- Основное и возбужденное состояние атома
- «положение кислорода и серы в периодической системе химических элементов, строение их атомов. озон-аллотропная модификация кислорода»
- Свойства кислорода (таблица): температура, плотность, давление и пр
- Состав атомного ядра. ядерные силы
- Строение электронной оболочки
- Химические свойства
- Электронные формулы ионов
- Электронные формулы элементов первых четырех периодов
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
2s
2s 2p
![]()
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
2s
2s 2p
![]()
Попробуйте самостоятельно составить электронную формулу, соответствующую возбуждённому состоянию атомов. Не забываем проверять себя по ответам!
15. Углерода
16. Бериллия
17. Кислорода
«положение кислорода и серы в периодической системе химических элементов, строение их атомов. озон-аллотропная модификация кислорода»
Технологическая карта урока.
Учитель Дьячук Е.Ю. учитель химии МБОУ СОШ №1 г.Оха Сахалинская область
- Предмет
- химия
- Класс
- 9
- Тема урока
- «Положение кислорода и серы в периодической системе химических элементов, строение их атомов. Озон-аллотропная модификация кислорода»
- Тип урока
- Урок «открытия нового знания»
- Цели
- Формирование на предметном уровне системы знаний о веществе ( химическом элементе, атоме, молекуле )
УМК
Г.Е. Рудзитис, Ф.Г.Фельдман
- Планируемые образовательные результаты
- Предметные
- Метапредметные
- Личностные
- Использовать умение составлять электронные формулы атомов элементов кислорода и серы; объяснять зависимость и закономерные изменения свойств химических элементов от электронного строения их атомов; анализировать, делать выводы, обобщать полученные знания;
- самостоятельно использовать материалы учебника и справочные таблицы, применять ранее полученные знания;
- наблюдать демонстрируемые опыты;
- делать выводы и умозаключения из наблюдений.
- грамотно обращаться с веществами в повседневной жизни;
- понимать смысл и необходимость соблюдения предписаний, предлагаемых в инструкциях по использованию лекарств, средств бытовой химии и др.;
- —регулятивные: следовать определенному алгоритму при составлении электронных формул;
- применять знания о закономерностях периодической системы химических элементов для объяснения и предвидения свойств конкретных веществ;
- —познавательные: прогнозировать химические свойства веществ на основе их состава и строения;выделять информацию из текста учебника; высказывать суждения, обосновывать и доказывать свой выбор, приводя факты, взятые из материалов учебника; использовать знаки, символы, схемы для выполнения заданий; находить закономерности, устанавливать причинно- следственные связи между реальными объектами и явлениями; осуществлять поиск информации в соответствии с поставленной задачей, используя различные ресурсы информационной среды;
- —коммуникативные: уметь слушать собеседника, понимать и /или принимать его точку зрения; оценивать высказывания и действия партнера, сравнивать их со своими высказываниями; формулировать высказывания, задавать вопросы, адекватные ситуации и учебной задаче;
- проявлять интерес к предлагаемой деятельности и с учетом собственных интересов;
- оценивать свою деятельность, определяя по заданным критериям ее успешность или неуспешность и способы ее корректировки, бережно и уважительно относиться к людям и результатам их деятельности;
- руководствоваться этическими нормами (сотрудничество, взаимопомощь, ответственность) при выполнении групповой работы
- Основные понятия, изучаемые на уроке
- Аллотропия, аллотропные модификации
- Организационная структура урока
- № этапа
- Этап урока
- УУД
- Деятельность
- ЭОР
- Время
- учителя
- учащихся
- 1
- Оргмомент
- Коммуникативные- планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками.
- 2
- Актуализация знаний.
- Регулятивные:волевая саморегуляция.Личностные: действие смыслообразования
из каких частей состоит атом любого химического элемента?
От чего зависит величина положительного заряда ядра атома и как определить ее по таблице Д.И.Менделеева?
Количество каких частиц в атоме определяет значение заряда ядра атома?
В какой части атомного пространства располагаются электроны?
Как по таблице Д. И. Менделеева определить количество внешних электронов в атомах элементов главных подгрупп?
Отвечают на вопросы
Выставляют оценку готовности к уроку.
Электронная периодическая таблица Д.И. Менделеева
- 10
- 3
- Самоопределение к деятельности
- Познавательная-анализ объектов с целью выделения признаков.
Регулятивные: целеполагание как постановка учебной задачи, прогнозирование. Коммуникативные- планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками.
Положение кислорода и серы в периодической таблице химических элементов, строение их атомов.
- Создание проблемной ситуации
- Продолжая рассматривать вместе с учащимися особенности строения атомов элементов-халькогенов, точнее, электронное строение их внешнего энергетического уровня, составляем общую формулу: ns2np4
- При далее :
- Какая высшая валентность характерна для элементов семейства халькогенов (подгруппы кислорода)?
- Для всех ли элементов семейства характерна валентность равная ᴠɪ?
- Постановка учебной проблемы
- Почему, в отличие от остальных представителей подгруппы, кислород не может проявлять валентность, равную ᴠɪ?
- Доказательство и применение найденного решения
Задание. Приведите примеры соединений рассмотренных элементов с наиболее характерными степенями окисления.
Строение простых веществ. Аллотропия.
- Создание проблемной ситуации
- Задание: сравните два вещества кислород и озон ( состав, физические и химические свойства, получение).
- Постановка учебной проблемы
- Как вы думаете, чем по отношению друг к другу и к химическому элементу кислороду являются данные простые вещества: кислород и озон?
Поскольку у учащихся нет необходимых опорных знаний, объясняю сущность явления, признаки которого ученики обнаружили на уроке. Формирую представление об аллотропии и аллотропных модификациях. Отмечаю обязательное условие, позволяющее говорить о каких-либо веществах как об аллотропных модификациях одного элемента (возможность превращения этих веществ друг в друга).
- Доказательство и применение найденного решения
- Рассказываю о том, что элементам подгруппы кислорода свойственна аллотропия: сера образует кристаллическую и пластическую модификации, селен- серую и красную модификации ( серый и красный селен).
- Учащиеся ставят цель урока.
- Строение атома кислорода
- Строение атома серы
- O 8)2)6
- 1s22s22p4
- P — элемент
- S 16)2)8)6
- 1s22s22p63s23p4
- P — элемент
- Учащиеся выявляют факт, требующий теоретического обоснования.
Учащиеся выдвигают гипотезу: в 8 классе они знакомились с семейством галогенов. Им помогают знания о том, что фтор в отличие от других галогенов, не проявляет высшей валентности, равной ᴠɪɪ. Опираясь на эти знания, они отвечаю на поставленный вопрос.
Учащиеся заполняют таблицу: сравнение свойств кислорода и озона.
Видеофрагмент CD «Подгруппа кислорода»
Свойства кислорода (таблица): температура, плотность, давление и пр
| Общие сведения | |
| Название | Кислород/ Oxygenium |
| Символ | О |
| Номер в таблице | 8 |
| Тип | Неметалл |
| Открыт | Джозеф Пристли, Англия, 1774 г. |
| Внешний вид и пр. | Газ без цвета, запаха и вкуса |
| Содержание в земной коре | 46 % |
| Содержание в океане | 86 % |
| Свойства атома | |
| Атомная масса (молярная масса)* | 15,99903-15,99977 а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | 1s2 2s2 2p4 |
| Радиус атома | 60 (48) пм |
| Химические свойства | |
| Степени окисления | -2, −1, 0, 1, 2 |
| Валентность | -2 |
| Ковалентный радиус | 73 пм |
| Радиус иона | 132 (-2e) пм |
| Электроотрицательность | 3,44 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 1313,1 кДж/моль (13,61 эВ) |
| Электродный потенциал | 0 |
| Физические свойства | |
| Плотность (при 0 °C и нормальных условиях) | 0,00142897 г/см3 (газ); 1,141 г/см³ (жидкость) |
| Плотность (при 20 °C и нормальных условиях, состояние вещества – газ) | 0,001429 г/см3 |
| Плотность (при -183 °C и нормальных условиях, состояние вещества – жидкость) | 1,14 г/см3 |
| Плотность (при -183 °C и нормальных условиях, состояние вещества – твердое тело) | 1,27 г/см3 |
| Температура плавления | -218,35 °C (54,8 K) |
| Температура кипения | -182,96°C (90,19 K) |
| Уд. теплота плавления | 0,444 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 3,4099 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 29,4 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 14,0 см³/моль |
| Критическая температура | -118,37 °C |
| Критическое давление | 5,08 МПа |
| Критическая плотность | 0,41 г/см3 |
| Давление паров | 1 мм.рт.ст. (при -219 °C), 10 мм.рт.ст. (при -210,7 °C), 100 мм.рт.ст. (при -198,7 °C) |
| Стандартная энтальпия образования ΔH (при 298 К, для состояния вещества – газ) | 0 кДж/моль |
| Стандартная энергия Гиббса образования ΔG (при 298 К, для состояния вещества – газ) | 0 кДж/моль |
| Стандартная энтропия вещества S (при 298 К, для состояния вещества – газ) | 205,04 Дж/(моль·K) |
| Удельная теплоемкость при постоянном давлении | 0,911 Дж/г·K (при 15 °C) 0,9125 Дж/г·K (при 100 °C) 0,915 Дж/г·K (при 200 °C) 0,926 Дж/г·K (при 400 °C) 0,938 Дж/г·K (при 600 °C) |
| Теплопроводность (при 300 K) | 0,027 Вт/(м·К) |
| Диэлектрическая проницаемость | 1,000486 (при 25°C) |
| Электропроводность в твердой фазе | |
| Сверхпроводимость при температуре | |
| Твёрдость | |
| Структура решётки | моноклинная |
| Параметры решётки | a = 5,403 Å, b = 3,429 Å, c = 5,086 Å, β = 135,53 Å |
| Температура Дебая | 155 К |
Примечание:
* Указан диапазон значений атомной массы в связи с различной распространённостью изотопов данного элемента в природе.
Состав атомного ядра. ядерные силы
В этом видеоуроке мы дадим строгие определения зарядовому и массовому числу. Также вы узнаете, каково общее название протонов и нейтронов в ядре атома. Познакомитесь с изотопами и научитесь объяснять их существование на основе протонно-нейтронной модели ядра. А также узнаете, как называются силы, действующие между протонами и нейтронами в ядре, и каковы их характерные особенности.
Практически сразу после
открытия нейтрона советским физиком Дмитрием Иваненко и немецким учёным
Вернером Гейзенбергом была предложена протонно-нейтронная модель атомного ядра.
Согласно ей, ядра всех химических элементов (за исключением водорода) состоят
из двух видов частиц: протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны называют
нуклонами (от латинского «нуклеус» — ядро), а ядра атомов — нуклидами.

Общее число нуклонов в ядре
называют массовым числом и обозначают
буквой А. Оно ставится вверху перед буквенным обозначением химического
элемента.
Например, массовое число
кислорода равно 16, а углерода — 12.

Мы уже говорили о том, что массовое
число принято выражать в атомных единицах массы (сокращённо, а. е. м.) и
округлять до целых чисел. Напомним также, что атомную единицу массы
выражают через массу атома углерода; она равна 1/12 части массы атома углерода:

Число протонов в ядре
соответствует порядковому или атомному номеру элемента в таблице Менделеева и
называется зарядовым числом,
поскольку оно определяет заряд ядра. Обозначается зарядовое число буквой Z.
В наших примерах, зарядовое
число кислорода равно восьми, а углерода — 6.

Как видно из приведённых
примеров, зарядовое число ставится внизу перед буквенным обозначением элемента.
Напомним, что заряд протона положителен
и равен элементарному электрическому заряду. Следовательно, зарядовое число
численно равно заряду ядра, выраженному в элементарных электрических зарядах.
Так как атом в целом
электрически нейтрален, то зарядовое число определяет одновременно и число
электронов в атоме.
Число нейтронов в ядре обозначают большой буквой N. Нетрудно
догадаться, что оно равно разнице между массовым и зарядовым числом:

Таким образом, ядро любого
атома обозначается буквенным символом элемента. Вверху указывается значение его
массового числа, а внизу — зарядового.
В общем случае любой
химический элемент периодической таблицы Дмитрия Ивановича Менделеева можно
представить в виде:

где под X
подразумевается символ химического элемента.
Ещё раз уточним, каким образом
определяется число протонов, электронов и нейтронов в ядре атома любого
химического элемента. Во-первых, необходимо посмотреть в таблице Менделеева
порядковый номер интересующего нас химического элемента. Таким образом мы
найдём зарядовое число, то есть количество протонов и электронов в ядре. Затем,
всё в той же таблице, необходимо посмотреть атомную массу этого элемента и
округлить её до целых. Тем самым мы найдём массовое число, то есть общее
количество нуклонов в ядре. И наконец, чтобы определить количество нейтронов в
ядре атома, мы должны будем вычесть из массового числа зарядовое.
На основе новой,
протонно-нейтронной модели строения атомных ядер, было дано объяснение многим
экспериментальным фактам. Так, например, ещё в 1906—1907 годах учёными было
выявлено, что продукт радиоактивного распада урана — ионий и продукт
радиоактивного распада тория — радиоторий имеют те же химические свойства, что
и торий, но отличаются от него атомной массой и характеристиками радиоактивного
распада. При этом атомы обладали одинаковыми химическими свойствами, а отделить
их друг от друга было невозможно никакими химическими методами. Впервые, на
существование таких атомов обратил внимание Фредерик Содди в 1910 году. Он
предложил называть такие разновидности атомов одного и того же химического
элемента изотопами (что по-гречески означает «равноместные»), так как по
своим химическим свойствам они должны быть помещены в одну и ту же клетку
таблицы Менделеева.
На основании многих
экспериментов, было установлено, что изотопы одинаково вступают в химические
реакции и образуют одинаковые соединения. Это говорило о том, что число
электронов в электронных оболочках, а, значит, и заряд ядра у изотопов
одинаковы. Следовательно, ядра изотопов различаются только числом нейтронов.
Иными словами, химические свойства элементов определяются не атомной массой, а
зарядовым числом ядра. Действительно, например, нуклиды водорода-три и гелия-три
имеют близкие по величине атомные массы, но принципиально разные химические
свойства.

Из всех известных на
сегодняшний день изотопов (а они есть у всех химических элементов) только изотопы
водорода имеют названия:

Протий является самым
распространённым изотопом в природе, а его ядро содержит только один протон.
Изотоп дейтерия (его ещё называют тяжёлой водой), содержит в своём ядре один
протон и один нейтрон. Соответственно, у трития — один протон и два нейтрона. В
настоящее время в лабораториях получены изотопы водорода и с большим числом
нейтронов: тремя, четырьмя, пятью и даже шестью.
Следует отметить, что у разных
атомов существует разное количество изотопов. Например, у урана их 26, но
самыми распространёнными в природе являются два — это уран-235 (около 0,7 %), и
уран-238 (чуть более 99 %). Вы, наверное, обратили внимание на то, что мы не
называли зарядового числа изотопов урана. Дело в том, что обычно изотопы
называют по их массовым числам, так как зарядовые числа у них одинаковые.
Отметим, что изотопы бывают
устойчивые (или стабильные) и неустойчивые (то есть радиоактивные). Стабильные
изотопы сохраняются сколь угодно долго.
А нестабильные изотопы со
временем превращаются в другие химические элементы в результате радиоактивных
превращений.
В настоящее время известно
около 280 стабильных изотопов химических элементов и более 2 тыс. радиоактивных
изотопов.
Как правило, природные
элементы представляют собой смесь нескольких изотопов, поэтому возникает
задача их разделения. Как мы уже знаем, магнитное поле искривляет траекторию
движения заряженных частиц. На этом свойстве магнитного поля основано действие
устройства, называемого масс-спектрографом, который используется для
разделения изотопов по массовому числу.
Закрепления материала.

В заключении отметим, что предложенная
Иваненко и Гейзенбергом протонно-нейтронная модель строения ядра впоследствии
полностью была подтверждена экспериментально. Однако оставался нерешённым ещё
один вопрос: почему ядра атомов не распадаются на отдельные нуклоны?
Действительно, ведь мы знаем, что ядра атомов являются весьма устойчивыми
образованиями, хотя в их состав входят одинаково заряженные частицы — протоны.
А поскольку размеры ядер очень малы, то между протонами должны существовать
огромные силы электрического отталкивания — порядка 230 ньютонов, что для
частиц с массой порядка 10–27 степени килограмм является очень
большой силой. Поэтому возникает вопрос: какое взаимодействие препятствует
взаимному отталкиванию между одноимённо заряженными частицами?
Мы знаем, что, кроме
электромагнитных сил, в природе существуют также гравитационные силы. Может
быть, стабилизирующую роль в ядрах играет именно гравитационное взаимодействие
между нуклонами?
Нет, так как расчёты
показывают, что сила гравитационного притяжения между двумя протонами в ядре
пренебрежимо мала по сравнению с силой электростатического отталкивания. Этот
результат позволяет сделать вывод о том, что между ядерными частицами,
по-видимому, действуют силы особой природы, радикально отличающиеся от
гравитационных и электромагнитных сил. Эти силы принято называть ядерными
силами. А так как ядерное взаимодействие во много раз превосходит
электромагнитное, то его ещё называют сильным взаимодействием.
Другой особенностью ядерных
сил является то, что они очень быстро убывают с увеличением расстояния между
ядерными частицами. Проще говоря, они действуют на расстояниях, сравнимыми с
размерами самих ядер.
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 орбитали | s | p | d | f | g |
| Значение орбитального квантового числа l | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Число атомных орбиталей данного типа 2l 1 | 1 | 3 | 5 | 7 | 9 |
| Максимальное количество электронов на орбиталях данного типа | 2 | 6 | 10 | 14 | 18 |
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:
, а не так:
, а не так:
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.
| АО | 1s | 2s | 2p | 3s | 3p | 3d | 4s | 4p | 4d | 4f | 5s | 5p | 5d | 5f | 5g |
| n | 1 | 2 | 2 | 3 | 3 | 3 | 4 | 4 | 4 | 4 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| l | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 2 | 0 | 1 | 2 | 3 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| n l | 1 | 2 | 3 | 3 | 4 | 5 | 4 | 5 | 6 | 7 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
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.
Химические свойства
При нормальных условиях чистый кислород — очень активное вещество, сильный окислитель. В составе воздуха окислительные свойства кислорода не столь явно выражены.
1. Кислород проявляет свойства окислителя(с большинством химических элементов) и свойства восстановителя(только с более электроотрицательным фтором). В качестве окислителя кислород реагирует и с металлами, и с неметаллами. Большинство реакций сгорания простых веществ в кислороде протекает очень бурно, иногда со взрывом.
1.1. Кислород реагирует с фтором с образованием фторидов кислорода:
O2 2F2 → 2OF2
С хлором и бромом кислород практически не реагирует, взаимодействует только в специфических очень жестких условиях.
1.2. Кислород реагирует с серой и кремниемс образованием оксидов:
S O2 → SO2
Si O2 → SiO2
1.3.Фосфоргорит в кислороде с образованием оксидов:
При недостатке кислорода возможно образование оксида фосфора (III):
4P 3O2 → 2P2O3
Но чаще фосфор сгорает до оксида фосфора (V):
4P 5O2 → 2P2O5
1.4.С азотомкислород реагирует при действии электрического разряда, либо при очень высокой температуре (2000оС), образуя оксид азота (II):
N2 O2→ 2NO
1.5. В реакциях с щелочноземельными металлами, литием и алюминием кислород также проявляет свойства окислителя. При этом образуются оксиды:
2Ca O2 → 2CaO
Однако при горении натрияв кислороде преимущественно образуется пероксид натрия:
2Na O2→ Na2O2
А вот калий, рубидий и цезий при сгорании образуют смесь продуктов, преимущественно надпероксид:
K O2→ KO2
Переходные металлы окисляются кислород обычно до устойчивых степеней окисления.
Цинк окисляется до оксида цинка (II):
2Zn O2→ 2ZnO
Железо, в зависимости от количества кислорода, образуется либо оксид железа (II), либо оксид железа (III), либо железную окалину:
2Fe O2→ 2FeO
4Fe 3O2→ 2Fe2O3
3Fe 2O2→ Fe3O4
1.6. При нагревании с избытком кислорода графит горит, образуя оксид углерода (IV):
C O2 → CO2
при недостатке кислорода образуется угарный газ СО:
2C O2 → 2CO
Алмаз горит при высоких температурах:
Горение алмаза в жидком кислороде:
Графит также горит:
Графит также горит, например, в жидком кислороде:
Графитовые стержни под напряжением:
2. Кислород взаимодействует со сложными веществами:
2.1. Кислород окисляет бинарные соединения металлов и неметаллов: сульфиды, фосфиды, карбиды, гидриды. При этом образуются оксиды:
4FeS 7O2→ 2Fe2O3 4SO2
Al4C3 6O2→ 2Al2O3 3CO2
Ca3P2 4O2→ 3CaO P2O5
2.2. Кислород окисляет бинарные соединения неметаллов:
- летучие водородные соединения (сероводород, аммиак, метан, силан гидриды. При этом также образуются оксиды:
2H2S 3O2→ 2H2O 2SO2
Аммиакгорит с образованием простого вещества, азота:
4NH3 3O2→ 2N2 6H2O
Аммиакокисляется на катализаторе (например, губчатое железо) до оксида азота (II):
4NH3 5O2→ 4NO 6H2O
- прочие бинарные соединения неметаллов — как правило, соединения серы, углерода, фосфора (сероуглерод, сульфид фосфора и др.):
CS2 3O2→ CO2 2SO2
- некоторые оксиды элементов в промежуточных степенях окисления (оксид углерода (II), оксид железа (II) и др.):
2CO O2→ 2CO2
2.3. Кислород окисляет гидроксиды и соли металлов в промежуточных степенях окисления в водных растворах.
Например, кислород окисляет гидроксид железа (II):
4Fe(OH)2 O2 2H2O → 4Fe(OH)3
Кислород окисляет азотистую кислоту:
2HNO2 O2 → 2HNO3
2.4. Кислород окисляет большинство органических веществ. При этом возможно жесткое окисление (горение) до углекислого газа, угарного газа или углерода:
CH4 2O2→ CO2 2H2O
2CH4 3O2→ 2CO 4H2O
CH4 O2→ C 2H2O
Также возможно каталитическое окисление многих органических веществ (алкенов, спиртов, альдегидов и др.)
2CH2=CH2 O2 → 2CH3-CH=O
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
2s
2s 2p
![]()
6. Электронная формула кислорода:
8О 1s22s22p4 1s
2s
2s 2p
![]()
7. Электронная формула фтора:
8. Электронная формула магния:
12Mg 1s22s22p63s2 1s
2s
2s 2p
3s
3s
9. Электронная формула алюминия:
13Al 1s22s22p63s23p1 1s
2s
2s 2p
3s
3s 3p
![]()
10. Электронная формула кремния:
14Si 1s22s22p63s23p2 1s
2s
2s 2p
3s
3s 3p
![]()
11. Электронная формула фосфора:
15P 1s22s22p63s23p3 1s
2s
2s 2p
3s
3s 3p
![]()
12. Электронная формула серы:
16S 1s22s22p63s23p4 1s
2s
2s 2p
3s
3s 3p
![]()
13. Электронная формула хлора:
14. Электронная формула аргона:
18Ar 1s22s22p63s23p6 1s
2s
2s 2p
3s
3s 3p
![]()
15. Электронная формула углеродав возбуждённом состоянии:
6C* 1s22s12p3 1s
2s
2s 2p
![]()
16. Электронная формула бериллияв возбуждённом состоянии:
4Be 1s22s12p1 1s
2s
2s 2p
![]()
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 ![]()
У гелия1s-орбиталь полностью заполнена:
2He 1s2 1s ![]()
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
2s
2s
У бериллия2s-подуровень заполнен:
4Be 1s22s2 1s
2s
2s
Далее, у боразаполняется p-подуровень второго уровня:
5B 1s22s22p1 1s
2s
2s 2p
![]()
У следующего элемента, углерода, очередной электрон, согласно правилу Хунда, заполняет вакантную орбиталь, а не заполняет частично занятую:
6C 1s22s22p2 1s
2s
2s 2p
![]()
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
2s
2s 2p
![]()
У натрияначинается заполнение третьего энергетического уровня:
11Na 1s22s22p63s1 1s
2s
2s 2p
3s
3s
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 1s22s22p63s23p64s11s
2s
2s 2p
3s
3s 3p
4s
4s
Для записи дальнейших электронных формул в статье будем использовать сокращенную форму:
19K [Ar]4s1 [Ar] 4s ![]()
У кальция4s-подуровень заполнен:
20Ca [Ar]4s2 [Ar] 4s ![]()
У элемента 21, скандия, согласно энергетическому ряду орбиталей, начинается заполнение 3d-подуровня:
21Sc [Ar]3d14s2 [Ar] 4s
3d
3d
Дальнейшее заполнение 3d-подуровня происходит согласно квантовым правилам, от титанадо ванадия:
22Ti [Ar]3d24s2 [Ar] 4s
3d
3d 23V [Ar]3d34s2 [Ar] 4s
3d
3d
Однако, у следующего элемента порядок заполнения орбиталей нарушается. Электронная конфигурация хроматакая:
24Cr [Ar]3d54s1 [Ar] 4s
3d
3d
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.
