Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
1. Общество с ограниченной ответственностью МедФармИнвест , ООО МедФармИнвест , лицензионное дело № ЛО-50-02- 699-14, адрес места нахождения юридическ...полностью>>
'Документ'
3.3. Материалы, направленные на Конкурс, не рецензируются и не возвращаются; весь материал хранится в архивах ИЦ «Матрица Интеллекта» в течение шести ...полностью>>
'Реферат'
Современные тифлоинформационные технологии в реабилитации незрячих и слабовидящих. /сост.: Николаенко А.В., Рыбников Е. В. – Волгоград: РО ОООИ РСИ ВА...полностью>>
'Документ'
Задача: перед вами 2 рисунка, которые можно истолковать неоднозначно. Необходимо без долгих размышлений дать рисункам несколько интерпретаций. Запишит...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Строение атома 1. Атомное ядро.

Атом – мельчайшая, электронейтральная, химически неделимая частица вещества, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки.

Электронная оболочка – совокупность движущихся вокруг ядра электронов.

Атомное ядро – центральная, положительно заряженная, сложно организованная часть атома, состоящая из нуклонов – протонов и нейтронов, связанных между собой ядерными силами.

Протон р+

Нейтрон n0

Электрон е

Заряд частицы

+1

0

-1

Масса частицы

1,00728 а.е.м.

1,00866 а.е.м.

1/1840 от массы протона

Заряд ядра атома соответствует атомному номеру элемента в периодической системе (Z).

Так как атом - электронейтральная частица, то число протонов должно быть равно числу электронов (число + = числу - ):

N(e-) = N(p) = Z

Массовое число А– складывается из числа протонов и нейтронов в ядре данного атома. Тогда число нейтронов легко найти, вычитая заряд ядра атома из массового числа.

А = N(p) + N(n) N(n) = AZ

Пример: определить число протонов и нейтронов в ядре атома мышьяка с массовым числом 75.

массовое число

75

заряд ядра атома 33 As

Решение: порядковый номер у As – 33. Следовательно, заряд ядра Z= +33, число протонов – 33. Число нейтронов: AZ = 75 – 33 = 42.

Химический элемент – вид атомов, с определённым зарядом ядра.

Природа устроена так, что один и тот же элемент может существовать в виде двух или нескольких изотопов.

Изотопы – атомы с одинаковым зарядом ядра, но разным массовым числом, т.е разным числом нейтронов в ядре.

Поскольку нейтроны практически не влияют на химические свойства элементов, все изотопы одного и того же элемента химически неотличимы.

Пример: изотопы углерода: 12С и 13С. Значит, они отличаются по составу на 1 нейтрон: у 12С – 6 нейтронов, у 14С – 7 нейтронов.

Строение атома 2. Электронное строение атома.

В 1913 году датский физик Н. Бор предложил модель атома, в которой электроны-частицы вращаются вокруг ядра атома примерно так же, как планеты обращаются вокруг Солнца. Бор предположил, что электроны в атоме могут устойчиво существовать только на орбитах, удаленных от ядра на строго определенные расстояния. Эти орбиты он назвал стационарными.

Электронные орбиты в модели Бора обозначаются целыми числами 1, 2, .., n, начиная от ближайшей к ядру. В дальнейшем мы будем называть такие орбиты уровнями (электронными слоями).

Уровни, в свою очередь, могут состоять из близких по энергии подуровней (электронных оболочек). Их обозначают символами s, p, d, f.

Подуровни, в свою очередь, состоят из одинаковых по энергии орбиталей. На каждой орбитали может быть не больше двух электронов.

На схеме орбитали обозначают в виде ячеек: , а электроны - в виде стрелок:  или .

Номер электронного слоя (уровня)

Электронные оболочки

(подуровни)

Максимальное число электронов

n = 1

1s ¨

2e

n = 2

2s ¨

2p ¨¨¨

2e

6e

n = 3

3s ¨

3p ¨¨¨

3d ¨¨¨¨¨

2e

6e

10e

n = 4

4s ¨

4p ¨¨¨

4d ¨¨¨¨¨

4f ¨¨¨¨¨¨¨

2e

6e

10e

14e

Принцип минимума энергии определяет порядок заселения атомных орбиталей, имеющих различные энергии. Согласно принципу минимума энергии, электроны занимают в первую очередь орбитали, имеющие наименьшую энергию. Энергия подуровней растет в ряду:

1s < 2s < 2 p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f5d < 6p < 7s <5f6d...

Следует обратить внимание на неопределенность записи 4f 5d и 5f 6d. Оказалось, что у одних элементов более низкую энергию имеет 4f-подуровень, а у других - 5d-подуровень. То же самое наблюдается для 5f- и 6d-подуровней.

Принцип Паули, который часто называют еще принципом запрета, ограничивает число электронов, которые могут находиться на одной орбитали. Согласно принципу Паули, на любой орбитали может находиться не более двух электронов и лишь если они имеют противоположные спины.

Правило Хунда определяет порядок заселения электронами орбиталей, имеющих одинаковую энергию. Оно было выведено немецким физиком-теоретиком Ф. Хундом в 1927 г. на основе анализа атомных спектров.

Согласно правилу Хунда, заполнение орбиталей одной и той же оболочки происходит таким образом: сначала каждую орбиталь занимают по одному электрону, а затем уже по второму, с противоположным спином.

В результате суммарный спин (и сумма спиновых квантовых чисел) электронов на оболочке, состоящей из нескольких орбиталей, будет максимальным.

Например, атом азота имеет три электрона, находящиеся на 2р-подуровне. Согласно правилу Хунда, они должны располагаться поодиночке на каждой из трех 2р-орбиталей. При этом все три электрона должны иметь параллельные спины:

Электронные конфигурации атомов

Схематическое изображение орбиталей с учетом их энергии называется энергетической диаграммой атома. Она отражает взаимное расположение уровней (электронных слоёв) и подуровней (электронных оболочек) энергии.

На каждом s-подуровне (одна орбиталь) могут находиться два электрона, на каждом p-подуровне (три орбитали) - шесть электронов, на каждом d-подуровне (пять орбиталей) - десять электронов. Правило Хунда определяет порядок заселения орбиталей с одинаковой энергией.

Последовательность заполнения орбиталей у первых 30 атомов:

С помощью принципа минимума энергии, принципа Паули и правила Хунда, можно определить порядок заселения орбиталей электронами и построить электронную формулу любого элемента.

Электронная формула атома – запись распределения электронов по орбиталям в основном (невозбужденном) состоянии атома или его ионов:

1s22s22p63s23p6...

Число электронов на орбиталях данного подуровня указывается в верхнем индексе справа от буквы, например 3d5 - это 5 электронов на 3d-подуровне.

Для краткости записи электронной конфигурации атома вместо орбиталей, полностью заселенных электронами, иногда записывают символ благородного газа, имеющего соответствующую электронную формулу:

1s2 = [He]

1s22s22p6 = [Ne]

1s22s22p63s23p6 = [Ar]

Например, электронная формула атома хлора 1s22s22p63s23p5, или [Ne]3s23p5. За скобки вынесены валентные электроны, принимающие участие в образовании химических связей.

Заполнение электронных оболочек атомов первых 4-х периодов.

Водород(1е): Начинается заполнение первого электронного слоя, оболочка – 1s: Н 1s1

У гелия (2е) на эту оболочку приходит второй электрон, и она полностью заполнена: Не 1s2

ПЕРВЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ СЛОЙ ЗАПОЛНЕН.

Переходим к литию (3е). У него начинает заполняться второй слой, у лития 2 электрона на первом слое и 1 электрон на втором. Второй слой тоже начинается с s-оболочки: Li 1s22s1

У бериллия на этот s-подуровень приходит второй электрон. Затем у бора начинается заполнение следующего подуровня второго слоя: 2p-подуровня:

В 1s22s22p1


У следующих за бором пяти атомов продолжается заполнение 2р-оболочки, вплоть до неона:

Ne 1s22s22p6

ВТОРОЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ УРОВЕНЬ ПОЛНОСТЬЮ ЗАВЕРШЕН.

Начинается третий период – сначала происходит заполнение 3s-оболочки у натрия и магния (это s-элементы), а потом заполняется 3р-оболочка у шести р-элементов: от алюминия до аргона.

Na 1s22s22s63s1
Mg 1s22s22s63s2
Al1s22s22s63s23p1
Si 1s22s22s63s23p2
P 1s22s22s63s23p3
S 1s22s22s63s23p4
Cl 1s22s22s63s23p5
Ar 1s22s22s63s23p6

У аргона - инертного газа на внешнем слое 8 электронов.

Распределение электронов по электронным уровням у атома № 18 - аргона выглядит так: 2,8,8.
При этом третий электронный уровень ещё не заполнен: в нём есть ещё 3d-оболочка (подуровень).

Однако атом № 19 – калий является первым элементом 4 периода, у него идёт заполнение 4s- оболочки (подуровня).

Калий - это s-элемент.

3d-подуровень пока остаётся незаполненным:
K 1s22s22p63s23p64s1
4s-оболочка заполняется и у кальция - элемента № 20. Он тоже s-элемент:
Са 1s22s22p63s23p64s2
И вот ТОЛЬКО у следующих 10 элементов (от скандия до цинка) происходит заполнение 3d-оболочки (подуровня). Это d-элементы.
Sc 1s22s22p63s23p63d14s2
Ti 1s22s22p63s23p63d24s2
V 1s22s22p63s23p63d34s2
У ванадия на d-оболочке 3 электрона, на 4s - 2 электрона.

Казалось бы, что у хрома должно получиться: Сr 3d44s2
Однако у хрома происходит переход одного электрона с s-оболочки на d-оболочку: Сr...3d54s1 Это явление называется ПРОВАЛ ЭЛЕКТРОНА, причина такого явления - более выгодная по энергии полузаполненная d-оболочка.
Соответственно, хром имеет 6 неспаренных электронов!
Дальше у марганца снова происходит "возвращение" электрона на 4s-подуровень: Mn...3d54s2
У атомов с №26 (железо) до № 28 (никель) происходит дальнейшее заполнение 3d-оболочки.

У никеля на d-оболочке 8 электронов, на 4s - 2 электрона. Казалось бы, что у меди должно получиться:

Сu ... 3d94s2.

Однако у меди вновь происходит переход одного электрона с s-оболочки на d-оболочку: Сu ...3d104s1.
Это снова
ПРОВАЛ ЭЛЕКТРОНА, причина которого - более выгодная по энергии полностью заполненная d-оболочка.
И наконец, цинк завершает ряд из 10 d-элементов 4 периода:
Zn 1s
22s22p63s23p63d104s2
ТРЕТИЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ УРОВЕНЬ ЗАВЕРШЕН – на нем теперь 18 электронов.

Со следующего элемента 4 периода - галлия вновь начинается заполнение внешнего электронного слоя (№4), теперь уже 4p-оболочки.

Ga 1s22s22p63s23p63d104s2 4p1

Ge 1s22s22p63s23p63d104s2 4p2
As 1s22s22p63s23p63d104s24p3
Se 1s22s22p63s23p63d104s24p4
Br 1s22s22p63s23p63d104s2 4p5
Kr 1s22s22p63s23p63d104s24p6

Таким образом, мы научились составлять электронные формулы атомов первых 4 периодов.

Электронные формулы ионов.

Ионы – заряженные частицы, они получаются из атомов путем отдачи электронов (тогда образуются катионы) или принятия электронов (образуются анионы).

Примеры: S2- (16+2=18е)

P3+ (15-3=12е)

Na+ (11-1=10е)

Электронная формула иона получается путём добавления или отнятия электронов из электронной формулы атома.

Электроны сначала уходят с внешнего электронного слоя!

Пример: составить электронные формулы ионов: Ca2+; As3- ; Cu2+.

1)Ca0 1s22s22p63s23p64s2 (20е)

Ca2+ 1s22s22p63s23p6

(ушли 2 внешних электрона – 18е, конфигурация инертного газа аргона)

2) As0 1s22s22p63s23p63d10 4s24p3 (33 е)

As3- 1s22s22p63s23p63d10 4s24p6

(добавились ещё 3 электрона на внешний уровень – их стало 8, а всего – 36е: оболочка инертного газа криптона)

3) Cu01s22s22p63s23p63d104s1

(у меди за счёт провала электронов на внешнем слое остался только 1 электрон)

Cu2+1s22s22p63s23p6 3d9 (уходят 2 электрона, сначала ВНЕШНИЙ 4s! )

Изоэлектронные частицы – это атомы и ионы, имеющие одинаковое строение электронной оболочки. Например, ион Са2+ и атом аргона – имеют одинаковую 18- электронную оболочку.

Пример: какие из этих солей образованы изоэлектронными ионами: хлорид натрия, фторид бария, бромид магния, сульфид кальция.

NaCl – Na+(10e), Cl -(18e),

BaF2 – Ba2+(54 e),F - (10e)

MgBr2 – Mg2+(10e), Br - (36e)

CaSCa2+(18e), S2- (18e) – ионы изоэлектронны.

Ответ: CaS

Основное и возбужденное состояние атома.

Основное состояние атома - это наиболее выгодное по энергии состояние, которое получается в результате последовательного заполнения оболочек электронами согласно правилу Хунда и принципу минимума энергии.

Однако, для того, чтобы образовывать СВЯЗИ с другими атомами, атом должен иметь определённое число НЕСПАРЕННЫХ электронов (число неспаренных электронов как раз и определяет ВАЛЕНТНОСТЬ атома).

Поэтому ПРИ НАЛИЧИИ СВОБОДНЫХ ОРБИТАЛЕЙ и при наличии некоторой ЭНЕРГИИ (энергия возбуждения) электроны атома могут РАСПАРИВАТЬСЯ и атом переходит в возбужденное состояние.

При этом число неспаренных электронов, а, следовательно, ЧИСЛО СВЯЗЕЙ, образуемых атомом, УВЕЛИЧИВАЕТСЯ.

Например, у атома серы на третьем, внешнем валентном слое есть 6 электронов.

В невозбуждённом (основном) состоянии число неспаренных электронов равно ДВУМ:

S … 3s2 3p4

↑↓

↑↓

При переходе одного электрона на d – оболочку число неспаренных электронов становится равным ЧЕТЫРЁМ (это первое возбуждённое состояние серы):

S*…3s2 3p3 3d1

↑↓

Но у серы есть ещё одна пара электронов, которая тоже может РАСПАРИТЬСЯ, при этом получается второе возбужденное состояние серы с числом неспаренных электронов, равным ШЕСТИ:

S** …3s1 3p3 3d2

Контрольные вопросы к теме «Строение атома»:



Похожие документы:

Поиск не дал результатов..