Чем отличаются s и p орбитали

Строение электронных оболочек атомов элементов первых четырёх периодов: s-, p-, d-элементы

Содержание:

Тема строения атома – это место встречи химии и квантовой физики. В атоме всё подчиняется строгим законам, но в то же время атом не совсем понятен для человеческого ума. Например, количество электронов строго равно количеству протонов, но невозможно точно сказать, в каком месте атома находится электрон. Шрёдингер рассматривал электрон как облако с отрицательным зарядом. Большинство своего времени электрон в отдельном участке атома – орбитали.

Все электроны в атоме расположены на своём расстоянии от ядра – в электронной оболочке. Электрон не может приблизиться к ядру, но и отдалиться тоже не может. Дело в том, что у электрона есть свой запас энергии. Чем её меньше, тем ближе от ядра располагается электрон. Электроны с одинаковым уровнем энергии группируются в один слой – энергетический уровень.

Главное квантовое число и энергетический уровень

Квантовые числа — это своеобразный код записи положения электрона в атоме. Если сравнить атом с домом, то квантовые числа – это адрес электрона: этаж, квартира, комната.

Электроны в атоме сосредоточены на энергетических уровнях – «этажах». Их нумеруют числами 1, 2, 3, … или буквами K, L, M, N, O, P, Q. Главное квантовое число n – это и есть номер энергетического уровня.

С удалением от ядра число электронов возрастает. Чем выше энергетический уровень, тем больше электронов на нём находится. Их максимальное число для каждого уровня определяется по формуле:

На внешнем энергетическом уровне не может находиться больше 8 электронов.

В энергетических уровнях также выделяют подуровни. Их количество также соответствует главному квантовому числу. Это напоминает расположение квартир в доме: на первом этаже располагается одна квартира, на втором – две, на третьем – три и т.д.

Орбитальное (побочное), магнитное квантовые числа и форма орбитали

Конкретное место в атоме, «комната», в которой почти постоянно находится электрон, называется орбиталью. Орбитали напоминают облака разной формы из электронов. Подуровни и форму орбиталей обозначают латинскими буквами: s, p, d, f.

Эту схему предложил Бор, она помогает разобраться в строении атома, но не отражает реальной картины. Наши представления об атоме расходятся с реальностью. И выглядит это примерно так:

На первом энергетическом уровне есть только сферическая s-орбиталь. На втором энергетическом уровне появляются три p-орбитали. Их форма напоминает гантель или восьмёрку. На третьем энергетическом уровне уже есть пять d-орбиталей, которые как бы состоят из нескольких лепестков. На четвёртом уровне возникают семь f-орбиталей.

Форму орбиталей обозначают орбитальным (побочным) квантовым числом l (эль). Оно на единицу меньше главного квантового числа, то есть l = n – 1. Тогда получается, что орбитальное число единственной s-орбитали первого энергетического уровня равно нулю. Орбиталь p имеет число 1, орбиталь d – 2, f – 3.

Но как же располагаются орбитали внутри одного подуровня? Дело в том, что движущийся электрон создаёт магнитное поле, в котором по осям x, y, z ориентируются орбитали.

Сферическая s-орбиталь не имеет ориентации в пространстве. Три p-орбитали располагаются в трёх различных проекциях, d – в пяти, f – в семи проекциях. Другими словами, сколько орбиталей одного типа, столько и проекций.

Магнитное квантовое число ml показывает, какие проекции есть у орбитали. Количество таких вариантов определяется по формуле 2l+1.

Для s-орбитали l = 0 и ml = 0, так и получается, что сфера принимает только одно положение в пространстве.

Спин электрона

Еще два квантовых числа – спиновое и проекция спина – характеризуют уникальное квантовое свойство электрона. Спин не имеет аналогов в классической механике. Можно представить, что электрон вращается вокруг своей оси в одну или другую сторону.

Квантовые числа

В атомах первого периода таблицы Менделеева есть один энергетический уровень. В нём один или два электрона движутся по s-единственной орбитали.

В атомах второго периода появляется второй уровень. Он состоит из s-и p-подуровней. Второй s-подуровень – это тоже s-орбиталь, на p-подуровне есть три орбитали, которые по-разному расположены в пространстве. Каждая p-орбиталь вмещает 1 или 2 электрона, поэтому максимально на p-подуровне их может быть 6.

В атомах третьего периода появляется d-подуровень с пятью d-орбиталями, в атомах четвёртого периода – f-подуровень с семью f-орбиталями.

Как заполняются орбитали?

Электроны заполняют орбитали в соответствии с 3 принципами (правилами).

Источник

Атомы и электроны

Атомно-молекулярное учение

Описываемая модель атома называется «планетарной» и была предложена в 1913 году великими физиками: Нильсом Бором и Эрнестом Резерфордом

Запомните, что в невозбужденном состоянии атом содержит одинаковое число электронов и протонов. Так у кальция (порядковый номер 20) в ядре находится 20 протонов, а вокруг ядра на электронных орбиталях 20 электронов.

Я еще раз подчеркну эту важную деталь. На данном этапе будет отлично, если вы запомните простое правило: порядковый номер элемента = числу электронов. Это наиболее важно для практического применения и изучения следующей темы.

Электронная конфигурация атома

Электроны атома находятся в непрерывном движении вокруг ядра. Энергия электронов отличается друг от друга, в соответствии с этим электроны занимают различные энергетические уровни.

Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (2s 2 ) и p-подуровня: трех «p» ячеек (2p 6 ), на которых помещается 6 электронов

Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (3s 2 ), p-подуровня: трех «p» ячеек (3p 6 ) и d-подуровня: пяти «d» ячеек (3d 10 ), в которых помещается 10 электронов

Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (4s 2 ), p-подуровня: трех «p» ячеек (4p 6 ), d-подуровня: пяти «d» ячеек (4d 10 ) и f-подуровня: семи «f» ячеек (4f 14 ), на которых помещается 14 электронов

Зная теорию об энергетических уровнях и порядковый номер элемента из таблицы Менделеева, вы должны расположить определенное число электронов, начиная от уровня с наименьшей энергией и заканчивая к уровнем с наибольшей. Чуть ниже вы увидите несколько примеров, а также узнаете об исключении, которое только подтверждает данные правила.

Подуровни: «s», «p» и «d», которые мы только что обсудили, имеют в определенную конфигурацию в пространстве. По этим подуровням, или атомным орбиталям, движутся электроны, создавая определенный «рисунок».

Правила заполнения электронных орбиталей и примеры

Должно быть, вы обратили внимание на некоторое несоответствие: после 3p подуровня следует переход к 4s, хотя логично было бы заполнить до конца 4s подуровень. Однако природа распорядилась иначе.

Запомните, что, только заполнив 4s подуровень двумя электронами, можно переходить к 3d подуровню.

Теперь мы располагаем указанное количество электронов на энергетических уровнях, руководствуясь правилами заполнения.

Обращаю ваше особе внимание: на 2p-подуровне углерода мы расположили 2 электрона в разные ячейки, следуя одному из правил. А на 3p-подуровне у серы электронов оказалось много, поэтому сначала мы расположили 3 электрона по отдельным ячейкам, а оставшимся одним электроном дополнили первую ячейку.

Внешний уровень и валентные электроны

Тренировка

Потренируйтесь и сами составьте электронную конфигурацию для магния и скандия. Определите число электронов на внешнем (валентном) уровне и число неспаренных электронов. Ниже будет дано наглядное объяснение этой задаче.

Источник

Разница между элементами блока S и P

Содержание:

Периодическая таблица элементов содержит все элементы, которые были обнаружены до сих пор. Эти элементы сгруппированы в 4 основные группы: блок s, блок p, блок d и блок f. Они классифицируются в соответствии с орбиталью, где присутствуют их валентные электроны. Кроме того, эти элементы также могут быть классифицированы как металлы, неметаллы и металлоиды в соответствии с их физическими свойствами. Все элементы блока, кроме водорода, являются металлами. Большинство элементов p-блока являются неметаллами. Остальные элементы в блоке p являются металлоидами. Основное различие между элементами блока s и p что валентные электроны элементов s-блока находятся на s-орбитали, тогда как валентные электроны элементов p-блока находятся на p-орбитали.

Ключевые области покрыты

1. Что такое элементы S-блока
— Определение, Характеристические свойства, Члены
2. Что такое элементы блока P
— Определение, Характеристические свойства, Члены
3. В чем разница между элементами блока S и P
— Сравнение основных различий

Ключевые слова: металлы, металлоиды, неметаллы, элементы P-блока, элементы S-блока, валентные электроны

Что такое элементы S-блока

Рисунок 1. Блоки в периодической таблице элементов (блок s выделен розовым цветом)

Гелий также является блочным элементом, так как он имеет только орбиталь, состоящую из 2 электронов. Следовательно, гелий также имеет свои валентные электроны на s-орбитали и классифицируется как элемент s-блока. Гелий тоже неметаллический.

Радиус атома s блочных элементов увеличивается вниз по группе из-за добавления новой электронной оболочки после каждого периода. Энергия ионизации уменьшается вниз группы, так как атомный радиус увеличивается. Это потому, что электроны на самой внешней орбитали слабо притягиваются ядром

И точка плавления, и температура кипения также снижаются в группе. Это связано с тем, что прочность металлической связи уменьшается с увеличением атомного радиуса. Таким образом, атомы металла могут быть легко разделены.

Что такое элементы блока P

Большинство элементов p-блока являются неметаллами, тогда как немногие другие являются металлоидами. Из группы 3 в группу 8 входят элементы блока p, кроме гелия (гелий относится к блоку s, как описано выше). Атомный радиус элементов p-блоков увеличивается вниз по группе и уменьшается по периоду. Энергия ионизации уменьшается вниз по группе и увеличивается вдоль периода. Электроотрицательность также увеличивается в течение периода. Наиболее электроотрицательным элементом является фтор, который относится к блоку р.

Рисунок 2: Металлоиды р-блока

Большинство элементов p-блока показывают аллотропию. Аллотропия относится к различным формам молекулярных структур одного и того же элемента. Степени окисления p-блочных элементов могут варьироваться в зависимости от количества валентных электронов, присутствующих в их атомах. Некоторые элементы могут иметь только одну степень окисления, тогда как другие элементы имеют несколько степеней окисления.

Группа 8 блока p состоит из благородных газов. Эти элементы являются инертными газами и не могут подвергаться химическим реакциям, если не находятся в экстремальных условиях. Благородные газы имеют наиболее устойчивую электронную конфигурацию, а их p-орбитали полностью заполнены электронами. Элементы группы 7 называются галогенами. Почти все элементы в p-блоке образуют ковалентные соединения и могут также принимать участие в ионных связях.

Разница между элементами блока S и P

Определение

Окислительные состояния

Элементы блока S: Элементы блока S могут иметь степень окисления 0, +1 или +2.

Химическая связь

Элементы блока S: Элементы блока S образуют металлические и ионные связи.

Элементы блока P: Элементы блока P образуют ковалентные или ионные связи (с металлами).

Металл Свойства

Элементы блока S: Все элементы блока являются металлами.

Электроотрицательность

Элементы блока S: Электроотрицательность элементов блока s сравнительно меньше.

Элементы блока P: Электроотрицательность элементов p-блока сравнительно высока.

Заключение

Элементы блока S и p являются химическими элементами, содержащимися в периодической таблице элементов. Они сгруппированы как s-блок или p-блок в соответствии с положением валентных электронов на орбиталях. Основное различие между элементами s и p-блоков состоит в том, что валентные электроны элементов s-блоков находятся на s-орбитали, тогда как валентные электроны элементов p-блоков находятся на p-орбитали.

Источник

Разница между S-орбитальной и P-орбитальной

Атом состоит из электронов, которые находятся в непрерывном движении в любом направлении вокруг ядра. Поскольку они движутся вокруг ядра, мы не можем определить точное положение этого электрона в дан

Содержание:

Атом состоит из электронов, которые находятся в непрерывном движении в любом направлении вокруг ядра. Поскольку они движутся вокруг ядра, мы не можем определить точное положение этого электрона в данный момент. Мы можем только догадываться о вероятности того, что электрон окажется в положении. Это явление называется Принцип неопределенности Гейзенберга, Согласно этим вероятностям, области, где электрон может быть найден с наибольшей вероятностью, объясняются термином орбитальный. В зависимости от энергий и движений электронов вокруг ядра могут быть разные орбитали. S орбитальная и p орбитальная две такие орбитали. Основное различие между орбиталью и орбиталью в том, что s орбитали имеют сферическую форму, тогда как p орбитали имеют форму гантелей.

Ключевые области покрыты

1. Что такое S Orbital?
— Определение, форма и структурные свойства
2. Что такое P-орбиталь
— Определение, форма и структурные свойства
3. Каковы сходства между S-орбитальным и P-орбитальным
— Краткое описание общих черт
4. В чем разница между S-орбитальной и P-орбитальной
— Сравнение основных различий

Ключевые слова: атом, принцип неопределенности Гейзенберга, орбитали, P-орбиталь, вероятность, S-орбиталь.

Что такое S Orbital

Рисунок 1: Размер s-орбитали увеличивается с увеличением основного квантового числа

Два электрона на орбитали s имеют противоположные спины. S орбитали участвуют в химической связи. Они могут принимать участие в формировании сигма-связей. Но эти орбитали не могут образовывать пи-связи. Сферическая форма говорит нам наиболее вероятную область, где электроны могут быть найдены. S орбитали не имеют угловых узлов. Следовательно, квантовое число углового момента s-орбитали равно 0.

S-орбиталь имеет самую низкую энергию среди всех других орбиталей в той же электронной оболочке. При более высоких электронных оболочках (главное квантовое число = n) s-орбиталь имеет меньшую энергию, чем энергия d-орбиталей в ближайшей нижней оболочке (n-1). Размеры орбитальной сферы увеличиваются с увеличением принципиального квантового числа.

Что такое P Orbital?

Рисунок 2: Формы и ориентации трех P-орбиталей

Три суборбитали орбитали p отличаются друг от друга в зависимости от ориентации этих орбиталей в атоме. Однако они похожи по форме. Все эти суборбиталы имеют форму гантелей. Одна особенность орбитали в том, что она состоит из углового узла. Следовательно, квантовое число углового импульса орбитали равно 1.

За исключением электронной оболочки, имеющей главное квантовое число 1, все другие электронные оболочки состоят из p-орбиталей. Размер р-орбиталей увеличивается с увеличением главного квантового числа. Одна орбиталь имеет две доли. Эти лепестки симметричны вдоль своей оси. Эти p-орбитали участвуют в химической связи. Они могут образовывать либо сигма-связи, либо пи-связи. P суборбиталей в горизонтальной ориентации может для сигма-связей. Два других суборбитала связаны с пи-связью.

Сходства между S Orbital и P Orbital

Разница между S-орбитальной и P-орбитальной

Определение

Уровень энергии

S Orbital: S орбитали имеют самые низкие энергетические уровни.

P Орбитальный: P-орбитали имеют более высокую энергию, чем s-орбитали.

Угловые узлы

S Orbital: У орбиталей нет угловых узлов.

P Орбитальный: р-орбитали имеют угловые узлы

Максимальное количество электронов

S Orbital: Максимальное количество электронов, которое может удерживать орбиталь, равно 2.

П Орбитальный: Максимальное количество электронов, которое может удержать орбиталь, равно 6.

Суб-орбитали

S Orbital: В s-орбиталях нет суборбиталей.

П Орбитальный: В орбитали есть 3 суборбитали.

Квантовое число углового момента

S Orbital: Квантовое число углового момента s-орбитали равно 0.

П Орбитальный: Квантовое число углового момента p-орбитали равно 1.

Лопасти

S Orbital: На орбиталях нет лепестков.

P Орбитальный: В p-орбиталях есть лепестки.

Заключение

И s-орбитали, и p-орбитали являются атомными. Эти орбитали указывают наиболее вероятную область, где мы можем найти электрон этого атома. Основное различие между s-орбиталью и p-орбиталью состоит в том, что s-орбитали имеют сферическую форму, тогда как p-орбитали имеют форму гантелей.

Рекомендации:

1. Libretexts. «Атомные орбитали». Химия LibreTexts, Libretexts, 3 ноября 2015 г.,

Источник

Атомные орбитали S- и P-типа. Гибридизация орбиталей.

Сферическую атомную орбиталь ученые договорились называть s-орбиталью. Она самая устойчивая и располагается довольно близко к ядру. Чем больше энергия электрона в атоме, тем быстрее он вращается, тем сильнее вытягивается область его пребывания и наконец превращается в гантелеобразную p-орбиталь:

Гибридизация орбиталей — гипотетический процесс смешения разных (s, p, d, f) орбиталей центрального атома многоатомной молекулы с возникновением одинаковых орбиталей, эквивалентных по своим характеристикам.

5.Тетраэдрическая модель атома углерода. Теория строения Бутлерова

Теория химического строения органических веществ была сформулирована А. М. Бутлеровым в 1861 году.

Основные положения теории строения сводятся к следующему:

1) в молекулах атомы соединены друг с другом в определенной последовательности в соответствии с их валентностью. Порядок связи атомов называется химическим строением;

2) свойства вещества зависят не только от того, какие атомы и в каком количестве входят в состав его молекулы, но и от того, в каком порядке они соединены между собой, т. е. от химического строения молекулы;

3) атомы или группы атомов, образовавшие молекулу, взаимно влияют друг на друга.

Основные представления о химическом строении, заложенные Бутлеровым, были дополнены Вант-Гоффом И Ле-Белем (1874), которые развили идею о пространственном расположении атомов в молекуле органич. в-ва и поставили вопрос о пространственной конфигурации и конформации молекул. Работа Вант-Гоффа положила начало направлению орг. Химии – стереохимии – учению о пространственном строении.Вант-Гофф предлоил тетраэдрическую модель атома углерода – четыре валентности атома в углерода в метане направлены к четырем углам тетраэдра, в центре которого находится углеродный атом, а на вершинах – атомы водорода.

Непредельные карбоновые кислоты

При осторожном окислении образуются диоксикислоты:

Производные карбоновых кислот

Просты́е эфи́ры — органические вещества, имеющие формулу R-O-R’, где R и R’ — углеводородные радикалы. Следует, однако, учитывать, что такая группа может входить в состав других функциональных групп соединений, не являющихся простыми эфирами

Отличаются от простых эфиров (этеров), у которых два углеводородных радикала соединены атомом кислорода (R₁—O—R₂)

Амиды карбоновых кислот — карбоксамиды RCO-NR 1 R 2 (где R 1 и R 2 — водород, ацил либо алкильный, арильный или другой углеводородный радикал) обычно именуются амидами, в случае других кислот в соответствии с рекомендациями IUPAC при именовании амида в качестве префикса указывается название кислотного остатка, например, амиды сульфокислот RS(=O₂NH₂ именуются сульфамидами.

R-COOH + SOCl₂ → R-COCl + SO₂↑ + HCl↑

Нитри́лы — органические соединения общей формулы R—C≡N, формально являющиеся C-замещенными производными синильной кислоты HC≡N

Капрон (поли-ε-капроамид, найлон-6, полиамид 6)— синтетическое полиамидное волокно, получаемое из нефти, продукт поликонденсации капролактама

В промышленности его получают путем полимеризации производного

Нейло́н (англ. nylon) — семейство синтетических полиамидов, используемых преимущественно в производстве волокон.

Наиболее распространены два вида нейлона: полигексаметиленадипинамид (анид (СССР/Россия), найлон 66 (США)), часто называемый собственно нейлоном и поли-ε-капроамид (капрон (СССР/Россия), найлон 6 (США)). Известны также другие виды, например, поли-ω-энантоамид (энант (СССР/Россия), найлон 7 (США)) и поли-ω-ундеканамид (ундекан (СССР/Россия), найлон 11 (США), рильсан (Франция, Италия)

Пластмассовые изделия могут изготавливаться из жёсткого нейлона — эколона, путём впрыскивания в форму жидкого нейлона под большим давлением, чем достигается бо́льшая плотность материала.

КЕТОКИСЛОТЫ — органические вещества, в состав молекул которых входят карбоксильные (COOH—) и карбонильные (—CO—) группы; служат предшественниками многих соединений, выполняющих важные биологические функции в организме. Существенные нарушения обмена веществ, имеющие место при ряде патологических состояний, сопровождаются повышением концентрации в организме человека тех или иных кетокислот

кето енольная таутомерия

Методы получения Альфа и Бета кетокислот

α-Кетокислоты получают окислением α-гидроксикислот.

β-Кетокислоты ввиду своей неустойчивости получают из сложных эфиров конденсацией Кляйзена.

В органической химии термин «реакция окисления» подразумевает, что окисляется именно органическое соединение, при этом окислителем в большинстве случаев является неорганический реагент.

Алкены

KMnO₄ и H₂O (нейтральная среда)

идет разрыв двойной связи:

R-СH₂=CH₂-R + [O] → 2R-COOH — схематичное уравнение

Алкиларены

Кетоны

Кетоны к действию окислителей весьма устойчивы и окисляюся лишь сильными окислителями при нагревании. В процессе окисления происходит разрыв связей C-C по обе стороны карбонильной группы и в общем случае получается смесь четырех карбоновых кислот:

Окислению кетона предшествует его енолизация, которая может проходить как в щелочной, так и в кислой среде:

Ви́нная кислота́ (диоксиянтарная кислота, тартаровая кислота, 2, 3-дигидроксибутандиовая кислота) НООС-СН(ОН)-СН(ОН)-СООН — двухосновная оксикислота. Соли и анионы винной кислоты называют тартратами.

Известны три стереоизомерные формы винной кислоты: D-(-)-энантиомер (слева вверху), L-(+)-энантиомер (справа вверху) и мезо-форма (мезовинная кислота):

Источник