Что такое атом элемент молекула приведите примеры

Что такое атом элемент молекула приведите примеры

Атом — это наименьшая химическая частица вещества.
При разрушении атом распадается на более мелкие («элементарные») физические частицы, из которых он построен.
Число этих частиц у разных атомов различное.
Физические частицы — это электрон e − , протон p + и нейтрон n 0 .

Атом электронейтрален; его ядро включает некоторое число протонов и нейтронов и заряжено положительно, а на периферии атома (в электронной оболочке) находятся электроны, общее число которых равно числу протонов в ядре.

Определенный вид атомов называется химическим элементом.

Каждый элемент имеет свое название и символ. Названия и символы всех химических элементов приведены в Периодической системе.

Химические элементы могут проявлять металлические и неметаллические свойства. В Периодической системе 22 элемента считаются неметаллами (это He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, F, Cl, Br, I, At, O, S, Se, Te, N, P, As, C, Si, B, H), а остальные элементы — металлами.

Все атомы каждого элемента имеют одно и то же число протонов в ядре и число электронов в оболочке.

Относительная атомная масса

Атомы элементов характеризуются определённой (только им присущей) массой. Например, масса атома Н равна 1,67 . 10 −23 г, атома С − 1,995 . 10 −23 г, атома О − 2,66 . 10 −23 г.
Пользоваться такими малыми значениями неудобно, поэтому введено понятие об относительной атомной массе А_r − отношении массы атома данного элемента к атомной единице массы (1,6605 . 10 −24 г).

Молекулы. Молекулярные формулы. Ковалентные и ионные вещества

Молекула — наименьшая частица вещества, сохраняющая химические свойства этого вещества. Все молекулы построены из атомов и поэтому также электронейтральны.

Состав молекулы передаётся молекулярной формулой, которая отражает и качественный состав вещества (символы химических элементов, входящих в его молекулу), и его количественный состав (нижние числовые индексы, отвечающие числу атомов каждого элемента в молекуле).

Так, формула молекулы воды записывается H₂O (2 атома водорода, 1 атом кислорода), молекула хлора Cl₂ (2 атома хлора), молекула углекислого газа — CO₂ (1 атом углерода, 2 атома кислорода).

Примеры чтения молекулярных формул:
N₂ — эн-два, NH₃ — эн-аш-три, H₂O — аш-два-о, H₂SO₄ — аш-два-эс-о-четыре.

Вещества, состоящие из реальных молекул, называются ковалентными веществами — например, вода H₂O, аммиак NH₃, азот N₂, серная кислота H₂SO₄, этанол C₂H₅OH, сахароза C₁₂H₂₂O₁₁.

Большинство неорганических веществ — ионные, они состоят из электронейтральных сочетаний положительных ионов (катионов) и отрицательных ионов (анионов) и не содержат молекул. Их состав передается также молекулярными формулами (условные молекулы), причем сами ионы могут быть одно- и многоэлементными. Так, фторид кальция CaF₂ — сочетание одного катиона Ca 2+ и двух анионов F − , а сульфат натрия Na₂SO₄ — сочетание двух катионов Na + и одного аниона SO₄ 2− .

Иногда условные и реальные молекулы в целом, независимо от их ковалентного или ионного строения, называют формульными единицами веществ.

Некоторые вещества в газообразном и жидком состояниях могут образовывать ассоциаты молекул — реальные частицы вещества в конкретных физических условиях. Например, оксид фосфора(V) P₂O₅ может существовать в виде димера P₄O₁₀, оксид азота(IV) NO₂ — в виде N₂O₄. Формулы P₂O₅ и NO₂ называются молекулярными, а P₄O₁₀ и N₂O₄ — истинными.

Дайте определение понятий «атом», «молекула», «атомная масса», «молекулярная масса». Приведите пример.

Атом — наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Различным элементам соответствуют различные атомы. Молекула — наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. Атомное ядро — центральная часть атома, состоящая из Z протонов и N нейтронов, в которой сосредоточена основная масса атомов. Заряд ядра — положительный, по величине равен количеству протонов в ядре или электронов в нейтральном атоме и совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе. Сумма протонов и нейтронов атомного ядра называется массовым числом A = Z + N. Относительная атомная масса(A_r) — безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента (с учетом процентного содержания изотопов в природе) к 1 /₁₂ массы атома 12 C. А== Относительная молекулярная масса(M_r)-это величина равная отношению средней массы молекулы к 1 а.е.м. численно равна сумме атома масс элементов, составляющих молекулу. M_г = m_г / ( 1 /₁₂ m_а( 12 C)) M_г(B₂O₃) = 2 • A_r(B) + 3 • A_r(O) = 2 • 11 + 3 • 16 = 70

2. Дайте определение понятия «молярная масса эквивалента вещества». Приведите пример.

Молярная масса показывает массу 1 моля вещества (обозначается M). Молярная масса эквивалента веществамасса одного моль эквивалента вещества.(г/моль) Z— основность вещества; Для кислот = числу катионов водорода; Для основании = числу гидроксогрупп; Для оксидов и солей равна произведению заряда элемента на число атомов элемента;

3. Дайте определение понятия «количество вещества». Приведите пример.

Количество вещества— это число структурных единиц (атомов, молекул, ионов) в системе. (моль) Молекулярная масса серы равна 32 г /моль. Определяем количество г/моль вещества в 6,4 г серы n(s) = m(s) / M(s) = 6,4г / 32 г/моль = 0,2 моль

1. Дайте определение понятий «моль», «молярная масса». Приведите пример.

Моль – это количество вещества системы, содержащее столько структурных элементов(молекул,атомов,ионов,электронов), сколько их содержится в 0,012 кг изотопа углерода 12 C. M = m / n[г/моль] Моля́рная ма́сса вещества — масса одного моля вещества Численно равна молекулярной массе. M_H2O = 2 M_H +M_O = 2·1+16 = 18 (г/моль) Молярная масса вещества равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества.

1. Дайте определение понятия «молярный объем газа».

Молярный объем газа — это отношение объема вещ-ва кколичеству этого вещ-ва. V_mгаза(н.у.)=22,4 л /_моль.

1. Дайте определение понятия «относительная плотность газа». Приведите пример.

Относительная плотность газов отношение масс равных объемов сухого газа и сухого воздуха при одинаковых условиях по температуре и давлению. D=

1. Сформулируйте закон сохранения массы и энергии. Формула Эйнштейна. Приведите пример подтверждения закона.

Сумма массы вещества системы и массы, эквивалентной энергии отданной или принятой системой постоянна. E=m – формула Эйнштейна; NaOH + HCl NaCl + H2O 40г 36,5г = 58,5г 18г 76,5 76,5

1. Сформулируйте закон Авогадро, запишите математическое выражение.

В равных объемах различных газов измеренных при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул. 1 следствие: при н.у. 1 моль любого газа содержит число молекул равное числу Авогадро; 2 следствие: при н.у. 1 моль любого газа занимает объем равный 22,4, называемый молярным объемом; 3 следствие: массы различных газов занимаемых одинаковый объем относятся между собой как их молекулярные массы;

1. Сформулируйте закон эквивалентов. Запишите его математическое выражение.

Массы реагирующих веществ относятся между собой как молярные массы их эквивалентов. = Эквивалент— это реальная или условная частица вещества, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному протону ил одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции.

1. Сформулируйте закон действующих масс для скорости химической реакции. Запишите его математическое выражение.

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. aA + bB + .cC+dD V=kC_a a C_b b

1. Сформулируйте закон действующих масс для химического равновесия. Запишите его математическое выражение.

Действующих масс закон, один из основных законов физической химии; устанавливает зависимость скорости химической реакции от концентраций реагирующих веществ и соотношение между концентрациями (или активностями) продуктов реакции и исходных веществ в состоянии химического равновесия.

1. Константа скорости реакции, ее физический смысл.

Константа скорости реакции k зависит от природы реагирующих веществ, температуры и катализатора, но не зависит от значения концентраций реагентов. Физический смысл константы скорости заключается в том, что она равна скорости реакции при единичных концентрациях реагирующих веществ. Для гетерогенных реакций концентрация твердой фазы в выражение скорости реакции не входит.

Химический элемент. Атомы. Молекулы

Цели урока:

Создать условия для актуализации имеющихся у учащихся знаний об атомах, молекулах.

Организовать деятельность учащихся по первичному ознакомлению с понятием «химический элемент» и Периодической системой химических элементов.

Содействовать развитию у учащихся исследовательских умений в процессе поиска и анализа информации.

Требования к уровню подготовки учащихся:

Знать химическую символику: знаки химических элементов;

Уметь называть: химические элементы;

определять: состав веществ по их формулам.

Оборудование: ПСХЭ, таблица «Формы существования химических элементов», шаростержневая модель молекулы воды, модель кристаллической решетки железа, мультимедийный компьютер, проектор.

Ход урока:

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний учащихся.

1) Что изучает химия?

2) Что называют веществом?

3) Чем разные вещества отличаются друг от друга?

3. Постановка целей и задач урока.

Сегодня мы определим причину, по которой разные вещества имеют разные свойства.

Вы уже знаете, что вещества состоят из молекул, а молекулы – из атомов. О составе и строении вещества люди задумались очень давно. Предположение о существовании каких-то неделимых частиц, из которых состоят все вещества появилось в Древней Греции в работах философов Демокрита и Левкипта. Они рассуждали следующим образом: если взять какую-то порцию вещества и разделить ее пополам, а затем продолжить такое деление с вновь образующейся половинкой, то, в конце концов, останется такая порция вещества, которую уже не удастся разделить пополам. Именно эту порцию вещества они и предложили называть атомом (по-гречески атом – неделимый). К сожалению представления древнегреческих ученых, их гениальные догадки не получили распространения и признания. Уровень человеческих знаний в те времена не позволял признать «атом».

Об атомах вспомнили значительно позже, в период зарождения естественных наук. В XVII веке Роберт Бойль утверждал, что все химические превращения – результат соединении и разъединения атомов. Он ввел в науку понятие о химическом элементе как составной части вещества.

Демонстрация: Слайд «Роберт Бойль».

Наиболее последовательным приверженцем идеи атомизма в XVIII веке был великий русский ученый М.В.Ломоносов, в работах которого были заложены основы атомно-молекулярного учения.

Демонстрация: Слайд «Атомно-молекулярное учение».

Основные положения АМУ:

1. Вещества состоят из молекул.

2. Молекулы состоят из атомов.

3. Атомы представляют собой мельчайшие, химически неделимые частицы, из которых состоят молекулы.

Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Демонстрация: Шаростержневая модель молекулы воды.

Металлы не имеют молекул, все они состоят только из отдельных атомов.

Демонстрация: Модель кристаллической решетки железа.

В последствии оказалось, что и атомы не являются неделимыми частицами. Таким образом в положения атомно-молекулярного учения были внесены поправки.

Демонстрация: Слайд «Поправки к атомно-молекулярному учению».

Джон Дальтон связал понятие о химическом элементе с атомной гипотезой о строении вещества. Именно он определил химический элемент как определенный вид атомов.

Демонстрация: Слайд «Джон Дальтон».

В настоящее время существует более строгое определение этого понятия с которым мы познакомимся позднее, а сейчас процитируем отрывок из стихотворения поэта Степана Щипачева «Читая Менделеева»:

«Другого ничего в природе нет

Ни здесь, ни там, в космических глубинах:

Все – от песчинок малых до планет –

Из элементов состоит единых …»

Демонстрация: Слайд «С.Щипачев «Читая Менделеева».

Давайте попробуем проанализировать этот отрывок. О чем в нем говорится?

1). Вся природа (живая и неживая) едина.

2). Все тела и следовательно вещества состоят из элементов.

Но что такое элемент? В толковом словаре можно прочитать, что «элемент – составная часть чего–либо».

Одним из величайших достижений химии было доказательство того факта, что все предметы в мире, будь то обломок скалы, капля воды, куриное перо или дерево, построены из химических элементов. К химическим элементам относят, например, кислород, водород, алюминий, медь, железо. Их назвали элементами по той причине, что их нельзя разложить на более простые вещества путем нагревания, высушивания, кипячения, обработкой кислотами или любым другим способом, которые применяют химики для превращения веществ. В настоящее время известно 111 химических элементов, из них существуют в природе 89, а остальные получены искусственно. Поразительно, как из такого ограниченного набора нитей природе удалось соткать богатый ковер мира.

Каждый химический элемент имеет свое название и обозначается особым знаком – символом. В качестве символов, по предложению шведского химика Й. Берцелиуса, были приняты первые или первая и последующая буквы латинских названий химических элементов.

Демонстрация: Слайд «Й.Я.Берцелиус».

Например, химический элемент водород (латинское название Hydrogenium) имеет символ Н, кислород (латинское название Oxygenium) – O, сера (латинское название Sulfur) – S. Существует много химических элементов, латинские названия которых начинаются с одной буквы. В этом случае берут первую и одну из последующих букв. Например, кремний (Silicium) – Si, олово (Stannum) – Sn, кальций (Calcium) – Ca, медь (Cuprum) – Cu, хлор (Chlorum) – Cl.

Названия химических элементов указывают на свойства веществ, географические объекты, планеты солнечной системы, имена выдающихся ученых.

Признак названия	Химические элементы
Свойства веществ	Водород – рождающий воду Кислород – рождающий кислоты Фосфор – несущий свет Азот – безжизненный Фтор – разрушающий Бром – зловонный Иод – фиолетовый
Названия планет	Селен – Луна Теллур – Земля Уран Плутоний Нептуний
Географические названия	Ge – Германия Ga – Франция Po – Польша Sc – Fr – Франция Ru – Россия Eu – Европа Am – Америка
Имена ученых	Cm – Кюрий Fm – Фермий Es – Эйнштейн Md – Менделеев Lr – Лоуренс

Все химические элементы объединены в Периодическую систему элементов, составленную великим русским химиком Д.И.Менделеевым. Каждый элемент в Периодической системе имеет свой номер.

Демонстрация: Слайд «Структура периодической системы»

В результате работ многих ученых изменилось и содержание понятий «атом» и «молекула».

Атом – наименьшая частица химического элемента, носитель его свойств.

Каждому химическому элементу соответствует совокупность определенных атомов. Связываясь друг с другом, атомы одного или разных элементов образуют более сложные частицы, например молекулы. Все многообразие веществ (твердых, жидких и газообразных) обусловлено различными сочетаниями атомов между собой.

Молекула – частица вещества, которая образована из двух или более атомов и способна к самостоятельному существованию.

Атомы могут существовать в свободном состоянии, в составе простых и сложных веществ.

Простое вещество – вещество, образованное атомами одного химического элемента.

Сложное вещество – вещество, образованное атомами разных химических элементов

Д.з. § 4, записать определения в словарь, выучить символы х.э., упр.5.

Презентация к уроку

Добавить комментарий Отменить ответ

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

НАВИГАЦИЯ

• Дополнительное образование
• Независимая оценка качества образования
• Электронное обучение и дистанционные образовательные технологии
• Мероприятия по оценке качества подготовки обучающихся
• Прием в 1 класс
• Учащимся

Строение атома и электронные конфигурации 1.0

Атом можно представить как конструктор «Лего», который можно собрать из более простых (элементарных) частиц. У разных атомов число «деталек» может быть различным. Об этом и о других особенностях строения атома поговорим в статье.

Строение атома

Великие ученые и философы древности упорно бились над вопросом, из чего же состоят вещества, которые их окружают. Впервые идею о том, что все тела живой и неживой природы состоят из мельчайших частиц — атомов — высказал древнегреческий ученый Демокрит целых 2500 лет назад!

Что же из себя представляет атом?

Атом — это мельчайшая химически неделимая частица вещества.

Атомы могут соединяться друг с другом с помощью химических связей в различной последовательности, образуя более сложные частицы — молекулы.

Можно провести аналогию: атом — это отдельный человек, а молекулы — группы людей, объединенные общим признаком (семья, одноклассники, коллеги, любители кошек, любители собак).

Молекулы — это мельчайшие частицы, которые состоят из атомов. Они являются химически делимыми.

Долгое время считалось, что атом нельзя разделить далее на составляющие. Но с развитием науки ученые-физики выяснили, что атом состоит из более мелких, или элементарных частиц — протонов (p), нейтронов (n) и электронов (ē). В центре атома располагается ядро, которое состоит из протонов и нейтронов (их общее название нуклоны), а вокруг ядра вращаются электроны.

Электроны являются элементарными частицами, то есть неделимыми мельчайшими частицами. Протоны и нейтроны состоят из более мелких кварков, однако в рамках школьной программы кварки не рассматриваются, поэтому протоны и нейтроны мы также относим к элементарным частицам.

Каждая из элементарных частиц в атоме имеет свой заряд и массу.

Можно представить атом как Солнечную систему, где вокруг ядра (Солнца) по орбитам вращаются электроны (планеты). Это так называемая планетарная модель атома.

Тогда более точно определение атома будет звучать так.

Атом — электронейтральная химически неделимая частица, которая состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.

Перейдем от теоретической информации к практической и научимся определять количество элементарных частиц в заданном атоме. Этот навык очень пригодится нам при решении заданий первой части!

Как определить количество элементарных частиц

Сейчас мы научимся определять количество протонов, нейтронов и электронов в атоме любого химического элемента. В этом нам поможет периодическая система Д. И. Менделеева.

Давайте рассмотрим ячейку с углеродом в Периодической системе:

В верхней части ячейки располагается порядковый номер элемента (целое число) — номер элемента в таблице Менделеева по порядку.

Под ним располагается относительная атомная масса (нецелое число) — масса атома данного элемента, выраженная в атомных единицах массы (атомная единица массы (а. е. м.) равна 1/12 массы атома углерода). Относительная атомная масса, округленная до целого числа, называется массовым числом.

Все эти характеристики связаны с количеством элементарных частиц в атоме следующим образом.

• Порядковый номер элемента = число протонов в ядре = заряд ядра атома = число электронов в атоме

(№ элемента = p = Z = ē)

• Число нейтронов = массовое число – порядковый номер

(n = Ar — № элемента)

Разберем на примере углерода. Его порядковый номер — 6, значит, число протонов и электронов равно 6, заряд ядра +6.
Атомная масса равна 12,01115, округлим до 12 и получим массовое число. Тогда количество нейтронов будет равно 12 — 6 = 6.

Элементарная частица	Как нашли?	Значение
Число электронов	Порядковый номер	6
Число протонов	Порядковый номер	6
Число нейтронов	Массовое число — порядковый номер	6 = 12-6

Не всегда мы встречаемся только с атомами из таблицы Менделеева, иногда нам попадаются атомы элементов с заданной массой, отличной от табличной. Что это за атомы и как с ними работать? Сейчас узнаем.

Изотопы

В разновидностях одного и того же химического элемента может быть различное число элементарных частиц. Такие разновидности атома называются изотопами.

Изотопы — атомы одного химического элемента с разной атомной массой, имеющие равное число электронов (е) и протонов (p), но разное число нейтронов (n).

Давайте рассмотрим это на примере атома водорода.

Первый случай: ядро атома водорода состоит из одного протона (масса ядра = 1 атомная единица массы или а.е.м.). Такой атом называется протием, именно он указан в периодической системе Д.И. Менделеева.

Добавим к этому ядру один нейтрон, тогда масса ядра будет равна 2 а.е.м. Мы получили вторую разновидность атома водорода — дейтерий.

Если добавить второй нейтрон к такому ядру, то мы получим тритий. Все три варианта водорода являются изотопами.

На главную сцену выходит электрон! Поговорим о его уникальных свойствах и разберем одну из самых трудных и интересных тем в химии.

Квантовые числа

У каждого взрослого человека есть жизненно важные документы: паспорт, СНИЛС, медицинский полис и другие. У электрона тоже есть свои важнейшие «документы» — набор квантовых чисел:

• главное квантовое число (n);
• орбитальное квантовое число (l);
• магнитное квантовое число (m_l);
• спиновое квантовое число (m_s).

Главное квантовое число (n) характеризует номер энергетического уровня атома.

Главное квантовое число численно равно номеру периода.

Принимает значения: 1, 2, 3,….∞. Однако на сегодняшний день максимальным главным квантовым числом является 7, так как в таблице Менделеева всего 7 периодов. Например, главное квантовое число атома фосфора (P) равно трем, так как этот элемент находится в третьем периоде.

Орбитальное квантовое число (l), или его еще называют побочным квантовым числом, определяет форму атомных орбиталей (траекторий движения электрона).

Определить l можно по формуле:

l=n-1, где
n — это главное квантовое число.

Максимально возможное орбитальное число всегда будет на единицу меньше главного квантового числа.

Важно помнить, что количество атомных орбиталей на каждом уровне равно номеру этого уровня.

Например, фосфор, находящийся в третьем периоде, имеет на первом энергетическом уровне одну атомную орбиталь (s), на втором — две (s и p), на третьем — три (s, p и d). То есть атом фосфора имеет три разных по энергии, но одинаковые по форме s-орбитали – на первом, втором и третьем энергетических уровнях.

Магнитное квантовое число (m_l) определяет количество атомных орбиталей (ячеек).

Оно рассчитывается по формуле:

m_l =2l+1, где
l – это орбитальное квантовое число.

Например, у атома фосфора главное квантовое число n=3; орбитальное квантовое число l=3-1=2 (d-орбиталь); магнитное квантовое число m_l =2 · 2+1=5. Таким образом делаем вывод, что на третьем (n) энергетическом уровне у фосфора находится пять (m_l) различных по энергии d-орбиталей (l).

Спиновое квантовое число (m_s) характеризует собственное движение электрона — спин.

Как мы уже сказали, спиновое квантовое число характеризует движение электрона вокруг ядра атома. То есть атом может двигаться как по часовой, так и против часовой стрелки. Это очень напоминает спиннер (вращающаяся игрушка). Более того, понятия «спиновый» и «спиннер» созвучны, что позволяет без труда вспомнить смысл этого квантового числа.

Электроны на атомной орбитали мы схематично изображаем стрелками вверх (↑) и вниз (↓), обозначая, что они имеют различный спин: для ↑ m_s = +½; для ↓ m_s = -½. Например, для каждого неспаренного электрона атома фосфора на 3p орбитали m_s = +½.

Расчеты главного, орбитального и магнитного квантовых чисел приведены в таблице.

Квантовые числа позволяют нам собрать информацию о строении атома химического элемента, о распределении его электронов, чтобы затем составить «паспорт».

Какой «паспорт» у атомов?

Знания о числе энергетических уровней, форме атомных орбиталей и их количестве изложены в «паспорте» атома. Речь идет о распределении электронов по энергетическим уровням. Такой «паспорт» называется электронной конфигурацией.

Электронная конфигурация — это формула, отражающая распределение электронов по электронным оболочкам атома (энергетическим уровням).

Заполнение орбиталей определяется принципом Паули.

Принцип Паули гласит: «На любой орбитали может быть не более двух электронов, при этом их спины (и заряды) противоположны».

То есть при заполнении орбитали один электрон будет обозначаться ↑, а второй направлен противоположно и обозначается ↓, итого ячейка будет выглядеть вот так:

Заполнение подуровней тоже регулируется определенным образом, согласно правилу Гунда (Хунда):

«Суммарное значение спинового квантового числа электронов на подуровне должно быть максимальным».

Это означает, что в каждой из орбиталей подслоя заполняется сначала один электрон, а второй электрон добавляется только после заполнения всех орбиталей хотя бы одним электроном.

Тут все как в общежитии — сначала каждому студенту дают собственную комнату, но если после этого кому-то еще не хватило места, то новый студент подселяется к кому-то со своей комнатой.

Атомные подуровни заполняются электронами в порядке увеличения их энергии. Этот порядок выглядит следующим образом:

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → …

Почему так? Данный порядок определяется правилом Клечковского.

1. Заполнение электронами атомных орбиталей идет от орбиталей, обладающих меньшим значением суммы главного и орбитального квантового числа (n+l), к орбитали с большим значением суммы.

1. Если сумма n+l одинакова, то электрон располагается на орбитали с меньшим значением n, то есть ближе к ядру.

При заполнении электронами ячеек мы описываем так называемое основное состояние. Это такое состояние атома, при котором энергия системы минимальна. Его состояние можно определить как «веселое»: в атоме все спокойно и в порядке.

Но может быть и другая ситуация, когда на электроны оказывается какое-то воздействие. Тогда происходит процесс, похожий на развод пары в человеческом мире. В результате воздействия те электроны, которые находились на орбитали вдвоем и были спаренными, могут друг с другом «поссориться» и «разъехаться» по разным орбиталям.

Тогда атом можно определить как «грустный»: электроны ссорятся, атом грустит. В химии это состояние и называется возбужденным. Такой «развод» возможен только в пределах одного энергетического уровня.

Теперь мы знаем, что такое «паспорт» атома химического элемента. Однако, как расписать электронную конфигурацию иона?

Ион — это заряженная частица, которая образуется в результате отдачи или присоединения электронов атомами или группой атомов.

Анион — отрицательно заряженный ион.

Катион — положительно заряженный ион.

Электронную конфигурацию ионов можно написать по тем же правилам, что и электронную конфигурацию атомов. Однако при этом нужно учесть количество электронов, которое отдает или принимает атом, чтобы верно определить конфигурацию внешнего (последнего) уровня.

Чтобы легче было запомнить, рассмотрим следующую аналогию: анион своровал электроны, плохо поступил и стал отрицательным персонажем. Воруют, как правило, у кого-то. В данном случае у катиона. Он явно в этой ситуации является положительным персонажем.

Атом может отдать или принять электроны таким образом, чтобы внешний энергетический уровень был максимально заполнен, так как это энергетически выгодно.

Рассмотрим пример с образованием сульфид-аниона S 2- .

• Третий энергетический уровень является внешним для атома серы, на нем располагается 6 электронов, 2 из которых являются неспаренными.
• К этим электронам могут добавиться два «соседа», благодаря которым p-подуровень заполняется полностью и обретает стабильную конфигурацию.
• Так как каждый из электронов имеет отрицательный заряд, равный единице, то суммарно после их присоединения к сере образуется сульфид-анион S2-.

Полностью заполненный подуровень является очень устойчивым. Такую конфигурацию имеют все благородные газы, и к ней стремятся ионы. Однако не стоит забывать, что и полностью пустой подуровень является устойчивым.

Благородные газы — элементы, расположенные в VIIIA группе, имеющие на внешнем энергетическом уровне предельное число электронов — 8.

«Всем привет! Я молекула соли с формулой NaCl. Атомы в моем составе имеют заряд: Na + и Cl – . Как же образовалась моя молекула? Хлору из VIIА группы не хватало всего одного электрона, чтобы стать более устойчивым (иметь на внешнем слое 8 электронов), в то время как у атома натрия из IA группы был лишний электрон, который он был не против отдать, чтобы тоже стать более устойчивым (не иметь электронов на внешнем слое). Передача электрона позволила обоим атомам иметь ту конфигурацию, о которой они мечтали, а также образоваться веществу, которое вы, люди, в обычной жизни зовете поваренной солью».

Почему химические элементы стремятся быть похожими на благородные газы?

Благородные газы, они же как настоящие королевские особы, отличаются от всех остальных атомов своей стабильностью. А стабильность им обеспечивает главное богатство всех атомов — предельное число электронов на внешнем уровне — 8 электронов. Благородные газы находятся в отдельной группе (VIIIA), как короли живут в замках, расположенных отдельно от обычных домов.

Вот мы и узнали, что предел мечтаний всех химических элементов иметь схожую с благородным газом электронную конфигурацию. А теперь можно и попрактиковаться.

Закрепим теорию, решив задание, которое может встретиться в №1 ЕГЭ по химии.

Задание. Из указанных в ряду химических элементов выберите два элемента, которые образуют устойчивый положительный ион, содержащий 10 электронов:

1) Na 2) K 3) N 4) O 5) Cl

Решение:
1) Атом натрия (Na) находится в таблице Менделеева под порядковым номером 11. Следовательно, число электронов равно 11. Чтобы образовать ион, содержащий 10 электронов, атому натрия необходимо отдать один электрон. Если атом отдает электроны, он становится положительно заряженным. Значит, этот вариант ответа подходит.

2) Атом калия (K) находится в таблице Менделеева под порядковым номером 19. Следовательно, число электронов равно 19. Чтобы образовать ион, содержащий 10 электронов, атому калия необходимо отдать девять электронов. Однако максимально атом может отдать только 7 электронов. Значит, этот вариант ответа не подходит.

3) Атом азота (N) находится в таблице Менделеева под порядковым номером 7. Следовательно, число электронов равно 7. Чтобы образовать ион, содержащий 10 электронов, атому азота необходимо принять три электрона. Если атом принимает электроны, он становится отрицательно заряженным. Значит, этот вариант ответа не подходит.

4) Атом кислорода (O) находится в таблице Менделеева под порядковым номером 8. Следовательно, число электронов равно 8. Чтобы образовать ион, содержащий 10 электронов, атому кислорода необходимо принять два электрона. Если атом принимает электроны, он становится отрицательно заряженным. Значит, этот вариант ответа не подходит.

5) Атом хлора (Cl) находится в таблице Менделеева под порядковым номером 17. Следовательно, число электронов равно 17. Чтобы образовать ион, содержащий 10 электронов, атому хлора необходимо отдать семь электронов. Если атом отдает электроны, он становится положительно заряженным. Значит, этот вариант ответа подходит.

Ответ: 15

Мы разобрались с тем, что элементы стремятся полностью заполнить внешний энергетический уровень, либо оставить его пустым. А что же такого особенного в этом внешнем слое? На внешнем энергетическом уровне располагаются особенные валентные электроны.

Валентные и неспаренные электроны

Валентные электроны — электроны, способные участвовать в образовании химических связей.

Представим вкусный большой многослойный ягодный торт. Каждый слой — своего рода уровень. На слоях располагаются ягоды, они же электроны. Но самые вкусные (валентные) всегда располагают сверху на торте. То есть валентные электроны могут быть как на внешнем (в качестве украшения торта), так и на предвнешнем (верхнем бисквитном слое) энергетическом уровне.

Поэтому важно научиться определять количество валентных электронов для различных элементов:

• для элементов главных подгрупп — это все электроны внешнего уровня;
• для элементов побочных подгрупп — это электроны внешнего слоя и предвнешнего d-подуровня.

Среди валентных электронов есть как спаренные электроны, так и неспаренные.

Неспаренными называют электроны, которые находятся поодиночке на орбитали атома, соответственно, спаренные — всегда вдвоем.

Например, у атома водорода один неспаренный электрон на внешнем энергетическом уровне, а вот у атома гелия неспаренных электронов уже нет, но так как оба они находятся на внешнем (и в данном случае единственном) энергетическом уровне, они будут валентными.

Запоминалка: существует последовательность чисел, которая позволяет определить количество неспаренных электронов для атомов главных подгрупп: 1-0-1-2-3-2-1-0.

Таким образом, все неспаренные электроны являются валентными, но не все валентные электроны должны быть неспаренными.

Разберем еще один пример задания №1 ЕГЭ по химии.

Задание. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют одинаковое количество неспаренных электронов.
1) Li 2) Ca 3) N 4) Ne 5) H

Решение. Чтобы решить задание, нужно вспомнить последовательность чисел, которая позволяет определить количество неспаренных электроновдля атомов главных подгрупп: 1-0-1-2-3-2-1-0.

Li — элемент IA группы (1-0-1-2-3-2-1-0), значит, у него один неспаренный электрон.
Ca — элемент IIA группы (1-0-1-2-3-2-1-0), значит, у него нет неспаренных электронов.
N — элемент VA группы (1-0-1-2-3-2-1-0), значит, у него три неспаренных электрона.
Ne — элемент VIIIA группы (1-0-1-2-3-2-1-0), значит, у него нет неспаренных электронов.
H — элемент IA группы (1-0-1-2-3-2-1-0), значит, у него один неспаренный электрон.

Ответ: 15

Строение атома — это тема, с которой всегда начинают познание химии, потому что приступать к изучению химических свойств веществ можно только с пониманием поведения элементарных частиц на атомарном уровне. Изучить тему подробнее и разобрать все ее тонкости поможет статья «Особенности строения электронных оболочек атомов переходных элементов».

Фактчек

• Атом — электронейтральная частица, состоящая из ядра и вращающихся вокруг него электронов.
• Электроны располагаются на электронных подуровнях, причем их число определяется порядковым номером элемента.
• Существует группа атомов одного и того же химического элемента, у которых имеется разное число нейтронов. Такие элементы называют изотопами.
• Электроны характеризуются 4 квантовыми числами: n — главное квантовое число, l— орбитальное квантовое число, m_l— магнитное квантовое число, m_s— спиновое квантовое число.
• Электроны располагаются по ячейкам так, чтобы энергия системы была минимальна.
• Атом стремится обладать наиболее устойчивой электронной конфигурацией, при которой внешний энергетический уровень/подуровень является заполненным. Если к нейтральному атому добавить электроны, то он превращается в анион, если же у него отобрать электроны — образуется катион.
• Для элементов главных подгрупп валентными являются все электроны внешнего уровня. Для элементов побочных подгрупп — это электроны внешнего слоя и предвнешнего d-подуровня.

Проверь себя

Задание 1.
Из чего состоит ядро атома?

1. Протонов и нейтронов
2. Протонов и электронов
3. Нейтронов и электронов
4. Протонов, нейтронов и электронов

Задание 2.
Количество каких элементарных частиц отличается у изотопов?

1. Протонов
2. Нейтронов
3. Электронов
4. Нейтронов и электронов

Задание 3.
Сколько электронов может максимально находиться на 3 энергетическом уровне?

1. 8 электронов
2. 18 электронов
3. 2 электрона
4. 32 электрона

Задание 4.
Какой из энергетических уровней можно назвать внешним?

1. Первый энергетический уровень
2. Последний энергетический уровень
3. Энергетический уровень с наименьшей энергией
4. Любой энергетический уровень

Задание 5.
Чему равно количество валентных электронов для элементов главных подгрупп?

1. Номеру группы
2. Номеру периода
3. Порядковому номеру элемента
4. Массовому числу элемента

Ответы: 1. — 1; 2. — 2; 3. — 2; 4. — 2; 5. — 1