Принцип «мінімальної енергії». Електронні формули атомів s-, p-, d-елементів та їхні графічні варіанти
- 21-09-2023, 21:29
- 177
11 клас , Хімія 11 клас Лашевська (рівень стандарту)
Тема 1. Періодичний закон і періодична система хімічних елементів
Доти, доки не було науково обґрунтованих уявлень про модель (або моделі) атома, не можна було пояснити фізичну сутність явища періодичності; тобто закон періодичності й система елементів, які давали змогу пояснити й передбачити багато того, що належить до сфери вивчення матерії, самі не були пояснені - у цьому й полягав їхній певний емпіризм.
Ю. Соловйов
• Грец. έμπειρία — досвід. Поясніть, про що, на вашу думку, ідеться в епіграфі. Перевірте свої міркування за допомогою додаткових джерел інформації.
§ 1. Принцип «мінімальної енергії». Електронні формули атомів s-, p-, d-елементів та їхні графічні варіанти
Після опрацювання параграфа ви зможете:
- називати s-, p-, d-елементи за їхнім місцем у періодичній системі;
- наводити приклади s-, p-, d-елементів;
- складати з урахуванням принципу «мінімальної енергії» електронні формули атомів s- та р-елементів 1-4 періодів, Феруму (d-елемента), а також графічні варіанти цих формул;
- аналізувати відмінності електронних конфігурацій атомів s-, p-, d-елементів (Ферум) 1-4 періодів.
Принцип «мінімальної енергії», електронні формули атомів і графічні варіанти цих формул не є новими для вас поняттями. Щоб з’ясувати, що ви вже знаєте та вмієте, проаналізуйте наведені далі твердження. Оцініть відповідність інформації, закладеної в них, вашим попереднім навчальним здобуткам. Зверніть увагу, що деякі слова пропущено, тож вам доведеться випробувати себе в ролі дешифрувальника чи дешифрувальниці. Успішно впоратися із завданням вам допоможуть рисунки 1.1-1.5 та дружня допомога.
Рис. 1.1. Розташування в просторі 1-s-орбіталі та р-орбіталей
Твердження:
1) частину простору в атомі, де перебування електрона є найімовірнішим, називають електронною ...; 2) електрони з орбіталями ... форми називають s-електронами; 3) електрони з орбіталями гантелеподібної ... називають ...-електронами; 4) електрони займають енергетичні рівні послідовно, за збільшенням їхньої енергії (рис. 1.2): спочатку перший енергетичний рівень, потім - другий, третій тощо. Цей принцип називають «принципом ... енергії»; 5) енергія 3-d підрівня ... за енергію 4-s підрівня; 6) заповнення орбіталей починається з рівня, розташованого найближче до ... атома; 7) електрони, що перебувають в орбіталях однакової форми й розміру, мають однакову ...; 8) електронна ... атома - це умовний запис послідовності його орбіталей із зазначенням кількості електронів у них. Її графічний варіант дає уявлення про кількість спарених і ... електронів в атомі. Частину електронної формули зазвичай замінюють узятим у квадратні дужки символом інертного елемента попереднього періоду. Наприклад, скорочена електронна формула атома Сульфуру така: [...] 3s23p4.
Рис. 1.2. Енергетичні рівні й підрівні
Рис. 1.3. 1. Електронна формула атома Гелію. 2. Графічний варіант електронної формули атома Нітрогену
• Зобразіть графічний варіант електронної формули атома Гелію та запишіть електронну формулу атома Нітрогену.
9) в атомах s-елементів електрони заповнюють ...-підрівень зовнішнього енергетичного рівня, в атомах р-елементів - ...-підрівень зовнішнього енергетичного рівня. В атомах елементів побічних підгруп - d-елементів - передзовнішній d-підрівень заповнюють d-електрони.
• 1. Яка максимальна кількість електронів на третьому енергетичному рівні? 2. Скільки підрівнів на четвертому енергетичному рівні? Шостому тощо? 3. Енергія електронів якого підрівня вища: 1s чи 2s, 2s чи 2р, 3d чи 4s? 4. Заповніть таблицю за зразком:
5. Проаналізуйте речення «Sober Physicists Don’t Find Giraffes Hiding In Kitchens». Висловте припущення, для чого запропоновано цей мнемонічний (грец. τα μνημονιχα - мистецтво запам’ятовування) прийом.
Цікаво і пізнавально
Назви орбіталей (s, р, d та f) походять від якісних характеристик спектральних ліній пов’язаних з ними атомних орбіталей: sharp (гострий), principal (головний), diffuse (розпливчастий), fundamental (фундаментальний). Наступні назви дають за абеткою.
Складати електронні формули атомів s-елементів 1-4 періодів та р-елементів 2 й 3 періодів з огляду на принцип «мінімальної енергії» ви навчилися у 8 класі:
Рис. 1.4. Електронні формули s-елементів 1-4 періодів та р-елементів 2 й 3 періодів
• Проаналізуйте рисунок 1.4 та: а) поясніть, чому в атомах Калію та Кальцію електрони розташовані на 4s-, а не на 3d-підрівні; б) складіть скорочені електронні формули кількох s- та р-елементів на свій розсуд.
Складімо електронну формулу елемента четвертого періоду - Феруму. Електрони в його атомі перебувають на чотирьох енергетичних рівнях. Скорочена електронна формула атома Феруму в основному стані така: [Ar] 3d64s2. Розподіл електронів за енергетичними рівнями та підрівнями в атомі Феруму схематично зображено на рисунку 1.5.
Рис. 1.5
• До яких елементів — s- p- чи d- — належить Ферум? Чому?
http://www.rsc.org/periodic-table
http://periodictable.com/
http://toutestquantique.fr/en/atoms/
ПРО ГОЛОВНЕ
• Електронна орбіталь - частина простору в атомі, де перебування електрона є найімовірнішим.
• Електронні орбіталі розрізняють за розміром і формою.
• Електрони заповнюють орбіталі послідовно за зростанням їхньої енергії.
• Електрони розташовані навколо атомного ядра по енергетичних рівнях.
• Електронна формула атома - це умовний запис послідовності його орбіталей із зазначенням кількості електронів у них. Її графічний варіант дає уявлення про кількість спарених і неспарених електронів в атомі.
• За ознакою забудови відповідного енергетичного рівня хімічні елементи класифікують на s-, р-, d-елементи тощо.
Перевірте себе
- 1. Перетворіть розповідні речення рубрики ПРО ГОЛОВНЕ на питальні. Чи можете ви відповісти на ці запитання без допомоги підручника?
Застосуйте свої знання й уміння
- 2. Порівняйте: a) 1s- і 2s-opбіталi; б) 2s- і 2р-орбіталі; в) 2рх- і 2ру-орбіталі; г) 2рх- і 3рх-орбіталі. Результати порівняння оформте як таблицю або діаграму Венна.
- 3. Визначте кількість енергетичних рівнів в атомах: а) Оксигену; б) Хлору; в) Феруму; г) Цезію.
- 4. Обчисліть максимально можливу кількість електронів на четвертому енергетичному рівні.
- 5. Визначте кількість електронів на другому енергетичному рівні: а) мінімальну й максимально можливу - спарених; б) мінімальну й максимально можливу - неспарених.
- 6. Визначте хімічні елементи за їхніми скороченими електронними формулами: а) [Ar]4s23d5; б) [Kr]5s24d105p6.
- 7. Проаналізуйте електронні формули атомів елементів другого періоду. Який фрагмент у них спільний? Електронній формулі якого хімічного елемента він відповідає? Запишіть скорочені електронні формули атомів кількох хімічних елементів другого періоду. Спрогнозуйте, електронним формулам атомів яких хімічних елементів відповідатимуть фрагменти, повторювані в електронних формулах атомів хімічних елементів наступних періодів.
- 8. Складіть скорочені електронні формули: а) катіона - складника кухонної солі; б) двозарядного аніона найпоширенішего на Землі хімічного елемента; в) тризарядного катіона найпоширенішого в земній корі металічного елемента; в) аніона неметалічного елемента, сполуки якого в складі зубних паст використовують для профілактики карієсу. Порівняйте їх.
- *9. Яка додаткова інформація потрібна, щоб визначити, йон якого хімічного елемента має електронну формулу 1s22s22p63s23p6? Складіть кілька завдань на визначення хімічних елементів 1-20 за електронними формулами їхніх йонів.
Творча майстерня
- 10. Придумайте мнемонічні правила для запам’ятовування принципів заповнення електронами енергетичних рівнів і підрівнів.
- 11. Виготовте: а) моделі s- і р-електронних орбіталей з повітряних кульок округлої й видовженої форм; б) збірно-розбірну модель для демонстрування заповнення електронами орбіталей в атомі (модель може бути площинною або об’ємною, магнітною, з використанням текстильних застібок-липучок тощо на ваш розсуд).
Коментарі (0)