Атом – наименьшая частица вещества, греч. «неделимый». Атом делим, что доказали явления фотоэффекта, радиоактивности, электролиза. Изучение этих явлений определило разработку различных моделей строения атома как сложной частицы.
Модели атома:
- 1904 г Дж.Томсон предложил модель атома «пудинг с изюмом» сферической формы, имеющий положительный заряд, внутри отрицательно заряженные электроны. Электроны совершают колебательные движения, благодаря которым атом излучает электромагнитную энергию.
- 1907 г. Резерфорд предложил «планетарную модель» - положительно-заряженное ядро и движущиеся вокруг электроны. Модель не смогла объяснить излучение и поглощение энергии атомом.
- 1913 г. Нильс Бор – «квантовая модель». Электроны двигаются вокруг ядра по строго определенным замкнутым орбиталям с «разрешенными» значениями энергии, могут переходить с одного энергетического состояния в другое.
- 1932 г. протонно-нейтронная теория ядра, согласно которой ядра атомов состоят из протонов и нейтронов.
Атом – это электронейтральная система, состоящая из ядра и электронов.
Протоны (р+):Z= +1, m=1
Нейтроны (n0): Z=0, m=1
Электроны (e-): Z= -1,
Массовое число (А)= р+ + n0
Число нейтронов в атомах одного и того же химического элемента может быть различным.
Изотопы – это разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковый заряд (число протонов), но разные массовое число (разное число нейтронов).
Задание:
Определите число протонов, нейтронов и электронов:
а) у атомов: Mg, S, Zn, Br
б) у изотопов:18O, 37Cl, 41Ar, 38K
в) у ионов: Al3+, S2-, Fe2+, F-, K+
Схемы электронного строения атомов показывают распределение электронов по электронным слоям (энергетическим уровням).
Электронная формула атома водорода (читается: один-эс-один):
Графическая электронная формула атома водорода (показывает распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням):
Графические электронные формулы атомов показывают распределение электронов не только по уровням и подуровням, но и по орбиталям.
В атоме гелия первый электронный слой завершен — в нем 2 электрона.
Водород и гелий — s-элементы; у этих атомов заполняется электронами s-орбиталь.
У всех элементов второго периода первый электронный слой заполнен, и электроны заполняют s- и р-орбитали второго электронного слоя в соответствии с принципом наименьшей энергии (сначала s, а затем р) и правилами Паули и Хунда.
В атоме неона второй электронный слой завершен — в нем 8 электронов.
У атомов элементов третьего периода первый и второй электронные слои завершены, поэтому заполняется третий электронный слой, в котором электроны могут занимать 3s-, 3р- и 3d-подуровни.
У атома магния достраивается 3s-электронная орбиталь. Na и Mg — s-элементы.
У алюминия и последующих элементов заполняется электронами 3р-подуровень.
У элементов третьего периода остаются незаполненными 3d-орбитали.
Все элементы от Al до Ar — р-элементы. S- и p-элементы образуют главные подгруппы в Периодической системе.
Элементы четвертого — седьмого периодов:
- У атомов калия и кальция появляется четвертый электронный слой, заполняется 4s-подуровень, т. к. он имеет меньшую энергию, чем 3d-подуровень.
К, Са — s-элементы, входящие в главные подгруппы. У атомов от Sc до Zn заполняется электронами 3d-подуровень. Это 3d-элементы. Они входят в побочные подгруппы, у них заполняется предвнешний электронный слой, их относят к переходным элементам.
Обратите внимание на строение электронных оболочек атомов хрома и меди. В них происходит «провал» одного электрона с 4s- на 3d-подуровень, что объясняется большей энергетической устойчивостью образующихся при этом электронных конфигураций 3d5 и 3d10
В атоме цинка третий электронный слой завершен — в нем заполнены все подуровни 3s, 3р и 3d, всего на них 18 электронов. У следующих за цинком элементов продолжает заполняться четвертый электронный слой, 4р-подуровень.
Элементы от Ga до Кr — р-элементы.
У атома криптона внешний слой (четвертый) завершен, имеет 8 электронов. Но всего в четвертом электронном слое может быть 32 электрона; у атома криптона пока остаются незаполненными 4d- и 4f-подуровни.
- У элементов пятого периода идет заполнение подуровней в следующем порядке: 5s → 4d → 5р. И также встречаются исключения, связанные с «провалом» электронов, у 41Nb, 42Мо, 44Ru,45Rh,46Pd, 47Ag.
- В шестом и седьмом периодах появляются f-элементы, т. е. элементы, у которых идет заполнение соответственно 4f- и 5f-подуровней третьего снаружи электронного слоя.
4f-элементы называют лантаноидами.
5f-элементы называют актиноидами.
Порядок заполнения электронных подуровней в атомах элементов шестого периода: 55Cs и 56Ва — 6s-элементы; 57La ... 6s25d1 — 5d-элемент; 58Се — 71Lu — 4f-элементы; 72Hf - 80Hg — 5d-элементы; 81Тl - 86Rn — 6d-элементы. Но и здесь встречаются элементы, у которых «нарушается» порядок заполнения электронных орбиталей, что, например, связано с большей энергетической устойчивостью наполовину и полностью заполненных f-подуровней, т. е. nf7 и nf14.
Закрепление:
- Чему равен заряд атома кислорода?
- Что общего в строении атомов 18О и 16О?
- Сколько электронов в атоме кальция?
- Сколько электронов в ионе О2-?
- Чем могут отличаться атомы одного и того же химического элемента?
Домашнее задание:
Выучить и повторить материал из конспекта
