Электронные конфигурации атомов

Структура таблицы Менделеева.

1. Вертикальные столбцы – группы; группы делятся на подгруппы – главную и побочную. Главная подгруппа включает элементы больших и малых периодов, побочная – только больших.

2. Периоды – горизонтальные ряды элементов, которые начинаются со щелочного металла и заканчиваются благородным газом (кроме первого периода, он начинается с водорода).

3. Физический смысл порядкового номера: он соответствует числу протонов в ядре, следовательно, он равен заряду ядра, числу электронов в атоме.

4. Физический смысл номера группы: он соответствует числу валентных электронов у атомов (числу электронов, которые могут быть задействованы на образование химических связей).

5. Физических смысл номера периода: он соответствует числу энергетических уровней в атоме (заполняемых электронами в основном состоянии атома)

Пользуясь таблицей Менделеева, можно определить, металлом или неметаллом является элемент (с некоторыми исключениями):

если провести линию от бериллия (Ве) до астата (At), то над линией в главных подгруппах окажутся неметаллы (водород – неметалл), все остальные элементы – металлы.

Строение атома.

1. Атом – мельчайшая, электронейтральная, химически неделимая частица вещества, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки.

Атомное ядро – центральная часть атома, состоящая из нуклонов – протонов и нейтронов, связанных между собой ядерными силами.

2. Электронная оболочка – совокупность движущихся вокруг ядра электронов.

     Таблица 1. Элементарные частицы, входящие в состав атома.

название частицы	обозначение	Заряд частицы	масса частицы (в атомных единицах массы)
Протон	р+	+1	1 а.е.м.
Нейтрон	n0	0	1 а.е.м.
Электрон	е-	-1	1/1840 от массы протона

                 

3. Заряд ядра атома соответствует атомному (порядковому) номеру элемента в периодической системе (Z).  

  Так как атом - электронейтральная частица, то число протонов N(p) должно быть равно числу электронов N(e^-) (число + = числу -):

                                 N(e^-) = N(p) = Z

4. Массовое число А – складывается из числа протонов и нейтронов в ядре данного атома. Тогда число нейтронов легко найти, вычитая заряд ядра атома из массового числа.

            А = N(p) + N(n)    N(n) = A – Z

Пример: определить число протонов и нейтронов в ядре атома мышьяка с массовым числом 75.          

      массовое число

                                                ₇₅

заряд ядра атома               ₃₃ As  

          

Решение: порядковый номер у As – 33. Следовательно, заряд ядра Z= +33, число протонов – 33. Число нейтронов: A – Z = 75 – 33 = 42.

5. Химический элемент – вид атомов с определённым зарядом ядра.

Природа устроена так, что один и тот же элемент может существовать в виде двух или нескольких изотопов (существуют элементы, которые в природе представлены только одним изотопом, например, фосфор и фтор).

6. Изотопы – атомы с одинаковым зарядом ядра, но разным массовым числом, т.е. разным числом нейтронов в ядре.

      Поскольку нейтроны практически не влияют на химические свойства элементов, все изотопы одного и того же элемента химически неотличимы.

 

  Пример: изотопы углерода: ¹²С и ¹³С. Значит, они отличаются по составу на 1 нейтрон: у ¹²С – 6 нейтронов, у ¹⁴С – 7 нейтронов.

Водород имеет три изотопа: протий Н, дейтерий (D) Н и тритий (T)  Н    

Электронное строение атома.

1. Электронная оболочка атома состоит из электронных слоев или уровней.

 Номер периода, в котором находится атом данного химического элемента, показывает число энергетических слоев (уровней) в его атоме. Электронные уровни  обозначаются целыми числами 1, 2,.., n, начиная от ближайшей к ядру.

2. Номер группы, в которой находится атом данного химического элемента, соответствует числу электронов на внешнем слое атома (это справедливо только для элементов главных подгрупп).

Например: на внешнем слое атома хлора находится 7 электронов (это элемент 7 группы).

3. На внешнем слое атомов элементов побочных подгрупп находится почти всегда 2 электрона (по 1 электрону на внешнем слое у атомов хрома, молибдена, меди, серебра и золота – из-за проскока электрона (правило см.ниже)).

4. Максимальное количество электронов на уровне можно определить по формуле:

N=2n² , где n – номер уровня, для которого мы делаем расчет, а N – максимально возможное число электронов на слое. В соответствии с этой формулой на 1 слое не может быть больше 2-х электронов, на 2-ом – более 8, на 3-ем – более 18 и т.д.

)  )   ) )

2         8           18      32

5. Если уровень содержит максимально возможное число электронов, его называют завершенным. Если меньше максимального, то незавершенным.

6. На внешнем слое атомов не может содержаться более 8-ми электронов (у атомов 1 периода – более 2-х).

Атомы химических элементов стремятся к тому, чтобы их внешние уровни были завершенными (как у инертных газов).

Для этого в ходе химических реакций атомы металлов отдают электроны, а атомы неметаллов – принимают. При этом атомы металлов превращаются в соответствующие катионы, а атомы неметаллов – в соответствующие анионы (между полученными частицами возникает ионная связь).

Na⁰)  )   )                 -1 е          =   Na⁺)  )

2               8             1                                                   2          8

заряд ядра равен +11, заряд электронов – 11,   заряд ядра равен +11, заряд электронов – 10,             

в сумме заряд равен нулю                              в сумме заряд равен +1.

 

 

Cl⁰)  )   )                 +1 е          =   Cl^-)  )  )

2         8             7                                                   2          8        8

заряд ядра равен +17, заряд электронов – 17, заряд ядра равен +17, заряд электронов – 18,             

в сумме заряд равен нулю                              в сумме заряд равен -1.

 

7. Уровни, в свою очередь, могут состоять из близких по энергии подуровней. Их обозначают символами s, p, d, f.

Подуровни, в свою очередь, состоят из одинаковых по энергии орбиталей. На каждой орбитали может быть не больше двух электронов.

На схеме орбитали обозначают в виде ячеек: ¨, а электроны - в виде стрелок: ­ или ¯. 

(Электроны при движении создают облако определенной формы см. интернет)

 

Электронные конфигурации атомов

 

1. Распределение электронов по подуровням называется электронной конфигурацией, а по орбиталям – графической.   
2. На каждом s-подуровне (одна орбиталь) могут находиться два электрона, на каждом p-подуровне (три орбитали) - шесть электронов, на каждом d-подуровне (пять орбиталей) - десять электронов.

    Электронная формула атома – запись распределения электронов по орбиталям  атома:   

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶...

   Число электронов на орбиталях данного подуровня указывается в верхнем индексе справа от буквы, например 3d⁵ - это 5 электронов на 3d-подуровне.

  Например, электронная формула атома хлора 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.    

 

3. Порядок заполнения электронных подуровней определяется правилом Клечковского:  

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d

4. Тот подуровень, который заполняется у атома последним, определяет его принадлежность к определенному электронному семейству, например: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵ хлор является р-элементом; 1s²2s²2p⁶3s² магний является s-элементом, 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵4 s²3 d¹ скандий является d-элементом.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: