Електронна будова атомів
- 15-11-2023, 05:40
- 167
11 клас , Хімія 11 клас Попель, Крикля (рівень стандарту)
§ 2. Електронна будова атомів
Матеріал параграфа допоможе вам:
- пригадати стан електронів в атомі;
- застосовувати принцип найменшої енергії при складанні електронних формул атомів;
- дізнатися про електронну будову атомів елементів 4-го періоду;
- класифікувати елементи за електронною будовою атомів.
Електрони в атомі. Електрон — дуже дрібна частинка. Його розміри, траєкторію руху визначити неможливо. Вам відомо, що частину простору атома, в якій перебування електрона є найбільш імовірним, називають орбіталлю. Розрізняють сферичні, або s-орбіталі, гантелеподібні, або р-орбіталі, та складніші за формою d- і f-орбіталі (мал. 2). р-Орбіталі орієнтовані вздовж осей х, у і z; їх позначають з відповідними нижніми індексами: pх, ру, pz.
Мал. 2. Орбіталі: а — s-орбіталь; б — одна із р-орбіталей; в — три р-орбіталі в одному атомі; г — одна із d-орбіталей
1 Цю властивість електрона ототожнюють із напрямом його обертання навколо своєї осі (за годинниковою стрілкою чи проти неї).
Чим компактніша орбіталь, у якій рухається електрон, тим його енергія менша.
Енергія електронів. Сучасна модель будови атома враховує енергію електронів, яку можна визначити досить точно. Електрони розміщуються в атомі так, щоб їхня енергія була мінімальною. Це — принцип найменшої енергії; він визначає електронну будову атома.
Електрони в атомі розподіляють за енергетичними рівнями і підрівнями (схема 1). Кожний енергетичний рівень заповнюють електронами з однаковою чи дуже близькою енергією. Електрони першого рівня мають найменшу енергію, оскільки рухаються поблизу ядра атома. Другий рівень займають електрони з вищою енергією, третій — зі ще вищою і т. д. Електрони, які заповнюють останній енергетичний рівень, називають зовнішніми.
Схема 1
Енергетичні рівні
Кількість енергетичних рівнів атома, на яких перебувають електрони, збігається з номером періоду, де міститься елемент.
Номер енергетичного рівня вказує на кількість підрівнів у ньому. Так, перший рівень має один підрівень (1s), другий — два (2s, 2р), третій — три (3s, 3р, 3d) і т. д. (схема 1). Позначення кожного підрівня таке саме, що й відповідної орбіталі.
• Які максимальні кількості електронів можуть перебувати на 1-му і 2-му енергетичних рівнях?
Електронна будова атомів. Послідовність заповнення електронами рівнів і підрівнів в атомах узгоджується зі схемою 1:
Електрони в атомах елементів 1-го періоду Гідрогену і Гелію перебувають в s-орбіталі першого енергетичного рівня. Електронні формули цих атомів — 1s1 і 1s2 відповідно. Загальна електронна формула атомів елементів 1-го періоду — 1sn (n = 1, 2).
В атомах елементів 2-го періоду з’являються електрони в s- і p-орбіталях другого енергетичного рівня. Загальна електронна формула атомів цих елементів — 1s22sn2pm (n= 1, 2; m = 0, 1, ..., 6). Приклад електронної формули атома Нітрогену та її графічний варіант:
Звертаємо вашу увагу на те, що кожний із трьох p-електронів «займає» окрему орбіталь, оскільки два електрони в одній орбіталі зазнають взаємного відштовхування.
Часто електронна формула містить символ інертного елемента у квадратних дужках [He]2s22p3. Це означає, що внутрішня електронна оболонка атома Нітрогену така сама, як і в атома Гелію. У скорочених електронних формулах записують лише зовнішні електрони: ...2s22p3.
Заповнення електронами орбіталей в атомах елементів 3-го періоду відбувається аналогічно; зовнішні електрони розташовуються в s- і р-орбіталях 3-го енергетичного рівня.
• Зобразіть графічний варіант скороченої електронної формули атома Силіцію.
В атомах елементів 4-го періоду Калію і Кальцію, згідно з принципом найменшої енергії (схема 1), зовнішні електрони розміщуються в 4s-орбіталі, а не в 3d-орбіталях:
Цікаво знати
Атоми d-елементів 4-го періоду, перетворюючись на катіони, спочатку втрачають 4s-електрони, потім — 3d-електрони.
Атом Скандію містить на один електрон більше, ніж атом Кальцію. Цей електрон «займає» одну із п’яти 3d-opбiτaлeй (форзац І). У кількох наступних елементів 4-го періоду в d-орбіталі спочатку надходить по одному електрону, потім у кожній орбіталі розміщується другий електрон. Наводимо електронну формулу та її графічний варіант для атома Феруму:
Важливо знати, що кількість зовнішніх електронів в атомах елементів головних підгруп збігається з номером групи періодичної системи.
Електронна будова атомів і класифікація елементів. Залежно від типу орбіталі, в яку надходить «останній» електрон при формуванні електронної будови атома, розрізняють s-елементи, р-елементи, d-елементи і f-елементи1.
1 Клітинки з елементами кожного типу в періодичній системі забарвлені у відповідні кольори (форзац І).
s-Елементи (крім Гелію) перебувають у головних підгрупах І та II груп, а p-елементи — у головних підгрупах III—VIII груп.
• До s- чи p-елементів належать Сульфур, Барій, Калій, Неон, Йод?
В усіх побічних підгрупах містяться d-елементи. Лантаноїди і актиноїди, які належать до III групи, є f-елементами; їх винесено за межі основного поля періодичної системи (форзац І).
За кількістю зовнішніх електронів в атомі можна визначати характер хімічного елемента — металічний, неметалічний. Атоми металічних елементів мають, як правило, 1—3 зовнішніх електрони, атоми неметалічних елементів — від 4 до 8-ми таких електронів.
• Які неметалічні елементи 1—2-го періодів є винятками?
Існують винятки і серед металічних елементів. Атоми Стануму та Плюмбуму містять по чотири зовнішніх електрони, а атом Бісмуту — п’ять.
ВИСНОВКИ
Електрони в атомі перебувають у ділянках простору, які називають орбіталями. За формою розрізняють s-, р-, d- і f-орбіталі. Електрони розміщуються в орбіталях так, щоб їхня енергія була мінімальною.
Згідно з моделлю атома, яка враховує енергію електронів, ці частинки розподіляють за енергетичними рівнями та підрівнями. Чим більший номер енергетичного рівня, тим вища енергія електрона.
В атомах елементів 1-го періоду електрони заповнюють 1s-орбіталь, в атомах елементів 2-го і 3-го періодів — 2s- і 2р-орбіталі або 3s- і 3р-орбіталі відповідно. В атомах елементів 4-го періоду електрони спочатку надходять у 4s-орбіталь, а потім заповнюються 3d- і 4р-орбіталі.
Зважаючи на тип орбіталі, в якій розміщений «останній» електрон атома, розрізняють s-, p-, d- і f-елементи.
Атоми металічних елементів мають 1—3 зовнішніх електрони, атоми неметалічних елементів — 4—8 зовнішніх електронів.
- 12. Однакову чи різну енергію мають електрони, які перебувають в одній орбіталі?
- 13. У якій орбіталі енергія електрона нижча:
а) 2s чи 2р;
б) 1s чи 2s;
в) 3р чи 2s?
- 14. В атомі якого елемента 2-го періоду найбільша кількість:
а) спарених електронів;
б) неспарених електронів?
- 15. Визначте кількість енергетичних рівнів з електронами в атомах елементів, що мають протонні числа 7, 14, 20.
- 16. Знайдіть у поданому переліку елемент із найбільшою кількістю електронів на зовнішньому енергетичному рівні: F, Mg, S. Запишіть електронну формулу його атома.
- 17. Назвіть елементи, атоми яких мають наведені нижче електронні формули:
а) [He]2s22p1;
б) [Ne]3s23p5;
в) [Ar]4s2.
- 18. Складіть загальну скорочену електронну формулу атомів елементів:
а) 3-го періоду;
б) головної підгрупи V групи.
- 19. Доведіть періодичність у зміні електронної будови атомів зі зростанням зарядів ядер на прикладі елементів 2-го і 3-го періодів.
- 20. Чи завжди електрон на енергетичному рівні з більшим номером має вищу енергію, ніж електрон на енергетичному рівні з меншим номером? Відповідь підтвердьте прикладами.
- 21. Скориставшись періодичною системою, з’ясуйте, яких хімічних елементів більше — p-елементів чи d-елементів.
- 22. Які елементи — металічні або неметалічні — переважають:
а) серед s-елементів;
б) серед р-елементів?
Коментарі (0)