Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

1.2. Строение электронных оболочек атомов

Лекция



Привет, Вы узнаете о том , что такое 1.2. Строение электронных оболочек атомов, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое 1.2. Строение электронных оболочек атомов , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Общая химия.

Строение электронных оболочек атомов

Электроны в атомах занимают состояния с определенными энергиями (орбитали). Чтобы это показать, орбитали изображают в виде клеток 1.2. Строение электронных оболочек атомов, а электроны — в виде стрелок 1.2. Строение электронных оболочек атомов. Последнее позволяет отобразить такую характеристику электрона, как спин (от англ. spin — вращение). Чтобы понять, что такое спин, представим, что электрон в атоме не только движется вокруг ядра, но и вращается вокруг собственной оси. В зависимости от того, в какую сторону происходит вращение вокруг собственной оси (по часовой стрелке либо против), возможны два значения спина электрона. Электроны с противоположными спинами обозначают стрелками, направленными в разные стороны.

На одной орбитали могут разместиться не более двух электронов с противоположными спинами. Такие электроны называются спаренными. Два спаренных электрона образуют электронную пару:

1.2. Строение электронных оболочек атомов — заполненная орбиталь (электронная пара).

Если на орбитали имеется один электрон, то орбиталь называется частично или наполовину заполненной, а электрон — неспаренным:

1.2. Строение электронных оболочек атомов — частично или наполовину заполненная орбиталь (неспаренный электрон).

Орбитали с одинаковыми значениями энергии образуют энергетический подуровень. Энергетические подуровни обозначаются буквами s, p, d.

s-Подуровень состоит из одной орбитали 1.2. Строение электронных оболочек атомов, имеющей сферическую форму (рис. 1.7).

p-Подуровень состоит из трех орбиталей 1.2. Строение электронных оболочек атомов, имеющих форму объемных восьмерок и ориентированных вдоль трех координатных осей (рис. 2.1).

1.2. Строение электронных оболочек атомов

d-Подуровень состоит из пяти орбиталей 1.2. Строение электронных оболочек атомов, имеющих еще более сложную форму.

Орбитали с близкими значениями энергии образуют энергетический уровень. На каждом энергетическом уровне имеется строго определенное число подуровней и, следовательно, орбиталей, причем их число увеличивается с возрастанием номера энергетического уровня (рис. 2.2).

1.2. Строение электронных оболочек атомов

Из рисунка 2.2 видно, что: первый уровень состоит из одного подуровня — 1s1.2. Строение электронных оболочек атомов
второй — из двух подуровней — 2s1.2. Строение электронных оболочек атомов и 2p1.2. Строение электронных оболочек атомов

третий — из трех подуровней — 3s1.2. Строение электронных оболочек атомов 3p1.2. Строение электронных оболочек атомов и 3d1.2. Строение электронных оболочек атомов

1.2. Строение электронных оболочек атомовС увеличением номера энергетического уровня размеры орбиталей увеличиваются, значения энергии электронов, занимающих эти орбитали, возрастают. Сравните размеры 1s и 2s-орбиталей (рис. 2.3).

Электроны в атоме стремятся занимать состояния с наименьшей энергией.

Расположение электронов на атомных орбиталях отражает электронно-графическая схема.

Приведем электронно-графические схемы некоторых атомов. При этом будем учитывать, что сначала заполняются уровни и подуровни с меньшей энергией (рис. 2.2).

Элемент с атомным номером 1 — водород (Н). Заряд ядра атома водорода равен 1+, поэтому в атоме водорода имеется один электрон, который располагается на орбитали с наименьшей энергией 1s.

Электронно-графическая схема атома водорода:

1.2. Строение электронных оболочек атомов

На практике пользоваться электронно-графической схемой не всегда удобно, проще для отображения строения электронной оболочки атома воспользоваться формулой электронной конфигурации (ее также называют электронной конфигурацией).

Например, формула электронной конфигурации водорода:

1.2. Строение электронных оболочек атомов

Элемент с атомным номером 2 — гелий (Не). Формула электронной конфигурации:

Не: 1s2

Первый энергетический уровень в атоме гелия завершен. Завершенная электронная оболочка устойчива, поэтому гелий не образует химических соединений, является благородным газом, существует в виде отдельных атомов (одноатомных молекул). Другие благородные газы — Ne, Ar и т. д. — также имеют устойчивые завершенные электронные оболочки.

Атомы остальных элементов не имеют завершенных оболочек, поэтому они образуют химические соединения. В этих соединениях атомы приобретают завершенные оболочки ближайших благородных газов.

Элемент с атомным номером 3 — литий (Li). Его электронная конфигурация:

Li: 1s22s1

Из электронной конфигурации атома лития видно, что, отдав один внешний электрон, атом приобретет завершенную электронную оболочку, как и у атома гелия. Для лития характерны реакции, в которых он отдает один электрон, то есть проявляет восстановительные свойства. В образующихся соединениях степень окисления лития равна +1:

1.2. Строение электронных оболочек атомов

Элемент с атомным номером 4 — бериллий (Ве). Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Формула электронной конфигурации:

Ве: 1s22s2

На первый взгляд может показаться, что строение внешнего энергетического уровня атома бериллия такое же, как у атома гелия, но свойства этих элементов совершенно различны. Бериллий — двухвалентный металл, в то время как гелий — благородный газ.

Рассмотрим электронно-графическую схему атома бериллия. Внутреннюю 1s-орбиталь приводить не будем, вместо нее на схеме многоточие. Напомним, что химические свойства атома определяются строением внешнего энергетического уровня. Электронно-графическая схема внешнего энергетического уровня атома бериллия имеет вид:

1.2. Строение электронных оболочек атомов

В отличие от атома гелия, внешний энергетический уровень атома бериллия не завершен. Чтобы приобрести устойчивую завершенную электронную оболочку, атом бериллия должен отдать два электрона, поэтому бериллий проявляет в соединениях степень окисления +2, его оксид имеет формулу ВеО, а гидроксид — Ве(ОН)2.

Элемент с атомным номером 5 — бор (B). Его электронная конфигурация: В: …2s22p1

Следующий элемент — углерод (С). Электронно-графическая схема и электронная конфигурация углерода:

1.2. Строение электронных оболочек атомов

С: …2s22p2

Как видно из электронно-графической схемы, электроны в атоме углерода заполняют разные 2р-орбитали. Это объясняется тем, что, находясь на одной орбитали, одноименно заряженные электроны испытывают электростатическое отталкивание, которое уменьшается, если электроны находятся на разных орбиталях.

Приведем электронно-графические схемы и электронные конфигурации атомов остальных элементов второго периода:

1.2. Строение электронных оболочек атомов или N: …2s22p3

1.2. Строение электронных оболочек атомов или О: …2s22p4

1.2. Строение электронных оболочек атомов или F: …2s22p5

Видно, что атому фтора до завершения электронной оболочки не хватает одного электрона, поэтому фтор легко принимает один электрон, проявляя степень окисления –1. Фтор — элемент с самыми ярко выраженными неметаллическими свойствами.

Последний элемент второго периода — неон (Ne) — имеет завершенную электронную оболочку:

Ne: …2s22p6

Каждая из приведенных электронно-графических схем отражает наиболее энергетически выгодное состояние атома (ему соответствует наименьшая энергия). Такое состояние называется основным.

Поглощая энергию, атом может переходить в возбужденное состояние, при этом один или несколько электронов переходят с одной орбитали на другую (рис. 1.6). Энергия атома в возбужденном состоянии выше, чем в основном, поэтому в возбужденном состоянии атом может находиться очень недолго и быстро возвращается в основное состояние.

Приведем примеры возбужденных состояний атомов (обозначены *):

1.2. Строение электронных оболочек атомов

Особенности электронного строения атома углерода

В 10-м классе вы будете изучать органическую химию — химию соединений углерода. Уникальность этого элемента заключается в том, что число электронов на внешнем энергетическом уровне углерода (их четыре) равно числу орбиталей (которых также четыре). То есть у атома углерода внешний энергетический уровень заполнен ровно наполовину. В таком случае атому невыгодно как отдавать, так и принимать электроны, а выгодно их обобществлять, образуя ковалентные связи. Поэтому атомы углерода образуют достаточно прочные связи друг с другом, соединяясь в длинные цепи или циклы. При этом каждый атом углерода образует четыре ковалентные связи.

На рисунке 2.4 показаны цепи и циклы из атомов углерода в молекулах органических веществ. Свободные валентности атомов углерода заполнены атомами водорода (белые шарики):

1.2. Строение электронных оболочек атомов

1.2. Строение электронных оболочек атомовНеудивительно, что углерод является основой множества органических соединений. Валентность углерода, равная четырем, дает возможность образования разветвленных структур и кратных (двойных и тройных) связей, что обусловливает многообразие органических соединений.

Со строением атомов химических элементов третьего периода вы можете познакомиться, перейдя по ссылке в QR-коде.

Строение электронной оболочки атома отображают при помощи электронно-графической схемы или формулы электронной конфигурации.

При составлении электронно-графической схемы учитывают, что в первую очередь электронами заполняются орбитали с наименьшей энергией и на одной орбитали могут разместиться не более двух электронов с противоположными спинами.

В атоме углерода число электронов на внешнем энергетическом уровне равно числу орбиталей, поэтому атомы углерода способны образовывать достаточно прочные ковалентные связи друг с другом, соединяясь в длинные цепи и циклы.

*Строение электронных оболочек элементов третьего периода

Первый элемент третьего периода — натрий. Его электронная конфигурация:

Na: …3s1

Как видно, конфигурация внешнего электронного слоя натрия повторяет таковую для лития — в атомах обоих элементов на внешнем слое имеется один s-электрон, который атом легко отдает при образовании соединений. Литий и натрий относятся к семейству щелочных металлов. Так как конфигурация внешнего электронного слоя натрия и лития одинаковая, то химические свойства этих металлов во многом подобны. Формулы электронных конфигураций атомов щелочных металлов могут быть выражены в общем виде: …ns1 (где n = 2 для лития, n = 3 для натрия и т. д.). На примере лития и натрия видно, что с увеличением заряда ядер атомов электронные конфигурации внешнего энергетического уровня периодически повторяются, поэтому периодически повторяются свойства химических элементов.

Следующий элемент № 12 — магний. Его электронная конфигурация:

Mg: …3s2

Подобно бериллию, магний — металл, проявляющий в соединениях степень окисления +2. Но поскольку валентные электроны магния находятся на третьем энергетическом уровне и располагаются дальше от ядра, чем валентные электроны бериллия, металлические свойства магния выражены сильнее, чем у бериллия. Это отражается и на характере соединений. Если оксид и гидроксид бериллия проявляют амфотерные свойства, MgO является основным оксидом, а Mg(OH)2 — основанием.

Элемент № 13 — алюминий. Al: …3s23p1. Алюминий так же, как и бор, проявляет в соединениях степень окисления +3, но, в отличие от последнего, является металлом. Оксид алюминия Al2O3 и гидроксид алюминия Al(OH)3 амфотерны.

Электронная конфигурация внешнего слоя элемента № 14 кремния повторяет таковую для углерода:

Si: …3s23p2

Кремний — неметалл. Его оксид SiO2 является кислотным оксидом, а гидроксид H2SiO3 — кислотой.

Элемент № 15 фосфор имеет такую же электронную конфигурацию внешнего электронного слоя, как и азот. Но в отличие от атома азота, атом фосфора, благодаря наличию на внешнем энергетическом уровне 3d-орбиталей, может легко переходить в возбужденное состояние, в котором имеется пять неспаренных электронов:

1.2. Строение электронных оболочек атомов

Р: …3s23p3 1.2. Строение электронных оболочек атомов P*: …3s13p33d1

Валентность фосфора может быть равна III и V. Валентность III фосфор проявляет в кислотном оксиде P2O3. Валентность V — в кислотном оксиде P2O5 и фосфорной кислоте Н3РО4.

Элементы, которые могут проявлять различные валентности, называются поливалентными.

Элемент № 16 — сера. Электронная конфигурация серы:

S: …3s23p4

Как и атом фосфора, благодаря наличию d-орбиталей атом серы может легко переходить в возбужденные состояния:

S: …3s23p4 1.2. Строение электронных оболочек атомов S*: …3s23p33d1 1.2. Строение электронных оболочек атомов S** …3s13p33d2

В основном состоянии у атома серы имеются два неспаренных электрона, поэтому сера может проявлять валентность II (например, в сероводороде H2S). В первом возбужденном состоянии у атома серы имеются четыре неспаренных электрона, следовательно, сера может проявлять валентность IV (SO2, Н2SO3). Второе возбужденное состояние атома серы характеризуется наличием шести неспаренных электронов. Примеры соединений, в которых валентность серы равна VI: SO3, серная кислота H2SO4.

Следующим элементом является хлор. Атомный номер — 17, электронная конфигурация:

Cl: …3s23p5

В основном состоянии у атома хлора, как и у его электронного аналога фтора, имеется один неспаренный электрон. Примеры соединений, в которых хлор одновалентен: простое вещество Cl2, хлороводород HCl. Но, благодаря наличию d-орбиталей на третьем энергетическом уровне, атом хлора, как и атомы фосфора и серы, может легко переходить в возбужденные состояния:

Cl: …3s23p5 1.2. Строение электронных оболочек атомов Cl*: …3s23p43d1 1.2. Строение электронных оболочек атомов Cl**: …3s23p33d2 1.2. Строение электронных оболочек атомов Cl***: …3s13p33d3

Поэтому хлор может проявлять в соединениях валентности I, III, V, VII. Примеры соединений, где валентность хлора III, V и VII:

1.2. Строение электронных оболочек атомов

Завершается формирование 3s- и 3p-подуровней у элемента № 18 — аргона:

Ar: …3s23p6

Восьмиэлектронная оболочка аргона так устойчива, что, несмотря на наличие 3d-орбиталей, его атомы не принимают участия в образовании химических связей и аргон — инертный газ.

Вопросы и задания

1. Сколько электронов может располагаться на одной орбитали?

2. Сколько орбиталей имеется на первом и на втором энергетических уровнях соответственно?

3. Определите степени окисления элементов в следующих соединениях: HF, H2SO4, H2, NH3, CH4.

4. Почему бериллий, имеющий электронную конфигурацию 1s22s2, является активным металлом, тогда как гелий с похожей электронной конфигурацией внешнего энергетического уровня (1s2) — благородным газом?

5. В чем уникальность строения атома углерода, позволяющего ему быть основой для молекул миллионов органических соединений?

6. Химический элемент, электронная конфигурация которого …2s22p2, образует оксид, массовая доля кислорода в котором равна 72,7 %. Приведите химический символ элемента и формулу оксида.

7. Какие из приведенных электронных конфигураций соответствуют основному состоянию атома, а какие — возбужденному:
а) 1s22s22p2; б) 1s22s12p2; в) 1s22s22p5; г) 1s22s22p6; д) 1s22s12p3?

8*. Почему такие элементы, как сера, фосфор, хлор, являются поливалентными?

Исследование, описанное в статье про 1.2. Строение электронных оболочек атомов, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое 1.2. Строение электронных оболочек атомов и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Общая химия

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.

создано: 2025-04-09
обновлено: 2025-04-14
10



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Поделиться:

Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей

Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

Органическая химия

Термины: Органическая химия