If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Agar veb-filtrlardan foydalanayotgan boʻlsangiz *.kastatic.org va *.kasandbox.org domenlariga ruxsat berilganligini tekshirib koʻring.

Asosiy kontent

Davriy jadval, elektron pogʻonalar va orbitallar

Kirish

Amerikada maktab Kimyo darsliklarida musiqachi va satirik Tom Lererning “Elementlar” qoʻshigʻi oʻquvchilarga eshittiriladi. Bu qoʻshiq shunisi bilan qiziq va ahamiyatliki, unda barcha elementlar nomlari tez aytish musiqiy ohangida kuylangan. Maktablarda oʻquvchilarga koʻpincha qoʻshimcha ball evaziga ushbu qoʻshiqni yod olish vazifasi beriladi. Birgina qoʻshiq orqali oʻquvchilar barcha elementlarning nomlarini yoddan aytib bera olishadi, shuningdek, bu qoʻshiq bilan oʻquvchilar tadbirlarda kayfiyatni koʻtaruvchi chiqish ham qilib turishadi.
Siz bu davriy jadval keyinchalik kerak boʻlmaydi deb oʻylaysizmi? Xoʻsh...? Albatta, bunday emas. Chunki davriy jadval barcha elementlarni oʻz ichiga sigʻdirgan oddiygina savatga emas, balki maʼlumotlar jamlangan faylga koʻproq oʻxshaydi. Jadvaldagi har bir elementning joylashuvi – moddalarning tuzilishi, xususiyatlari va kimyoviy reaksiyalarga kirishishi haqidagi muhim maʼlumotlarni beradi. Xususan, davriy jadvaldagi elementning joylashuvi uning elektron konfiguratsiyasi – yadro atrofida elektronlar qanday joylashishini bilib olishga yordam beradi. Atomlar kimyoviy reaksiyalarda ishtirok etish uchun oʻzlarining elektronlaridan foydalanadilar, shuning uchun elementning elektron konfiguratsiyasini bilish, uning reaktivligini oldindan bilishingizga, u boshqa elementning atomlari bilan oʻzaro taʼsirlashadimi yoki yoʻqmi degan savollarga javob topishingizga imkon beradi.
Ushbu mavzuda biz davriy jadval haqida, atomlarda elektronlarning qay tartibda joylashishi va bu bizga elementlarning reaktivligini taxmin qilishimizga qanday yordam berishini batafsil koʻrib chiqamiz.

Davriy jadval

Konvensiyaga koʻra, elementlar ularning muhim xususiyatlarini koʻrsatib beruvchi struktura – davriy jadvalga maʼlum tartibda joylashtirilgan. Davriy jadval 1869-yilda rus kimyogari Dmitriy Mendeleyev (1834–1907) tomonidan tuzilgan, jadvalda elementlar ustunlar – guruhlar va qatorlar – davrlarga boʻlingan va ular muayyan oʻxshash xususiyatlarga ega. Ushbu xususiyatlar xona haroratidagi elementning fizik holati – gaz, qattiq yoki suyuqligini, shuningdek, uning kimyoviy reaktivligini, boshqa atomlar bilan kimyoviy bogʻlanish hosil qilish qobiliyatini aniqlaydi.
Davriy jadvalda har bir elementning atom raqami, shuningdek, elementning nisbiy atom massasi va yer yuzida tabiiy ravishda uchrovchi izotoplarining oʻrtacha ogʻirligi ham koʻrsatilgan. Masalan, vodorodga qarasak, uning kimyoviy belgisi – H, va nomini, shuningdek, yuqoridan chapda atom raqami 1 va nisbiy atom massasi 1.01 ekanini koʻrishimiz mumkin.
Grafik material OpenStax CNX Biologydan oʻzgartirib olindi.
Elementlar orasida kimyoviy reaktivlikdagi farqlar ularning elektronlari soni va fazoviy tarqalishiga asoslanadi. Agar ikkita atomda bir-birini toʻldiruvchi elektronlar mavjud boʻlsa, ular reaksiyaga kirishadi va kimyoviy bogʻlanish hosil qilib, molekula yoki birikma hosil qila oladi. Quyida koʻrib turganingizdek, davriy jadvalda elementlar raqami va elektronlarining shakllarini aks ettiradigan tarzda tartiblangan, bu esa elementning reaktivligi – qanchalik bogʻlarni hosil qila olishi va boshqa elementlardan qaysilari bilan kirisha olishini oldindan taxmin qilishga yordam beradi.

Elektron qobiqlar va Bor nazariyasi

Atomning dastlabki modeli 1913-yilda daniyalik olim Niyels Bor (1885-1962) tomonidan ishlab chiqilgan. Bor nazariyasida atom proton va neytrondan tashkil topgan markaziy yadro sifatida koʻriladi, yadrodan maʼlum bir masofa uzoqlikda joylashgan elektronlar aylana shaklidagi elektron qobiqda boʻlib, quyosh atrofida aylanuvchi sayyoralarga oʻxshaydi. Har bir elektron qobiq turli xil energiya darajasiga ega, bunda yadroga eng yaqin boʻlgan qobiqlarda yadrodan uzoqroqda joylashgan qobiqlarga qaraganda kamroq energiya mavjud. Konvensiyaga koʻra, har bir qobiqqa raqam va n belgisi beriladi, masalan, yadroga eng yaqin boʻlgan elektron qobiq 1n deb nomlanadi. Qobiqlar orasida harakat qilish uchun elektron qobiqlar orasidagi energiya nisbatiga toʻgʻri keluvchi energiyani soʻrib olishi yoki oʻzidan ajratib chiqarishi kerak. Masalan, agar elektron fotondan energiya soʻrib olsa, u qoʻzgʻalib, yuqori energiyali qobiqqa oʻtishi mumkin; aksincha, qoʻzgʻalgan elektron yanada pastroq energiyali qobiqqa aylansa, koʻpincha u issiqlik shaklida energiya ajratib chiqaradi.
Grafik material OpenStax CNX Biologydan oʻzgartirib olindi.
Fizika qonunlariga aloqador boshqa narsalar singari, atomlar ham eng kam energiya va eng barqaror konfiguratsiyani olishga intiladilar. Shu sababli atomning elektron qobiqlari ichkaridan tashqari tomon joylashgan; elektronlar yadrodan uzoqdagi yuqori energiyali qobiqlarga oʻtishdan oldin, yadroga yaqinroqdagi kamroq energiyaga ega boʻlgan qobiqlarni toʻldiradilar. Yadroga eng yaqin boʻlgan qobiq 1n ikkita elektronni ushlab tura oladi, keyingi qobiq 2n sakkizta, uchinchi qobiq 3n esa oʻn sakkiztagacha elektronni ushlab turishi mumkin.
Biror bir atomning eng tashqi qobigʻidagi elektron soni uning reaktivligini yoki boshqa atomlar bilan kimyoviy bogʻlanish hosil qilish tendensiyasini aniqlaydi. Ushbu tashqi qobiq valent qobigʻi deb, undagi elektronlar esa valent elektronlar deb nomlanadi. Umuman olganda, atomlarning eng tashqi elektron qobigʻi toʻlganida ular eng barqaror va eng kam reaktiv holatda boʻladilar. Biologiyada muhim boʻlgan elementlarning koʻpchiligi barqaror boʻlishi uchun tashqi qobigʻida sakkiztadan elektron kerak boʻladi va ushbu qoida oktet qoidasi deb nomlanadi. Baʼzi bir atomlar, garchi ularning valent qobigʻi 18 tagacha elektronlarni ushlab turuvchi 3n qobigʻi boʻlsa ham, oktet qoidasiga boʻysunib, barqaror boʻlishlari mumkin. Buning sababini quyida elektron orbitallar haqida soʻz yuritganimizda bilib olasiz.
Quyida baʼzi neytral atomlarga va ularning elektron konfiguratsiyalariga misollar keltirilgan. Ushbu jadvaldan geliyning valentlik qobigʻi toʻla ekanini koʻrishingiz mumkin, uning birinchi va yagona 1n qobigʻida ikkita elektron bor. Xuddi shunday neon ham sakkizta elektronni oʻz ichiga olgan toʻla tashqi 2n qobigʻiga ega. Ushbu elektron konfiguratsiyalari geliy va neonni juda ham barqaror qiladi. Argon toʻla tashqi qobiqqa ega boʻlmasa ham, uning 3n qobigʻi oʻn sakkiztagacha elektronni ushlab tura olgani sababli u neon va geliy kabi barqarordir, chunki uning 3n qobigʻida sakkizta elektron bor va bu oktet qoidasiga mos keladi. Aksincha, xlorning tashqi qobigʻida yettita, natriyda esa bittagina elektron bor. Ushbu elektronlar tashqi qobiqni toʻldirmaydi va oktet qoidasiga mos kelmaydi, bu esa xlor va natriyni reaktiv qilib, yanada barqaror konfiguratsiyaga erishish uchun ularning elektron olish yoki yoʻqotishga moyilligini oshiradi.
Grafik material manbasi: OpenStax Biology

Elektron konfiguratsiyalar va davriy jadval

Elementlar ularning atom raqami – qancha protonga ega ekaniga koʻra, davriy jadvalda ketma-ket joylashgan. Neytral atomda elektronlar soni protonlar soni bilan teng boʻladi, shuning uchun biz elektron raqamini atom raqamidan osongina bilib olishimiz mumkin. Bundan tashqari, davriy jadvaldagi elementning joylashuvi – uning ustuni yoki guruhi, qatori yoki davri – elementda elektronlar qanday joylashgani haqida kerakli maʼlumotni beradi.
Agar biz hayot uchun eng muhim boʻlgan asosiy elementlarni oʻz ichiga olgan jadvalning dastlabki uchta qatorini koʻrib chiqsak, har bir qator raqami elementning tashqi elektron qobigʻidagi elektronlar soni bilan mos keladi: geliy va vodorod elektronlarini 1n qobigʻida joylashtiradi, ikkinchi qator elementi Li 2n qobigʻini va uchinchi qator elementi Na esa 3n qobigʻini toʻldiradi. Shunga oʻxshash elementning ustun raqami uning valent elektronlari soni va reaktivligi haqida ham maʼlumot beradi. Umuman olganda, bir ustunda joylashgan valent elektronlar soni bir xil va qatorda chapdan oʻngga tomon oshib boradi. 1-guruh elementlarida bitta va 18-guruh elementlarida esa 2 ta elektronga ega geliydan tashqari, qolganlarida sakkizta valent elektronlar bor. Shunday qilib, guruh raqami har bir elementning qanchalik reaktiv ekanini oldindan bilishga yordam beradi:
  • 18-guruh elementlari geliy (He), neon (Ne) va argonning (Ar) tashqi elektron qobiqlari toʻla va oktet qoidasiga mos keladi. Bu ularni yagona atomlar sifatida oʻta barqaror qiladi. Ular reaktiv boʻlmaganligi sababli inert gazlar yoki nodir gazlar deb ham ataladi.
  • 1-guruh elementlari vodorod (H), litiy (Li) va natriyning (Na) eng tashqi qobigʻida bittagina elektron bor. Ular bir atomli boʻlgani uchun barqaror emas, ammo bitta valent elektronni yoʻqotish yoki ulashish orqali barqaror boʻla oladilar. Agar Li va Na elementlari bitta ektronini butunlay yoʻqotsa, ular odatda musbat zaryadlangan ionlarga aylanadi: Li+ and Na+.
  • 17-guruh elementlari ftor (F) va xlor (Cl) ning tashqi qobiqlarida yettitadan elektron mavjud. Ular boshqa atomlardan elektron olib, barqaror oktetga ega boʻlishga intiladi va shu sababli manfiy zaryadlangan ionlarga aylanadi: F and Cl.
  • 14-guruh elementi uglerod (C) ning tashqi qobigʻida toʻrtta elektron mavjud. Uglerod odatda toʻliq valentli qobiqqa erishish uchun elektronlarini almashib, bir nechta boshqa atomlar bilan bogʻ hosil qiladi.
Shu sababli davriy jadvaldagi ustunlar har bir elementning valent qobigʻida topilgan elektronlar sonini aks ettirib, element boshqa elementlar bilan oʻzaro qanday taʼsirlashishini ham belgilab beradi.

Pogʻonachalar va orbitallar

Bor nazariyasi koʻplab elementlarning reaktivligi va kimyoviy bogʻlanishlar hosil qilishini tushuntirish uchun kerak, lekin elektronlarning yadro atrofida fazoviy tarqalishi haqida aniq maʼlumot bera olmaydi. Xususan, elektronlar aslida yadro atrofida aylanmaydilar, aksincha vaqtning koʻp qismini elektron orbitallar deb nomlanuvchi yadro atrofidagi baʼzan murakkab shaklli fazoviy qismda oʻtkazadilar. Vaqtning maʼlum bir paytida biz elektronning qayerda boʻlishini aniq bila olmaymiz, ammo uni topish ehtimoli koʻproq boʻlgan boʻshliq hajmini, masalan u 90% vaqtini oʻtkazishi mumkin boʻlgan qism hajmini matematik hisoblashlar orqali aniqlay olamiz. Ushbu yuqori ehtimolli qism orbitalni tashkil qiladi va har bir orbital ikkitagacha elektronni ushlab tura oladi.
Xoʻsh, bu matematik aniqlangan orbitallar Bor nazariyasida bayon qilingan elektron qobiqlarga qanday mos keladi? Biz har bir elektron qobiqni bitta yoki bir necha orbitalli toʻplamlardan iborat boʻlgan bir yoki bir nechta pogʻonachalarga ajratishimiz mumkin. Pogʻonachalar s, p, d va f harflari bilan belgilanadi hamda har bir harf biror-bir shaklni anglatadi. Masalan, s pogʻonachalarda bittadan sharsimon orbital mavjudligini, p pogʻonachalar esa bir-biriga nisbatan toʻgʻri burchak ostida joylashgan uchta gantelsimon orbitalni oʻz ichiga olganini anglatadi. Organik kimyoning aksariyat qismi biologiya uchun muhim boʻlgan s va p pogʻonachalardagi elektronlarning oʻzaro taʼsirlashuvini oʻz ichiga oluvchi uglerodli birikmalar kimyosidir, shuning uchun bular biz bilishimiz kerak boʻlgan eng muhim pogʻonachalardir. Biroq koʻp elektronli atomlar baʼzi elektronlarini d va f pogʻonachalarga joylashtirishlari ham mumkin. d va f pogʻonachalar yanada murakkab shakllarga ega boʻlib, beshta va yettitadan orbitalni oʻz ichiga oladi.
Grafik material OpenStax CNX Biologydan oʻzgartirib olindi.
Birinchi elektron qobiq 1n, bitta 1s orbitalga mos keladi. 1s orbitali yadroga eng yaqin boʻlgan orbitaldir va u har qanday boshqa orbitaldan oldin birinchi boʻlib elektronlarga toʻladi. Vodorodning atigi bitta elektroni bor, shuning uchun u egallagan 1s orbitalda bitta nuqtaga ega. Bu elektron konfiguratsiya koʻrinishida 1s1 deb yozilishi mumkin, bu yerda yuqoriroqdan yozilgan 1 indeksi 1s orbitalidagi bitta elektronni anglatadi. Geliyning ikkita elektroni bor, shuning uchun u 1s orbitalini ikkita elektroni bilan toʻliq toʻldirishi mumkin. Bu esa 1s2 deb yozilib, 1s orbitalidagi geliyning ikkita elektronini anglatadi. Davriy jadvalda birinchi qator va birinchi davrda joylashgan ikkita element bu vodorod va geliydir. Bu joylashuv elektronlar ularning faqat birinchi qobigʻida ekanini koʻrsatadi. Oʻzining neytral, zaryadlanmagan holatida faqat 1s orbitalida elektronlarga ega boʻlgan ikkita element bu vodorod va geliydir.
Ikkinchi elektron qobiq 2n yana bir sharsimon s orbital va uchta gantelsimon p orbitalni oʻz ichiga olib, ularning har biri ikkitadan elektronni ushlab turishi mumkin. 1s orbitali toʻlganidan soʻng, ikkinchi elektron qobiq toʻlishni boshlaydi, elektronlar oldin 2s orbitalini, soʻngra uchta p orbitalini toʻldirib chiqadi. Davriy jadvalning ikkinchi qatoridagi elementlar oʻz elektronlarini 2n qobigʻiga, shuningdek, 1n qobigʻiga joylashtiradilar. Masalan, litiy (Li) uchta elektronga ega: undagi ikkita elektron 1s orbitalini toʻldiradi, uchinchisi esa 2s orbitaliga joylashadi va 1s2 2s1 elektron konfiguratsiyasini namoyon qiladi. Neon (Ne) esa jami oʻnta elektronga ega: undagi ikkita elektron eng ichki 1s orbitalida va qolgan sakkiztasi ikkinchi qobiqda – 2s orbitalida 2 ta va uchta p orbitalida har birida ikkitadan 6 ta elektron joylashgan: 1s2 2s2 2p6. Uning 2n qobigʻi toʻlgani sababli u bir atom sifatida energetik barqaror va boshqa atomlar bilan kamdan kam kimyoviy bogʻlanish hosil qiladi.
Uchinchi elektron qobiq – 3n bitta s va uchta p orbitalni oʻz ichiga oladi, davriy jadvalning uchinchi qator elementlari ham xuddi ikkinchi qator elementlari 2n qobigʻini toʻldirganlari kabi oʻz elektronlarini orbitallariga joylashtiradi. 3n qobigʻi d orbitalini ham oʻz ichiga oladi, ammo bu orbital 3s va 3p orbitallariga qaraganda energetik jihatidan ancha yuqori boʻladi va davriy jadvalning toʻrtinchi davricha elektronlar bilan toʻliq toʻlmagan. Shuning uchun argon kabi uchinchi davr elementlari sakkizta valent elektron bilan barqaror boʻla oladilar: ularning 3n qobigʻi butunlay toʻlmagan boʻlsa ham s va p pogʻonachalari toʻlgan boʻladi.
Elektron qobiqlar va orbitallar bir-biri bilan chambarchas bogʻliq boʻlsa-da, orbitallar atomning elektron konfiguratsiyasi haqida aniqroq tasavvur beradi. Chunki orbitallar aslida elektronlar egallagan fazoviy hududlarning shakli va oʻrnini belgilab beradi.