Съставът на атома.
Атомът е изграден от атомно ядрои електронна обвивка.
Ядрото на атома се състои от протони ( р+) и неутрони ( н 0). Повечето водородни атоми имат едно протонно ядро.
Брой на протоните н(р+) е равно на ядрения заряд ( З) и поредния номер на елемента в естествения ред от елементи (и в периодичната система от елементи).
н(стр +) = З
Сумата от броя на неутроните н(н 0), обозначава се просто с буквата ни броя на протоните ЗНаречен масово числои се отбелязва с буквата НО.
А = З + н
Електронната обвивка на атома се състои от електрони, движещи се около ядрото ( д -).
Брой електрони н(д-) в електронната обвивка на неутрален атом е равно на броя на протоните Зв основата му.
Масата на протона е приблизително равна на масата на неутрон и 1840 пъти на масата на електрона, така че масата на атома е практически равна на масата на ядрото.
Формата на атома е сферична. Радиусът на ядрото е около 100 000 пъти по-малък от радиуса на атома.
Химичен елемент- вид атоми (набор от атоми) със същия ядрен заряд (със същия брой протони в ядрото).
изотоп- набор от атоми на един елемент с еднакъв брой неутрони в ядрото (или вид атоми със същия брой протони и същия брой неутрони в ядрото).
Различните изотопи се различават един от друг по броя на неутроните в ядрата на техните атоми.
Обозначаване на единичен атом или изотоп: (E - символ на елемент), например: .
Структурата на електронната обвивка на атома
атомна орбиталае състоянието на електрон в атом. Орбитален символ - . Всяка орбитала съответства на електронен облак.
Орбиталите на реалните атоми в основно (невъзбудено) състояние са четири вида: с, стр, ди е.
електронен облак- частта от пространството, в която може да се намери електрон с вероятност от 90 (или повече) процента.
Забележка: понякога понятията "атомна орбитала" и "електронен облак" не се разграничават, наричайки и двете "атомна орбитала".
Електронната обвивка на атома е наслоена. Електронен слойобразувани от електронни облаци със същия размер. Орбитали от еднослойна форма електронно ("енергийно") ниво, техните енергии са еднакви за водородния атом, но различни за другите атоми.
Орбиталите от едно и също ниво са групирани в електронен (енергия)поднива:
с- подниво (състои се от едно с-орбитали), символ - .
стрподниво (състои се от три стр
дподниво (състои се от пет д-орбитали), символ - .
еподниво (състои се от седем е-орбитали), символ - .
Енергиите на орбиталите от едно и също подниво са еднакви.
При обозначаване на поднива, номерът на слоя (електронно ниво) се добавя към символа на подниво, например: 2 с, 3стр, 5дозначава с- подниво от второ ниво, стр- подниво от трето ниво, д- подниво от пето ниво.
Общият брой поднива в едно ниво е равен на номера на нивото н. Общият брой на орбиталите в едно ниво е н 2. Съответно общият брой на облаците в един слой също е н 2 .
Обозначения: - свободна орбитала (без електрони), - орбитала с несдвоен електрон, - орбитала с електронна двойка (с два електрона).
Редът, в който електроните запълват орбиталите на атома, се определя от три природни закона (формулировките са дадени по опростен начин):
1. Принципът на най-малката енергия – електроните запълват орбиталите в ред на увеличаване на енергията на орбиталите.
2. Принципът на Паули – в една орбитала не може да има повече от два електрона.
3. Правилото на Хунд – в рамките на поднивото електроните първо запълват свободни орбитали (една по една), и едва след това образуват електронни двойки.
Общият брой електрони в електронното ниво (или в електронния слой) е 2 н 2 .
Разпределението на поднивата по енергия се изразява по-долу (в ред на увеличаване на енергията):
1с, 2с, 2стр, 3с, 3стр, 4с, 3д, 4стр, 5с, 4д, 5стр, 6с, 4е, 5д, 6стр, 7с, 5е, 6д, 7стр ...
Визуално тази последователност се изразява с енергийната диаграма:
Разпределението на електроните на атома по нива, поднива и орбитали (електронна конфигурация на атом) може да бъде изобразено под формата на електронна формула, енергийна диаграма или, по-просто, под формата на диаграма на електронен слой (" електронна диаграма").
Примери за електронната структура на атомите:
Валентни електрони- електрони на атом, които могат да участват в образуването на химични връзки. За всеки атом това са всички външни електрони плюс онези пред-външни електрони, чиято енергия е по-голяма от тази на външните. Например: Са атомът има 4 външни електрона с 2, те също са валентни; атомът Fe има външни електрони - 4 с 2, но той има 3 д 6, следователно атомът на желязото има 8 валентни електрона. Валентната електронна формула на калциевия атом е 4 с 2, а атомите на желязото - 4 с 2 3д 6 .
Периодична система от химични елементи на Д. И. Менделеев
(естествена система от химични елементи)
Периодичен закон на химичните елементи(съвременна формулировка): свойствата на химичните елементи, както и на образуваните от тях прости и сложни вещества са в периодична зависимост от стойността на заряда от атомните ядра.
Периодична система- графичен израз на периодичния закон.
Естествена гама от химични елементи- редица химични елементи, изградени според увеличаването на броя на протоните в ядрата на техните атоми, или, което е същото, според увеличаването на зарядите на ядрата на тези атоми. Серийният номер на елемент от тази серия е равен на броя на протоните в ядрото на всеки атом от този елемент.
Таблицата на химичните елементи е конструирана чрез "разрязване" на естествените серии от химични елементи периоди(хоризонтални редове на таблицата) и групи (вертикални колони на таблицата) на елементи с подобна електронна структура на атомите.
В зависимост от това как елементите са комбинирани в групи, таблицата може да бъде дълъг период(елементи с еднакъв брой и тип валентни електрони се събират в групи) и краткосрочен(елементи с еднакъв брой валентни електрони се събират в групи).
Групите на таблицата с кратки периоди са разделени на подгрупи ( главени странични ефекти), съвпадащи с групите на дългопериодната таблица.
Всички атоми на елементи от един и същи период имат еднакъв брой електронни слоеве, равен на броя на периода.
Броят на елементите в периодите: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Повечето от елементите от осмия период са получени изкуствено, последните елементи от този период все още не са синтезирани. Всички периоди с изключение на първия започват с образуващ елемент от алкален метал (Li, Na, K и др.) и завършват с образуващ елемент от благороден газ (He, Ne, Ar, Kr и др.).
В таблицата с кратки периоди - осем групи, всяка от които е разделена на две подгрупи (основна и второстепенна), в таблицата с дълги периоди - шестнадесет групи, които са номерирани с римски цифри с буквите A или B, например: IA, IIIB, VIA, VIIB. Група IA на таблицата с дълги периоди съответства на основната подгрупа от първата група на таблицата с къси периоди; група VIIB - вторична подгрупа от седма група: останалите - по подобен начин.
Характеристиките на химичните елементи естествено се променят в групи и периоди.
В периоди (с увеличаване на серийния номер)
- ядреният заряд се увеличава
- броят на външните електрони се увеличава,
- радиусът на атомите намалява,
- силата на връзката на електроните с ядрото се увеличава (енергия на йонизация),
- електроотрицателността се увеличава.
- подобряват се окислителните свойства на простите вещества ("неметалност"),
- редуциращите свойства на простите вещества ("металност") отслабват,
- отслабва основния характер на хидроксидите и съответните оксиди,
- киселинният характер на хидроксидите и съответните оксиди се повишава.
В групи (с нарастващ сериен номер)
- ядреният заряд се увеличава
- радиусът на атомите се увеличава (само в A-групи),
- силата на връзката между електроните и ядрото намалява (енергия на йонизация; само в А-групи),
- електроотрицателността намалява (само в А-групи),
- отслабват окислителните свойства на простите вещества ("неметалност"; само в А-групи),
- засилват се редукционните свойства на простите вещества ("металност"; само в А-групи),
- основният характер на хидроксидите и съответните оксиди се повишава (само в А-групи),
- киселинната природа на хидроксидите и съответните оксиди отслабва (само в А-групи),
- стабилността на водородните съединения намалява (нараства редукционната им активност; само в А-групи).
Задачи и тестове на тема "Тема 9. "Структурата на атома. Периодичен закон и периодична система от химични елементи на Д. И. Менделеев (PSCE)"."
- Периодичен закон - Периодичен закон и структура на атомите 8–9 клас
Трябва да знаете: законите за запълване на орбиталите с електрони (принцип на най-малката енергия, принцип на Паули, правило на Хунд), структурата на периодичната система от елементи.Трябва да сте в състояние: да определите състава на атома по позицията на елемент в периодичната система и, обратно, да намерите елемент в периодичната система, като знаете неговия състав; изобразява структурната диаграма, електронната конфигурация на атом, йон и, обратно, определя позицията на химичен елемент в PSCE от диаграмата и електронната конфигурация; характеризира елемента и веществата, които образува според позицията му в PSCE; определят промените в радиуса на атомите, свойствата на химичните елементи и образуваните от тях вещества в рамките на един период и една основна подгрупа на периодичната система.
Пример 1Определете броя на орбиталите в третото електронно ниво. Какви са тези орбитали?
За да определим броя на орбиталите, използваме формулата норбитали = н 2, където н- номер на ниво. норбитали = 3 2 = 9. Едно 3 с-, три 3 стр- и пет 3 д-орбитали.Пример 2Определете атома на кой елемент има електронната формула 1 с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 1 .
За да определите кой елемент е, трябва да разберете неговия пореден номер, който е равен на общия брой електрони в атома. В този случай: 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13. Това е алуминий.След като се уверите, че всичко, от което се нуждаете, е научено, пристъпете към задачите. Желаем ви успех.
Препоръчителна литература:- О. С. Габриелян и др. Химия, 11 клас. М., Дропла, 2002;
- G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. Химия 11 клетки. М., Образование, 2001.
Алгоритъм за съставяне на електронната формула на елемент:
1. Определете броя на електроните в атома с помощта на Периодичната таблица на химичните елементи D.I. Менделеев.
2. По номера на периода, в който се намира елементът, определете броя на енергийните нива; броят на електроните в последното електронно ниво съответства на номера на групата.
3. Разделете нивата на поднива и орбитали и ги запълнете с електрони в съответствие с правилата за запълване на орбитали:
Трябва да се помни, че първото ниво има максимум 2 електрона. 1s2, на втория - максимум 8 (две си шест R: 2s 2 2p 6), на третия - максимум 18 (две с, шест стр, и десет d: 3s 2 3p 6 3d 10).
- Главно квантово число нтрябва да бъде минимално.
- Първо се попълва с-подниво, тогава p-, d-b f-поднива.
- Електроните запълват орбиталите във възходящ ред на орбиталната енергия (правилото на Клечковски).
- В рамките на поднивото електроните първо заемат свободни орбитали една по една и едва след това образуват двойки (правилото на Хунд).
- В една орбитала не може да има повече от два електрона (принцип на Паули).
Примери.
1. Съставете електронната формула на азота. Азотът е номер 7 в периодичната таблица.
2. Съставете електронната формула на аргона. В периодичната таблица аргонът е под номер 18.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6.
3. Съставете електронната формула на хрома. В периодичната таблица хромът е номер 24.
1s 2 2s 2 2стр 6 3s 2 3п 6 4s 1 3г 5
Енергийна диаграма на цинка.
4. Съставете електронната формула на цинка. В периодичната таблица цинкът е номер 30.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
Имайте предвид, че част от електронната формула, а именно 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 е електронната формула на аргона.
Електронната формула на цинка може да бъде представена като.
Електронна конфигурация на атоме формула, показваща подреждането на електроните в атома по нива и поднива. След като проучите статията, ще разберете къде и как се намират електроните, ще се запознаете с квантовите числа и ще можете да изградите електронната конфигурация на атом по неговия номер, в края на статията има таблица с елементи.
Защо да изучаваме електронната конфигурация на елементите?
Атомите са като конструктор: има определен брой части, те се различават една от друга, но две части от един и същи тип са абсолютно еднакви. Но този конструктор е много по-интересен от пластмасовия и ето защо. Конфигурацията се променя в зависимост от това кой е наблизо. Например кислород до водород може бипревръщат се във вода, до натрия в газ, а до желязото напълно го превръща в ръжда. За да се отговори на въпроса защо това се случва и да се предскаже поведението на един атом до друг, е необходимо да се проучи електронната конфигурация, която ще бъде разгледана по-долу.
Колко електрона има в един атом?
Атомът се състои от ядро и електрони, които се въртят около него, ядрото се състои от протони и неутрони. В неутрално състояние всеки атом има същия брой електрони като броя на протоните в неговото ядро. Броят на протоните е посочен от серийния номер на елемента, например сярата има 16 протона - 16-ти елемент от периодичната система. Златото има 79 протона - 79-ият елемент от периодичната таблица. Съответно има 16 електрона в сярата в неутрално състояние и 79 електрона в златото.
Къде да търся електрон?
Наблюдавайки поведението на електрона, бяха получени определени модели, те се описват с квантови числа, има общо четири от тях:
- Главно квантово число
- Орбитално квантово число
- Магнитно квантово число
- Спиново квантово число
Орбитална
Освен това, вместо думата орбита, ще използваме термина "орбитала", орбиталата е вълновата функция на електрона, грубо - това е областта, в която електронът прекарва 90% от времето.
N - ниво
L - черупка
M l - орбитално число
M s - първият или вторият електрон в орбиталата
Орбитално квантово число l
В резултат на изследването на електронния облак беше установено, че в зависимост от нивото на енергия, облакът приема четири основни форми: топка, дъмбели и другите две, по-сложни. Във възходящ ред на енергията тези форми се наричат s-, p-, d- и f-обвивки. Всяка от тези черупки може да има 1 (на s), 3 (на p), 5 (на d) и 7 (на f) орбитали. Орбиталното квантово число е обвивката, върху която са разположени орбиталите. Орбиталното квантово число за s, p, d и f орбитали, съответно, приема стойностите 0,1,2 или 3.
На s-обвивката една орбитала (L=0) - два електрона
На р-обвивката (L=1) има три орбитали - шест електрона
На d-обвивката (L=2) има пет орбитали - десет електрона
На f-обвивката има седем орбитали (L=3) - четиринадесет електрона
Магнитно квантово число m l
На p-обвивката има три орбитали, те са обозначени с числа от -L до +L, тоест за p-обвивката (L=1) има орбитали "-1", "0" и "1" . Магнитното квантово число се обозначава с буквата m l .
Вътре в обвивката е по-лесно електроните да бъдат разположени в различни орбитали, така че първите електрони запълват по един за всяка орбитала, а след това нейната двойка се добавя към всяка.
Помислете за d-shell:
d-обвивката съответства на стойността L=2, тоест пет орбитали (-2,-1,0,1 и 2), първите пет електрона запълват обвивката, като приемат стойностите M l =-2, M l =-1, M l =0, M l =1, M l =2.
Спиново квантово число m s
Спинът е посоката на въртене на електрона около неговата ос, има две посоки, така че спиновото квантово число има две стойности: +1/2 и -1/2. Само два електрона с противоположни спинове могат да бъдат на едно и също енергийно подниво. Спиновото квантово число се обозначава m s
Главно квантово число n
Основното квантово число е енергийното ниво, в момента са известни седем енергийни нива, всяко се обозначава с арабска цифра: 1,2,3,...7. Броят на черупките на всяко ниво е равен на номера на нивото: има една черупка на първото ниво, две на второто и т.н.
Електронно число
И така, всеки електрон може да бъде описан с четири квантови числа, комбинацията от тези числа е уникална за всяка позиция на електрона, нека вземем първия електрон, най-ниското енергийно ниво е N=1, една обвивка е разположена на първото ниво, първата обвивка на всяко ниво има формата на топка (s -shell), т.е. L=0, магнитното квантово число може да приеме само една стойност, M l =0 и спинът ще бъде равен на +1/2. Ако вземем петия електрон (в какъвто и атом да е), тогава основните квантови числа за него ще бъдат: N=2, L=1, M=-1, спин 1/2.
