В последните няколко видеа научихме, че подредбата
на електроните в атома не е проста, класическа Нютонова орбитална подредба.
Това е моделът на електрона на Бор.
Ще продължа да го разглеждам, защото смятам, че е важно.
Нека това е ядрото. Помни, че то е просто
мъничка точка от целия обем на атома.
Електроните не са разположени в орбита около ядрото,
както планетата е в орбита спрямо слънцето.
Разположението на електроните се описва
чрез орбитали, които са вероятностни функции на плътността.
Нека приемем, че това е ядрото.
Ако вземем която и да е точка от пространството около ядрото,
орбиталата описва вероятността да намерим там електрона.
Така че в която и да е част от пространството около ядрото,
орбиталата представя вероятността да намерим електрон
в рамките на това пространство.
Ако искаш просто да направиш един куп снимки на електрони...
да кажем в 1s орбиталата.
1s орбиталата изглежда по този начин.
Едва ли можеш да го видиш тук, но то е една сфера около ядрото.
Това е състоянието с най-малко енергия, в което един електрон би могъл да бъде.
Ако ти се налагаше да направиш няколко снимки на електрони...
Да кажем, че трябва да направиш няколко снимки на хелий,
който има 2 електрона.
И двата се намират на 1s орбиталата.
Би изглеждало така.
Ако направиш една снимка, може би електронът ще е там,
на следващата снимка може би там.
След това електронът е там.
После е там.
И там.
И ако продължаваш да снимаш,
ще видиш, че много от тях са близко разположени.
И след това стават малко по-разредени,
колкото по-далеч от ядрото отиваме.
Много по-вероятно е да открием електрона близо до центъра на атома,
отколкото далеч от него.
Макар че има и електрон,
стоящ чак ето там, или пък ето тук.
Така че наистина може да е бил навсякъде,
но ако направиш много снимки,
ще видиш какво описва функцията на вероятността.
Тя показва, че има много по-малка вероятност
да открием електрона в този малък отрязък пространство тук,
отколкото в това тук.
Има диаграми, в които орбиталата е изобразена по този начин.
Изобразен е като слой, като сфера.
Ще се опитам да го направя да изглежда триизмерно.
И да кажем, че това е външната му част
и ядрото се намира някъде във вътрешността.
В тези диаграми е показано
къде можем да открием електрона през 90% от времето.
Например мога да намеря елекрона през 90% от времето в този кръг,
ако направя напречно сечение.
Но от време на време електронът може да бъде и извън това.
Защото всичко това са вероятности.
И това все пак може да се случи
И още може да намерим електрона,
ако това тук е орбиталата за която говорим.
Нали?
И в последното видео казахме, че
електроните запълват орбиталите
от най-ниското енергийно ниво до по-високо.
Можеш да си го представиш така.
Ако играя Тетрис
или просто трупам кубчета, първо нареждам кубчетата с ниска енергия.
Ако това е подът, поставям първото кубче на най-ниското енергийно ниво.
И да кажем, че бих могъл да сложа и второто кубче на ниското ниво тук.
Но имам само толкова място.
Затова трябва да поставя третото кубче на по-високото ниво.
В този случай енергията може да бъде описана като потенциална, нали?
Това е класически пример на Нютонова физика.
Но идеята е същата с електроните.
Когато имам два електрона на 1s орбиталата...
Да кажем, че електронната конфигурация на хелий е 1s2.
Третият електрон вече не може да бъде поставен там,
защото има място само за два електрона.
Тези два електрона
ще отблъснат третия, който аз искам да добавя.
И затова трябва да отида на 2s орбиталата.
И ако сега трябва да наложа 2s орбиталата върху тази тук,
би се получило нещо такова –
има голяма вероятност да открия елекроните в този слой
който всъщност е около 1s орбиталата.
Нека да боравя с литий сега.
Имам само един допълнителен електрон.
И този допълнителен електрон може да бъде там, където наблюдавах
допълнителния електрон.
Но понякога той може да се появи там,
може да се появи там, или там.
Но най-голяма вероятност има да е там.
Къде ще бъде в 90% от времето?
Ще бъде в този слой около центъра.
Но тъй като е триизмерно, в действителност изглежда малко по-различно.
Това е представено тук.
1s е това червено топче тук.
И след това 2s.
Вторият енергиен слой е това синьо топче връз червеното.
Може да го видиш малко по-добре
при по-високите енергийни слоеве.
Седмият енергиен слой е тази червена област.
После има синята област, после червената, и пак синята.
Мисля, че схвана идеята, че всяка от тях е енергиен слой.
И сякаш s орбитали се припокриват една около друга.
Но тук виждаш и тези други неща.
И основният принцип е, че
електроните запълват орбиталата
от най-ниско енергийната орбитала към по-високо енергийна орбитала.
Първа се запълва 1s орбиталата.
Това е 1.
Това е s.
Това е 1s.
Тя може да побере 2 електрона.
Следващата, която се запълва, е 2s.
Тя може да побере още два електрона.
И после следващата, и тук вече става интересно,
запълва се 2p орбиталата.
Това е тази тук.
2p орбитали.
И виж, че p-орбиталите имат буква към тях – р малко z, р малко x, р малко y.
Това какво означава?
Погледни p орбиталите, те имат форма на гирички.
Изглеждат малко неестествено, но в бъдещи клипчета
ще ти покажа, че са аналогични на стоящи вълни.
Има три начина, по които можем да конфигурираме тези гирички.
Един е в направление z, нагоре и надолу.
Един в направление x, наляво или надясно.
И един в направление y, по този начин, напред и назад.
И да кажем, че искаш да представиш нагледно p орбиталите.
Поредността на запълване е следната:
Първо слагаш един електрон тук,
друг електрон тук и после друг електрон там.
След това попълваш още един електрон,
но ще говорим за спин и т.н. в бъдещо видео.
Та там, там и там.
И това се нарича правило на Хунд.
Може би ще направя видео за правилото на Хунд,
но това не е от значение за това ниво урок по химия.
Запълването става в този ред
и наистина искам да имаш представа как това би изглеждало.
Трябва да сложа "изглежда" в кавички,
защото е много абстрактно.
Но ако искаш да визуализираш p орбиталите...
Да кажем, че разглеждаме електронната конфигурация на въглерод.
Електронната конфигурация на въглерод:
първите два електрона попадат в 1s1, 1s2
И тогава се запълва... извинявам се, нищо не се вижда.
Запълва се 1s2. Това е конфигурацията на въглерода.
Запълва се 1s1, после 1s2.
И това е конфигурацията за хелий.
После отиваме към втория слой,
което е втори период, нали?
Затова се нарича периодична система.
Ще говорим за периоди и групи вбъдеще.
После отиваме тук.
Това е запълването на 2s.
Сега сме във втори период.
Това е втори период.
Едно, две.
Трябва да се дръпна, за да виждаш всичко.
Запълва тези две.
И така 2s2.
После започва да запълва p орбиталите.
Започва да запълва 1p и после 2p.
Още сме във втория слой, и така: 2s2 2p2.
Въпросът е как би изглеждало това,
ако искахме просто да визуализираме тази орбитала тук,
p орбиталата?
Имаме два електрона.
Единият електрон ще бъде на...
Ще се опитам да начертая няколко оси.
Това е прекалено тънко.
Чертая триизмерни
обемни оси.
Ако исках да направя група наблюдения на
един от електроните на p орбиталите,
да кажем в pz измерението,
понякога може да е тук,
понякога там, а понякога може да е там.
И ако продължаваме с наблюденията,
ще получим нещо, прилично на камбана,
тази гировидна форма тук.
И сега правим група наблюдения за друг електрон, в x направление,
Ще го направя в друг отличим цвят.
Ще изглежда така.
Взимаш тези "снимки" на електрона и виждаш,
че е много по-вероятно този електрон
да се намира в област, приличаща на гиричка.
Но може да го намериш и там, там или там.
Просто има много по-голяма вероятност
да е тук вътре, отколкото там.
И това е най-добрият начин, по който аз поне мога да го представя.
Това, което правихме тук, се нарича електронна конфигурация.
Има много начини, които се преподават в часовете по химия,
но ето кой начин на мен най-много ми харесва.
Отваряме периодичната система и тези групи...
(когато казвам групи, имам предвид колоните),
Елементите от тези групи ще запълнят s слоя или s-орбиталите...
Може просто да напишем s тук горе, точно ето там.
Тези елементи тук ще запълват p-орбиталите.
Всъщност нека да изключим хелия от картината.
P-орбиталите.
Махам хелий от картината.
Тези заемат p-орбиталите.
И всъщност, за да не се объркваш,
трябва да махнеш хелий и да го сложиш ето там.
Периодичната система е просто начин на организиране на елементите,
за да са разбираеми.
Но за да разбереш орбиталите, може да вземеш хелий.
Нека да го направя.
Магията на компютрите.
Изрязваме хелий и го поставяме там.
Сега виждаш, че конфигурацията на хелий е
1s1, после 1s2.
Сега сме в първия енергиен слой.
Конфигурацията на водород е 1s1.
Има само един електрон в s подслоя на първия енергиен слой.
Конфигурацията на хелий е 1s2
И после запълваме втория енергиен слой.
Конфигурацията на литий е 1s2.
Там отиват първите два електрона.
И после третият отива в 2s1, нали?
Вече мисля, че виждаш тенденцията.
Като стигнем до азот, си казваме:
"Има три електрона в p подслоя".
И почти можеш да започнеш наобратно.
И сега сме във втори период, нали?
Това е 2p3.
Само да го напиша.
Записвам първо 2p3.
И там отиват последните три електрона в p орбиталата.
После ще има тези два, които отиват в 2s2 орбиталата.
И накрая първите два, електроните на най-ниското енергийно ниво,
ще са в 1s2 орбиталата.
И това е електронната конфигурация на азот, точно тук.
И за да е сигурно, че конфигурацията ти е правилна,
трябва да преброиш електроните.
2 плюс 2 е 4, плюс 3 е 7.
И говорим за неутрални атоми,
тоест електроните трябва да са колкото протоните.
Атомният номер е равен на броя на протоните.
Всичко е наред.
Седем протона.
Когато се занимаваме само със s- и p-орбитали, всичко е просто.
А каква е конфигурацията на силиций,
ето там?
Добре, сега сме на трети период.
Едно, две, три.
Това е третият ред.
А това тук е p-блокът.
Значи това е вторият ред в p-блока.
Едно, две, три, четири, пет, шест.
Ние сме на втория ред в p-блока,
затова започваме с 3p2.
3р2
И след това имаме 3s2.
И после се запълва целият p-блок.
Значи е 2p6.
И после тук - 2s2.
И разбира се, преди да се запълнят останалите слоеве,
се е запълнил първият слой.
Значи, 1s2.
Ето това е електронната конфигурация за силиций.
Да проверим дали имаме 14 електрона.
2 плюс 2 е 4, плюс 6 е 10.
10 плюс 2 е 12, плюс още 2 е 14.
Значи конфигурацията е правилна.
Тъй като вече ми изтича времето, в следващото видео ще разгледаме
какво се случва, когато преминем към елементите от d-блока.
Можеш да предположиш какво се случва.
Ще започнем да запълваме тези d-орбитали тук,
които имат още по-невероятни форми.
Съвсем накратко, за да не губим време –
колкото повече се отдалечаваме от ядрото,
толкова повече е пространството между по-ниско енергийните орбитали.
И така се получават тези орбитали с причудливи форми.
Но има баланс...
Ще говоря за стоящите вълни в бъдеще,
но се получава нещо като баланс,
защото електроните опитват да доближат ядрото с протоните
и положителните заряди (електроните се привличат от тях),
докато в същото време се отблъскват от зарядите на останалите електрони
или поне от техните функции на масово разпределение.
Както и да е, ще се видим в следващото видео.