Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии Кислород

Основное и возбужденное состояние атома

Электронные формулы, которые мы составляли до этого, соответствуют основному энергетическому состоянию атома. Это наиболее выгодное энергетически состояние атома.

Однако, чтобы образовывать химические связи, атому в большинстве ситуаций необходимо наличие неспаренных (одиночных) электронов.  А химические связи энергетически очень для атома выгодны.

Поэтому при наличии свободных энергетических орбиталей на данном уровне спаренные пары  электронов могут распариваться, и один из электронов спаренной пары может переходить на вакантную орбиталь.

Таким образом число неспаренных электронов увеличивается, и атом может образовать больше химических связей, что очень выгодно с точки зрения энергии. Такое состояние атома называют возбуждённым и обозначают звёздочкой.

Например, в основном состоянии боримеет следующую конфигурацию энергетического уровня:

5B 1s22s22p1      1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии    2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

На втором уровне (внешнем) одна спаренная электронная пара, один одиночный электрон и пара свободных (вакантных) орбиталей. Следовательно, есть возможность для перехода электрона из пары на вакантную орбиталь, получаем возбуждённое состояние атома бора (обозначается звёздочкой):

5B* 1s22s12p2      1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии    2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

Попробуйте самостоятельно составить электронную формулу, соответствующую возбуждённому состоянию атомов. Не забываем проверять себя по ответам!

15. Углерода

16. Бериллия

17. Кислорода

Количество протонов, нейтронов и электронов химических элементов (1 часть):

Атомный номерХимический элементСимволКоличество электронов, протонов и нейтронов
1ВодородH1 электрон, 1 протон, 0 нейтронов
2ГелийHe2 электрона, 2 протона, 2 нейтрона
3ЛитийLi3 электрона, 3 протона, 4 нейтрона
4БериллийBe4 электрона, 4 протона, 5 нейтронов
5БорB5 электронов, 5 протонов, 6 нейтронов
6УглеродC6 электронов, 6 протонов, 6 нейтронов
7АзотN7 электронов, 7 протонов, 7 нейтронов
8КислородO8 электронов, 8 протонов, 8 нейтронов
9ФторF9 электронов, 9 протонов, 10 нейтронов
10НеонNe10 электронов, 10 протонов, 10 нейтронов
11НатрийNa11 электронов, 11 протонов, 12 нейтронов
12МагнийMg12 электронов, 12 протонов, 12 нейтронов
13АлюминийAl13 электронов, 13 протонов, 14 нейтронов
14КремнийSi14 электронов, 14 протонов, 14 нейтронов
15ФосфорP15 электронов, 15 протонов, 16 нейтронов
16СераS16 электронов, 16 протонов, 16 нейтронов
17ХлорCl17 электронов, 17 протонов, 18 нейтронов
18АргонAr18 электронов, 18 протонов, 22 нейтронов
19КалийK19 электронов, 19 протонов, 20 нейтронов
20КальцийCa20 электронов, 20 протонов, 20 нейтронов
21СкандийSc21 электрон, 21 протон, 24 нейтрона
22ТитанTi22 электрона, 22 протона, 26 нейтронов
23ВанадийV23 электрона, 23 протона, 28 нейтронов
24ХромCr24 электрона, 24 протона, 28 нейтронов
25МарганецMn25 электронов, 25 протонов, 30 нейтронов
26ЖелезоFe26 электронов, 26 протонов, 30 нейтронов
27КобальтCo27 электронов, 27 протонов, 32 нейтрона
28НикельNi28 электронов, 28 протонов, 31 нейтрон
29МедьCu29 электронов, 29 протонов, 35 нейтронов
30ЦинкZn30 электронов, 30 протонов, 35 нейтронов
31ГаллийGa31 электрон, 31 протон, 39 нейтронов
32ГерманийGe32 электрона, 32 протона, 41 нейтрон
33МышьякAs33 электрона, 33 протона, 42 нейтрона
34СеленSe34 электрона, 34 протона, 45 нейтронов
35БромBr35 электронов, 35 протонов, 45 нейтронов

Количество протонов, нейтронов и электронов химических элементов (2 часть):

36КриптонKr36 электронов, 36 протонов, 48 нейтронов
37РубидийRb37 электронов, 37 протонов, 48 нейтронов
38СтронцийSr38 электронов, 38 протонов, 50 нейтронов
39ИттрийY39 электронов, 39 протонов, 50 нейтронов
40ЦирконийZr40 электронов, 40 протонов, 51 нейтрон
41НиобийNb41 электрон, 41 протон, 52 нейтрона
42МолибденMo42 электрона, 42 протона, 54 нейтрона
43ТехнецийTc43 электрона, 43 протона, 55 нейтронов
44РутенийRu44 электрона, 44 протона, 57 нейтронов
45РодийRh45 электронов, 45 протонов, 58 нейтронов
46ПалладийPd46 электронов, 46 протонов, 60 нейтронов
47СереброAg47 электронов, 47 протонов, 61 нейтрон
48КадмийCd48 электронов, 48 протонов, 64 нейтрон
49ИндийIn49 электронов, 49 протонов, 66 нейтронов
50ОловоSn50 электронов, 50 протонов, 69 нейтронов
51СурьмаSb51 электрон, 51 протон, 71 нейтрон
52ТеллурTe52 электрона, 52 протона, 76 нейтронов
53ЙодI53 электрона, 53 протона, 74 нейтронов
54КсенонXe54 электрона, 54 протона, 77 нейтронов
55ЦезийCs55 электронов, 55 протонов, 78 нейтронов
56БарийBa56 электронов, 56 протонов, 81 нейтрон
57ЛантанLa57 электронов, 57 протонов, 82 нейтрона
58ЦерийCe58 электронов, 58 протонов, 82 нейтрона
59ПразеодимPr59 электронов, 59 протонов, 82 нейтрона
60НеодимNd60 электронов, 60 протонов, 84 нейтрона
61ПрометийPm61 электрон, 61 протон, 84 нейтрона
62СамарийSm62 электрона, 62 протона, 88 нейтронов
63ЕвропийEu63 электрона, 63 протона, 89 нейтронов
64ГадолинийGd64 электрона, 64 протона, 93 нейтрона
65ТербийTb65 электронов, 65 протонов, 94 нейтрона
66ДиспрозийDy66 электронов, 66 протонов, 97 нейтронов
67ГольмийHo67 электронов, 67 протонов, 98 нейтронов
68ЭрбийEr68 электронов, 68 протонов, 99 нейтронов
69ТулийTm69 электронов, 69 протонов, 100 нейтронов
70ИттербийYb70 электронов, 70 протонов, 103 нейтрона

Количество протонов, нейтронов и электронов химических элементов (3 часть):

71ЛютецийLu71 электрон, 71 протон, 104 нейтрона
72ГафнийHf72 электрона, 72 протона, 106 нейтронов
73ТанталTa73 электрона, 73 протона, 108 нейтронов
74ВольфрамW74 электрона, 74 протона, 110 нейтронов
75РенийRe75 электронов, 75 протонов, 111 нейтронов
76ОсмийOs76 электронов, 76 протонов, 114 нейтронов
77ИридийIr77 электронов, 77 протонов, 115 нейтронов
78ПлатинаPt78 электронов, 78 протонов, 117 нейтронов
79ЗолотоAu79 электронов, 79 протонов, 118 нейтронов
80РтутьHg80 электронов, 80 протонов, 121 нейтрон
81ТаллийTl81 электрон, 81 протон, 123 нейтрона
82СвинецPb82 электрона, 82 протона, 125 нейтронов
83ВисмутBi83 электрона, 83 протона, 126 нейтронов
84ПолонийPo84 электрона, 84 протона, 125 нейтронов
85АстатAt85 электронов, 85 протонов, 125 нейтронов
86РадонRn86 электронов, 86 протонов, 136 нейтронов
87ФранцийFr87 электронов, 87 протонов, 136 нейтронов
88РадийRa88 электронов, 88 протонов, 138 нейтронов
89АктинийAc89 электронов, 89 протонов, 138 нейтронов
90ТорийTh90 электронов, 90 протонов, 142 нейтрона
91ПротактинийPa91 электрон, 91 протон, 140 нейтронов
92УранU92 электрона, 92 протона, 146 нейтронов
93НептунийNp93 электрона, 93 протона, 144 нейтрона
94ПлутонийPu94 электрона, 94 протона, 150 нейтрона
95АмерицийAm95 электронов, 95 протонов, 148 нейтронов
96КюрийCm96 электронов, 96 протонов, 151 нейтрон
97БерклийBk97 электронов, 97 протонов, 150 нейтронов
98КалифорнийCf98 электронов, 98 протонов, 153 нейтрона
99ЭйнштейнийEs99 электронов, 99 протонов, 153 нейтрона
100ФермийFm100 электронов, 100 протонов, 157 нейтронов
101МенделевийMd101 электрон, 101 протон, 157 нейтронов
102НобелийNo102 электрона, 102 протона, 157 нейтронов
103ЛоуренсийLr103 электрона, 103 протона, 163 нейтрона
104Резерфордий (Курчатовий)Rf104 электрона, 104 протона, 157 нейтронов
105Дубний (Нильсборий)Db105 электронов, 105 протонов, 157 нейтронов
106СиборгийSg106 электронов, 106 протонов, 163 нейтронов
107БорийBh107 электронов, 107 протонов, 160 нейтронов
108ХассийHs108 электронов, 108 протонов, 161 нейтрон
109МейтнерийMt109 электронов, 109 протонов, 169 нейтронов
110ДармштадтийDs110 электронов, 110 протонов, 171 нейтрон

Коэффициент востребованности 1 542

Применение кислорода:

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

  1. 1. Водород
  2. 2. Гелий
  3. 3. Литий
  4. 4. Бериллий
  5. 5. Бор
  6. 6. Углерод
  7. 7. Азот
  8. 8. Кислород
  9. 9. Фтор
  10. 10. Неон
  11. 11. Натрий
  12. 12. Магний
  13. 13. Алюминий
  14. 14. Кремний
  15. 15. Фосфор
  16. 16. Сера
  17. 17. Хлор
  18. 18. Аргон
  19. 19. Калий
  20. 20. Кальций
  21. 21. Скандий
  22. 22. Титан
  23. 23. Ванадий
  24. 24. Хром
  25. 25. Марганец
  26. 26. Железо
  27. 27. Кобальт
  28. 28. Никель
  29. 29. Медь
  30. 30. Цинк
  31. 31. Галлий
  32. 32. Германий
  33. 33. Мышьяк
  34. 34. Селен
  35. 35. Бром
  36. 36. Криптон
  37. 37. Рубидий
  38. 38. Стронций
  39. 39. Иттрий
  40. 40. Цирконий
  41. 41. Ниобий
  42. 42. Молибден
  43. 43. Технеций
  44. 44. Рутений
  45. 45. Родий
  46. 46. Палладий
  47. 47. Серебро
  48. 48. Кадмий
  49. 49. Индий
  50. 50. Олово
  51. 51. Сурьма
  52. 52. Теллур
  53. 53. Йод
  54. 54. Ксенон
  55. 55. Цезий
  56. 56. Барий
  57. 57. Лантан
  58. 58. Церий
  59. 59. Празеодим
  60. 60. Неодим
  61. 61. Прометий
  62. 62. Самарий
  63. 63. Европий
  64. 64. Гадолиний
  65. 65. Тербий
  66. 66. Диспрозий
  67. 67. Гольмий
  68. 68. Эрбий
  69. 69. Тулий
  70. 70. Иттербий
  71. 71. Лютеций
  72. 72. Гафний
  73. 73. Тантал
  74. 74. Вольфрам
  75. 75. Рений
  76. 76. Осмий
  77. 77. Иридий
  78. 78. Платина
  79. 79. Золото
  80. 80. Ртуть
  81. 81. Таллий
  82. 82. Свинец
  83. 83. Висмут
  84. 84. Полоний
  85. 85. Астат
  86. 86. Радон
  87. 87. Франций
  88. 88. Радий
  89. 89. Актиний
  90. 90. Торий
  91. 91. Протактиний
  92. 92. Уран
  93. 93. Нептуний
  94. 94. Плутоний
  95. 95. Америций
  96. 96. Кюрий
  97. 97. Берклий
  98. 98. Калифорний
  99. 99. Эйнштейний
  100. 100. Фермий
  101. 101. Менделеевий
  102. 102. Нобелий
  103. 103. Лоуренсий
  104. 104. Резерфордий
  105. 105. Дубний
  106. 106. Сиборгий
  107. 107. Борий
  108. 108. Хассий
  109. 109. Мейтнерий
  110. 110. Дармштадтий
  111. 111. Рентгений
  112. 112. Коперниций
  113. 113. Нихоний
  114. 114. Флеровий
  115. 115. Московий
  116. 116. Ливерморий
  117. 117. Теннессин
  118. 118. Оганесон

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Строение  электронной оболочки

Согласно квантовой модели строение атома Нильса Бора, электроны в атоме могут двигаться только по определенным (стационарным) орбитам, удаленным от ядра на определенное расстояние и характеризующиеся определенной энергией.

Электронные уровни можно обозначать цифрами — 1, 2, 3, …, n. Номер слоя увеличивается мере удаления его от ядра. Номер уровня соответствует главному квантовому числу n.

В одном слое электроны могут двигаться по разным траекториям. Траекторию орбиты характеризует электронный подуровень. Тип подуровня характеризует орбитальное квантовое число l = 0,1, 2, 3 …, либо соответствующие буквы — s, p, d, g и др.

В рамках одного подуровня (электронных орбиталей одного типа) возможны варианты расположения орбиталей в пространстве. Чем сложнее геометрия орбиталей данного подуровня, тем больше вариантов их расположения в пространстве. Общее число орбиталей подуровня данного типа l можно определить по формуле: 2l 1. На каждой орбитали может находиться не более двух электронов.

Тип орбиталиspdfg
Значение орбитального квантового числа l01234
Число атомных орбиталей данного типа 2l 113579
Максимальное количество электронов на орбиталях данного типа26101418

Получаем сводную таблицу:

Заполнение электронами энергетических орбиталей происходит согласно некоторым основным правилам. Давайте остановимся на них подробно.

Принцип Паули (запрет Паули): на одной атомной орбитали могут находиться не более двух электронов с противоположными спинами (спин — это квантовомеханическая характеристика движения электрона).

Правило Хунда.На атомных орбиталях с одинаковой энергией электроны располагаются по одному с параллельными спинами. Т.е. орбитали одного подуровня заполняются так: сначала на каждую орбиталь распределяется по одному электрону.

Таким образом, сумма спиновых квантовых чисел таких электронов на одном энергетическом подуровне (оболочке) будет максимальной.

Например, заполнение 2р-орбитали тремя электронами будет происходить так: Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии, а не так: Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии, а не так: Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

Принцип минимума энергии. Электроны заполняют сначала орбитали с наименьшей энергией. Энергия атомной орбитали эквивалентна сумме главного и орбитального квантовых чисел: n l. Если сумма одинаковая, то заполняется первой та орбиталь, у которой меньше главное квантовое число n.

АО1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f5g
n122333444455555
l001012012301234
n l123345456756789

Таким образом,энергетический ряд орбиталей выглядит так:

1s < 2s < 2 p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p <

5s < 4d < 5p < 6s < 4f~5d < 6p < 7s <5f~6d …

Электронную структуру атома можно представлять в разных формах — энергетическая диаграмма, электронная формула и др. Разберем основные.

Энергетическая диаграмма атома — это схематическое изображение орбиталей с учетом их энергии. Диаграмма показывает расположение электронов на энергетических уровнях и подуровнях. Заполнение орбиталей происходит согласно квантовым принципам.

Например,энергетическая диаграмма для атома углерода:

Электронная формула — это запись распределения электронов по орбиталям атома или иона. Сначала указывается номер уровня, затем тип орбитали. Верхний индекс справа от буквы показывает число электронов на орбитали. Орбитали указываются в порядке заполнения. Запись 1s2 означает, что на 1 уровне s-подуровне расположено 2 электрона.

Например, электронная формула углерода выглядит так: 1s22s22p2.

Для краткости записи, вместо энергетических орбиталей, полностью заполненных электронами, иногда используют символ ближайшего благородного газа (элемента VIIIА группы), имеющего соответствующую  электронную конфигурацию.

Например, электронную формулу азотаможно записать так: 1s22s22p3 или так: [He]2s22p3.

1s2 = [He]

1s22s22p6 = [Ne]

1s22s22p63s23p6 = [Ar] и так далее.

Строение атомов — элементарные частицы вещества, электроны, протоны, нейтроны

Строение атомов - электроны, протоны, нейтроныВсе физические тела природы построены из разновидности материи, называемой веществом. Вещества подразделяются на две основные группы — вещества простые и сложные.

Сложными веществами называются такие вещества, которые путем химических реакций могут быть разложены на другие, более простые вещества. В отличие от сложных простыми веществами называются такие, которые химическим путем не могут быть разложены на еще более простые вещества.

Примером сложного вещества может служить вода, которая путем химической реакции может быть разложена на два других, более простых вещества — водород и кислород. Что же касается последних двух, то они химическим путем уже не могут быть разложены на более простые вещества, а поэтому являются простыми веществами, или, иначе, химическими элементами.

В первой половине XIX века в науке существовало предположение, что химические элементы являются неизменными веществами, не имеющими общей связи друг с другом. Однако русский ученый Д. И. Менделеев (1834 — 1907) впервые в 1869 г. выявил связь химических элементов, показав, что качественная характеристика каждого из них находится в зависимости от его количественной характеристики — атомного веса.

Изучая свойства химических элементов, Д. И. Менделеев подметил, что свойства их периодически повторяются в зависимости от их атомного веса. Эту периодичность он отобразил в форме таблицы, вошедшей в науку под названием «Периодическая система элементов Менделеева».

Ниже приведена современная периодическая таблица химических элементов Менделеева.

Таблица Менделеева

Атомы

Согласно современным представлениям науки каждый химический элемент состоит из совокупности мельчайших материальных (вещественных) частиц, называемых атомами.

Атомом называется самая малая доля химического элемента, которая уже не может быть разложена химическим путем на другие, более мелкие и простые материальные частицы.

Атомы различных по своей природе химических элементов отличаются друг от друга своими физико-химическими свойствами, структурой, размерами, массой, атомным весом, собственной энергией и некоторыми иными свойствами. Например, атом водорода резко отличается по своим свойствам и структуре от атома кислорода, а последний — от атома урана и т. д.

Установлено, что атомы химических элементов чрезвычайно малы по своим размерам. Если условно принять, что атомы имеют шарообразную форму, то поперечники их должны быть равны стомиллионным долям сантиметра. Например, поперечник атома водорода — самого маленького атома в природе — равен одной стомиллионной доле сантиметра (10-8 см), а поперечники самых больших атомов, например атома урана, не превышают трех стомиллионных долей сантиметра (3 · 10-8 см). Следовательно, атом водорода во столько раз меньше шарика радиусом в один сантиметр, во сколько последний меньше земного шара.

В соответствии с весьма малыми размерами атомов их масса также очень мала. Например, масса атома водорода равна т = 1,67· 10-24 г. Это значит, что в одном грамме водорода содержится примерно 6 ·1023 атомов.

За условную единицу измерения атомных весов химических элементов принята 1/16 часть веса атома кислорода, В соответствии с этим атомным весом химического элемента называют отвлеченное число, показывающее, во сколько раз вес данного химического элемента больше 1/16 части веса атома кислорода.

В периодической таблице элементов Д. И. Менделеева приведены атомные веса всех химических элементов (см. число, помещенное под названием элемента). Из этой таблицы мы видим, что наиболее легким атомом является атом водорода, имеющий атомный вес 1,008. Атомный вес углерода равен 12, кислорода — 16 и т. д.

Что же касается более тяжелых химических элементов, то их атомный вес превышает атомный вес водорода более чем в двести раз. Так, атомный вер ртути равен 200,6, радия — 226 и т.д.Чем выше порядок номера, занимаемого химическим элементом в периодической системе элементов, тем больше атомный вес.

Большая часть атомных весов химических элементов выражается дробными числами. Это в известной мере объясняется тем, что такие химические элементы состоят из совокупности скольких сортов атомов, обладающих различными атом весами, но одинаковыми химическими свойствами.

Химические элементы, занимающие один вый номер в периодической системе элементов, а следовательно, обладающие одинаковыми химическими свойствами, но различными атомными весами, называются изотопами.

Изотопы найдены у большинства химических элементов, имеет два изотопа, кальций — четыре, цинк — пять, олово — одиннадцать и т. д. Многие изотопы получены искусстве путем, среди них некоторые имеют большое практическое значение.

Элементарные частицы вещества

Долгое время считалось, что атомы химических элем являются пределом делимости вещества, т. е. как бы элементарными «кирпичиками» мироздания. Современная наука отвергла эту гипотезу, установив, что атом любого химического эле представляет собой совокупность еще более мелких материальных частиц, чем сам атом.

Согласно электронной теории строения вещества атом любого химического элемента представляет собой систему, состоящую из центрального ядра, вокруг которого вращаются «элементарные» вещественные частицы, называемые электронами. Ядра атомов, согласно общепринятым взглядам состоят из совокупности «элементарных» вещественных частиц — протонов и нейтронов.

Чтобы понять строение атомов и физико-химические процессы в них, необходимо хотя бы вкратце ознакомиться с основными характеристиками элементарных частиц, входящих в состав атомов.

Установлено, что электрон — это вещественная частица, обладающая самым малым наблюдаемым в природе отрицательным электрическим зарядом.

Если условно считать, что электрон как частица имеет шарообразную форму, то поперечник электрона должен быть равным 4 ·10-13 см, т. е. он меньше поперечника любого атома в десятки тысяч раз.

Электрон, как и всякая иная вещественная частица, обладает массой. «Масса покоя» электрона, т. е. та масса, которой он обладает в состоянии относительного покоя, равна mо = 9,1 · 10-28 г.

Исключительно малая «масса покоя» электрона свидетельствует о том, что инертные свойства электрона проявляются исключительно слабо, а это значит, что электрон под влиянием переменной электрической силы может колебаться в пространстве с частотой во много миллиардов периодов в секунду.

Масса электрона настолько мала, что для получения одного грамма электронов их потребовалось бы взять 1027 единиц. Чтобы иметь хотя бы некоторое физическое представление об этом колоссально большом числе, приведем такой пример. Если бы можно было один грамм электронов расположить на прямой линии вплотную друг к другу, то они образовали бы цепочку длиной в четыре миллиарда километров.

Масса электрона, как и всякой иной вещественной микрочастицы, зависит от скорости его движения. Электрон, находясь в состоянии относительного покоя, обладает «массой покоя», имеющей механическую природу, как и масса всякого физического тела. Что же касается «массы движения» электрона, увеличивающейся с ростом скорости его движения, то она электромагнитного происхождения. Она обусловлена наличием у движущегося электрона электромагнитного поля как некоторого вида материи, обладающего массой и электромагнитной энергией.

Чем быстрее движется электрон, тем больше проявляются инерционные свойства его электромагнитного поля, тем, следовательно, больше масса последнего и соответственно электромагнитная энергия его. Так как электрон со своим электромагнитным полем составляет единую, органически связанную материальную систему, то естественно, что массу движения электромагнитного поля электрона можно непосредственно приписать самому электрону.

Электрон, помимо свойств частицы, обладает и волновыми свойствами. Опытом установлено, что поток электронов, подобно световому потоку, распространяется в форме волнообразного движения. Характер волнового движения электронного потока в пространстве подтверждается явлениями интерференции и дифракции электронных волн.

Интерференция электронов — это явление наложения электронных воли друг на друга, а дифракция электронов — это явление огибания электронными волнами краев узкой щели, сквозь которую проходит электронный поток. Следовательно, электрон — это не просто частица, а «частица-волна», длина которой зависит от массы и скорости движения электрона.

Установлено, что электрон, помимо своего поступательного движения, совершает еще и вращательное движение вокруг своей оси. Этот вид движения электрона получил название «спина» (от английского слова «спин» — веретено). В результате такого движения электрон, кроме электрических свойств, обусловленных электрическим зарядом, приобретает еще и магнитные свойства, напоминая в этом отношении элементарный магнитик.

Протон — это вещественная частица, обладающая положительным электрическим зарядом, равным по абсолютной величине электрическому заряду электрона.

Масса протона равна 1,67 ·10-24 г, т. е. она примерно в 1840 раз больше «массы покоя» электрона.

В отличие от электрона и протона, нейтрон не обладает электрическим зарядом, т. е. он является электронейтральной «элементарной» частицей вещества. Масса нейтрона практически равна массе протона.

Электроны, протоны и нейтроны, находясь в составе атомов, взаимодействуют друг с другом. В частности, электроны и протоны взаимно притягиваются друг к другу как частицы, обладающие разноименными электрическими зарядами. Одновременно с этим электрон от электрона и протон от протона отталкиваются как частицы, обладающие одноименными электрическими зарядами.

Взаимодействие всех этих электрически заряженных частиц происходит через их электрические поля. Эти поля представляют собой особый вид материи, состоящей из совокупности элементарных материальных частиц, называемых фотонами. Каждый фотон обладает строго определенным присущим ему количеством энергии (квантом энергии).

Взаимодействие электрически заряженных материальных вещественных частиц осуществляется путем обмена их друг с другом фотонами. Сила взаимодействия электрически заряженных частиц обычно называется электрической силой.

Нейтроны и протоны, находящиеся в ядрах атомов, также взаимодействуют друг с другом. Однако это взаимодействие их осуществляется уже не через электрическое поле, так как нейтрон — электронейтральная частица вещества, а через так называемое ядерное поле.

Это поле также представляет собой особый вид материи, состоящей из совокупности элементарных материальных частиц, называемых мезонами. Взаимодействие нейтронов и протонов осуществляется путем обмена их друг с другом мезонами. Сила взаимодействия нейтронов и протонов друг с другом называется ядерной силой.

Установлено, что ядерные силы действуют в ядрах атомов в пределах исключительно малых расстояний — примерно 1013 см.

Ядерные силы значительно превосходят по своей величине электрические силы взаимного отталкивания протонов в ядре атома. Это приводит к тому, что они в состоянии не только преодолеть внутри ядер атомов силы взаимного отталкивания протонов, но и создать из совокупности протонов и нейтронов весьма прочные системы ядер.

Устойчивость ядра каждого атома зависит от соотношения двух противоречивых сил — ядерных (взаимное притяжение протонов и нейтронов) и электрических (взаимное отталкивание протонов).

Мощные ядерные силы, действующие в ядрах атомов, способствуют превращению нейтронов и протонов друг в друга. Эти взаимопревращения нейтронов и протонов осуществляются в результате выделения или поглощения ими более легких элементарных частиц, например мезонов.

Рассмотренные нами частицы названы элементарными потому, что они не состоят из совокупности других, более простых частиц материи. Но в то же время не надо забывать, что они способны превращаться друг в друга, возникать за счет друг друга. Таким образом, эти частицы являются некоторыми сложными образованиями, т. е. их элементарность условна.

Химическое строение атомов

Простейшим по своему устройству атомом является атом водорода. Он состоит из совокупности только двух элементарных частиц — протона и электрона. Протон в системе атома водорода играет роль центрального ядра, вокруг которого по некоторой орбите вращается электрон. На рис. 1 схематически показана модель атома водорода.

Рис. 1. Схема строения атома водорода

Эта модель — только грубое приближение к действительности. Дело в том, что электрон как «частица-волна» не обладает резко отграниченным от внешней среды объемом. А это значит, что следует говорить не о некоторой точной линейной орбите электрона, а о своеобразном электронном облачке. При этом электрон чаще всего занимает некоторую среднюю линию облачке, являющуюся одной из возможных орбит его в атоме.

Надо сказать, что и сама орбита электрона не является строга неизменной и неподвижной в атоме — она тоже в силу изменения массы электрона совершает некоторое вращательное движение. Следовательно, движение электрона в атоме носит относительно сложный характер. Так как ядро атома водорода (протон) и вращающийся вокруг него электрон обладают разноименными электрическими зарядами, то они взаимно притягиваются.

Одновременно с этим стой энергии электрон, вращаясь вокруг ядра атома, развивает центробежную силу, стремящуюся удалить его от ядра. Следовательно, электрическая сила взаимного притяжения ядра атома и электрона и центробежная сила, действующая на электрон, — силы противоречивые.

При равновесии их электрон занимает относительно устойчивое положение на некоторой орбите в атоме. Так как масса электрона очень мала, то для уравновешивания силы притяжения к ядру атома он должен вращаться с громадной скоростью, равной примерно 6·1015 оборотам в секунду. Это значит, что электрон в системе атома водорода, как и всяком ином атоме, движется по своей орбите с линейной скоростью, превышающей тысячу километров в секунду.

В нормальных условиях электрон вращается в атоме рода по наиболее близко расположенной к ядру орбите. При этом он обладает минимальным возможным количеством энергии. Если же по тем или иным причинам, например под воздействием каких-либо иных материальных частиц, вторгнувшихся систему атома, электрон перейдет на более удаленную от атома орбиту, то он уже будет обладать несколько большим количеством энергии.

Однако на этой новой орбите электрон но пребывает ничтожно малое время, после чего он снова вращается на ближайшую к ядру атома орбиту. При этом ходе он отдает излишек своей энергии в виде кванта эле магнитного излучения — лучистой энергии (рис. 2).

Рис. 2. Электрон при переходе с далекой орбиты на более близкую к ядру атома излучает квант лучистой энергии

Чем больше получает извне энергии электрон, тем на удаленную от ядра атома орбиту он переходит и тем большее количество электромагнитной энергии он излучает, когда вращается на ближайшую к ядру орбиту.

Измеряя количество энергии, излучаемой электроном при переходе с различных орбит на ближайшую к ядру атома, удалось установить, что электрон в системе атома водорода, как и в системе любого иного атома, может переходить не на любую произвольную орбиту, на строго определенную в соответствии с той энергией, которую он получает под действием внешней силы. Орбиты, которые может занимать электрон в атоме, называются дозволенными орбитами.

Так как положительный заряд ядра атома водорода (заряд протона) и отрицательный заряд электрона численно равны, то суммарный их заряд равен нулю. Это значит, что атом водорода, находясь в нормальном состоянии, является электронейтральной частицей.

Это справедливо для атомов всех химических элементов: атом любого химического элемента, находящийся в нормальном со стоянии, является электронейтральной частицей из-за численного равенства его положи тельных и отрицательных зарядов.

Поскольку в состав ядра атома водорода входит только одна «элементарная» частица — протон, то так называемое массовое число этого ядра равно единице. Массовым числом ядра атома любого химического элемента называется общее число протонов и нейтронов входящих в состав этого ядра.

Природный водород в основном состоит из совокупности атомов с массовым числом, равным единице. Однако в составе его имеется и другой сорт атомов водорода, с массовым числом равным двум. Ядра атомов этого тяжелого водорода называемые дейтонами, состоят из двух частиц — протона и нейтрона. Этот изотоп водорода называется дейтерием.

В природном водороде дейтерия содержится весьма незначительное количество. На каждые шесть тысяч атомов легкого водорода (массовое число равно единице) приходится только один атом дейтерия (тяжелого водорода). Существует еще один изотоп водорода — сверхтяжелый водород получивший название тритий. В ядрах атома этого изотопе водорода имеются три частицы: протон и два нейтрона, связанных друг с другом ядерными силами. Массовое число ядра атома трития равно трем, т. е. атом трития в три раза тяжелей атома легкого водорода.

Хотя атомы изотопов водорода и имеют различные массы но все же они обладают одинаковыми химическими свойствами, Например, легкий водород, вступая в химическое взаимодействие с кислородом, образует с ним сложное вещество — воду. Аналогично этому изотоп водорода — дейтерий, соединяясь с кислородом, образует воду, которая в отличие от обычной воды называется тяжелой водой. Тяжелая вода находит большое применение в процессе производства ядерной (атомной) энергии.

Следовательно, химические свойства атомов зависят не от массы их ядер, а только от строения электронной оболочки атома. Поскольку в атомах легкого водорода, дейтерия и трития имеется одинаковое количество электронов (по одному на каждый атом), эти изотопы имеют одинаковые химические свойства.

Химический элемент водород не случайно занимает первый номер в периодической системе элементов. Дело в том, что между номером любого элемента в периодической системе элементов и величиной заряда ядра атома этого элемента существует некоторая связь. Ее можно сформулировать так: порядковый номер всякого химического элемента в периодической системе элементов численно равен положительному заряду ядра этого элемента, а следовательно, и числу вращающихся вокруг него электронов.

Так как водород занимает первый номер в периодической системе элементов, то это значит, что положительный заряд ядра его атома равен единице и что вокруг ядра вращается один электрон.

Химический элемент гелий занимает второй номер в периодической системе элементов. Это значит, что он имеет положительный электрический заряд ядра, равный двум единицам, т. е. в составе его ядра должно быть два протона, а в электронной оболочке атома — два электрода.

Природный гелий состоит из двух изотопов — тяжелого и легкого гелия. Массовое число тяжелого гелия равно четырем. Это значит, что в состав ядра атома тяжелого гелия, помимо вышеупомянутых двух протонов, должны входить еще два нейтрона. Что же касается легкого гелия, то его массовое число равно трем, т. е. в состав его ядра, помимо двух протонов, должен входить еще один нейтрон.

Установлено, что в природном гелии число атомов легкого гелия составляет примерно одну миллионную долю атомов тяжелого гения. На рис. 3 показана схематически модель атома гелия.

Рис. 3. Схема строения атома гелия

Дальнейшее усложнение строения атомов химических элементов идет за счет увеличения количества протонов и нейтронов в ядрах этих атомов и одновременно за счет увеличения количества электронов, вращающихся вокруг ядер (рис. 4). Пользуясь периодической системой элементов, легко определить число электронов, протонов и нейтронов входящих в состав различных атомов.

Рис. 4. Схемы строения ядер атомов: 1 — гелий, 2 — углерод, 3 — кислород

Порядковый номер химического элемента равен числу протонов, находящихся в ядре атома, а одновременно с этим числу электронов, вращающихся вокруг ядра. Что же касается атомного веса, то он приближенно равен массовому числу атома, т. е. числу вместе взятых протонов и нейтронов в ядре. Следовательно, вычитая из атомного веса элемента число, равное порядковому номеру элемента, можно определить, какое количество нейтронов содержится в данном ядре.

Установлено, что ядра легких химических элементов, имеющих в своем составе поровну протонов и нейтронов, отличаются весьма большой прочностью, так как ядерные силы в них относительно велики. Например, ядро атома тяжелого гелия отличается исключительно большой прочностью, так как оно составлено из двух протонов и двух нейтронов, связанных друг с другом мощными ядерными силами.

Ядра атомов более тяжелых химических элементов содержат в своем составе уже неодинаковое количество протонов и нейтронов, поэтому их связь в ядре слабее, чем в ядрах легких химических элементов. Ядра этих элементов могут быть относительно легко расщеплены при бомбардировке их атомными «снарядами» (нейтронами, ядрами атома гелия и т. д.).

Что же касается наиболее тяжелых химических элементов, в частности радиоактивных, то их ядра отличаются настолько малой прочностью, что они самопроизвольно распадаются на составные части. К примеру, атомы радиоактивного элемента радия, состоящего из совокупности 88 протонов и 138 нейтронов, самопроизвольно распадаются, превращаясь в атомы радиоактивного элемента радона. Атомы же последнего в свою очередь распадаются на составные части, переходя в атомы других элементов.

Ознакомившись вкратце с составными частями ядер атомов химических элементов, рассмотрим строение электронных оболочек атомов. Как известно, электроны могут вращаться вокруг ядер атомов только по строго определенным орбитам. При этом они так сгруппированы в электронной оболочке каждого атома, что можно различить отдельные слои электронов.

В каждом слое может находиться количество электронов, не превышающее строго определенного числа. Так, например, в первом, ближайшем к ядру атома электронном слое может находиться максимум два электрона, во втором — не более восьми электронов и т. д.

Те атомы, у которых внешние электронные слои целиком заполнены, имеют наиболее устойчивую электронную оболочку. Это значит, что данный атом прочно держит все свои электроны и не нуждается в получении извне добавочного количества их. Например, атом гелия имеет два электрона, целиком заполняющих первый электронный слой, а атом неона имеет десять электронов, из которых первые два целиком заполняют первый электронный слой, а остальные — второй (рис. 5).

Рис. 5. Схема строения атома неона

Следовательно, атомы гелия и неона имеют вполне устойчивые электронные оболочки, не стремятся их как-нибудь видоизменить количественно. Такие элементы химически инертны, т. е. не вступают в химическое взаимодействие с другими элементами.

Однако большинство химических элементов имеет такие атомы, в которых внешние электронные слои не целиком заполнены электронами. Например, атом калия имеет девятнадцать электронов, из которых восемнадцать целиком заполняют первые три слоя, а девятнадцатый электрон один находится в следующем, незаполненном электронном слое. Слабое заполнение электронами четвертого электронного слоя приводит к тому, что ядро атома весьма слабо удерживает самый внешний — девятнадцатый электрон, а поэтому последний может быть легко вырван из атома. .

Или, например, атом кислорода имеет восемь электронов, из которых два целиком заполняют первый слой, а остальные шесть размещены во втором слое. Таким образом, для полного завершения построения второго электронного слоя в атоме кислорода ему не хватает только двух электронов. Поэтому атом кислорода не только прочно удерживает свои шесть электронов во втором слое, но и обладает возможностью притянуть к себе два недостающих ему электрона для заполнения своего второго электронного слоя. Этого он достигает путем химического соединения с атомами таких элементов, у которых внешние электроны слабо связаны со своими ядрами.

Химические элементы, атомы которых не имеют целиком заполненных электронами внешних электронных слоев, как правило, химически активны, т. е. охотно вступают в химическое взаимодействие.

Итак, электроны в атомах химических элементов располагаются в строго определенном порядке и всякое изменение их пространственного расположения или количества в электронной оболочке атома приводит к изменению физико-химических свойств последнего.

Равенство числа электронов и протонов в системе атома является причиной того, что суммарный электрический заряд его равен нулю. Если равенство числа электронов и протонов в системе атома нарушается, то атом становится электрически заряженной системой.

Атом, в системе которого нарушено равновесие разноименных электрических зарядов вследствие того, что он потерял часть своих электронов или, наоборот, приобрел лишнее количество их, называется ионом.

Наоборот, если атом приобретает некоторое лишнее количество электронов, то он становится отрицательным ионом. Например, атом хлора, получивший один лишний электрон, превращается в однозарядный отрицательный ион хлора Сl. Атом кислорода, получивший лишних два электрона, превращается в двухзарядный отрицательный ион кислорода О и т. д.

Атом, превратившийся в ион, становится по отношению к внешней среде электрически заряженной системой. А это значит, что атом стал обладать электрическим полем, вместе с которым он составляет единую материальную систему и через это поле осуществляет электрическое взаимодействие с другими электрически заряженными частицами вещества — ионами, электронами, положительно заряженными ядрами атомов и т. д.

Способность разноименных ионов взаимно притягиваться друг к другу является причиной того, что они химически соединяются, образуя более сложные частицы вещества — молекулы.

В заключение следует отметить, что размеры атома очень велики по сравнению с размерами тех вещественных частиц, из которых они состоят. Ядро самого сложного атома вместе со всеми электронами занимает миллиардную долю объема атома. Простой подсчет показывает, что если бы удалось один кубический метр платины сжать так крепко, чтобы исчезли внутриатомные и междуатомные пространства, то получился бы объем, равный примерно одному кубическому миллиметру.

Электронные формулы ионов

Атомы могут отдавать и принимать электроны. Отдавая или принимая электроны, они превращаются в ионы.

Ионы— это заряженные частицы. Избыточный заряд обозначается индексом в правом верхнем углу.

Если атом отдаётэлектроны, то общий заряд образовавшейся частицы будет положительный(вспомним, что число протонов в атоме равно числу электронов, а при отдаче электронов число протонов будет больше числа электронов).

11Na 1s22s22p63s1      -1е =  11Na  1s22s22p63s0

Если атом принимаетэлектроны, то приобретает отрицательныйзаряд. Отрицательно заряженные частицы — это анионы. Например, анион хлора образуется так:

17Cl 1s22s22p63s23p5    1e =  17Cl— 1s22s22p63s23p6

Таким образом, электронные формулы ионов можно получить добавив или отняв электроны у атома. Обратите внимание, при образовании катионов электроны уходят с внешнего энергетического уровня. При образовании анионов электроны приходят на внешний энергетический уровень.

Попробуйте составить самостоятельно электронный формулы ионов. Не забывайте проверять себя по ключам!

18. Ион Са2

19. Ион S2-

20. Ион Ni2

В некоторых случаях совершенно разные атомы образуют ионы с одинаковой электронной конфигурацией. Частицы с одинаковой электронной конфигурацией и одинаковым числом электронов называют изоэлектронными частицами.

Например, ионы Na и F—.

Электронная формула катиона натрия: Na   1s22s22p6, всего 10 электронов.

Электронная формула аниона фтора: F—   1s22s22p6, всего 10 электронов.

Таким образом, ионы Na и F— — изоэлектронные. Также они изоэлектронны атому неона.

Тренажер по теме «Строение атома» — 10 вопросов, при каждом прохождении новые.

Ответы на вопросы:

1. У изотопов одного химического элемента массовое число всегда разное, т.к. массовое число складывается из числа протонов и нейтронов. А у изотопов различается число нейтронов.

2. У изотопов одного элемента число протонов всегда одинаковое, т.к. число протонов характеризует химический элемент.

3. Массовое число изотопа брома-81 равно 81. Атомный номер = заряд ядра брома = число протонов в ядре = 35. Вычитаем из массового числа число протонов, получаем 81-35=46 нейтронов.

4. Массовое число изотопа хлораравно 37. Атомный номер, заряд ядра и число протонов в ядре равно 17. Получаем число нейтронов = 37-17 =20.

5. Электронная формула азота:

7N 1s22s22p3      1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии    2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

6. Электронная формула кислорода:

8О 1s22s22p1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии 2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии 2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии 2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

7. Электронная формула фтора:

8. Электронная формула магния:

12Mg 1s22s22p63s2      1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии    2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии     3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии     3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

9. Электронная формула алюминия:

13Al 1s22s22p63s23p1     1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии  2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии  3p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

10. Электронная формула кремния:

14Si 1s22s22p63s23p2     1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии  2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии  3p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

11. Электронная формула фосфора:

15P 1s22s22p63s23p3     1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии  2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии  3p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

12. Электронная формула серы:

16S 1s22s22p63s23p4     1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии  2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии  3p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

13. Электронная формула хлора:

14. Электронная формула аргона:

18Ar 1s22s22p63s23p6     1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии  2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии  3p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

15. Электронная формула углеродав возбуждённом состоянии:

6C* 1s22s12p3   1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии    2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

16. Электронная формула бериллияв возбуждённом состоянии:

4Be 1s22s12p1      1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

17. Электронная формула кислорода в возбуждённом энергетическом состоянии соответствует формуле кислорода в основном энергетическом состоянии, т.к. нет условий для перехода электрона — отсутствуют вакантные энергетические орбитали.

18. Электронная формула иона кальция Са2 :  20Ca2   1s22s22p63s23p6 

19. Электронная формула аниона серы S2-:  16S2- 1s22s22p63s23p6

20. Электронная формула катиона никеля Ni2 :  28Ni2   1s22s22p63s23p63d84s0. Обратите внимание! Атомы отдают электроны всегда сначала с внешнего энергетического уровня. Поэтому никель отдаёт электроны сначала с внешнего 4s-подуровня.

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Строение атома» (задание 1 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

Электронные формулы элементов первых четырех периодов

Рассмотрим заполнение электронами оболочки элементов первых четырех периодов. У водородазаполняется самый первый энергетический уровень, s-подуровень, на нем расположен 1 электрон:

1H 1s1      1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

У гелия1s-орбиталь полностью заполнена:

2He 1s2      1s  Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

Поскольку первый энергетический уровень вмещает максимально 2 электрона, у литияначинается заполнение второго энергетического уровня, начиная с орбитали с минимальной энергией — 2s. При этом сначала заполняется первый энергетический уровень:

3Li 1s22s1      1s  Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

У бериллия2s-подуровень заполнен:

4Be 1s22s2      1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

Далее, у боразаполняется p-подуровень второго уровня:

5B 1s22s22p1      1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии    2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

У следующего элемента, углерода, очередной электрон, согласно правилу Хунда, заполняет вакантную орбиталь, а не заполняет частично занятую:

6C 1s22s22p2      1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии    2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

Попробуйте составить электронную и электронно-графическую формулы для следующих элементов, а затем можете проверить себя  по ответам конце статьи:

5. Азот

6. Кислород

7. Фтор

У неона завершено заполнение второго энергетического уровня: 

10Ne 1s22s22p6      1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии    2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

У натрияначинается заполнение третьего энергетического уровня:

11Na 1s22s22p63s1      1s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   2s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии    2p Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии     3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии     3s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

От натрия до аргона заполнение 3-го уровня происходит в том же порядке, что и заполнение 2-го энергетического уровня. Предлагаю составить электронные формулы элементов от магния до аргонасамостоятельно, проверить по ответам.

8. Магний

9. Алюминий

10. Кремний

11. Фосфор

12. Сера

13. Хлор

14. Аргон

А вот начиная с 19-го элемента, калия, иногда начинается путаница — заполняется не 3d-орбиталь, а 4s. Ранее мы упоминали в этой статье, что заполнение энергетических уровней и подуровней электронами происходит по энергетическому ряду орбиталей, а не по порядку. Рекомендую повторить его еще раз. Таким образом, формула калия:

19K 1s22s22p63s23p64s11sХимические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии 2sХимические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии 2sХимические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии 2pХимические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии3sХимические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии3sХимические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии 3pХимические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии4sХимические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии4sХимические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

Для записи дальнейших электронных формул в статье будем использовать сокращенную форму:

  19K   [Ar]4s1    [Ar] 4s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

У кальция4s-подуровень заполнен:

20Ca   [Ar]4s2    [Ar] 4s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

У элемента 21, скандия, согласно энергетическому ряду орбиталей, начинается заполнение 3d-подуровня:

21Sc   [Ar]3d14s2    [Ar] 4s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3d Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3d Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

Дальнейшее заполнение 3d-подуровня происходит согласно квантовым правилам, от титанадо ванадия:

22Ti   [Ar]3d24s2    [Ar] 4s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3d Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3d Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии 23V   [Ar]3d34s2      [Ar] 4s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3d Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии   3d Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

Однако, у следующего элемента порядок заполнения орбиталей нарушается. Электронная конфигурация хроматакая:

24Cr   [Ar]3d54s1      [Ar] 4s Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии  3d Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии  3d Химические элементы, подготовка к ЕГЭ по химии

В чём же дело? А дело в том, что при «традиционном» порядке заполнения орбиталей (соответственно, неверном в данном случае —

 3d44s2

) ровно одна ячейка в

d

-подуровне оставалась бы незаполненной. Оказалось, что такое заполнение энергетически

менее выгодно

. А

более выгодно

, когда

d

-орбиталь заполнена полностью, хотя бы единичными электронами. Этот лишний электрон переходит с

4s

-подуровня. И небольшие затраты энергии на перескок электрона с

4s

-подуровня с лихвой покрывает энергетический эффект от заполнения всех

3d-

орбиталей. Этот эффект так

и называется

— «провал»

или

«проскок»электрона

. И наблюдается он, когда

d

-орбиталь недозаполнена на 1 электрон (по одному электрону в ячейке или по два).

У следующих элементов «традиционный» порядок заполнения орбиталей снова возвращается. Конфигурация марганца:

25Mn   [Ar]3d54s2

Аналогично у кобальтаи никеля. А вот у медимы снова наблюдаем провал (проскок) электрона— электрон опять проскакивает с 4s-подуровня на 3d-подуровень:

29Cu   [Ar]3d104s1

На цинке завершается заполнение 3d-подуровня:

30Zn   [Ar]3d104s2

У следующих элементов, от галлиядо криптона, происходит заполнение 4p-подуровня по квантовым правилам. Например, электронная формула галлия:

31Ga   [Ar]3d104s24p1

Формулы остальных элементов мы приводить не будем, можете составить их самостоятельно.

Некоторые важные понятия:

Внешний энергетический уровень — это энергетический уровень в атоме с максимальным номером, на котором есть электроны.

Например, у меди   ([Ar]3d104s1) внешний энергетический уровень — четвёртый.

Валентные электроны — электроны в атоме, которые могут участвовать в образовании химической связи. Например, у хрома ( 24Cr   [Ar]3d54s1) валентными являются не только электроны внешнего энергетического уровня (4s1), но и неспаренные электроны на 3d-подуровне, т.к. они могут образовывать химические связи.

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий