В электронной оболочке любого атома ровно столько электронов, сколько протонов в его ядре, поэтому атом в целом электронейтрален. Электроны в атоме размещаются так, чтобы их энергия была минимальной. Чем дальше электрон находится от ядра, тем больше орбиталей и тем сложнее они по форме. На каждом уровне и подуровне может помещаться только определенное количество электронов. Подуровни, в свою очередь, состоят из одинаковых по энергии орбиталей.

На первом энергетическом уровне, наиболее близком к ядру, может существовать одна сферическая орбиталь (1s). На втором энергетическом уровне – сферическая орбиталь, большая по размеру и три р-орбитали:

Кроме движения вокруг ядра, электроны обладают еще движением, которое можно представить, как их движение вокруг собственной оси. Это вращение называется спином (в пер. с англ. «веретено»). На одной орбитали могут находиться лишь два электрона, обладающих противоположными (антипараллельными) спинами.

Максимальное число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле N=2n2.

Где n – главное квантовое число (номер энергетического уровня). См. табл. 2

Табл. 2

В зависимости от того, на какой орбитали находится последний электрон, различают s­, p-, d-элементы. Элементы главных подгрупп относятся к s­, p-элементам. В побочных подгруппах находятся d-элементы

5. Примеры написания электронно-графических формул атомов

Графическая схема строения электронных слоев атомов (электронно-графическая формула).

Для описания расположения электронов на атомных орбиталях используют электронную конфигурацию. Для её написания в строчку пишутся орбитали в условных обозначениях (s-­, p-, d-, f-орбитали), а перед ними – числа, обозначающие номер энергетического уровня. Чем больше число, тем дальше электрон находится от ядра. В верхнем регистре, над обозначением орбитали, пишется количество электронов, находящихся на данной орбитали (Рис. 5).

Рис. 5

Графически распределение электронов на атомных орбиталях можно представить в виде ячеек. Каждая ячейка соответствует одной орбитали. Для р-орбитали таких ячеек будет три, для d-орбитали – пять, для f-орбитали – семь. В одной ячейке может находиться 1 или 2 электрона. Согласно правилу Гунда, электроны распределяются на одинаковых по энергии орбиталях (например, на трех p-орбиталях) сначала по одному, и лишь когда в каждой такой орбитали уже находится по одному электрону, начинается заполнение этих орбиталей вторыми электронами. Такие электроны называют спаренными. Объясняют это тем, что в соседних ячейках электроны меньше отталкиваются друг от друга, как одноименно заряженные частицы.

См. рис. 6 для атома 7N.

Рис. 6

Электронная конфигурация атома скандия

21Sc: 1s2 2s22p63s23p64s23d1

Электроны внешнего энергетического уровня называются валентными. 21Sc относится к d-элементам.

Подведение итога урока

На уроке было рассмотрено строение атома, состояние электронов в атоме, введено понятие «атомная орбиталь и электронное облако». Учащиеся узнали, что такое форма орбиталей (s­, p-, d-орбитали), каково максимальное число электронов на энергетических уровнях и подуровнях, распределение электронов по энергетическим уровням, что такое s-, p – и d-элементы. Приведена графическая схема строения электронных слоев атомов (электронно-графическая формула).

Список литературы

1. Рудзитис Г. Е. Химия. Основы общей химии. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – 14-е изд. – М.: Просвещение, 2012.

2. Попель П. П. Химия: 8 кл.: учебник для общеобразовательных учебных заведений / П. П. Попель, Л. С.Кривля. – К.: ИЦ «Академия», 2008. – 240 с.: ил.

3. А. В. Мануйлов, В. И. Родионов. Основы химии. Интернет-учебник.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Internerurok. ru .

2. Hemi. nsu. ru .

3. Chemport. ru .

4. Химик .

Домашнее задание

1. №№5-7 (с. 22) Рудзитис Г. Е. Химия. Основы общей химии. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – 14-е изд. – М.: Просвещение, 2012.

2. Напишите электронные формулы для следующих элементов: 6C, 12Mg, 16S, 21Sc.

3. Элементы имеют следующие электронные формулы: а) 1s2 2s2 2p4.б) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1. в) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2. Какие это элементы? Напишите их латинские символы и названия на латинском и русском языках.

dp-adilet.kz

Строение атома. Квантово-механическая модель атома

В нижеприведенной статье рассказывается об атоме и его строении: как его открывали, как развивали теорию в своих умах и при проведении экспериментов мыслители и ученые. Квантово-механическая модель атома как самая современная на сегодняшний день наиболее полно описывает его поведение и частицы, входящие в состав. О ней и ее особенностях читайте ниже.

Понятие атома

Химически неделимой минимальной частью химического элемента с набором характерных для него свойств является атом. В него входят электроны и ядро, которое, в свою очередь, содержит положительно заряженные протоны и незаряженные нейтроны. Если в нем содержится одинаковое число протонов и электронов, то сам атом будет электрически нейтральным. В ином случае у него появляется заряд: положительный или отрицательный. Тогда атом называется ионом. Таким образом осуществляется их классификация: химический элемент определяется количеством протонов, а его изотоп — нейтронами. Связываясь друг с другом на основе межатомных связей, атомы образуют молекулы.

Немного истории

Впервые об атомах заговорили древнеиндийские и древнегреческие философы. А в период семнадцатого и восемнадцатого веков химики подтвердили идею, экспериментально доказав, что некоторые вещества нельзя расщеплять на составляющие их элементы посредством химических опытов. Однако с конца девятнадцатого до начала двадцатого веков физики открыли субатомные частицы, благодаря чему стало понятно, что атом не является неделимым. В 1860 году химики сформулировали понятия атома и молекулы, где атом стал наименьшей частицей элемента, который входил в состав как простых, так и сложных веществ.

Модели строения атома

1. Кусочки материи. Демокрит считал, что свойства веществ могут быть определены массой, формой и другими параметрами, которые характеризуют атомы. Например, огонь имеет острые атомы, из-за чего имеет способность обжигать; твердые тела содержат шероховатые частицы, благодаря чему сцепляются друг с другом очень крепко; в воде они гладкие, поэтому она имеет возможность течь. По Демокриту, даже человеческая душа состоит из атомов.
2. Модели Томсона. Ученый рассматривал атом как положительно заряженное тело, внутри которого находятся электроны. Эти модели опроверг Резерфорд, проведя свой знаменитый опыт.
3. Ранние планетарные модели Нагаоки. В начале двадцатого века Хантаро Нагаока предложил модели ядра атома, подобные планете Сатурн. В них вокруг маленького ядра, заряженного положительно, вращались объединенные в кольца электроны. Эти версии так же, как и предыдущие, оказались ошибочными.
4. Планетарные модели Бора-Резерфорда. После проведения нескольких экспериментов Эрнест Резерфорд предположил, что атом подобен планетной системе. В нем электроны передвигаются по орбитам вокруг ядра, которое заряжено положительно и находится в центре. Но классическая электродинамика противоречила этому, так как, по ней, электрон, двигаясь, излучает электромагнитные волны, а потому теряет энергию. Бор ввел специальные постулаты, по которым электроны не излучали энергию, находясь при этом в некоторых специфических состояниях. Получалось, что классическая механика оказалась неспособной описать эти модели строения атома. Это в дальнейшем привело к появлению квантовой механики, позволяющей объяснить как данное явление, так и многие другие.

Квантово-механическая модель атома

Эта модель является развитием предыдущей. Квантово-механическая модель атома предполагает, что в ядре атома находятся не имеющие заряд нейтроны и положительно заряженные протоны. Вокруг него расположены отрицательно заряженные электроны. Но по квантовой механике, электроны не движутся по заранее заданным определенным траекториям.Так, в 1927 году В. Гейзенберг озвучил принцип неопределенности, по которому представляется невозможным точное определение координаты частицы и ее скорости или импульса.

Химические свойства электронов определены их оболочкой. В таблице Менделеева атомы расположены согласно электрическим зарядам ядер (речь идет о количестве протонов), нейтроны при этом не влияют на химические свойства. Квантово-механическая модель атома доказала, что основная его масса приходится на ядро, а доля электронов при этом остается незначительной. Она измеряется в атомных единицах массы, которая равна 1/12 массы атома изотопа углерода С12.

Волновая функция и орбиталь

Согласно принципу В. Гейзентберга, нельзя говорить со стопроцентной уверенностью о том, что электрон, который имеет определенную скорость, находится в какой-либо конкретной точке пространства. Для того чтобы описать свойства электронов, используют волновую функцию пси.

Вероятность обнаружения частицы в конкретное время прямо пропорциональна квадрату ее модуля, который вычислен для определенного времени. Пси в квадрате называют плотностью вероятности, которая характеризует электроны вокруг ядра в виде электронного облака. Чем она будет больше, тем вероятность электрона в определенном пространстве атома будет выше.

Для лучшего понимания можно представить наложенные фотографии одна на другую, где зафиксированы положения электрона в разные моменты времени. В том месте, где точек будет больше и облако станет самым плотным, и наиболее высока вероятность нахождения электрона.

Рассчитано, например, что квантово-механическая модель атома водорода включает в себя наибольшую плотность электронного облака, находящегося на расстоянии 0,053 нанометра от ядра.

Орбита из классической механики заменена в квантовой электронным облаком. Волновая функция электрона пси здесь называется орбиталью, которая характеризуется формой и энергией электронного облака в пространстве. Применительно к атому имеется в виду пространство вокруг ядра, в котором нахождение электрона является наиболее вероятным.

Невозможное — возможно?

Как и вся теория, квантово-механическая модель строения атома совершила поистине революцию в научном мире и среди обывателей. Ведь и по сей день трудно представить, что одна и та же частица в один и тот же момент времени может находиться одновременно не в одной, а в разных местах! Для защиты устоявшихся укладов говорят, что в микромире происходят события, которые немыслимы и не являются таковыми в макромире. Но так ли это на самом деле? Или люди просто боятся даже допустить возможность того, что «капля подобна океану и океан — капле»?

fb.ru

Строение атома и Периодическая система

05-Янв-2015 | комментария 2 | Лолита Окольнова

Задание А1 ГИА по химии —

Строение атома. Строение электронных оболочек атомов

В этом вопросе традиционно рассматривается:

• строение s-, p- и d-элементов
• соединения элементов (высшие оксиды, гидриды и т.д.)
• графические схемы строения атомов

1 вариант:

Электронные слои  соответствуют периодам в Периодической системе.

В каком периоде находится элемент, столько у него электронных слоев.

Al и S оба в третьем периоде, значит, у них одинаковое число слоев, остальные в разных.

Ответ: 1)

2 вариант:

Количество электронов во внешнем слое соответствует № группы в Периодической системе

в III группе находится Al, у него 3 электрона на внешнем слое

Ответ: 3)

 3 вариант:

Здесь нужно сначала определить элемент, потом уже выбрать соединение, которое он образует.

Итого у атома 16 электронов (2+8+6). Получается, что этот элемент — S. Можно проверить себя — у атома серы 3 энергетических уровня (3 период), электроны расписаны в задании по трем слоям.

У элемента высшая с.о. (степень окисления) соответствует номеру группы в Периодической системе

Низшая с.о. у элементов I-III групп равна № группы, с IV по VII = № группы-8

Низшая степень окисления проявляется в соединениях с окончанием -ид — гидриды, сульфиды, галогениды и т.д. (кроме оксидов)

В нашем случае высший оксид образует элемент в высшей с.о. У серы высшая с.о. = № группы = 6, значит, оксид будет SO₃

Ответ: 2)

Итого 2+8+4 = 14 электронов. Кремний — Si. Элемент находится в IV группе, значит, низшая с.о. = -4. Водородное соединение — гидрид — Sih5.

Ответ: 3)

4 вариант:

«обратная» задача

С.о.+6 возможна для элемента, располагающегося в VI группе периодической системы. Посчитаем данные количества электронов:

1) 16 — S

2) 20 — Ca

3) 13 — Al

4) 8 — O

В VI группе находятся два подходящих элемента — O и S.  Для кислорода с.о.+6 невозможна, значит, подходящий нам вариант — S

Ответ: 1)

5 вариант

схемы

Считаем электроны — на рисунке их 7. Такое количество соответствует элементу азоту  — N — 2 период V группа главная подгруппа (ее часто обозначают буквой А)

Ответ: 1)

Элемент, находящийся во 2-м периоде VI группе (главной подгруппе), — кислород O — 8 электронов.

Т.к. он находится во втором периоде, то электронных уровней будет всего 2. 2 электрона — на 1s-подуровне и 6 на втором

Ответ: 4)

3-й период V группа главная подгруппа — фосфор P. 15 электронов

можно выбрать ответ просто по сумме, можно рассмотреть электронное строение подробно: 1S²2S²2p⁶3S²3p³  (на первом уровне 2 электрона, на втором — 8, на 3 — 5)

Ответ: 1)

Еще на эту тему: