Строение атома как решать – Лекция № 3 “Строение атома и периодическая система химических элементов” – Лекции по химии – Студентам – Каталог файлов

Решение задач по химии на строение атома и периодический закон

Важно знать! Как научиться решать задачи по химии.

Задача 3-1. Определите состав атома фтора

Решение.
Атом состоит из ядра и электронов. Судя по обозначению

массовое число ядра , число протонов в ядре , число нейтронов . Атом электронейтрален, поэтому число отрицательно заряженных электронов равно числу положительно заряженных протонов: .
Ответ: 9 протонов, 10 нейтронов, 9 электронов.

Задача 3-2. Определите состав атомов и . Укажите сходство и отличие этих атомов.

Решение.
Состав атомов определим так же, как и в предыдущей задаче. Для сравнения атомов составим таблицу:

Атом
Массовое число A 35 37
Число протонов Z 17 17
Число нейтронов N 18 20
Заряд атома 0 0
Заряд ядра +17 +17
Число электронов 17 17

Из таблицы видно, что атомы двух изотопов хлора отличаются только массовым числом и числом нейтронов.

Задача 3-7. Напишите электронную конфигурацию иона магния. Назовите один отрицательный ион, который имеет такую же конфигурацию.

Решение.
Электронная конфигурация атома магния: . Ион магния образуется при удалении двух валентных электронов с внешнего подуровня и имеет электронную конфигурацию: . В этой конфигурации полностью заселены два энергетических уровня — первый и второй.
Такую же электронную конфигурацию могут иметь неметаллы 2-го периода, если к их атомам добавить электроны до полного заселения второго энергетического уровня. Атому фтора () до завершения второго уровня не хватает одного электрона. Если атом фтора примет этот электрон, он превратится в отрицательный ион , который имеет электронную конфигурацию .
Ответ: . Ион

Задача 3-8. Определите значения квантовых чисел, характеризующих валентный электрон в атоме натрия.

Решение.
Натрий — первый элемент 3-го периода — имеет электронную конфигурацию с одним валентным электроном на орбитали . Эта орбиталь находится на третьем энергетическом уровне, поэтому главное квантовое число . Для любой s-орбитали побочное квантовое число , магнитное квантовое число . Спин электрона , проекция спина может принимать любое из двух значений:
Ответ:
[Сборник задач и упражнений по химии: Школьный курс / В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко]

Поделитесь с друзьями:

zadachi-po-ximii.megapetroleum.ru

Строение электронных оболочек атомов » HimEge.ru

Атомы, первоначально считавшиеся неделимыми, представляют собой сложные системы.

•Атом состоит из ядра и электронной оболочки

•Электронная оболочка – совокупность движущихся вокруг ядра электронов

•Ядра атомов заряжены положительно, они состоят из протонов (положительно заряженных частиц) p+ и нейтронов (не имеющих заряда) no

•Атом в целом электронейтрален, число электронов е– равно числу протонов p+, равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.

На рисунке изображена планетарная модель атома, согласно которой электроны движутся по стационарным круговым орбитам. Она очень наглядна, но не отражает сути, т.к в действительности законы микромира подчиняются на классической механике, а квантовой, которая учитывает волновые свойства электрона.

Согласно квантовой механике электрон в атоме не движется по определенным траекториям, а может находиться в любой части околоядерного пространства, однако вероятность его нахождения в разных частях этого пространства неодинакова.

Пространство вокруг ядра, в котором вероятность нахождения электрона достаточно велика, называют орбиталью (не путать с орбитой!)  или электронным облаком.

Т.е у электрона отсутствует понятие «траектория»,  электроны не движутся ни по круговым орбитам, ни по каким-либо другим. Самая большая сложность квантовой механики заключается в том, что это невозможно представить, мы все привыкли к явлениям макромира, подчиняющегося классической механике, где любая движущаяся частица имеет свою траекторию.

Итак, электрон имеет сложное движение, может находится в любом месте пространства около ядра, но с разной вероятностью. Давайте теперь рассмотрим те части пространства, где вероятность нахождения электрона достаточно высока —  орбитали — их формы и последовательность заполнения орбиталей электронами.

Представим себе трехмерную систему координат, в центре которой находится ядро атома.

Вначале идет заполнение 1s орбитали, она располагается ближе всего к ядру и имеет форму сферы.

Обозначение любой орбитали складывается из цифры и латинской буквы. Цифра показывает уровень энергии, а буква — форму орбитали.

1s орбиталь имеет наименьшую энергию и электроны находящиеся на этой орбитали имеют наименьшую энергию.

На этой орбитали могут находиться не более двух электронов. Электроны атомов водорода и гелия (первых двух элементов) находятся именно на этой орбитали.

Электронная конфигурация водорода:  1s1

Электронная конфигурация гелия: 1s

2

Верхний индекс показывает количество электронов на этой орбитали.

Следующий элемент — литий, у него 3 электрона, два из которых располагаются на 1s орбитали, а где же располагается третий электрон?

Он занимает следующую по энергии орбиталь — 2s орбиталь . Она также имеет форму сферы, но большего радиуса (1s орбиталь находится внутри 2s орбитали).

Электроны, находящиеся на этой орбитали имеют большую энергию, по сравнению с 1s орбиталью, т.к они расположены дальше от ядра. Максимум на этой орбитали может находится также 2 электрона.
Электронная конфигурация лития: 1s2 2s1
Электронная конфигурация бериллия: 1s2 2s2

 

У следующего элемента — бора — уже 5 электронов, и пятый электрон будет заполнять орбиталь, обладающую ещё большей энергией- 2р орбиталь. Р-орбитали имеют форму гантели или восьмерки и располагаются вдоль координатных осей перпендикулярно друг другу.

На каждой р-орбитали может находится не более двух электронов, таким образом на трех р-орбиталях — не более шести. Валентные электроны следующих шести элементов заполняют р-орбитали, поэтому их относят к р-элементам.

Электронная конфигурация атома бора: 1s2 2s21
Электронная конфигурация атома углерода: 1s2 2s22
Электронная конфигурация атома азота: 1s2 2s23
Электронная конфигурация атома кислорода: 1s2 2s24
Электронная конфигурация атома фтора: 1s2 2s25
Электронная конфигурация атома неона: 1s2 2s26

Графически электронные формулы этих атомов изображены ниже:


Квадратик — это орбиталь или квантовая ячейка, стрелочкой обозначается электрон, направление стрелочки — это особая характеристика движения электрона — спин (упрощенно можно представить как вращение электрона вокруг своей оси по часовой и против часовой стрелки). Нужно знать то, что на одной орбитали не может быть двух электронов с одинаковыми спинами (в одном квадратике нельзя рисовать две стрелочки в одном направлении!).  Это и есть

принцип запрета В.Паули: «В атоме не может быть даже двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковыми»

 Существует ещё одно правило (правило Гунда), по которому электроны расселяются на одинаковых по энергии орбиталях сначала по одиночке, и лишь когда в каждой такой орбитали уже находится по одному электрону, начинается заполнение этих орбиталей вторыми электронами. Когда орбиталь заселяется двумя электронами, такие электроны называют спаренными.

Атом неона имеет завершенный внешний уровень из восьми электронов (2 s-электрона+6 p-электронов =8 электронов на втором энергетическом уровне), такая конфигурация является энергетически выгодной, и её стремятся приобрести все другие атомы. Именно поэтому элементы 8 А группы — благородные газы — столь инертны в химическом отношении.

 

Следующий элемент — натрий, порядковый номер 11, первый элемент третьего периода, у него появляется ещё один энергетический уровень — третий. Одиннадцатый электрон будет заселять следующую по энергии орбиталь -3s орбиталь.

Электронная конфигурация атома натрия: 1s2 2s26 3s1

Далее происходит заполнение орбиталей элементов третьего периода, сначала заполняется 3s подуровень с двумя электронами, а потом 3р подуровень с шестью электронами (аналогично второму периоду) до благородного газа аргона, имеющего,  подобно неону, завершенный восьмиэлектронный внешний уровень. Электронная конфигурация атома аргона (18 электронов): 1s2 2s26 3s2 6

Четвертый период начинается с элемента калия (порядковый номер 19), последний внешний электрон которого располагается на 4s орбитали. Двадцатый электрон кальция также заполняет 4s орбиталь.

За кальцием идет ряд из 10 d-элементов, начиная со скандия (порядковый номер 21)  и заканчивая цинком (порядковый номер 30).  Электроны этих атомов заполняют 3d орбитали, внешний вид которых представлен на рисунке ниже.

Далее идут шесть р-элементов (происходит заполнение 4р орбиталей). Заканчивается четвертый период инертным газом криптоном, электронная конфигурация которого 1s

2 2s26 3s2 3p 4s2 3d106

Итак, подведем итоги:

  • Энергетические уровни соответствуют номеру периода. Энергетические уровни делятся на подуровни (первый уровень состоит из одного подуровня, второй уровень из двух подуровней, третий — из трех и т.д).
  • s подуровень состоит из одной s орбитали, p подуровень — из трех р орбиталей, d подуровень из 5 d орбиталей.
  • На каждой орбитали может находится не более двух электронов.

Смотрите также Атомная теория

и явление «проскока» электрона.


himege.ru

Схема строения атома, с примерами

Схема строения атома

Всем известно, что атом состоит из положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена практически вся его масса. Внутри ядра находятся протоны и нейтроны, а вокруг него по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны (рис. 1).

Рис. 1. Схематическое изображение строения атома неона.

Впервые модель строения атома была предложена в 1903 году Дж. Дж. Томсоном. Согласно его предположениям, атом состоит из положительного заряда, равномерно распределенного по всему объему атома, и электронов, колеблющихся внутри этого заряда.

Гипотеза Томсона была проверена и уточнена Э. Резерфордом, который провел серию опытов по рассеянию α-частиц тонкими металлическими пластинками и сообщил. На основании своего исследования он заключил что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объеме – положительно заряженном ядре. Вокруг ядра на достаточно большом расстоянии движутся электроны, причем их число таково, что в целом атом электронейтрален. Размеры ядра очень малы по сравнению с размерами атома в целом: диаметр атома – величина порядка 10-8 см, а диаметр ядра – порядка 10-13 – 10-12 см. Такая модель строения атома получила название ядерной.

Однако, несмотря на большой прорыв в изучении строения атома теория Э. Резерфорда не могла дать ответ на два вопроса: устойчивость атома и приводила к неправильным выводам о характере атомных спектров.

Существенный вклад в развитие представлений о строении атома в 1913 году сделал Нильс Бор, предложивший квантовую теорию, объединяющую ядерную модель атома с квантовой теорией света. Он показал, что способность нагретого тела к лучеиспусканию можно описать количественно предположив, что лучистая энергия испускается и поглощается телами не непрерывно, а дискретно, т.е. отдельными порциями – квантами.

Основные положения теории Бора о схеме строения атома

Основные положения своей теории Бор изложил в виде постулатов:

  • Электрон может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по некоторым определенным круговым орбитам (стационарным).
  • Двигаясь по стационарной орбите, электрон не излучает электромагнитной энергии.
  • Излучение происходит при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. При этом испускается или поглощается квант электромагнитного излучения, энергия которого равна разности энергии атома в конечном и исходном состояниях.

Однако и теория Н. Бора страдала противоречивостью, например не могла ответить на вопрос: где находится электрон в процессе перехода с одной орбиты на другую.

Эта задача была решена только после развития нового ответвления теоретической физики – квантовой (волновой) механики (учения Луи де Бройля и Шредингера).

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

1. Строение атома Решение типовых задач

Пример 1.1. Дано значение одного из четырех квантовых чи-сел, например, n = 4. Составьте таблицу значений четырех квантовых чисел: n, l, ml,ms. Приведите характеристику каждого квантового числа и его возможные значения.

Р е ш е н и е

Главное квантовое число n определяет энергию и размеры электронных орбиталей. Ввиду того, что n определяет основную характеристику электрона в атоме – квантованность его энергии, эта величина получила название главного квантового числа. Главное квантовое число характеризует энергетический уровень, чем больше n, тем выше энергия квантового состояния. Главное квантовое число принимает значения 1, 2, 3, … ∞.

Орбитальное квантовое число l характеризует форму орбитали, а также энергетические подуровни в электронной оболочке атома. Орбитальное квантовое число зависит от главного и принимает набор целочисленных значений: 0, 1, 2, 3, …до (n – 1).

Для указания подуровней и соответствующих им орбиталей используют буквенные обозначения: s, p, d, f

Согласно квантовомеханическим расчетам s-орбитали имеют форму сферы, р-орбитали – форму гантели, d- и f-орбитали более сложные формы.

Следует учесть, что чем выше номер энергетического уровня, тем большим набором форм орбиталей он характеризуется. Например:

Главное квантовое число, n

Орбитальное квантовое число, l

Обозначение орбитали

1

0

1s

2

0, 1

2s, 2p

3

0, 1, 2

3s, 3p, 3d

4

0, 1, 2, 3

4s, 4p, 4d, 4f

Таким образом, для электрона первого энергетического уровня (n = 1) возможна только одна форма орбитали, для второго (n = 2) возможны две формы орбиталей и т.д.

В зависимости от формы, орбитали одного уровня отличаются по энергии, т.е. каждый энергетический уровень делится на подуровни: 1-й уровень содержит один подуровень, 2-й – два, 3-й – три, 4-й – четыре.

В примере n = 4, следовательно, четвертый энергетический уровень содержит четыре подуровня, а именно 4s, 4p, 4d, 4f, и орбитальное квантовое число принимает значения 0; 1; 2; 3.

Магнитное квантовое число ml характеризует расположение (ориентацию) орбитали в пространстве вокруг ядра под действием магнитных полей ядра, других электронов и внешнего магнитного поля. Магнитное квантовое число зависит от l и принимает набор значений от –l, включая 0, до +l.

Таким образом, энергетический подуровень включает то число атомных орбиталей, сколько значений ml отвечает конкретному значению ln.

Следовательно, s-состоянию отвечает одна орбиталь, р-состоянию – три, d-состоянию – пять, f-состоянию – семь орбиталей.

Например, для l = 2 возможные значения ml будут: -2; –1; 0; +1; +2, т.е. на данном подуровне (d-подуровень) существует пять орбиталей.

Спиновое квантовое число или спин ms характеризует собственный момент количества движения электрона, связанное с вращением вокруг своей оси. Спиновое квантовое число имеет только два значения: +1/2 и –1/2. Положительное и отрицательное значения ms связаны с направлением движения электрона по часовой или против часовой стрелки. Электроны с разными спинами обычно обозначаются противоположно направленными стрелками.

При данном n = 4 запишем значения всех квантовых чисел в виде табл. 1.1.

Т а б л и ц а 1.1

n

l

me

ms

4

0

0

+1/2; -1/2

1

-1; 0; +1

+1/2; -1/2

2

-2;-1;0;+1;+2

+1/2; -1/2

3

-3;-2;-1;0;+1;+2;+3

+1/2; -1/2

Пример 1.2. Для вольфрама напишите распределение элек-тронов в нормальном и возбужденном состоянии. Укажите валентные электроны. Определите число протонов и нейтронов у .

studfiles.net

Строение атома - Всё для чайников

  • Главная
  • Видеотека
    • Естествознание
      • Физика
      • Математика
      • Химия
      • Биология
      • Экология
    • Обществознание
      • Обществознание - как наука
      • Иностранные языки
      • История
      • Психология и педагогика
      • Русский язык и литература
      • Культурология
      • Экономика
      • Менеджмент
      • Логистика
      • Статистика
      • Философия
      • Бухгалтерский учет
    • Технические науки
      • Черчение
      • Материаловедение
      • Сварка
      • Электротехника
      • АСУТП и КИПИА
      • Технологии
      • Теоретическая механика и сопромат
      • САПР
      • Метрология, стандартизация и сертификация
      • Геодезия и маркшейдерия
    • Программирование и сеть
      • Информатика
      • Языки программирования
      • Алгоритмы и структуры данных
      • СУБД
      • Web разработки и технологии
      • Архитектура ЭВМ и основы ОС
      • Системное администрирование
      • Создание программ и приложений
      • Создание сайтов
      • Тестирование ПО
      • Теория информации и кодирования
      • Функциональное и логическое программирование
    • Программы
      • Редакторы и компиляторы
      • Офисные программы
      • Работа с аудио видео
      • Работа с компьютерной графикой и анимацией
      • Автоматизация бизнеса
    • Прочие
      • Музыка
      • Природное земледелие
      • Рисование и живопись
  • Библиотека
    • Естествознание
      • Физика
      • Математика
      • Химия
      • Биология
      • Экология
      • Астрономия
    • Обществознание
      • Иностранные языки
    • Технические науки
      • Теоретическая механика и сопромат
      • Сварка
      • Железная дорога
    • Паспорта и техническая документация
      • Металлообра-батывающие станки
      • Деревообра-батывающие станки
      • Сварочное оборудование
  • Правила
  • Контакты
  • Вы здесь:  
  • Главная
  • Видеотека
  • Естествознание
  • Химия

forkettle.ru