ЛАБОРАТОРНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА "СОСТАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ФОРМУЛ АТОМОВ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ГРАФИЧЕСКИХ СХЕМ, ЗАПОЛНЕНИЕ ИХ ЭЛЕКТРОНАМИ"
Таблица Периодической системы химических элементов графически отображае Периодический закон.
Каждое число в ней характеризуе какую - либо особенность в стоении атомов:
а) порядковый (атомный) номер химического элемента укзывает на заряд его атомного ядра, то есть на число протонов, содержащихся в нем, а так как атом электронейтрален, то и на число электоронов, находящихся вокруг атомного ядра.
Число нейтронов определяют по формуле: N = A - Z ,
где А - массовое число (атомная масса), Z - порядковый номер элемента;
б) номер периода соответствует числу энергетических уровней (электорнных слоев) в атомах элементов данного периода;
в) номер группы соответствует числу электронов на внешнем уровне для элементов гоавных подгрупп и максимальному числу валентных электронов для элементов побочных подрупп.
Изменение металлических и неметаллических свойств элементов
в периодах и группах
1. В пределах одного периода с ростом порядкового номера металлические свойства элементов ослабевают, а неметаллические – усиливаются, так как:
1) растет число ē на внешнем уровне атомов (оно равно номеру группы);
2) число энергетических уровней в пределах периода не изменяется (оно равно номеру периода);
3) радиус атомов уменьшается.
2. В пределах одной и той же группы (главной подгруппы) с ростом порядкового номера металлические свойства элементов усиливаются, а неметаллические ослабевают, так как:
1) число электронов на внешнем уровне атомов одинаково (оно равно номеру группы);
2) число энергетических уровней в атомах растет (оно равно номеру периода);
3) радиус атомов увеличивается.
Доказательства сложности строения атома
1. Ирландский физик Стони ввел понятие «электрон» для обозначения частиц (например, электризация эбонитовой палочки), появление статического электричества на одежде.
2. Катодные лучи – поток электронов из атомов металла, из которого изготовлен катод, вызывали свечение стекла (Томсон и Перрен). Был установлен отрицательный заряд электрона. Этот наименьший заряд принят за единицу = -1.
Томсон установил и массу его, равную 1/1840 массы атома водорода.
3. Радиоактивность – явление, открытое А. Беккерелем. Различают 3 вида радиоактивных лучей:
а) α – лучи, состоящие из α – частиц с зарядом +2 и массой 4;
б) β – лучи – поток электронов; в) γ – лучи – электромагнитные волны.
Следовательно, атом делим и имеет сложное строение.
Таблица 1 Планетарная модель атома (Резерфорда)
Равно числу нуклонов (сумма протонов и нейтронов)
1) р + (имеют массу = 1 и заряд = +1)
Число их равно № элемента;
2) n 0 (имеют массу = 1 и заряд = 0)
Число их N = A r – Z . ( Z – число протонов)
Электронная оболочка
Состоит из электронов
(масса стремится к нулю и заряд = -1);
Число их равно № элемента.
Вся масса атома сосредоточена в ядре
Атом электронейтрален
Атом - электронейтральная система взаимодействующих элементарых частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов
Строение электронных оболочек атомов
Понятие об электронной оболочке атома и энергетических уровнях
1. Электронная оболочка – совокупность электронов, окружающих атомное ядро.
2. В электронной оболочке различают слои, на которых располагаются электроны с различным запасом энергии, их называют энергетические уровни . Число этих уровней равно номеру периода в таблице Менделеева.
3. Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона (около 90%), называется орбиталью .
Размер и форма орбиталей
Рис. 1 Формы s-, p- и d-орбиталей
1) s 2 - электроны; сферическая, симметрична относительно ядра и не имеет направления.
2) р 6 – электроны; гантелеобразные, расположены в атоме взаимно перпендикулярно
Существуют орбитали более сложной формы: d 10 - орбитали и f 14 - орбитали.
Число энергетических уровней (электронных слоев) в атоме равно номеру периода в системе Д.И. Менделеева, к которому принадлежит химический элемент: у атомов элементов первого пеиода - один энергетический уровень, второго периода - два, третьего периода - три, седьмого периода - семь.
Наибольшее число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле:
N = 2 n 2 , где N - максимальное число электронов;
n - номер уровня или главное квнтовое число. (Целое число n , обозначающееномер энергетического уровня, называется главным квантовым числом ).
Энергетические уровни и электронная конфигурация атома
Атом имеет сложное строение. Он состоит из ядра, в состав которого входят протоны и нейтроны, и электронов, вращающихся вокруг ядра атома. Заряд протона равен +1, а масса 1 у.е. Нейтрон - электронейтральная частица, масса примерно 1 у.е. Электрон - заряд равен -1, масса 5,5∙10 -4 у.е. В целом атом электронейтрален, число протонов в ядре атома равно числу электронов в атоме. Электроны в атоме распределяются на энергетических уровнях.
Количество энергетических уровней в атоме определяется номером периода, в котором находится данный элемент. При построении электронных моделей атомов следует помнить, что максимальное количество электронов на энергетическом уровне равно 2 n 2 , где n – номер энергетического уровня. В соответствии с этим на первом, ближайшем к ядру уровне может находиться не более 2 электронов, на втором – не более 8, на третьем – не более 18, на четвертом – не более 32. На наружном энергетическом уровне не может быть более 8 электронов.
Атомные спектры поглощения и испускания однозначно показывают, что все атомы имеют целый ряд возможных энергетических состояний, называемых основным и возбужденными электронными состояниями (рис.1).
Запись распределения электронов в атоме по электронным уровням и подуровням называется его электронной конфигурацией и может быть сделана как для основного, так и возбужденного состояния атома. Для определения конкретной электронной конфигурации атома в основном состоянии существуют следующие три положения:
Принцип заполнения (наименьшей энергии). Электроны в основном состоянии заполняют орбитали в последовательности повышения орбитальных энергетических уровней. Низшие по энергии орбитали всегда заполняются первыми.
Принцип Паули. На любой орбитали может находиться не более двух электронов, причем с противоположно направленными спинами (спин – особое свойство электрона, не имеющее аналогов в макромире, которое упрощенно можно представить как вращение электрона вокруг собственной оси).
Правило Гунда. Вырожденные (с одинаковой энергией) орбитали заполняются одиночными электронами с одинаково направленными спинами, лишь после этого идет заполнение вырожденных орбиталей электронами с противоположно направленными спинами согласно принципу Паули.
Квантовые числа
Главное квантовое число n эквивалентно квантовому числу в теории Бора. Оно в основном определяет энергию электронов на данной орбитали.