारा संभाव्यता घनत्व I"Fj 2 को गुणा करके पाया जा सकता है। इस मामले में, वे कभी-कभी इलेक्ट्रॉन स्मीयरिंग के बारे में बात करते हैं। हालांकि, यह किसी भी तरह से नहीं है इसका मतलब है कि हम अंतरिक्ष में इलेक्ट्रॉन के धब्बा से निपट रहे हैं - अंतरिक्ष में इलेक्ट्रॉन का कोई वास्तविक धब्बा नहीं होता है, और इसलिए हाइड्रोजन परमाणु को नकारात्मक चार्ज के वास्तविक बादल में डूबे हुए नाभिक के रूप में प्रस्तुत नहीं किया जा सकता है।

हालाँकि, बादलों के रूप में ऐसी छवियों का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है, और एच" फ़ंक्शन की कोणीय निर्भरता का एक विचार बनाने के लिए बहुत अधिक बार लाइनों का उपयोग किया जाता है। ऐसा करने के लिए, के मूल्यों की गणना करें H" नाभिक से एक निश्चित दूरी पर खींचे गए गोले पर कार्य करता है। फिर परिकलित मानों को रेडी पर प्लॉट किया जाता है, जो किसी दिए गए Ch"-फ़ंक्शन के लिए सबसे अधिक जानकारीपूर्ण विमान अनुभाग के लिए Ch"-फ़ंक्शन के चिह्न को दर्शाता है। उदाहरण के लिए, आईएस कक्षक को आमतौर पर एक वृत्त के रूप में दर्शाया जाता है (चित्र 3.7)।

चावल।

चित्र में. 3.8 2/> r-ऑर्बिटल कुछ त्रिज्या के गोले पर बना है। स्थानिक चित्र प्राप्त करने के लिए, चित्र को z अक्ष के सापेक्ष घुमाना आवश्यक है। फ़ंक्शन लिखते समय सूचकांक "z" "z" अक्ष के साथ फ़ंक्शन के अभिविन्यास को इंगित करता है। संकेत "+" और "-" H"-फ़ंक्शन के संकेतों के अनुरूप हैं। 2/? z-फ़ंक्शन के मान अंतरिक्ष के उस क्षेत्र में सकारात्मक हैं जहां ^-निर्देशांक सकारात्मक है, और नकारात्मक है वह क्षेत्र जहाँ ^-निर्देशांक ऋणात्मक है।

चावल। 3.8.रूप 2p z-ऑर्बिटल्स. कुछ त्रिज्या के गोले पर निर्मित

शेष/कक्षकों के मामले में भी यही स्थिति है। उदाहरण के लिए, 2/? एक्स-ऑर्बिटल एक्स-अक्ष के साथ उन्मुख है और अंतरिक्ष के उस हिस्से में सकारात्मक है जहां एक्स-निर्देशांक सकारात्मक है, और इसके मान नकारात्मक हैं जहां एक्स-निर्देशांक मान नकारात्मक हैं (चित्र 3.9)।

संकेत को इंगित करने वाले तरंग कार्यों की छवि रासायनिक यौगिकों की प्रतिक्रियाशीलता के गुणात्मक विवरण के लिए महत्वपूर्ण है, और इसलिए चित्र में दिखाए गए चित्र भी महत्वपूर्ण हैं। 3.9 रासायनिक साहित्य में सबसे अधिक पाए जाते हैं।

आइए अब हम d-ऑर्बिटल्स पर विचार करें (चित्र 3.10)। कक्षाओं dxy, dxz, dyz,समकक्ष देखो. उनका अभिविन्यास और संकेत सबस्क्रिप्ट द्वारा निर्धारित किए जाते हैं: सूचकांक xyदिखाता है

चावल। 3.9.रूप 2पी एक्स -कक्षाएँ। कुछ त्रिज्या के गोले पर निर्मित

कि कक्षक x और अक्षों के संबंध में 45° के कोण पर उन्मुख है परऔर यह कि Y-फ़ंक्शन का चिह्न सकारात्मक है जहां सूचकांक x और का गुणनफल है परसकारात्मक रूप से.

चावल। 3.10.

स्थिति शेष ^/-ऑर्बिटल्स के साथ भी समान है। ^/-ऑर्बिटल्स की छवि चित्र में दिखाई गई है। 3.10, अक्सर साहित्य में पाया जाता है। यह देखा जा सकता है कि कक्षाएँ डी , डी x2 _ y2 , डी z2 समतुल्य नहीं हैं. केवल कक्षाएँ समतुल्य हैं डी , डी एक्सजेड , डी वाईजेड .यदि किसी अणु की संरचना का वर्णन करने के लिए पांच समकक्ष ^/-ऑर्बिटल्स का उपयोग करना आवश्यक है, तो उन्हें ऑर्बिटल्स के रैखिक संयोजनों का उपयोग करके बनाया जा सकता है।