Лекция: Строение электронных оболочек атомов элементов первых четырех периодов: s-, p- и d-элементы
Строение атома
XX столетие является временем изобретения "модели строения атома". Исходя из предоставленного строения, удалось выработать следующую гипотезу: вокруг достаточно маленького по объему и размеру ядра, электроны совершают перемещения, схожие с перемещением планет вокруг Солнца. Последующее изучение атома показало, что сам атом и его строение гораздо сложнее, чем было установлено раньше. И в настоящее время, при огромных возможностях в научной сфере, атом исследован не до конца. Такие составляющие, как атом и молекулы, считаются предметами микромира. Поэтому данные части человек не способен рассмотреть самостоятельно. В этом мире установлены совершенно иные законы и правила, отличающиеся от макромира. Исходя из этого, исследование атома ведется на его модели.
Любому атому присвоен порядковый номер, закрепленный в Периодической таблице Менделеева Д.И. К примеру, порядковый номер атома фосфора (Р) - 15.
Итак, атом состоит из протонов (p + ) , нейтронов (n 0 ) и электронов (e - ). Протоны и нейтроны образуют ядро атома, оно имеет положительный заряд. А электроны, совершающие перемещения вокруг ядра, «конструируют» электронную оболочку атома, имеющую отрицательный заряд.
Сколько электронов в атоме? Это легко узнать. Достаточно посмотреть порядковый номер элемента в таблице.
Так, число электронов фосфора равно 15 . Количество электронов, содержащихся в оболочке атома, строго равно числу протонов, содержащихся в ядре. Значит и протонов в ядре атома фосфора 15 .
Масса протонов и нейтронов, составляющих массу ядра атома, одинакова. А электроны меньше в 2000 раз. Это означает что вся масса атома сосредоточена в ядре, массой электронов пренебрегают. Массу ядра атома мы также можем узнать из таблицы. Посмотрите изображение фосфора в таблице. Внизу мы видим обозначение 30, 974 – это и есть масса ядра фосфора, его атомная масса. При записи мы округляем эту цифру. Исходя из сказанного, запишем строение атома фосфора следующим образом:
(внизу слева написали заряд ядра – 15, вверху слева округленное значение массы атома – 31).
Ядро атома фосфора:
(внизу слева пишем заряд: протоны имеют заряд равный +1, а нейтроны не заряжены, то есть заряд 0; вверху слева масса протона и нейтрона, равная 1 – условная единица массы атома; заряд ядра атома равен числу протонов в ядре, значит р=15, а число нейтронов нужно посчитать: из атомной массы вычесть заряд, т.е. 31 – 15 = 16).
Электронная оболочка атома фосфора включает в себя 15 отрицательно заряженных электронов, уравновешивающих положительно заряженные протоны. Поэтому, атом – электронейтральная частица.
Энергетические уровни
Рис.1
Далее нам необходимо подробно разобрать как распределяются электроны в атоме. Их движение не хаотично, а подчинено конкретному порядку. Какие - то из имеющихся электронов, притягиваются к ядру с достаточно большой силой, а другие наоборот, притягиваются слабо. Первопричина такого поведения электронов скрывается в разной степени удаленности электронов от ядра. То есть, ближе находящийся к ядру электрон, станет прочнее с ним взаимосвязан. Эти электроны просто нельзя отсоединить от электронной оболочки. Чем электрон дальше от ядра, тем проще «вытащить» его из оболочки. Так же, запас энергии электрона возрастает, по мере удаления от ядра атома. Энергия электрона определяется главным квантовым числом n, равняющимся любому натуральному числу (1,2,3,4…). Электроны, имеющие одинаковое значение n, образуют один электронный слой, как бы отгораживаясь от иных электронов, передвигающихся на удаленном расстоянии. На рисунке 1 изображены электронные слои, содержащиеся в электронной оболочке, в центре ядро атома.
Вы можете заметить, как по мере удаления от ядра увеличивается объем слоя. Следовательно, чем дальше слой от ядра, тем больше в нем электронов.
Электронный слой, содержит в себе электроны, сходные по показателям энергии. Из – за этого, такие слои нередко именуют энергетическими уровнями. Сколько же уровней может содержать атом? Количество энергетических уровней равно номеру периода в таблице Менделеева Д.И. в котором находится элемент. К примеру, фосфор (Р) находится в третьем периоде, значит атом фосфора имеет три энергетических уровня.
Рис. 2
Как узнать максимальное количество электронов, располагающихся на одном электронном слое? Для этого используем формулу N max = 2n
2
, где n – это номер уровня. Получим, что первый уровень содержит всего 2 электрона, второй – 8, третий – 18, четвертый – 32.
Каждый энергетический уровень содержит в себе подуровни. Их буквенные обозначения: s-, p-, d-
и f-
. Посмотрите на рис. 2:
Разным цветом обозначены энергетические уровни, а полосками разной толщины подуровни.
Самый тонкий подуровень обозначается буквой s . 1s – это s-подуровень первого уровня, 2s – это s-подуровень второго уровня и так далее.
На втором энергетическом уровне появился p-подуровень, на третьем – d-подуровень, а на четвертом f-подуровень.
Запомните увиденную закономерность: первый энергетический уровень включает одну s-подуровень, второй два s- и p- подуровня, третий три s-, p- и d-подуровня, а четвертый уровень четыре s-, p-, d- и f-подуровня.
На s-подуровне могут находится только 2 электрона, на p-подуровне- максимум 6 электронов, на d-подуровне - 10 электронов, а на f-подуровне до 14 электронов.
Электронные орбитали
Область (место) где может находится электрон называется электронным облаком или орбиталью. Имейте ввиду, что говорится о вероятной области нахождении электрона, поскольку скорость его движения в сотни тысяч раз больше скорости движения иглы швейной машинки. Графически эта область изображается в виде ячейки:
В одной ячейке может находится два электрона. Судя по рисунку 2 можно сделать вывод о том, что s-подуровень, включающий не более двух электронов может содержать только одну s-орбиталь, обозначается одной ячейкой; p-подуровень имеет три р-орбитали (3 ячейки), d-подуровень пять d-орбиталей (5 ячеек), а f-подуровень семь f-орбиталей (7 ячеек).
Форма орбитали зависит от орбитального квантового числа (l - эль) атома. Атомный энергетический уровень, берет начало с s – орбитали, имеющей l = 0. Представленная орбиталь имеет сферическую форму. На уровнях, идущих после s - орбитали, образуются p – орбитали с l = 1. P - орбитали напоминают форму гантели. Орбиталей, имеющих данную форму, всего три. Каждая возможная орбиталь содержит в себе не больше 2 – ух электронов. Далее располагаются более сложного строения d -орбитали (l = 2), а за ними f -орбитали (l = 3).
Рис. 3 Форма орбиталей
Электроны в орбиталях изображаются в виде стрелочек. Если орбитали содержат по одному электрону, то они однонаправленны – стрелкой вверх:
Если же в орбитали два электрона, то они имеют два направления: стрелкой вверх и стрелкой вниз, т.е. электроны разнонаправленны:
Такое строение электронов называется валентным.
Существуют три условия наполнения атомных орбиталей электронами:
1 условие: Принцип минимального количества энергии. Заполнение орбиталей начинается с подуровня, имеющего минимальную энергию. Согласно данному принципу подуровни заполняются в таком порядке: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5р 6 6s 2 5d 1 4f 14 ... Как мы видим, в некоторых случаях электрону энергетически выгоднее занять место в подуровне вышележащего уровня, хотя подуровень нижележащего уровня не заполнен. Например, валентная конфигурация атома фосфора выглядит так:
Рис. 4
2 условие: Принцип Паули. Одна орбиталь включает 2 электрона (электронную пару) и не больше. Но возможно и содержание всего одного электрона. Его именуют неспаренным.
3 условие: Правило Хунда. Каждую орбиталь одного подуровня сначала заполняют по одному электрону, затем в них добавляются по второму электрону. В жизни мы видели аналогичную ситуацию, когда незнакомые пассажиры автобуса сначала занимают по одному все свободные сидения, а потом рассаживаются по два.
Электронная конфигурация атома в основном и возбужденном состоянии
Энергия атома, находящегося в основном состоянии, наименьшая. Если атомы начинают получать энергию из вне, к примеру, когда вещество нагревается, то они из основного состояния переходят в возбужденное. Этот переход возможен при наличии свободных орбиталей, на которые могут переместиться электроны. Но это временно, отдавая энергию, возбужденный атом возвращается в своё основное состояние.
Закрепим полученные знания на примере. Рассмотрим электронную конфигурацию, т.е. сосредоточение электронов по орбиталям атома фосфора в основном (невозбужденном состоянии). Еще раз обратимся к рис. 4. Итак, вспомним, что атом фосфора имеет три энергетических уровня, которые изображаются полудугами: +15)))
Распределим, имеющиеся 15 электронов на эти три энергетических уровня:
Такие формулы называются электронными конфигурациями. Есть еще электронно – графические, они иллюстрируют размещение электронов внутри энергетических уровней. Электронно – графическая конфигурация фосфора выглядит так: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 (здесь большие цифры – это номера энергетических уровней, буквы – это подуровни, а маленькие цифры – количество электронов подуровня, если их сложить, получится число 15).
В возбужденном состоянии атома фосфора 1 электрон переходит с 3s-орбитали на 3d-орбиталь, а конфигурация выглядит так: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d
1
.
| |
Химическими веществами называют то, из чего состоит окружающий нас мир.
Свойства каждого химического вещества делятся на два типа: это химические, которые характеризуют его способность образовывать другие вещества, и физические, которые объективно наблюдаются и могут быть рассмотрены в отрыве от химических превращений. Так, например, физическими свойствами вещества являются его агрегатное состояние (твердое, жидкое или газообразное), теплопроводность, теплоемкость, растворимость в различных средах (вода, спирт и др.), плотность, цвет, вкус и т.д.
Превращения одних химических веществ в другие вещества называют химическими явлениями или химическими реакциями. Следует отметить, что существуют также и физические явления, которые, очевидно, сопровождаются изменением каких-либо физических свойств вещества без его превращения в другие вещества. К физическим явлениям, например, относятся плавление льда, замерзание или испарение воды и др.
О том, что в ходе какого-либо процесса имеет место химическое явление, можно сделать вывод, наблюдая характерные признаки химических реакций, такие как изменение цвета, образование осадка, выделение газа, выделение теплоты и (или) света.
Так, например, вывод о протекании химических реакций можно сделать, наблюдая:
Образование осадка при кипячении воды, называемого в быту накипью;
Выделение тепла и света при горении костра;
Изменение цвета среза свежего яблока на воздухе;
Образование газовых пузырьков при брожении теста и т.д.
Мельчайшие частицы вещества, которые в процессе химических реакций практически не претерпевают изменений, а лишь по-новому соединяются между собой, называются атомами.
Сама идея о существовании таких единиц материи возникла еще в древней Греции в умах античных философов, что собственно и объясняет происхождение термина «атом», поскольку «атомос» в буквальном переводе с греческого означает «неделимый».
Тем не менее, вопреки идее древнегреческих философов, атомы не являются абсолютным минимумом материи, т.е. сами имеют сложное строение.
Каждый атом состоит из так называемых субатомных частиц – протонов, нейтронов и электронов, обозначаемых соответственно символами p + , n o и e − . Надстрочный индекс в используемых обозначениях указывает на то, что протон имеет единичный положительный заряд, электрон – единичный отрицательный заряд, а нейтрон заряда не имеет.
Что касается качественного устройства атома, то у каждого атома все протоны и нейтроны сосредоточены в так называемом ядре, вокруг которого электроны образуют электронную оболочку.
Протон и нейтрон обладают практически одинаковыми массами, т.е. m p ≈ m n , а масса электрона почти в 2000 раз меньше массы каждого из них, т.е. m p /m e ≈ m n /m e ≈ 2000.
Поскольку фундаментальным свойством атома является его электронейтральность, а заряд одного электрона равен заряду одного протона, из этого можно сделать вывод о том, что количество электронов в любом атоме равно количеству протонов.
Так, например, в таблице ниже представлен возможный состав атомов:
Вид атомов с одинаковым зарядом ядер, т.е. с одинаковым числом протонов в их ядрах, называют химическим элементом. Таким образом, из таблицы выше можно сделать вывод о том, что атом1 и атом2 относятся в одному химическому элементу, а атом3 и атом4 — к другому химическому элементу.
Каждый химический элемент имеет свое название и индивидуальный символ, который читается определенным образом. Так, например, самый простой химический элемент, атомы которого содержат в ядре только один протон, имеет название «водород» и обозначается символом «Н», что читается как «аш», а химический элемент с зарядом ядра +7 (т.е. содержащий 7 протонов) — «азот», имеет символ «N» , который читается как «эн».
Как можно заметить из представленной выше таблицы, атомы одного химического элемента могут отличаться количеством нейтронов в ядрах.
Атомы, относящиеся к одному химическому элементу, но имеющие разное количество нейтронов и, как следствие массу, называют изотопами.
Так, например, химический элемент водород имеет три изотопа – 1 Н, 2 Н и 3 Н. Индексы 1, 2 и 3 сверху от символа Н означают суммарное количество нейтронов и протонов. Т.е. зная, что водород – это химический элемент, который характеризуется тем, что в ядрах его атомов находится по одному протону, можно сделать вывод о том, что в изотопе 1 Н вообще нет нейтронов (1-1=0), в изотопе 2 Н – 1 нейтрон (2-1=1) и в изотопе 3 Н – два нейтрона (3-1=2). Поскольку, как уже было сказано, нейтрон и протон имеют одинаковые массы, а масса электрона по сравнению с ними пренебрежимо мала, это значит, что изотоп 2 Н практически в два раза тяжелее изотопа 1 Н, а изотоп 3 Н — и вовсе в три раза. В связи с таким большим разбросом масс изотопов водорода изотопам 2 Н и 3 Н даже были присвоены отдельные индивидуальные названия и символы, что не характерно больше ни для одного другого химического элемента. Изотопу 2 Н дали название дейтерий и присвоили символ D, а изотопу 3 Н дали название тритий и присвоили символ Т.
Если принять массу протона и нейтрона за единицу, а массой электрона пренебречь, фактически верхний левый индекс помимо суммарного количества протонов и нейтронов в атоме можно считать его массой, в связи с чем этот индекс называют массовым числом и обозначают символом А. Поскольку за заряд ядра любого атома отвечают протоны, а заряд каждого протона условно считается равным +1, количество протонов в ядре называют зарядовым числом (Z). Обозначив количество нейтронов в атоме буквой N, математически взаимосвязь между массовым числом, зарядовым числом и количеством нейтронов можно выразить как:
Согласно современным представлениям, электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу. Он обладает свойствами как частицы, так и волны. Подобно частице, электрон имеет массу и заряд, но в то же время поток электронов, подобно волне, характеризуется способностью к дифракции.
Для описания состояния электрона в атоме используют представления квантовой механики, согласно которым электрон не имеет определенной траектории движения и может находиться в любой точке пространства, но с разной вероятностью.
Область пространства вокруг ядра, где наиболее вероятно нахождение электрона, называется атомной орбиталью.
Атомная орбиталь может обладать различной формой, размером и ориентацией. Также атомную орбиталь называют электронным облаком.
Графически одну атомную орбиталь принято обозначать в виде квадратной ячейки:
Квантовая механика имеет крайне сложный математический аппарат, поэтому в рамках школьного курса химии рассматриваются только лишь следствия квантово-механической теории.
Согласно этим следствиям, любую атомную орбиталь и находящийся на ней электрон полностью характеризуют 4 квантовых числа.
- Главное квантовое число – n — определяет общую энергию электрона на данной орбитали. Диапазон значений главного квантового числа – все натуральные числа, т.е. n = 1,2,3,4, 5 и т.д.
- Орбитальное квантовое число — l – характеризует форму атомной орбитали и может принимать любые целочисленные значения от 0 до n-1, где n, напомним, — это главное квантовое число.
Орбитали с l = 0 называют s -орбиталями . s-Орбитали имеют сферическую форму и не обладают направленностью в пространстве:
Орбитали с l = 1 называются p -орбиталями . Данные орбитали обладают формой трехмерной восьмерки, т.е. формой, полученной вращением восьмерки вокруг оси симметрии, и внешне напоминают гантель:
Орбитали с l = 2 называются d -орбиталями , а с l = 3 – f -орбиталями . Их строение намного более сложное.
3) Магнитное квантовое число – m l – определяет пространственную ориентацию конкретной атомной орбитали и выражает проекцию орбитального момента импульса на направление магнитного поля. Магнитное квантовое число m l соответствует ориентации орбитали относительно направления вектора напряженности внешнего магнитного поля и может принимать любые целочисленные значения от –l до +l, включая 0, т.е. общее количество возможных значений равно (2l+1). Так, например, при l = 0 m l = 0 (одно значение), при l = 1 m l = -1, 0, +1 (три значения), при l = 2 m l = -2, -1, 0, +1, +2 (пять значений магнитного квантового числа) и т.д.
Так, например, p-орбитали, т.е. орбитали с орбитальным квантовым числом l = 1, имеющие форму «трехмерной восьмерки», соответствуют трем значениям магнитного квантового числа (-1, 0, +1), что, в свою очередь, соответствует трем перпендикулярным друг другу направлениям в пространстве.
4) Спиновое квантовое число (или просто спин) — m s — условно можно считать отвечающим за направление вращения электрона в атоме, оно может принимать значения. Электроны с разными спинами обозначают вертикальными стрелками, направленными в разные стороны: ↓ и .
Совокупность всех орбиталей в атоме, имеющих одно и то же значение главного квантового числа, называют энергетическим уровнем или электронной оболочкой. Любой произвольный энергетический уровень с некоторым номером n состоит из n 2 орбиталей.
Множество орбиталей с одинаковыми значениями главного квантового числа и орбитального квантового числа представляет собой энергетический подуровень.
Каждый энергетический уровень, которому соответствует главное квантовое число n, содержит n подуровней. В свою очередь, каждый энергетический подуровень с орбитальным квантовым числом l, состоит из (2l+1) орбиталей. Таким образом, s-подуровень состоит из одной s-орбитали, p-подуровень – трех p-орбиталей, d-подуровень – пяти d-орбиталей, а f-подуровень — из семи f-орбиталей. Поскольку, как уже было сказано, одна атомная орбиталь часто обозначается одной квадратной ячейкой, то s-, p-, d- и f-подуровни можно графически изобразить следующим образом:
Каждой орбитали соответствует индивидуальный строго определенный набор трех квантовых чисел n, l и m l .
Распределение электронов по орбиталям называют электронной конфигурацией.
Заполнение атомных орбиталей электронами происходит в соответствии с тремя условиями:
- Принцип минимума энергии : электроны заполняют орбитали, начиная с подуровня с наименьшей энергией. Последовательность подуровней в порядке увеличения их энергий выглядит следующим образом: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;
Для того чтобы проще запомнить данную последовательность заполнения электронных подуровней, весьма удобна следующая графическая иллюстрация:
- Принцип Паули : на каждой орбитали может находиться не более двух электронов.
Если на орбитали находится один электрон, то он называется неспаренным, а если два, то их называют электронной парой.
- Правило Хунда : наиболее устойчивое состояние атома является такое, при котором в пределах одного подуровня атом обладает максимально возможным числом неспаренных электронов. Такое наиболее устойчивое состояние атома называется основным состоянием.
Фактически вышесказанное означает то, что, например, размещение 1-го, 2-х, 3-х и 4-х электронов на трех орбиталях p-подуровня будет осуществляться следующим образом:
Заполнение атомных орбиталей от водорода, имеющего зарядовое число равное 1, до криптона (Kr) с зарядовым числом 36 будет осуществляться следующим образом:
Подобное изображение порядка заполнения атомных орбиталей называется энергетической диаграммой. Исходя из электронных диаграмм отдельных элементов, можно записать их так называемые электронные формулы (конфигурации). Так, например, элемент с 15ю протонами и, как следствие, 15ю электронами, т.е. фосфор (P), будет иметь следующий вид энергетической диаграммы:
При переводе в электронную формулу атома фосфора примет вид:
15 P = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
Цифрами нормального размера слева от символа подуровня показан номер энергетического уровня, а верхними индексами справа от символа подуровня показано количество электронов на соответствующем подуровне.
Ниже приведены электронные формул первых 36 элементов периодической системы Д.И. Менделеева.
| период | № элемента | символ | название | электронная формула |
| I | 1 | H | водород | 1s 1 |
| 2 | He | гелий | 1s 2 | |
| II | 3 | Li | литий | 1s 2 2s 1 |
| 4 | Be | бериллий | 1s 2 2s 2 | |
| 5 | B | бор | 1s 2 2s 2 2p 1 | |
| 6 | C | углерод | 1s 2 2s 2 2p 2 | |
| 7 | N | азот | 1s 2 2s 2 2p 3 | |
| 8 | O | кислород | 1s 2 2s 2 2p 4 | |
| 9 | F | фтор | 1s 2 2s 2 2p 5 | |
| 10 | Ne | неон | 1s 2 2s 2 2p 6 | |
| III | 11 | Na | натрий | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 |
| 12 | Mg | магний | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 | |
| 13 | Al | алюминий | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 | |
| 14 | Si | кремний | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 | |
| 15 | P | фосфор | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 | |
| 16 | S | сера | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 | |
| 17 | Cl | хлор | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 | |
| 18 | Ar | аргон | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 | |
| IV | 19 | K | калий | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 |
| 20 | Ca | кальций | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 | |
| 21 | Sc | скандий | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 | |
| 22 | Ti | титан | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2 | |
| 23 | V | ванадий | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 | |
| 24 | Cr | хром | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 здесь наблюдается проскок одного электрона с s на d подуровень | |
| 25 | Mn | марганец | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 | |
| 26 | Fe | железо | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 | |
| 27 | Co | кобальт | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7 | |
| 28 | Ni | никель | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8 | |
| 29 | Cu | медь | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 здесь наблюдается проскок одного электрона с s на d подуровень | |
| 30 | Zn | цинк | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 | |
| 31 | Ga | галлий | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1 | |
| 32 | Ge | германий | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2 | |
| 33 | As | мышьяк | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3 | |
| 34 | Se | селен | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4 | |
| 35 | Br | бром | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 | |
| 36 | Kr | криптон | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 |
Как уже было сказано, в основном своем состоянии электроны в атомных орбиталях расположены согласно принципу наименьшей энергии. Тем не менее, при наличии пустых p-орбиталей в основном состоянии атома, нередко, при сообщении ему избыточной энергии атом можно перевести в так называемое возбужденное состояние. Так, например, атом бора в основном своем состоянии имеет электронную конфигурацию и энергетическую диаграмму следующего вида:
5 B = 1s 2 2s 2 2p 1
А в возбужденном состояниии (*), т.е. при сообщении некоторой энергии атому бора, его электронная конфигурация и энергетическая диаграмма будут выглядеть так:
5 B* = 1s 2 2s 1 2p 2
В зависимости от того, какой подуровень в атоме заполняется последним, химические элементы делят на s, p, d или f.
Нахождение s, p, d и f-элементов в таблице Д.И. Менделеева:
- У s-элементов последний заполняемый s-подуровень. К данным элементам относятся элементы главных (слева в ячейке таблицы) подгрупп I и II групп.
- У p-элементов заполняется p-подуровень. К p-элементам относят последние шесть элементов каждого периода, кроме первого и седьмого, а также элементы главных подгрупп III-VIII групп.
- d-Элементы расположены между s – и p-элементами в больших периодах.
- f-Элементы называют лантаноидами и актиноидами. Они вынесены вниз таблицы Д.И. Менделеева.
Транскрипт
1 СТРОЕНИЕ АТОМА Лекция 1
2 Атом сложная устойчивая микросистема элементарных частиц, состоящая из положительно заряженного ядра и электронов, движущихся в околоядерном пространстве.
3 МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ АТОМА 1904 г. Томсон, Модель строения атома «Пудинг с изюмом» Джозеф Джон ТОМСОН
4 ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЗЕРФОРДА
5 МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ АТОМА 1911 г. Резерфорд, «Планетарная модель» строения атома Эрнест РЕЗЕРФОРД
6 МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ АТОМА 1913 г. Бор, Квантовая теория Нильс БОР
7 КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА Квантовая теория (М. Планк, 1900). Корпускулярноволновой дуализм электрона (Л. де Бройль, 1914). Принцип неопределенности (В. Гейзенберг, 1925).
8 Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Число протонов в ядре равно атомному номеру элемента и числу электронов в атоме. Атом электронейтральная частица.
10 СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ Частица Положение Заряд Масса Протон (p) Ядро +1 1,00728 Нейтрон (n) Ядро 0 1,00867 Электрон (е) Оболочка -1 0,00055
11 A = Z + N A относительная атомная масса Z заряд ядра (число протонов, порядковый номер элемента) N число нейтронов А Э Z Cl (75,43%) Cl (24,57%) 35 75,57 A r = = 35,
12 УРАВНЕНИЕ ШРЁДИНГЕРА Эрвин Шрёдингер 1926 г., уравнение волновой функции движения электрона
13 КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА Следствием решения уравнения Шрёдингера являются квантовые числа. С помощью квантовых чисел можно описать электронное строение любого атома, а также определить положение любого из электронов в атоме.
14 КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА n - главное квантовое число - определяет энергию электрона в атоме; - принимает значения 1, 2, 3,..., ; - соответствует номеру периода. Совокупность электронов в атоме с одинаковым значением n энергетический уровень. Обозначают уровни: К, L, M, N...
15 КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА Орбитальное квантовое число (l) - определяет энергию электрона - определяет геометрическую форму орбитали - принимает значения от 0 до (n 1) Значение l Обозначение l s p d f g h
16 Совокупность электронов в атоме с одинаковым значением l энергетический подуровень. при n = 1 l = 0 при n = 2 l = 0, 1 при n = 3 l = 0, 1, 2 Т.о., каждый уровень, кроме первого, расщеплён на подуровни.
18 В зависимости от значения l различается форма АО. Форма s-ао: Форма р-ао: Форма d-ао:
19 Магнитное квантовое число (m l) - характеризует пространственную ориентацию атомных орбиталей - значения от + l через 0 до l - указывает на число АО на энергетическом подуровне - на одном подуровне может находиться (2l + 1) АО - все АО одного подуровня имеют одинаковую энергию
20 Значения l Значения m l Число АО 0 s p +1, 0, d +2, +1, 0, -1, f +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 7
21 Ориентация атомных орбиталей в пространстве
23 Спиновое квантовое число (m s) характеризует, условно, собственный момент движения электрона принимает значения: +1/2 и -1/2
24 ПРИНЦИПЫ ЗАПОЛНЕНИЯ ЭЛЕКТРОНАМИ АТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ Принцип наименьшей энергии Электрон в атоме в первую очередь стремиться занять энергетический уровень и подуровень с наименьшей энергией. Правила Клечковского 1 правило. Электрон в атоме в первую очередь занимает подуровень с наименьшим значением (n + l). 2 правило. При равенстве суммы (n + l) двух подуровней, электрон занимает подуровень с наименьшим значением n.
25 ПРАВИЛА КЛЕЧКОВСКОГО
26 ПРИНЦИПЫ ЗАПОЛНЕНИЯ ЭЛЕКТРОНАМИ АТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ Принцип Паули В атоме не может быть даже двух электронов с одинаковым набором четырёх квантовых чисел. Следствие: на одной атомной орбитали может располагаться не более двух электронов с антипараллельными спинами. Максимальная ёмкость: атомной орбитали 2 электрона подуровня 2(2 l + 1) электронов уровня 2n 2 электронов
27 ПРИНЦИПЫ ЗАПОЛНЕНИЯ ЭЛЕКТРОНАМИ АТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ Правило Гунда При прочих равных условиях суммарный спин системы должен быть максимальным. m s = +1/2 + 1/2 + 1/2 = 3/2 m s = +1/2 + 1/2-1/2 = 1/2 m s = +1/2-1/2 + 1/2 = 1/2
28 ЭЛЕКТРОННЫЕ ФОРМУЛЫ Полная электронная формула отражает порядок заполнения электронами атомных орбиталей, уровней и подуровней. Например: 32 Ge 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2. Краткая электронная формула позволяет сократить написание полной электронной формулы: 32Ge 4s 2 3d 10 4p 2. Электронная формула валентных электронов записывается только для электронов, которые могут принимать участие в образовании химических связей: 32Ge 4s 2 4p 2
29 ЭЛЕКТРОНОГРАФИЧЕСКАЯ ФОРМУЛА показывает расположение электронов на атомных орбиталях: 4s 4p 32Ge Характеристика электронов 4 квантовыми числами: n = 4 m l = 0 l = 1 m s = +1/2
30 ВАЛЕНТНЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ Семейство элементов s элементы р элементы d элементы Валентные электроны ns ns np ns (n-1)d Например: s-элемент Ba 6s 2 р-элемент As 4s 2 4p 3 d-элемент Nb 5s 2 4d 3
31 Явление «провала» электронов Атом стремится перейти в состояние с устойчивой электронной конфигурацией. Повышенной устойчивостью обладают полностью или наполовину заполненные электронами подуровни: р 3 и р 6, d 5 и d 10, f 7 и f 14. Элемент Каноническая Реальная формула формула Cr 4s 2 3d 4 4s 1 3d 5 Pd [Кr]5s 2 4d 8 [Кr]5s 0 4d 10 Cu 4s 2 3d 9 4s 1 3d 10
32 ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
33 Периодический закон и Периодическая система Д.И. Менделеева Периодический закон открыт Д.И. Менделеевым в 1869 г. Первоначальная формулировка Свойства элементов, а также образуемых ими простых и сложных веществ, находятся в периодической зависимости от атомных масс элементов.
34 Периодический закон и Периодическая система Д.И. Менделеева Достижения систематики Д.И.Менделеева 1. Впервые элементы расположены в виде периодов (рядов) и групп. 2. Предложено заново определить атомные массы некоторых элементов (Cr, In, Pt, Au). 3. Предсказано открытие новых элементов и описаны их свойства: Экаалюминий галлий, открыт в 1875 г. Экабор скандий, открыт в 1879 г. Экасилиций германий, открыт в 1886 г.
35 Периодический закон и Периодическая система Д.И. Менделеева Несоответствие атомных масс некоторых элементов порядку их следования в ПС А(18 Ar) = 40 а.е.м. А(119 К) = 39 а.е.м. А(27 Со) = 58,9 а.е.м. А(28 Ni) = 58,7 а.е.м. Современная формулировка закона свойства элементов, а также образуемых ими простых и сложных веществ, находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов.
36 Короткопериодная периодическая система
37 Полудлиннопериодная периодическая система
38 Периодический закон и Периодическая система Д.И. Менделеева Период это горизонтальная последовательность химических элементов, атомы которых имеют равное число энергетических уровней, частично или полностью заполненных электронами. Группа это вертикальная последовательность элементов, обладающих однотипной электронной структурой атомов, равным числом внешних электронов, одинаковой максимальной валентностью и сходными химическими свойствами.
39 Закономерности изменения радиусов атомов По группам (главным подгруппам) сверху вниз радиусы атомов увеличиваются, так как возрастает число заполненных электронами энергетических уровней. В периоде слева направо радиусы атомов уменьшаются: при увеличении заряда ядра увеличиваются силы притяжения электронов. Этот эффект называется «сжатие».
40 Закономерности изменения радиусов атомов
41 Энергия ионизации Энергия ионизации это энергия, которую нужно затратить для отрыва е от атома. А + E ион = А + + e Обозначается E ион Измеряется в кдж/моль или в эв 1 эв = 96,49 кдж/моль Энергия ионизации тем меньше, чем больше радиус атома.
42 Энергия ионизации
43 Энергия сродства к электрону энергия, которая выделяется при присоединении электрона к нейтральному атому. Обозначается E ср, кдж/моль или эв Для присоединения е к атомам Не, Be, N, Ne необходимо энергию затратить. Присоединение электрона к атомам F, O, C, Li, H сопровождается выделением энергии.
44 Электроотрицательность Характеризует способность атома притягивать электрон. Рассчитывается как полусумма энергии ионизации и энергии сродства к электрону. = ½ (Е ион + Е ср) Фтор характеризуется самым большим значением ЭО, а щелочные металлы - самыми низкими значениями.
45 Электроотрицательность
46 Стехиометрическая валентность
47 Периодические свойства соединений - основно-кислотные свойства оксидов и гидроксидов; - окислительная способность простых веществ и однотипных соединений; - у однотипных солей в периодах уменьшается термическая устойчивость и возрастает их склонность к гидролизу, а в группах наблюдается обратное.
Лекция 1. Строение атома. Периодический закон Лектор: асс. каф. ОХХТ Абрамова Полина Владимировна еmail: [email protected] «Атомы бесчисленны по величине и многообразию, носятся они во Вселенной, кружась
СТРОЕНИЕ АТОМА Лекция 2, 3 Основные открытия на рубеже XIX XX веков Атомные спектры (1859 г., Кирхгофф) Фотоэффект (1888 г., Столетов) Катодные лучи (1859 г., Перрен) Рентгеновское излучение (1895 г.)
СТРОЕНИЕ АТОМА Основные открытия на рубеже XIX XX веков Атомные спектры (1859 г., Кирхгофф) Фотоэффект (1888 г., Столетов) Катодные лучи (1859 г., Перрен) Рентгеновское излучение (1895 г., В.К.Рентген)
«Строение атома» Лекция 2 Дисциплина «Общая неорганическая химия» для студентов очного отделения Лектор: к.т.н., Мачехина Ксения Игоревна * План лекции 1. Экспериментальные основы теории строения атома.
Химия 1.2 Лекция 2. Строение атома. Периодический закон Лектор: асс. каф. ОХХТ к.х.н. Абрамова Полина Владимировна еmail: [email protected] «Атомы бесчисленны по величине и многообразию, носятся они во Вселенной,
Электронное строение атома Лекция 9 Атом химически неделимая электронейтральная частица Атом состоит из атомного ядра и электронов Атомное ядро образовано нуклонами протонами и нейтронами Частица Символ
ПЗ и ПС Д.И. Менделеева в свете квантово-механической теории строения атома. Современные представления о природе химической связи и строении молекул. . Современная модель строения атома.. Характеристика
Лекция 5 Электронная структура атома Основные понятия и законы: атом, электрон, ядро, протон, нейтрон; заряд ядра; квантовые числа электронов в атоме; энергетический уровень и подуровень, электронная оболочка,
Повторение 1 занятия, разбор домашнего задания Периодическая таблица Д. И. Менделеева Закономерности изменения химических свойств элементов и их соединений по периодам и группам Общая характеристика металлов
3. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН. СТРОЕНИЕ АТОМА 3.1.Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева 1. Прочитайте текст в учебнике (стр. 66-67). 2. Найдите правильный ответ и закончите предложения.
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ 1 ЛЕКЦИЯ 2 СТРОЕНИЕ ГАЗОВ, ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ Строение атомов. Квантово-механическая модель атомов. Строение многоэлектронных атомов Периодическая система элементов Квантовые
Организационная часть Строение атома Строение электронных оболочек Принципы заполнения АО Решение типовых заданий А1 Расписание и структура занятий Вебинары проводятся раз в неделю по воскресеньям в 14.00
Лекция 9 (часа) СТРОЕНИЕ АТОМОВ. КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА Современное представление о строении атомов химических элементов сводится к следующим положениям: 1. Атом состоит из ядра и электронов.. Ядро заряжено
Строение атома и химические свойства Тема 5 Строение атома Ядро и электронная оболочка Ядро протоны (p +) и нейтроны (n 0) Квантовые числа n главное (энергетическое) l побочное (орбитальное) m магнитное
ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН (ПЗ) И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (ПС) ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА ПС элементов была предложена выдающимся русским химиком Д.И. Менделеевым в 1869 году ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Свойства
Строение атома и химические свойства Тема 5 1 Строение атома Ядро и электронная оболочка Ядро протоны (p +) и нейтроны (n 0) 2 Этапы создания современной модели строения атома "Ультрафиолетовая катастрофа"
Строение атома. Периодический закон. Для 8 класс добавления текста щѐлкните мышью Вставь пропущенные слова. Вопрос 1 Химический элемент это.... Химический элемент это определѐнный вид атомов. Вопрос 2
Методика изучения темы Строение атома и систематизация химических 1.Значение темы. элементов. М. В. Зенькова План изучения темы. 2. Задачи: образовательные, воспитательные, развивающие. 3.Планирование.
СТРОЕНИЕ АТОМА Развитие представлений о строении атома Долгое время в науке существовало мнение о том, что атомы неделимы. Также считалось, что атомы неизменны, т.е. атом одного элемента не может превратиться
Строение атома План лекции 1. Экспериментальная основа теории 2. Квантовые числа 3. Принципы построения и способы изображения электронных структур 4. Строение атома и периодическая система элементов Экспериментальная
ВАРИАНТ 1 1. Указать для каждого из нижеприведенных изотопов: 4 He 2 а) общее число протонов и нейтронов; б) число протонов; в) число электронов., 3 H 1, 56 25 Mn, 209 83 Bi 2. В природе таллий содержится
Лекция - Периодический закон и периодическая система химических элементов в свете теории строения атома. (составитель - Канева Любовь Ивановна) 1 марта 1869г. Формулировка периодического закона Д.И. Менделеева.
Лекция 3 3. Строение электронной оболочки многоэлектронных атомов. Так как при химических реакциях ядра реагирующих атомов остаются без изменения, то физические и химические свойства атомов зависят, прежде
1. Распространенные элементы. строение атомов. Электронные оболочки. Орбитали Химический элемент определенный вид атомов, обозначаемый названием и символом и характеризуемый порядковым номером и относительной
Состояние электрона в атоме, как и других микрочастиц, описывается основными положениями квантовой механики. Электрон, согласно квантово - механическим представлениям, является частицей, так как имеет
ЛЕКЦИЯ 3 Структура ПС. 3.1. Строение атомов и Периодическая система Д.И.Менделеева. Типы ПС: 8-клеточная (короткопериодная), полудлинный вариант, длинный вариант Период и группа: -главная (s,p) -побочная
Задания А2 по химии 1. В ряду элементов уменьшаются радиусы атомов уменьшается число протонов в ядрах атомов увеличивается число электронных слоёв в атомах уменьшается высшая степень окисления атомов У
Лекция 10. Свойства многоэлектронных атомов. 10.1. Энергетические уровни. Хартри-фоковские расчеты атомов и анализ атомных спектров показывают, что орбитальные энергии ε i зависят не только от главного
СТРОЕНИЕ АТОМА Экспериментальные доказательства сложной структуры атома Фотоэффект- испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения Г.ГЕРЦ, 1887 А.Г.СТОЛЕТОВ, 1888 Катодные лучи
1. ПРОТОННО-НЕЙТРОННАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМНОГО ЯДРА. ИЗОТОПЫ, ИЗОБАРЫ. Атом любого элемента состоит из ядра, имеющего положительный заряд Z, в пространстве вокруг которого находится Z электронов. Ядро
1 Лекция 4. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И.Менделеева 4.1. Периодический закон Д.И.Менделеева Открытие периодического закона и разработка периодической системы химических элементов
ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА Формулировка периодического закона Д.И. Менделеева: свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся
8класс Химия база. Тренажер тема: Строение атома. Состав ядра атома. Изотопы. Задание 1 Общий список заданий Кто предложил планетарную модель строения атома? 1) Менделеев 2) Резерфорд 3) Ломоносов 4) Кюри
Слайд 1 Строение атома Слайд 2 План 1. Экспериментальные основы теории 2. Корпускулярно-волновое описание электрона. Квантовые числа 3. Принципы построения и способы изображения электронных структур 4.
Лекция 6 ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Основные понятия и законы: периодический закон; периодическая система элементов, период, ряд, группа, подгруппа; полные и неполные электронные аналоги; высшая, низшая и промежуточная
Периодический закон История создания периодической системы В истории каждого научного открытия можно определить два основных этапа: 1) установление частных закономерностей; 2) сам факт открытия и признания
Строение атома Периодический закон Афонина Любовь Игоревна, канд. хим. наук, доцент кафедры химии, НГТУ, научный сотрудник ИХТТМ СО РАН IV-III века до н.э. древнегреческие философы-материалисты Левкипп,
ЗАНЯТИЕ 1 Строение атома. Периодический закон. Химическая связь. Электроотрицательность. Степень окисления. Валентность. Абдульмянов А.Р. КАЛЕНДАРЬ ЗАНЯТИЙ О САЙТЕ О САЙТЕ ГРУППА ВКОНТАКТЕ https://vk.com/ssau_chem
УДК 373.167.1:54 ББК 24я72 С 59 Рецензент: Д. Ю. Добротин старший научный сотрудник лаборатории дидактики химии ИСМО РАО, кандидат педагогических наук С 59 Соколова И. А. ГИА 2013. Химия. Сборник заданий.
Строение атома и Периодический закон доц. Сильвестрова И.Г. Каф. химии МГАВМиБ Cтроение атома. Периодический закон. Состав атомов. Двойственная природа электрона. Квантовые числа. Электронная конфигурация
Многоэлектронные атомы 1 1 Принцип неразличимости тождественных частиц Принцип Паули 3 Периодическая система элементов Д И Менделеева 1 Принцип неразличимости тождественных частиц В квантовой механике
СТРОЕНИЕ АТОМА Дегтярёва М.О. ЛНИП ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА слово "атом" (греч. «неделимый») появилось еще в сочинениях древнегреческих философов философы объясняли, что дробление вещества не может происходить
Тема 1. Атомно-молекулярное учение и стехиометрия Вариант контроля 1. Какая формула выражает закон эквивалентов? 1) Ar M э = 2) m PV B = M RT 3) m m 1 2 M э1 = 4) m = n M M э2 2. В каком соединении эквивалент
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ХИМИИ И ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ СТРОЕНИЕ АТОМА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ЛЕКЦИЯ 4 Строение вещества Строение вещества учение о том, какие силы определяют его состав и структуру. В случае химии состав и структура определяются на уровне атомов и молекул, а действующие силы обусловлены
Электронное строение атомов и Периодическая система элементов Атомы есть! атомы на подложке Ионная Микроскопия решетка графит Сканирующая Зондовая Микроскопия Просвечивающая Электронная Микроскопия Cложности
ЭФФЕКТИВНАЯ ПОДГОТОВКА К ОГЭ 9 КЛАСС ОГЭ 2017 И. А. Соколова ХИМИЯ СБОРНИК ЗАДАНИЙ МОСКВА 2016 ГАРАНТИЯ КАЧЕСТВА А ОГЭ!** ОЛУЧИ ОГЭ! НА БАЛЛ ВЫСШИЙ ППОЛУЧИ ОЛУЧИ ВЫСШИЙ БАЛЛ НА ОГЭ! * * УДК 373:54 ББК
Строение атома 1. Атомное ядро. Атом мельчайшая, электронейтральная, химически неделимая частица вещества, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки. Электронная
УДК 54.02 ББК 24.1 Д36 Д36 Дерябина Н.Е. Строение. Системно-деятельностный подход к методике преподавания. - М.: ИПО «У Никитских ворот», 2011, - 40 с.: ил. ISBN 978-5-91366-225-5 Пособие содержит учебный
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ
Лекция 13. Многоэлектронный атом. Периодическая система Д.И. Менделеева 1 Многоэлектронный атом Рассмотрим многоэлектронный атом. Для описания взаимодействия в такой системе необходимо использовать второе
Структура периодической таблицы Д.И.Менделеева. Современная формулировка периодического закона 1 марта 1869 г Дмитрий Иванович Менделеев предложил свой вариант классификации элементов, который стал прообразом
Строение атома Модель атома Томсона Джозеф Джон Томсон - выдающийся ученый, директор знаменитой Кавендишской лаборатории, лауреат Нобелевской премии, открыл электрон. 1903 году выдвинул гипотезу: электрон
Основные сведения о строении атома В результате химических реакций атомы не разрушаются, а лишь перегруппировываются: из атомов исходных веществ образуются новые комбинации тех же атомов, но уже в составе
Тренировочная работа по химии для учащихся 11 класса Автор учитель химии МБОУ СОШ 89 Кашкарова С.А. Тема: «ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ ПО ПЕРИОДАМ» КРАТКИЙ СПРАВОЧНИК
Магнитный момент атома. Атом в магнитном поле. Момент импульса в квантовой механике Полный момент импульса: Проекция момента на ось z: Проекции момента на оси x иy не определены. Результирующий момент
ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕСРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СМОЛЕНСКИЙ АВТОТРАНСПОРТНЫЙ КОЛЛЕДЖ имени Е. Г. Трубицына» Методическое пособие для самостоятельного
Атомы. Вещества. Реакции ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ АТОМА Понятие «атом» пришло к нам из античности, но первоначальный смысл, который вкладывали в это понятие древние греки, совершенно изменился. В переводе
Квантовые числа. Состав атомного ядра Лекция 15-16 Постникова Екатерина Ивановна, доцент кафедры экспериментальной физики Квантовые числа Уравнению Шрёдингера удовлетворяют собственные функции r, которые
СТРОЕНИЕ АТОМА 1. Основные сведения о строении атома Мир элементарных частиц разнообразен. Электрон занимает в нём особое место. С его открытия начинается век атомной физики. Изучение свойств электронов
Полный механический момент многоэлектронного атома. Правила Хунда. Принцип Паули. Таблица Менделеева. Момент импульса в квантовой механике Полный момент импульса: Проекция момента на ось z: Проекции момента
Тест «Строение атома. Характеристика химического элемента на основании его положения в периодической системе» 1. Заряд ядра атома равен числу 1) протонов 2) электронов во внешнем электронном слое 3) нейтронов
МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ) СТРОЕНИЕ АТОМА И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
ОСНОВЫ СПЕКТРОСКОПИИ к.ф.-м.н., доцент кафедры ФиОИ Возианова А.В. 23.04.2016 Лекция 7 Электронные оболочки и слои и их заполнение 2 Электронный слои, оболочки и их заполнение Электроны с заданным значением
Содержание 1. Общая химия....................8 1.1. Основные химические понятия....8 Основные понятия................8 Основные законы................10 Современные представления о строении атома................12
СОДЕРЖАНИЕ 1. ВЕщЕстВо 1.1. строение атома. строение электронных оболочек атомов первых 20-ти элементов периодической системы Д. И. Менделеева... 5 1.1.1. Строение атома... 5 1.1.2. Массовое число... 6
СОВРЕМЕННАЯ МОДЕЛЬ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОНА В АТОМЕ Изучение радиоактивности началось в 1896 г., француз Беккерель изучал соедения урана, 1898 г. открытие Б и М. Кюри полония и радия. Исследованиями супругов
АТОМНЫЕ СИСТЕМЫ СО МНОГИМИ ЭЛЕКТРОНАМИ Принцип неразличимости тождественных частиц. Классическая механика оперирует индивидуализированными объектами (частицами). Даже если свойства двух частиц полностью
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра химии ОБЩАЯ ХИМИЯ ЛЕКЦИЯ: СТРОЕНИЕ АТОМОВ ЭЛЕМЕНТОВ
2. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева Периодический закон в формулировке Д.И. Менделеева: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся
Атом - это мельчайшая частица химического вещества, которая способна сохранять его свойства. Слово «атом» происходит от древнегреческого «atomos», что означает «неделимый». В зависимости о того, сколько и каких частиц находится в атоме, можно определить химический элемент .
Кратко о строении атома
Как можно вкратце перечислить основные сведения о является частицей с одним ядром, которое заряжено положительно. Вокруг этого ядра расположено отрицательно заряженное облако из электронов. Каждый атом в своем обычном состоянии является нейтральным. Размер этой частицы полностью может быть определен размером электронного облака, которое окружает ядро.
Само ядро, в свою очередь, тоже состоит из более мелких частиц - протонов и нейтронов. Протоны являются положительно заряженными. Нейтроны не несут в себе никакого заряда. Однако протоны вместе с нейтронами объединяются в одну категорию и носят название нуклонов. Если необходимы основные сведения о строении атома кратко, то эта информация может быть ограничена перечисленными данными .
Первые сведения об атоме
О том же, что материя может состоять из мелких частиц, подозревали еще древние греки. Они полагали, что все существующее и состоит из атомов. Однако такое воззрение носило чисто философский характер и не может быть трактовано научно.
Первым основные сведения о строении атома получил английский ученый Именно этот исследователь сумел обнаружить, что два химических элемента могут вступать в различные соотношения, и при этом каждая такая комбинация будет представлять собой новое вещество. Например, восемь частей элемента кислорода порождают собой углекислый газ. Четыре части кислорода - угарный газ.
В 1803 году Дальтон открыл так называемый закон кратных отношений в химии. При помощи косвенных измерений (так как ни один атом тогда не мог быть рассмотрен под тогдашними микроскопами) Дальтон сделал вывод об относительном весе атомов .
Исследования Резерфорда
Почти столетие спустя основные сведения о строении атомов были подтверждены еще одним английским химиком - Ученый предложил модель электронной оболочки мельчайших частиц.
На тот момент названная Резерфордом «Планетарная модель атома» была одним из важнейших шагов, которые могла сделать химия. Основные сведения о строении атома свидетельствовали о том, что он похож на Солнечную систему: вокруг ядра по строго определенным орбитам вращаются частицы-электроны, подобно тому, как это делают планеты.
Электронная оболочка атомов и формулы атомов химических элементов
Электронная оболочка каждого из атомов содержит ровно столько электронов, сколько находится в его ядре протонов. Именно поэтому атом является нейтральным. В 1913 году еще один ученый получил основные сведения о строении атома. Формула Нильса Бора была похожа на ту, что получил Резерфорд. Согласно его концепции, электроны также вращаются вокруг ядра, расположенного в центре. Бор доработал теорию Резерфорда, внес стройность в ее факты.
Уже тогда были составлены формулы некоторых химических веществ. Например, схематически строение атома азота обозначается как 1s 2 2s 2 2p 3 , строение атома натрия выражается формулой 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 . Через эти формулы можно увидеть, какое количество электронов движется по каждой из орбиталей того или иного химического вещества.
Модель Шредингера
Однако затем и эта атомная модель устарела. Основные сведения о строении атома, известные науке сегодня, во многом стали доступны благодаря исследованиям австрийского физика
Он предложил новую модель его строения - волновую. К этому времени ученые уже доказали, что электрон наделен не только природой частицы, но обладает свойствами волны.
Однако у модели Шредингера и Резерфорда имеются и общие положения. Их теории сходны в том, что электроны существуют на определенных уровнях.
Такие уровни также называются электронными слоями. При помощи номера уровня может быть охарактеризована энергия электрона. Чем выше слой, тем большей энергией он обладает. Все уровни считаются снизу вверх, таким образом, номер уровня соответствует его энергии. Каждый из слоев в электронной оболочке атома имеет свои подуровни. При этом у первого уровня может быть один подуровень, у второго - два, у третьего - три и так далее (см. приведенные выше электронные формулы азота и натрия).
Еще более мелкие частицы
На данный момент, конечно, открыты еще более мелкие частицы, нежели электрон, протон и нейтрон. Известно, что протон состоит из кварков. Существуют и еще более мелкие частицы мироздания - например, нейтрино, который по своим размерам в сто раз меньше кварка и в миллиард раз меньше протона.
Нейтрино - это настолько мелкая частица, что она в 10 септиллионов раз меньше, чем, к примеру, тираннозавр. Сам тираннозавр во столько же раз меньших размеров, чем вся обозримая Вселенная.
Основные сведения о строении атома: радиоактивность
Всегда было известно, что ни одна химическая реакция не может превратить один элемент в другой. Но в процессе радиоактивного излучения это происходит самопроизвольно.
Радиоактивностью называют способность ядер атомов превращаться в другие ядра - более устойчивые. Когда люди получили основные сведения о строении атомов, изотопы в определенной мере могли служить воплощением мечтаний средневековых алхимиков.
В процессе распада изотопов испускается радиоактивное излучение. Впервые такое явление было обнаружено Беккерелем. Главный вид радиоактивного излучения - это альфа-распад. При нем происходит выброс альфа-частицы. Также существует бета-распад, при котором из ядра атома выбрасывается, соответственно, бета-частица.
Природные и искусственные изотопы
В настоящее время известно порядка 40 природных изотопов. Их большая часть расположена в трех категориях: урана-радия, тория и актиния. Все эти изотопы можно встретить в природе - в горных породах, почве, воздухе. Но помимо них, известно также порядка тысячи искусственно выведенных изотопов, которые получают в ядерных реакторах. Многие их таких изотопов используются в медицине, особенно в диагностике .
Пропорции внутри атома
Если представить себе атом, размеры которого будут сопоставимы с размерами международного спортивного стадиона, тогда можно визуально получить следующие пропорции. Электроны атома на таком «стадионе» будут располагаться на самом верху трибун. Каждый из них будет иметь размеры меньше, чем булавочная головка. Тогда ядро будет расположено в центре этого поля, а его размер будет не больше, чем размер горошины.
Иногда люди задают вопрос, как в действительности выглядит атом. На самом деле он в буквальном смысле слова не выглядит никак - не по той причине, что в науке используются недостаточно хорошие микроскопы. Размеры атома находятся в тех областях, где понятие «видимости» просто не существует.
Атомы обладают очень малыми размерами. Но насколько малы в действительности эти размеры? Факт состоит в том, что самая маленькая, едва различимая человеческим глазом крупица соли содержит в себе порядка одного квинтиллиона атомов.
Если же представить себе атом такого размера, который мог бы уместиться в человеческую руку, то тогда рядом с ним находились бы вирусы 300-метровой длины. Бактерии имели бы длину 3 км, а толщина человеческого волоса стала бы равна 150 км. В лежачем положении он смог бы выходить за границы земной атмосферы. А если бы такие пропорции были действительны, то человеческий волос в длину смог бы достигать Луны. Вот такой он непростой и интересный атом, изучением которого ученые продолжают заниматься и по сей день.
