Строение атома строение электронных оболочек атомов. Строение электронных оболочек атома: что такое нейтрон, протон и электрон

Основные положения атомно-молекулярной теории. Основные стехиометрические законы химии. Законы сохранения массы вещества, постоянства состава, объемных отношений, Авогадро, эквивалентов. Молярная масса эквивалента. Способы определения атомных и молекулярных масс.

Все веществ состоят из молекул.

Молекула - это наименьшая частица вещества, сохраняющая свойства тогo вещества. Молекулы разрушаются при химических реакциях.

Между молекулами имеются промежутки: у газов - самые большие, у твердых веществ - самые маленькие.

Молекулы двигаются беспорядочно и непрерывно.

Молекулы одного вещества имеют одинаковый состав и свойства, молекулы разных веществ отличаются друг от. друга по составу и свойствам.

Молекулы состоят из атомов.

Атом - это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и электронов.

Химический элемент - вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра.

Атомы одного элемента образуют молекулы простого вещества (02, Н2, О3, Fe...). Атомы разных элементов образуют молекулы сложного вещества (Н20, Na2S04, FeClg...).

Закон сохранения массы

Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

ученым М.В. Ломоносовым.
Закон постоянства состава

Всякое химически чистое соединение независимо от способа его получения имеет вполне определенный состав.

На основании этого закона состав веществ выражается химической формулой с помощью химических знаков и индексов. Например, Н 2 О, СН 4 , С 2 Н 5 ОН и т.п.

Закон постоянства состава справедлив для веществ молекулярного строения.

Состав соединений молекулярного строения, то есть состоящих из молекул, является постоянным независимо от способа получения.
Закон эквивалентов

Химические элементы соединяются друг с другом в строго определенных количествах, соответствующих их эквивалентам.

Эквивалентное соотношение означает одинаковое число моль эквивалентов. Т.о. закон эквивалентов можно сформулировать иначе: число моль эквивалентов для всех веществ, участвующих в реакции, одинаково.

Закон кратных отношений

Кратных отношений закон Дальтона, один из основных законов химии: если два вещества (простых или сложных) образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного вещества, приходящиеся на одну и ту же массу другого вещества, относятся как целые числа, обычно небольшие.

Закон объемных отношений

Гей-Люссак, 1808 г.

"Объемы газов, вступающих в химические реакции, и объемы газов, образующихся в результате реакции, относятся между собой как небольшие целые числа".

Следствие. Стехиометрические коэффициенты в уравнениях химических реакций для молекул газообразных веществ показывают, в каких объемных отношениях реагируют или получаются газообразные вещества.

V 1:V 2:V 3 = ν 1:ν 2:ν 3 .

Периодический закон и периодическая система элементов Д.И.Менделеева. Основные представления о строении атома и ядра. Периодически изменяющиеся и периодически неизменяющиеся свойства атомов и ионов. Варианты периодической таблицы.

Периодические изменения свойств химических элементов обусловлены правильным повторением электронной конфигурации внешнего энергетического уровня (валентных электронов) их атомов с увеличением заряда ядра.

Графическим изображением периодического закона является периодическая таблица. Она содержит 7 периодов и 8 групп.

Период - горизонтальные ряды элементов с одинаковым максимальным значением главного квантового числа валентных электронов.

Номер периода обозначает число энергетических уровней в атоме элемента.

Периоды могут состоять из 2 (первый), 8 (второй и третий), 18 (четвертый и пятый) или 32 (шестой) элементов, в зависимости от количества электронов на внешнем энергетическом уровне. Последний, седьмой период незавершен.

Все периоды (кроме первого) начинаются щелочным металлом (s-элементом), а заканчиваются благородным газом (ns 2 np 6).

Металлические свойства рассматриваются, как способность атомов элементов легко отдавать электроны, а неметаллические - присоединять электроны из-за стремления атомов приобрести устойчивую конфигурацию с заполненными подуровнями.

Группы - вертикальные столбцы элементов с одинаковым числом валентных электронов, равным номеру группы. Различают главные и побочные подгруппы.

Главные подгруппы состоят из элементов малых и больших периодов, валентные электроны которых расположены на внешних ns- и np- подуровнях.

Побочные подгруппы состоят из элементов только больших периодов. Их валентные электроны находятся на внешнем ns- подуровне и внутреннем (n - 1) d- подуровне (или (n - 2) f- подуровне).

В зависимости от того, какой подуровень (s-, p-, d- или f-) заполняется валентными электронами, элементы периодической системы подразделяются на:

s- элементы (элементы главной подгруппы I и II групп),

p- элементы (элементы главных подгрупп III - VII групп),

d- элементы (элементы побочных подгрупп),

f- элементы (лантаноиды, актиноиды).

Состав атома.

Атом состоит из атомного ядра и электронной оболочки.
Ядро атома состоит из протонов (p + ) и нейтронов (n 0).

Для характеристики атомных ядер вводится ряд обозначений. Число протонов, входящих в состав атомного ядра, обозначают символом Z и называют зарядовым числом или атомным номером (это порядковый номер в периодической таблице Менделеева). Заряд ядра равен Ze , где e – элементарный заряд. Число нейтронов обозначают символом N .

Общее число нуклонов (т. е. протонов и нейтронов) называют массовым числом A :

A = Z + N .

Ядра химических элементов обозначают символом , где X – химический символ элемента. Например,
– водород, – гелий, – углерод, – кислород, – уран.

Изотоп - совокупность атомов одного элемента с одинаковым числом нейтронов в ядре (или вид атомов с одинаковым числом протонов и одинаковым числом нейтронов в ядре).
Разные изотопы отличаются друг от друга числом нейтронов в ядрах их атомов.
Обозначение отдельного атома или изотопа: (Э - символ элемента), например: .

Строение электронной оболочки атома

Атомная орбиталь - состояние электрона в атоме. Условное обозначение орбитали - . Каждой орбитали соответствует электронное облако.
Орбитали реальных атомов в основном (невозбужденном) состоянии бывают четырех типов: s , p , d и f
Однотипные орбитали одного уровня группируются в электронные (энергетические) подуровни:
s -подуровень (состоит из одной s -орбитали), условное обозначение - .
p -подуровень (состоит из трех p
d -подуровень (состоит из пяти d -орбиталей), условное обозначение - .
f -подуровень (состоит из семи f -орбиталей), условное обозначение - .
Энергии орбиталей одного подуровня одинаковы.
При обозначении подуровней к символу подуровня добавляется номер слоя (электронного уровня), например: 2s , 3p , 5d означает s -подуровень второго уровня, p -подуровень третьего уровня, d -подуровень пятого уровня.
Общее число подуровней на одном уровне равно номеру уровня n . Общее число орбиталей на одном уровне равно n 2 . Соответственно этому, общее число облаков в одном слое равно также n 2 .
Обозначения: - свободная орбиталь (без электронов), - орбиталь с неспаренным электроном, - орбиталь с электронной парой (с двумя электронами).
Порядок заполнения электронами орбиталей атома определяется тремя законами природы (формулировки даны упрощенно):
1. Принцип наименьшей энергии - электроны заполняют орбитали в порядке возрастания энергии орбиталей.
2. Принцип Паули - на одной орбитали не может быть больше двух электронов.
3. Правило Хунда - в пределах подуровня электроны сначала заполняют свободные орбитали (по одному), и лишь после этого образуют электронные пары.
Общее число электронов на электронном уровне (или в электронном слое) равно 2n 2 .
Распределение подуровней по энергиям выражается рядом (в прядке увеличения энергии):

1s , 2s , 2p , 3s , 3p , 4s , 3d , 4p , 5s , 4d , 5p , 6s , 4f , 5d , 6p , 7s , 5f , 6d , 7p ...

Примеры электронного строения атомов:

Валентные электроны - электроны атома, которые могут принимать участие в образовании химических связей. У любого атома это все внешние электроны плюс те предвнешние электроны, энергия которых больше, чем у внешних.

Например: у атома Ca внешние электроны - 4s 2 , они же и валентные; у атома Fe внешние электроны - 4s 2 , но у него есть 3d 6 , следовательно у атома железа 8 валентных электронов. Валентная электронная формула атома кальция - 4s 2 , а атома железа - 4s 2 3d 6 .

Возьмем мысленно атом любого химического элемента. В каких состояниях находятся в нем электроны? Из предыдущего параграфа ясно, что для каждого электрона необходимо знать значения четырех квантовых чисел, характеризующих его состояние. Но нам пока не известно, сколько электронов находятся в каждом состоянии. Какие состояния более, а какие менее вероятны? Ответ на эти вопросы дают два важнейших принципа (закона). Первый из них открыт в 1925 г. швейцарским физиком В. Паули (1900-1958) и назван его именем - принцип Паули.

Все электроны в атоме находятся в разных состояниях, т.е. характеризуются разными наборами четырех квантовых чисел.

В данном случае понятием «принцип» обозначен один из фундаментальных законов природы, который делает атом тем, что он есть, - микрочастицей вещества с индивидуальной электронной структурой для каждого химического элемента. Роль принципа Паули в природе становится яснее, если представить себе, что он не действует. Тогда электронное окружение ядра атома теряет структурную определенность. Все электроны скатываются в какое-то одно наиболее выгодное состояние.

Следует отметить, что этот закон справедлив для всех фермионов.

Из принципа Паули вытекает следствие, определяющее вместимость орбитали, т.е. число электронов, которые могут образовать единое электронное облако. Выбрав любую из орбиталей, мы фиксируем первые три квантовых числа. Например, для орбитали 2р 2: п = 2, /= 1, mj= 0. Но можно изменять еще спиновое квантовое число m s Получаются два набора квантовых чисел:

Следовательно, орбиталь вмещает не более двух электронов, и в атомах могут быть одно- и двухэлектронные облака.

Два электрона, находящиеся на одной орбитали, называют электронной парой.

Зная вместимость орбитали, легко понять, что вместимость энергетического подуровня равна удвоенному числу орбиталей (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Структура подуровней в атомах

Совокупность электронов одного энергетического подуровня называют подоболочкой атома.

Вместимость энергетического уровня складывается из вместимости подуровней (табл. 5.2). В первой колонке таблицы кроме значений главного квантового числа приведены буквенные обозначения для электронных оболочек атома.

Таблица 5.2

Структура энергетических уровней в атомах

Совокупность электронов одного энергетического уровня называют оболочкой атома.

Реальное заполнение («заселение») орбиталей, подуровней и уровней электронами определяет второй принцип - принцип наименьшей энергии.

Основному (устойчивому) состоянию атома соответствует минимальная суммарная энергия электронов.

Состояния атома с повышенной энергией называются возбужденными. Атом в возбужденном состоянии неустойчив в том смысле, что за очень короткое время (~10 -8 с) переходит в основное состояние, излучая кванты энергии.

Любая физическая система тем устойчивее, чем меньше ее потенциальная энергия. Поэтому мы неизменно наблюдаем, что брошенное тело надает на землю или скатывается с горки вниз, согнутая пружина выпрямляется и т.д. Также и электронные оболочки атомов находятся в устойчивом состоянии, если общий запас энергии электронов минимален. Набор возможных энергетических состояний атома мы уже знаем (см. рис. 5.7). Рассмотрим, как соответствующие подуровни и уровни заселяются электронами. При этом строго выполняется принцип Паули, который имеет приоритетное значение по отношению к принципу наименьшей энергии и не нарушается. Будем изображать электронную структуру атомов с помощью энергетических диаграмм и электронных формул. Энергетическая диаграмма представляет собой часть общей последовательности подуровней (см. рис. 5.7), содержащую заселенные подуровни. В электронной формуле перечисляются заселенные подуровни в порядке возрастания энергии с указанием числа электронов верхними индексами. Первые два элемента периодической системы можно представить диаграммами I и II. Па диаграмме показано, что положение 1л*-уровня в атоме гелия ниже, чем в атоме водорода, так как у гелия заряд ядра больше и электроны сильнее притягиваются к ядру. Вместимость первого энергетического уровня в атоме гелия исчерпана.

У следующих за гелием элементов заселяется второй энергетический уровень. Рассмотрим энергетические диаграммы трех ближайших элементов - лития, бериллия и бора (диаграммы III, IV и V).

У лития и бериллия заселяется подуровень 2s. Пятый электрон атома бора начинает заселение подуровня 2р в соответствии с принципом Паули. У атомов углерода и азота заселение этого подуровня продолжается (диаграммы VI и VII).

В структуре этих элементов проявляется еще одна важная закономерность формирования электронных оболочек - правило Хунда (1927).

Основном} 7 состоянию атома соответствует заселение электронами максимального числа энергетически равноценных орбиталей. При этом электроны имеют одинаковые значения спиновых квантовых чисел (все +1/2 или все -1/2).

При рассмотрении энергетической диаграммы атома кажется, что перенесение электрона между одинаковыми орбиталями 2р не изменяет его энергию. В действительности при движении электронов по разным орбиталям уменьшается отталкивание между ними, за счет чего потенциальная энергия все-таки уменьшается. Электроны, занимающие орбитали поодиночке, называют неспаренными. Далее при изучении природы химических связей мы увидим, что валентность атомов определяется числом неспаренных электронов. Азот имеет три неспаренных электрона, и он действительно трехвалентен. Достаточно вспомнить формулу аммиака NH 3 . Углерод, согласно диаграмме, двухвалентен. Однако при поглощении сравнительно небольшой энергии один электрон переносится с подуровня 25 на подуровень 2р. Углерод переходит в возбужденное состояние с электронной формулой s 2 2s { 2p s . В этом состоянии он имеет четыре неспаренных электрона. Свободный атом может пребывать в возбужденном состоянии лишь очень короткое время. Но, оказываясь в составе молекулы, атом получает добавочные электроны для заселения орбиталей. После этого исключается возможность перехода в основное состояние, и атом углерода остается четырехвалентным. Фактически, энергия, затраченная на возбуждение электрона, компенсируется энергией образования дополнительных химических связей.

Заселение 2р-орби галей вторыми электронами происходит у кислорода, фтора и неона (диаграммы VIII, IX, X). При этом последовательно уменьшается число оставшихся неспаренных электронов и, соответственно, валентность атомов. Это соответствует элементарным знаниям о свойствах кислорода, фтора и неона: кислород двухвалентен, фтор одновалентен, а неон химических связей не образует, т.е. его валентность равна нулю.

Мы увидели, что у элементов от лития до неона заселяется электронами второй энергетический уровень, и именно поэтому они составляют

2- й период таблицы Менделеева. У следующего за неоном натрия начинается заселение третьего энергетического уровня, и далее формируется
3- й период по мере заселения подуровней 35 и 3р. Энергетические диаграммы и электронные формулы элементов от натрия до аргона можно представить в сокращенной форме, обозначив повторяющийся у них набор электронов неона как . Смысл сокращенной электронной формулы заключается в том, что в ней указываются только валентные электроны атома. Остальные электроны, составляющие электронный остов атома , для химии имеют второстепенное значение. В качестве примера напишем сокращенные формулы и диаграммы натрия, кремния и аргона (диаграммы XI, XII и XIII).

Число химических элементов во 2-м и 3-м периодах определяется суммарной вместимостью 5- и /^-подуровней, составляющей восемь электронов. Таким образом, получает физическое объяснение наличие в таблице Менделеева именно восьми групп. Становится понятной и причина наблюдаемого сходства химических элементов в группах. Сравнивая энергетические диаграммы элементов одной и той же группы - лития и натрия, углерода и кремния и т.д., - мы замечаем, что они характеризуются одинаковой заселенностью внешнего энергетического уровня. Из этого вытекает, в первую очередь, одинаковая валентность атомов, чем и обусловлено сходство химических свойств. Но электронные структуры атомов, взятые в целом, различны. От периода к периоду увеличивается число электронных оболочек, что влечет за собой и увеличение радиусов атомов. Поэтому, как уже отмечалось, наряду со сходством наблюдается и определенная направленность в изменении свойств.

Из электронных формул и энергетических диаграмм атомов очевидно, что в группах IA и ПА электроны заполняют внешний 5-подуровень, а в группах I НА-V111А - внешний p-подуровень. Это дает основание для классификации химических элементов на блоки. Первые две группы рассматривают как блок s-элементов, а группы с ША по VIIIА - как блок р -элементов.

В таблице Менделеева имеются еще группы с теми же номерами, но с добавлением символа «В». Как объясняется существование этих групп? Из рис. 5.6 очевидно, что подуровень 3d по энергии находится между подуровнями 45 и 4р. В таблице Менделеева 4-й период, как и предыдущие, начинается двумя 5-элементами - калием ([Аг]45 л) и кальцием (fАг]4л 2). После кальция начинается заселение не подуровня р , как во 2-м и 3-м периодах, а подуровня 3d , вместимость которого составляет 10 электронов. Электроны на ^-подуровне один за другим появляются у скандия и следующих за ним элементов, включая цинк. Они входят в блок d-элементов. Нумерация групп d-элементов основана на том, что в группах с III по VIII имеется одинаковое число электронов на двух верхних подуровнях как у р-элементов (5- и р-подуровни), так и у d-элементов (5- и d-подуровни). Группы IB и ПВ нумеруются по заселенности внешнего 5-подуровня, подобно 5-элементам.

Четвертый период завершают p-элементы, следующие за цинком. Заполненный Зг/-нодуровень у них энергетически стабилизируется и становится ниже подуровня As. Это объясняется разным ходом понижения энергии орбиталей 45- и 3^/-подуровней по мере увеличения заряда ядра атома (рис. 5.9).

Рис. 5.9.

Пример 5.1. Напишите сокращенные электронные формулы железа и криптона.

Решение. Как у железа, так и у криптона ближайший предшествующий благородный газ - аргон (Z = 18). У железа (Z = 26) на заполнение верхних 45- и Зб/-подуровней остается восемь электронов. Пишем формулу 45 2 3rf 6 . У криптона (Z = 36) добавляется еще 10 электронов, которые полностью заселяют подуровни 3d и Ар. Заполненный 3d -подуровень ставим в формуле до 45-подуровня: [Аг]3 10 45 2 4/? 6 .

Пятый период таблицы Менделеева по структуре аналогичен четвертому. Оба они содержат по 18 химических элементов. В 5-м периоде рубидий и стронций принадлежат к 5-блоку элементов, 10 элементов от иттрия до кадмия принадлежат к d-блоку и оставшиеся шесть элементов от индия до ксенона - к р- блоку.

Далее следуют самые длинные 6-й и 7-й периоды, содержащие но 32 элемента. В 6-м периоде добавляется семейство из 14 химических элементов - от лантана до иттербия, называемых лантаноидами , а в 7-м - аналогичное семейство актиноидов - от актиния до нобелия. В их атомах заполняются электронами 4/- и 5/-подуровни соответственно. Лантаноиды и актиноиды составляют блок /-элементов. Вследствие особых характеристик орбиталей /-подуровней, все лантаноиды и все актиноиды проявляют между собой большое сходство но химическим свойствам.

Пример 5.2. Чем объясняется, что семейства /-элементов содержат по 14 химических элементов?

Решение. В соответствии с формулой 2/+1 подуровень f (1 = 3) состоит из семи орбиталей. Поэтому его вместимость 14 электронов, и постепенное заполнение /-подуровня происходит у 14 химических элементов.

Таким образом, краткий обзор электронной структуры атомов в общих чертах раскрывает физическую основу периодичности изменения свойств химических элементов и, следовательно, периодического закона Д. И. Менделеева. Коротко можно сказать, что периодический закон является следствием принципа Паули и принципа наименьшей энергии.

8 класс

Тема урока

«Строение электронных оболочек атомов».

Цель урока:

Рассмотрение модели строения атома.

Введение понятия «электронное облако», «электронная орбиталь» , «движение без траектории».

Рассмотрение модели энергетических состояний атома.

Задачи урока :

Образовательные: формирование представления об электронной оболочке атома и энергетических уровнях, рассмотрение электронного строения некоторых элементов, развитие умений по составлению электронных формул атомов, определению элементов по их электронным формулам, определение состава атома.

Воспитательные : рассмотрение значимости работы русского химика Д.И.Менделеева ;

Развивающие: формирование умений работать с периодической системой, логически мыслить и оформлять результаты логических операций, проводить параллели между химическими понятиями, изучаемыми в теме.

Ход урока

Организационные моменты.

Доброе утро, ребята, уважаемые гости! Меня зовут Ирина Александровна Губская, я– учитель химии, представляю Раменский муниципальный район, Удельнинскую гимназию.

Нам сегодня вместе предстоит продолжить постигать тайны и загадки, которыми полна наука «химия».Вы только в этом году начали изучать этот удивительно интересный, но вместе с тем сложный предмет, но наверняка многое уже знаете.

Тема нашего урока «Строение электронных оболочек атомов» (запишем в тетрадях).

Ребята, вам хочется увидеть атомы, электроны?...Можно ли это сделать?...

Можно….в воображении. Умозрительно. Мы многое видим умозрительно, почему бы не увидеть атом или электрон? Давайте попробуем. Итак, в путь!

Наша общая задача на уроке – продолжить изучение темы «Атомы химических элементов», нам предстоит актуализировать знания о строении атома и познакомиться со строением электронных оболочек атомов.

2. Объяснение нового материала

Поэт В.Брюсов в 1922 году под впечатлением от удивительных открытий физиков написал:

Быть может, эти электроны-

Миры, где пять материков,

Искусства, знанья, войны, троны

И память сорока веков!

Еще, быть может, каждый атом-

Вселенная, где сто планет;

Там – все, что здесь, в объеме сжатом,

Но также то, чего здесь нет.

? Как вы понимаете эти строки?

Может быть… Сходство электронов и атомов с астрономическими объектами пока не подтвердилось, но того, «чего здесь нет», оказалось более чем достаточно, и об этом вы будете узнавать на уроках химии и физики.

Науке потребовалось более 2000 лет, чтобы определить, на что он похож. И даже сейчас он все еще остается для нас загадкой.

Предлагаю вам заполнить анкету от имени атома.

Анкета.

1. Имя Атом

2. Место обитания любое тело в газообразном, жидком, твердом агрегатном состоянии

3. Поразительные

качества невероятная малость

4. Строение атома

? А из чего состоит атом? (схема)

Атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него электронов

? А из чего состоит ядро атома?

Из протонов и нейтронов

А движущиеся вокруг ядра электроны образуют электронную оболочку

В начале ХХ в. была принята планетарная модель строения атома , согласно которой вокруг ядра движутся электроны, как планеты вокруг солнца. Следовательно, в атоме есть траектории, по которым движется электрон. Однако дальнейшие исследования показали, что в атоме не существует траекторий движения электронов. Движение без траектории означает, что мы не знаем, как электрон движется в атоме, но можем установить область, где чаще всего встречается электрон. Это уже не орбита, а орбиталь.

Двигаясь вокруг атома, электроны образуют в совокупности его электронную оболочку .

Совокупность всех электронов, окружающих ядро, называется электронной оболочкой (записываем определение)

? Давайте выясним, как движутся электроны вокруг ядра?

? Беспорядочно или в определенном порядке? Оказывается, движение электронов происходит в определенном порядке.

Электроны в атоме различаются определенной энергией, и, как показывают опыты, одни притягиваются к ядру сильнее, другие слабее. Объясняется это удаленностью электронов от ядра. Чем ближе электроны к ядру, тем больше связь их с ядром, но меньше запас энергии. По мере удаления от ядра атома сила притяжения электрона к ядру уменьшается, а запас энергии увеличивается. Каждый электрон в зависимости от своей энергии будет находиться на определенном расстоянии от ядра. Так образуются электронные слои в электронной оболочке атома.

Каждый слой состоит из электронов с близкими значениями энергии, поэтому слои электронов называют энергетическими уровнями .

Электронный слой, состоящий из электронов с близкими значениями энергии, называется энергетическим уровнем . (записываем определение)

? А как же определить, сколько слоев (энергетических уровней) в атоме того или иного элемента?

- Число уровней определяется номером периода, в котором располагается элемент.

Например:

У Na -2 энергетических уровня, т.к. он находиться во 2 периоде

У N – 3, 3 период

У Fe – 4 , 4 период

? А сколько электронов может находиться на каждом энергетическом уровне?

Максимальное число электронов, которое может находиться на том или ином энергетическом уровне, определяется по формуле

N = 2n 2

Где N - максимальное число электронов на уровне;

n – номер энергетического уровня.

Например:

1 энергетический уровень, n =1, N =2

n =2, N=8

Каждый уровень вмещает не больше рассчитанного количества электронов.

Если электронный слой содержит максимально возможное число электронов, то его называют завершенным . Электронные слои, не содержащие максимального числа электронов, называют незавершенными .

Как ранее было сказано, электрон движется не по орбите, а по орбитали и не имеет траектории.

Пространство вокруг ядра, где наиболее вероятно нахождение данного электрона, называется орбиталью этого электрона, или электронным облаком.

(записываем определение)

Орбитали, или подуровни , как их еще называют, могут иметь разную форму, и их количество соответствует номеру уровня, но не превышает четырех. Первый энергетический уровень имеет один подуровень (s ), второй- два (s , p ), третий – три (s , p , d ) и т.д. Электроны, находящиеся на одном энергетическом уровне тоже отличаются друг от друга.

Электроны разных подуровней одного и того же уровня имеют разную форму

электронного облака: сферическую (s ), гантелеобразную (p ) и более сложную конфигурацию.

S - орбиталь - это просто шарик. Путь электрона по ней напоминает путь нитки, которую наматывают на клубок. С нее начинается каждый уровень.

P – орбиталь похожа на объемную восьмерку или перекрученную сосиску, и вместе перекрутки расположено ядро. Таких орбиталей на каждом энергетическом уровне -3, они располагаются под углом 90 – как оси координат.

D - орбиталь – это две p-орбитали, соединенные центрами – как объемная четырехлепестковая ромашка, их на подуровне может быть 5.

F – орбиталь имеет более сложную форму, ее трудно описать словами.

Представьте путь своей мысли при решении системы уравнений с 3 неизвестными – это примерно такой же сложности.

Каждая орбиталь вмещает максимум 2 электрона с противоположными спинами.

Спин - это условное направление движения электрона вокруг своей оси – оно может быть либо по часовой стрелке, либо против. Только электроны с разными спинами уживаются на одной орбитали, т.к. отталкивание их из-за одноименных зарядов частично гасится.

Составим схему последовательного заполнения электронами энергетических уровней.

2 ē 8 ē 18 ē

n=1 n=2 n=3

s s p s p d

2ē 2ē 6ē 2ē 6ē 8ē

Теперь мы можем составить схему строения электронных оболочек атомов:

Определяем общее число электронов на оболочке по порядковому номеру элемента.

Определяем число энергетических уровней в электронной оболочке. Их число равно номеру периода в таблице Д. И. Менделеева, в котором находится элемент.

Определяем число электронов на каждом энергетическом уровне.

Используя для обозначения уровня арабские цифры и обозначая орбитали буквами s и p , а число электронов данной орбитали арабской цифрой вверху справа над буквой, изображаем строение атомов более полными электронными формулами.

Пример:

Ядро атома водорода имеет заряд +1, поэтому вокруг его ядра движется только один электрон на единственном энергетическом уровне. Запишем электронную конфигурацию атома водорода

Элемент № 3- литий. Ядро лития имеет заряд +3,следовательно, в атоме лития три электрона. Два из них находятся на первом энергетическом уровне, а третий электрон начинает заполнять второй энергетический уровень. Сначала заполняется s -орбиталь первого уровня, потом s -орбиталь второго уровня.

Свойства элементов изменяются периодически. У всех атомов семейств элементов (щелочные металлы, галогены, благородные газы) на внешнем энергетическом уровне одинаковое число электронов.

У щелочных металлов – 1 электрон

У галогенов – 7 электронов

У благородных газов – внешний уровень их атомов завершен, 8 электронов

Вывод: свойства химических элементов периодически (через определенные промежутки – периоды) повторяются потому, что периодически повторяется одинаковое строение внешних энергетических уровней их атомов.

3. Закрепление

Вариант 1

Заряд ядра атома АЗОТА равен

а)7 б)13 в)4 г)26 д)11

Число протонов в ядре атома КРИПТОНА равно

а)36 б)17 в)4 г)31 д)6

3 .Число нейтронов в ядре атома ЦИНКА равно

а)8 б)35 в)11 г)30 д)4

4 .Число электронов в атоме ЖЕЛЕЗА равно

а)11 б)8 в)56 г)26 д)30

Вариант 2

Максимальное число электронов на 4 энергетическом уровне

а) 32 б)36 в)16 г)24

Число электронных уровней у атома кальция равно

а)1 б)2 в)3 г)4

3.Число электронов на внешнем уровне атома БРОМА равно

а) 7 б) 6 в)5 г)4

4.Общее число s -электронов у атома ЛИТИЯ равно

а) 1 б)2 в)3 г)4

Электронная формула внешнего уровня 2s2 2p 6 соответствует атому

а) кислорода б) серы

в) фтора г) неона

Подведение итогов. Рефлексия .

Домашнее задание : записи в тетради, 8, упр. по карточкам

Домашнее задание:

1. Изобразите строение атомов следующих элементов:

1 вариант

фосфора

2 вариант

Магния

2 . Сравните строение атомов

1 вариант

бора и фтора

2 вариант

кислорода и серы

3 . По данным о распределении валентных электронов найдите элемент :

а) 2s 1

б) 2s 2 2p 4

в) 3s 2 3p 6

г) 3d 10 4s 1

д) 4s 2 4p 3

е) 4s 2 4p 5

ж) 3s 2 3p 4

Давайте подведем итоги урока.

? Что мы сегодня узнали нового?

Электрон не имеет траектории и движение его происходит по орбитали.

По схеме последовательного заполнения электронами энергетических уровней научились составлять электронные формулы элементов.

Научились по электронным формулам определять химический элемент.

«Далеко лежит за пределами нашего чувства вся природа начал»

Тит Лукреций Кар

I в. до н.э.

В приведенных словах древнеримского поэта сконцентрирована вся трудность устройства атома.

Но мы его попытались описать,используя математические подходы и формулы.

У вас на столах находятся карточки для самооценки урока. Отметьте,пожалуйста, «+» или «-» свою самооценку. Я рада была с вами познакомиться. Молодцы, вы хорошо работали, хочется отметить, спасибо за сотрудничество. До свидания, урок окончен, успехов вам в изучении химии.

Выдающийся датский физик Нильс Бор (Рис. 1) предположил, что электроны в атоме могут двигаться не по любым, а по строго определенным орбитам.

При этом электроны в атоме различаются своей энергией. Как показывают опыты, одни из них притягиваются к ядру сильнее, другие - слабее. Главная причина этого заключается в разном удалении электронов от ядра атома. Чем ближе электроны к ядру, тем они прочнее связаны с ним и их труднее вырвать из электронной оболочки. Таким образом, по мере удаления от ядра атома запас энергии электрона увеличивается.

Электроны, движущиеся вблизи ядра, как бы загораживают (экранируют) ядро от других электронов, которые притягиваются к ядру слабее и движутся на большем удалении от него. Так образуются электронные слои.

Каждый электронный слой состоит из электронов с близкими значениями энергии; поэтому электронные слои называют еще энергетическими уровнями.

Ядро находится в центре атома каждого элемента, а электроны, образующие электронную оболочку, размещаются вокруг ядра слоями.

Число электронных слоев в атоме элемента равно номеру периода, в котором находится данный элемент.

Например, натрий Na - элемент 3-го периода, значит, его электронная оболочка включает 3 энергетических уровня. В атоме брома Br - 4 энергетических уровня, т. к. бром расположен в 4-м периоде (Рис. 2).

Модель атома натрия: Модель атома брома:

Максимальное число электронов на энергетическом уровне рассчитывается по формуле: 2n 2 , где n - номер энергетического уровня.

Таким образом, максимальное число электронов на:

3 слое - 18 и т. д.

У элементов главных подгрупп номер группы, к которой относится элемент, равен числу внешних электронов атома.

Внешними называют электроны последнего электронного слоя.

Например, в атоме натрия - 1 внешний электрон (т. к. это элемент IА подгруппы). В атоме брома - 7 электронов на последнем электронном слое (это элемент VIIА подгруппы).

Строение электронных оболочек элементов 1-3 периодов

В атоме водорода заряд ядра равен +1, и этот заряд нейтрализуется единственным электроном (Рис. 3).

Следующий за водородом элемент - гелий, тоже элемент 1-го периода. Следовательно, в атоме гелия 1 энергетический уровень, на котором размещаются два электрона (Рис. 4). Это максимально возможное число электронов для первого энергетического уровня.

Элемент № 3 - это литий. В атоме лития 2 электронных слоя, т. к. это элемент 2-го периода. На 1 слое в атоме лития находится 2 электрона (этот слой завершен), а на 2 слое -1 электрон. В атоме бериллия на 1 электрон больше, чем в атоме лития (Рис. 5).

Аналогично можно изобразить схемы строения атомов остальных элементов второго периода (Рис. 6).

В атоме последнего элемента второго периода - неона - последний энергетический уровень является завершенным (на нем 8 электронов, что соответствует максимальному значению для 2-го слоя). Неон - инертный газ, который не вступает в химические реакции, следовательно, его электронная оболочка очень устойчива.

Американский химик Гилберт Льюис дал объяснение этому и выдвинул правило октета, в соответствии с которым устойчивым является восьмиэлектронный слой (за исключением 1 слоя: т. к. на нем может находиться не более 2 электронов, устойчивым для него будет двухэлектронное состояние).

После неона следует элемент 3-го периода - натрий. В атоме натрия - 3 электронных слоя, на которых расположены 11 электронов (Рис. 7).

Рис. 7. Схема строения атома натрия

Натрий находится в 1 группе, его валентность в соединениях равна I, как и у лития. Это связано с тем, что на внешнем электронном слое атомов натрия и лития находится 1 электрон.

Свойства элементов периодически повторяются потому, что у атомов элементов периодически повторяется число электронов на внешнем электронном слое.

Строение атомов остальных элементов третьего периода можно представить по аналогии со строением атомов элементов 2-го периода.

Строение электронных оболочек элементов 4 периода

Четвертый период включает в себя 18 элементов, среди них есть элементы как главной (А), так и побочной (В) подгрупп. Особенностью строения атомов элементов побочных подгрупп является то, что у них последовательно заполняются предвнешние (внутренние), а не внешние электронные слои.

Четвертый период начинается с калия. Калий - щелочной металл, проявляющий в соединениях валентность I. Это вполне согласуется со следующим строением его атома. Как элемент 4-го периода, атом калия имеет 4 электронных слоя. На последнем (четвертом) электронном слое калия находится 1 электрон, общее количество электронов в атоме калия равно 19 (порядковому номеру этого элемента) (Рис. 8).

Рис. 8. Схема строения атома калия

За калием следует кальций. У атома кальция на внешнем электронном слое будут располагаться 2 электрона, как и у бериллия с магнием (они тоже являются элементами II А подгруппы).

Следующий за кальцием элемент - скандий. Это элемент побочной (В) подгруппы. Все элементы побочных подгрупп - это металлы. Особенностью строения их атомов является наличие не более 2-х электронов на последнем электронном слое, т. е. последовательно заполняться электронами будет предпоследний электронный слой.

Так, для скандия можно представить следующую модель строения атома (Рис. 9):

Рис. 9. Схема строения атома скандия

Такое распределение электронов возможно, т. к. на третьем слое максимально допустимое количество электронов - 18, т. е. восемь электронов на 3-м слое - это устойчивое, но не завершенное состояние слоя.

У десяти элементов побочных подгрупп 4-го периода от скандия до цинка последовательно заполняется третий электронный слой.

Схему строения атома цинка можно представить так: на внешнем электронном слое - два электрона, на предвнешнем - 18 (Рис. 10).

Рис. 10. Схема строения атома цинка

Следующие за цинком элементы относятся к элементам главной подгруппы: галлий, германий и т. д. до криптона. В атомах этих элементов последовательно заполняется 4-й (т. е. внешний) электронный слой. В атоме инертного газа криптона будет октет на внешней оболочке, т. е. устойчивое состояние.

Подведение итога урока

На этом уроке вы узнали, как устроена электронная оболочка атома и как объяснить явление периодичности. Познакомились с моделями строения электронных оболочек атомов, с помощью которых можно предсказать и объяснить свойства химических элементов и их соединений.

Список литературы

Оржековский П.А. Химия: 8-й класс: учеб для общеобр. учрежд. / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. - М.: Астрель, 2013. (§44)
Рудзитис Г.Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§37)
Хомченко И.Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. - М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008. (с. 37-38)
Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. - М.: Аванта+, 2003. (с. 38-41)

Chem.msu.su ().
Dic.academic.ru ().
Krugosvet.ru ().

Домашнее задание

с. 250 №№ 2-4 из учебника П.А. Оржековского «Химия: 8-й класс» / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. - М.: Астрель, 2013.
Запишите распределение электронов по слоям в атоме аргона и криптона. Объясните, почему атомы этих элементов с большим трудом вступают в химическое взаимодействие.