2е 8е 1е какой элемент

₂He

Так как на первом энергетическом уровне есть только одна атомная орбиталь, которая не может вместить более двух электронов, то третий и четвёртый электроны в атомах с Z = 3 и Z = 4 занимают следующую по энергии 2s-орбиталь. Атомы этих элементов начинают второй период:

₃Li 1s 2 2s 1

₃Li

₄Be 1s 2 2s 2

₄Be

В атомах следующих элементов электроны заполняют 2p-подуровень : сначала по одному электрону на каждую из трёх р-орбиталей ; затем, начиная с атома кислорода ( Z = 6 ), каждая р-орбиталь заполняется вторым электроном:

₅B 1s 2 2s 2 2p 1

₅B

₆C 1s 2 2s 2 2p 2

₆C

₇N 1s 2 2s 2 2p 3

₇N

₈O 1s 2 2s 2 2p 4

₈O

₉F 1s 2 2s 2 2p 5

₉F

₁₀Ne 1s 2 2s 2 2p 6

₁₀Ne

Так как второй энергетический уровень не может содержать более 8 электронов, то элемент с относительным зарядом ядра атома +11 ( Z = 11 ) начинает третий период:

₁₁Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

Последовательность заполнения электронами атомных орбиталей на третьем энергетическом уровне аналогична той, что мы наблюдали для второго уровня ( Приложение 1 ). Состояние электронов последнего элемента третьего периода аргона ( Z = 18 ) описывается так:

₁₈Ar 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6

При этом у атома Ar, в отличие от атомов предыдущих благородных газов He и Ne, не заканчивается заполнение электронами третьего энергетического уровня. У него остаются незаполненными 3d-орбитали . Поскольку на внешнем электронном слое не может быть более 8 электронов, то cледующий за аргоном элемент ( Z = 19 ) начинает новый, четвёртый период.

Для компактности записи заполненные электронные оболочки в формулах электронных конфигураций заменим символом благородного газа, атом которого имеет такую же электронную конфигурацию. Так, запись 1s 2 можно заменить на [He], 1s 2 2s 2 2p 6 — на [Ne], 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 — на [Ar] и т. д. Например, формулу электронной конфигурации атома лития можно записать как [He]2s 1 , хлора — [Ne]3s 2 3p 5 .

На этом остановим рассмотрение электронных конфигураций атомов химических элементов.

Сопоставив формулы электронных конфигураций атомов с положением соответствующих им химических элементов в периодической системе, можно обратить внимание на следующие закономерности.

Во-первых, начало каждого периода совпадает с началом заполнения нового энергетического уровня в атоме. Значение номера этого уровня (n) равно номеру периода. В этом заключается физический смысл номера периода.

Во-вторых, число электронов на внешней электронной оболочке атома А-группы равно номеру группы, в которой размещён соответствующий этому атому химический элемент. В этом заключается физический смысл номера группы. Максимальное число электронов на внешней электронной оболочке атомов не превышает восьми (табл. 6).

Таблица 6. Электронная конфигурация атомов химических элементов А-групп

Третья закономерность следует из анализа следующей логической схемы, которую мы построим с учётом знаний, полученных в 8–10-х классах.

В одной группе размещены химические элементы, образующие соединения со сходными химическими свойствами

Атомы химических элементов, расположенных в одной группе, имеют одинаковую электронную конфигурацию внешней электронной оболочки

Вывод. Химические свойства веществ обусловлены строением внешних электронных оболочек атомов, поэтому внешнюю электронную оболочку называют валентной, а размещённые на ней электроны — валентными.

Четвёртую закономерность нам позволит сделать логическая схема.

Свойства химических элементов изменяются периодически с ростом заряда их атомных ядер

Электронная конфигурация внешней электронной оболочки атомов повторяется периодически с ростом заряда их ядер

Вывод. Периодичность изменения свойств химических элементов совпадает с периодичностью изменения электронной структуры их атомов.

Проведённое сопоставление позволяет заключить: свойства химических элементов изменяются периодически потому, что периодически изменяется электронная конфигурация внешней электронной оболочки их атомов.

*Электронные конфигурации атомов элементов четвёртого периода

Согласно схеме распределения атомных орбиталей по энергии, изображённой на рисунке 18, энергия 3d-орбиталей выше, чем 4s-орбиталей , поэтому в атоме калия последний электрон занимает более низкую по энергии 4s-орбиталь с образованием электронной конфигурации 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 . Аналогично происходит и с последними двумя электронами атома кальция. При этом формируется электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .

У атомов элементов, следующих за кальцием в 4-м периоде, энергетически предпочтительнее заполнение электронами не 4p— , а 3d-подуровня .

Принцип заполнения электронами 3d-орбиталей тот же, что для s— и p-орбиталей : по мере накопления электроны по очереди заполняют 3d-орбитали сначала по одному электрону, после заполнения всех орбиталей — по второму. Так, электронная конфигурация атома железа с шестью электронами на 3d-подуровне описывается формулой 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 .

Нарушается порядок заполнения электронами атомных орбиталей в атомах хрома и меди. Для них энергетически более устойчивы состояния с одним электроном на 4s-орбитали : Cr — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 , Cu — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 .

Электроны в атоме цинка завершают заполнение 3d-подуровня , и у следующего за ним элемента галлия начинает заполняться следующий по возрастанию энергии 4p-подуровень . Заполнение этого подуровня заканчивается у атома благородного газа криптона. Формула электронной конфигурации Kr — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 .

Так как у атомов от скандия до цинка происходит последовательное заполнение электронами 3d-подуровня , их называют d-элементами . Ввиду того что существует пять d-орбиталей , в 4-м и каждом последующем периоде имеется по десять d-элементов . Формулы электронных конфигураций для d-элементов 4-го периода приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Электронные конфигурации атомов элементов 4-го периода

Порядок расположения 3d— и 4s-орбиталей в атомах установлен экспериментально. Исходя из этих данных, при отрыве от атома электронов ns 2 -электроны отрываются раньше, чем (n–1)d-электроны , что приводит к обычной для d-элементов степени окисления +2. Из этого следует, что ns-электронный слой является внешним по отношению к (n–1)d-электронному слою.

Структура периодической системы химических элементов с точки зрения строения атомов

Основными структурными составляющими периодической системы химических элементов являются группа и период. Группа — это вертикальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания заряда ядра их атомов, объединённых общим признаком — однотипной электронной конфигурацией внешней электронной оболочки.

Элементы IА- и IIА-групп относят к s-элементам , поскольку у них электроны внешней оболочки находятся на s-подуровне . Элементы IIIА– VIIIА-групп — соответственно к p-элементам . Элементы, расположенные в периодической системе между s— и p-элементами в 4–8-м периодах, называются d— и f-элементами . У них электронами заполняется d— и f-подуровни предвнешней электронной оболочки. Такие элементы относят к B-группам .

Периоды — это горизонтальные ряды в периодической системе, в которых химические элементы расположены в порядке увеличения заряда ядра атома и числа электронов на внешнем энергетическом уровне. У атомов элементов 2-го и 3-го периодов происходит постепенное заполнение электронами s— , а затем p-орбиталей .

Каждый период начинается s-элементами (щелочные металлы), в атомах которых электроны заполняют новый энергетический уровень. Последним элементом в каждом периоде является благородный газ, атомы которого имеют полностью заполненный электронами р-подуровень .

Таким образом, развитие теории строения атома позволило дать физическое обоснование периодическому закону и структуре периодической системы химических элементов. В настоящее время периодическую систему можно рассматривать как естественную классификацию химических элементов по электронным структурам их атомов.

*Положение в периодической системе d- и f- элементов

d— и f-Элементы относят к элементам B-групп . Так как эти элементы расположены в периодической системе между s— и p-элементами в 4–8-м периодах, их называют переходными.

В 4-м периоде (K — Kr) содержится 18 элементов. Ввиду большего числа элементов в этом периоде по сравнению с первыми тремя периодами Д. И. Менделеев назвал 4-й и последующие периоды большими.

Пятый период (Rb — Xe) построен аналогично 4-му : в нём также находится десять переходных d-элементов (Y — Cd).

Шестой период (Cs — Rn) содержит 32 элемента. В него, помимо десяти d-элементов (Lu — Hg), включено 14 f-элементов . Элементы от лантана (La) до иттербия (Yb) в виде отдельного ряда вынесены вниз таблицы, который получил название «лантаноиды» по его первому элементу — лантану. Лантаноиды сходны по химическим свойствам. Это объясняется тем, что электронами у них заполняются внутренние 4f-орбитали , а валентный электронный слой имеет похожую электронную конфигурацию — чаще всего 5d 1 6s 2 . В соединениях лантаноиды проявляют преимущественно степень окисления +3.

Седьмой период также содержит 32 элемента — от франция (Fr) до оганесона (Og). Период начинается с s-элементов (Fr и Ra), затем следуют 14 актиноидов (Ac — No). Эти элементы также вынесены в отдельный ряд внизу таблицы из-за близости их свойств, хотя они выражены меньше, чем у лантаноидов. Затем следуют десять 6d-элементов и шесть 6р-элементов . Все элементы этого периода являются радиоактивными, и большая их часть получена искусственным путём.

В периодической системе элементы разделены на группы. Две группы IA и IIA заполняют s-элементы . Далее располагаются десять В-групп , заполненных d-элементами . Завершают таблицу шесть А-групп , содержащих р-элементы .

Может ли быть открыто ещё больше химических элементов, чем известно сейчас? Ведь самые последние из известных элементов были открыты совсем недавно.

На этот вопрос отвечает теория ядерной физики. Пока с надёжностью предсказывают возможность существования химических элементов с порядковыми номерами до 126. В то же время есть научные концепции, которые предполагают искусственное получение химических элементов с порядковыми номерами до 173 с «островком стабильности» в области 164-го элемента.

У периодического закона нет привычного для физических законов математического выражения. Все попытки вывести математическую формулу периодического закона, предпринимавшиеся неоднократно, оказались безуспешными. В этом особенность свойств химических элементов и их соединений. Присущие им свойства не укладываются в простые математические выражения.

Своеобразной графической формой, выражающей периодический закон, стала периодическая система, которую Д. И. Менделеев представил в виде таблицы. По предложению ИЮПАК её так и называют: «Периодическая таблица элементов» (Periodic Table of the Elements), а у нас часто кратко: «Таблица Менделеева».

Таблица периодической системы — это иллюстрация закономерного расположения химических элементов относительно друг друга в периодической системе.

Менделеев посчитал более приемлемым представить периодическую систему в короткопериодной форме, которая в современном виде изображена на рисунке 20.1. В ней группы элементов подразделяются на подгруппы — главные и побочные. В главных подгруппах размещены s— и p-элементы , в побочных — d-элементы .

Позже ИЮПАК предложил использовать полудлиннопериодный вариант таблицы, в котором главные и побочные подгруппы были преобразованы в отдельные А- и В-группы : главные — в А-группы , побочные — в В-группы . Таких групп оказалось 18. Эта таблица изображена на форзаце учебника.

Существует вариант длиннопериодной таблицы, в которой f-элементы встроены в ряд с d-элементами (рис. 20.2). Существуют и другие варианты изображения периодической системы, их насчитывается около 500.

Свойства атомов химических элементов, а также состав и свойства образуемых ими простых веществ и соединений находятся в периодической зависимости от заряда атомных ядер.

Порядковый номер химического элемента равен числу протонов в ядре атома этого элемента.

Номер А-группы соответствует числу электронов на внешней электронной оболочке атомов химических элементов данной группы. Элементы, находящиеся в одной группе периодической системы, имеют одинаковую электронную конфигурацию внешнего электронного слоя.

Номер периода совпадает с числом энергетических уровней, на которых размещены электроны в атомах всех элементов этого периода.

Вопросы, задания, задачи

1. Поясните на примере азота физический смысл порядкового номера химического элемента, номера А-группы , номера периода.

2. Почему элементы IА- и IIА-групп называют s-элементами , а элементы IIIА– VIIIА-групп — p-элементами ?

3. Постройте электронно-графические схемы и запишите электронные формулы атомов химических элементов 3-го периода.

4. Почему свойства химических элементов и их соединений подчиняются периодическому закону? Обоснуйте свой ответ.

5. Почему элементы одной группы проявляют сходство в свойствах? В чём причина различия свойств химических элементов, расположенных в одной группе?

6. Из анализа приведённых электронно-графических схем, отметьте, какие состояния атома являются основными, а какие возбуждёнными:

• а)
• б)
• в)
• г)
• д)

7. Определите число энергетических уровней, на которых в атомах кислорода, магния, кальция и свинца в основном состоянии расположены электроны.

• а) число электронов на внешней электронной оболочке у атомов химических элементов с порядковыми номерами 5, 15, 20, 32, 53;
• б) символы элементов, в атомах которых полностью заполнены внешние электронные оболочки.

9. Определите массу соли, полученной при растворении в кислоте состава НЭ металла Ме массой 5 г . При этом известно, что элемент, входящий в состав кислоты имеет электронную конфигурацию [Ne]3s 2 3p 5 , а электронная схема металла 2е – , 8е – , 2е – .

10. Составьте электронно-графическую схему атома химического элемента Э, соединения которого широко используются в сельском хозяйстве. Одно из них имеет состав (ЭН₂)₂СО, а массовая доля элемента в нём равна 46,67 % .

*Самоконтроль

1. В периодической зависимости от заряда ядра атомов находится:

• а) масса атомов;
• б) общее число электронов в атоме;
• в) электронная конфигурация внешнего электронного слоя;
• г) размеры атомов.

2. Атому магния соответствуют формулы электронных конфигураций:

3. Общая формула электронной конфигурации элементов IIIА-группы:

4. Формулы электронных конфигураций благородных газов:

5. Два неспаренных электрона на внешнем электронном слое в основном состоянии имеют атомы:

Обобщающий урок

Цели урока. Образовательные: повышение интеллекта учащихся.

Воспитательные: формирование в ходе игры коллективизма, коммуникативности, чувства гордости за достижения российской науки.

Познавательные: развитие внимания, памяти, речи, мышления; умение выдвигать и отстаивать гипотезы; умение самостоятельно и творчески мыслить.

Оборудование и реактивы. Периодическая система химических элементов, портрет Д.И.Менделеева, химические стаканы; Na, Al, HCl, Н₂О, фенолфталеин.

Периодическому закону будущее не грозит разрушением,
а только надстройки и развитие обещает.
Д.И.Менделеев

За две недели до урока учащиеся разделяются на 4 группы, которым дается задание: придумать название и девиз своей команде, выпустить газету, посвященную периодическому закону Д.И.Менделеева, и изучить биографию ученого.

Вводное слово учителя

Учитель обращает внимание ребят на то, что подобно тому, как в русском языке – алфавит, в математике – таблица умножения, в химии основой основ является периодическая таблица химических элементов Д.И.Менделеева. Отмечает, что в этом году учащиеся лишь слегка прикоснулись к этому гениальному творению, но обязательно вернутся к таблице в старших классах.

Представление команд

1-я к о м а н д а «Седьмой элемент». Девиз: «Азот – лучше всех, быстрее всех, был, есть и будет нужнее всех».

2-я к о м а н д а «Атомы». Девиз: «Атомы повсюду людям светят – это знают даже дети».

3-я к о м а н д а «112-й элемент». Девиз: «Мы 112-й элемент, а в таблице нас и нет, но через время и года в таблице будем навсегда».

4-я к о м а н д а «Химические проныры». Девиз: «Мы проныры везде, и в деле, и в уме».

Работу учащихся оценивает жюри, в состав которого входят ученики старших классов.

Назвать элементы, которые начинаются или заканчиваются на букву «а».

(Актиний, аргон, азот, алюминий, астат, америций;
сера, сурьма, платина.)

Конкурс капитанов

Составить названия химических элементов из букв слова «ПРОТАКТИНИЙ».

(Актиний, торий, титан, криптон, иттрий.)

Викторина «Жизнь и научная деятельность Д.И.Менделеева»

I г е й м. Детство и начало научной деятельности Д.И.Менделеева.

1. Где и когда родился Д.И.Менделеев?

2. Что вы знаете о семье Д.И.Менделеева?

3. Где учился Д.И.Менделеев?

4. Назовите первую научную работу Д.И.Менделеева по химии.

II г е й м. Открытие периодического закона.

1. Когда Д.И.Менделеевым был открыт периодический закон?

2. Какой была первая формулировка периодического закона?

3. Какова современная формулировка периодического закона?

4. Когда и с какой целью Д.И.Менделеев совершил полет на аэростате?

III г е й м. Научное наследие Д.И.Менделеева.

1. Какие химические элементы из предсказанных Д.И.Менделеевым были открыты еще при его жизни?

2. Как увеличилась «семья» химических элементов после открытия Периодического закона?

3. Какой химический элемент назван в честь нашей страны?

4. Какая работа Д.И.Менделеева имела особо важное значение для обороны нашей страны?

Ответь на вопрос

1. Что такое период?

2. Какие различают периоды?

3. Что показывает номер периода?

4. Как меняются свойства химических элементов в периоде?

5. У какого химического элемента более ярко выражены металлические свойства: Na или Al? Ответ обоснуйте.

Опыт. В один стакан с водой опускается Na, а в другой – Al, предварительно выдержанный в HСl для разрушения оксидной пленки. Объясните, почему раствор фенолфталеина в первом стакане изменил окраску на малиновый цвет.

Попасть в кислоту – есть ли горше удача?
Но он перетерпит без вздохов, без плача.
Зато в щелочах у фенолфталеина
Начнется не жизнь, а сплошная малина.

6. Что такое группа? На какие подгруппы делят группу?

7. Назовите главную подгруппу I группы, побочную подгруппу VII группы.

8. Что показывает номер группы?

9. Как меняются свойства химических элементов в группе?

10. У какого химического элемента более ярко выражены неметаллические свойства: N или Р? Ответ обоснуйте.

Выигрышный путь (горизонталь, вертикаль, диагональ)

1. Назовите элементы одного периода.

Ответ. N, Li, Ne.

2. Назовите элементы одной главной подгруппы.

Ответ. F, I, Br.

Отгадай элемент

2. 2е, 7е.

3. 2е, 8е, 5е.

4. 2е, 8е, 8е, 1е.

Расшифруй

1. 4е, 4р, 5n.

(Бериллий Ве.)

2. 14е, 14р, 14n.

(Кремний Si.)

3. 35е, 35р, 45n.

4. 20е, 20р, 20n.

(Кальций Ca.)

Вставь слово или словосочетание

1-я к о м а н д а.

1. В главных подгруппах с увеличением заряда ядра атома металлические свойства …

(Усиливаются.)

2. Ядро атома химического элемента состоит из … и …. .

(Нейтронов и протонов.)

3. Назовите элемент и укажите его характер: 15е, 15р, 16n.

2-я к о м а н д а.

1. В периодической системе химических элементов … периодов, из них … малых и … больших.

(7 периодов, из них 3 малых и 4 больших.)

2. Число электронов на внешнем энергетическом уровне определяется по номеру … .

3. Назовите элемент и укажите его характер: 30е, 30р, 35n.

3-я к о м а н д а.

1. В … постепенно увеличивается число электронов на внешнем энергетическом уровне.

2. В центре атома находится … , вокруг которого располагаются … .

(Ядро, электроны.)

3. Назовите элемент и укажите его характер: 4е, 4р, 5n.

4-я к о м а н д а.

1. Элементы одной группы имеют сходные свойства, т.к. у их атомов … строение внешнего энергетического уровня.

2. Число энергетических уровней определяется по номеру … .

3. Назовите элемент и укажите его характер: 11е, 11р, 12n.

Работа над ошибками

(Ошибки в тексте выделены полужирным шрифтом.)

1-я к о м а н д а.

1) +11

2) Rb – № 37, 1-й период (малый), V группа, побочная подгруппа;

3) Si: e = 28; p = 28; n = 14;

4) C – имеет четыре энергетических уровня, на внешнем уровне 4e.

2-я к о м а н д а.

1) +8

2) Al – № 27, 3-й период (малый), III группа, A_r(Al) = 13;

3) F: e = 9; p = 19; n = 28;

4) Ti – имеет пять энергетических уровней, на внешнем уровне 2e.

3-я к о м а н д а.

1) +17

2) Ar – № 18, 3-й период (большой), A_r(Ar) = 40, металл;

3) Cu: e = 63; p = 29; n = 35;

4) Li – имеет один энергетический уровень, на внешнем уровне 3e.

4-я к о м а н д а.

1) +3

2) N – № 14, 2-й период (малый), V группа, число энергетических уровней 5;

3) V: e = 23; p = 51; n = 28;

4) S – имеет три энергетических уровня, на внешнем уровне 2e.

Разгадайте кроссворд и дайте определение полученному в выделенном столбце слову.

По горизонтали: 1. Представитель семейства лантаноидов с порядковым номером 68. 2. Металл, используемый в лампочках накаливания. 3. Инертный газ, в жидком виде применяется для получения сверхнизких температур. 4. Любимый металл вторчермета. 5. Элемент второго периода, неметалл. 6. 2e; 8e; 8e – какой это элемент? 7. Самый дорогой металл.

Ответы.

По горизонтали: 1. Эрбий. 2. Вольфрам. 3. Гелий. 4. Алюминий. 5. Углерод. 6. Аргон. 7. Платина.

По вертикали: 1. Элемент.

Команды представляют свои газеты.

Заключение. Подводятся общие итоги, вручаются призы.