Атом має багато. Будова атома. Моделі будови атома

Хімія- наука про речовини та їх перетворення один в одного.

Речовини - це хімічно чисті речовини

Хімічно чиста речовина-це сукупність молекул, що мають однаковий якісний і кількісний склад і однакову будову.

СН 3-О-СН 3 -

СН 3 -СН 2 -ВІН

Молекула - найдрібніші частинки речовини, що мають усі його хімічні властивості; молекула складається із атомів.

Атом- це хімічно неподільні частинки, через які утворені молекули. (Для благородних газів молекула і атом одне і теж, Не, Ar)

Атом- електронейтральна частка, що складається з позитивно зарядженого ядра, навколо якого за своїми строго визначеними законами розподілені негативно заряджені електрони. Причому сумарний заряд електронів дорівнює заряду ядра.

Ядро атомів складається з позитивно заряджених протонів (р) і нейтронів (n), що не несуть ніякого заряду. Загальна назва нейтронів та протонів – нуклони. Маса протонів та нейтронів практично однакова.

Електрони (е -) несуть негативний, заряд дорівнює заряду протона. Маса е - становить приблизно 0,05% від маси протону та нейтрону. Таким чином, вся маса атома зосереджена у його ядрі.

Число р в атомі, рівні заряду ядра, називається порядковим номером (Z), так як атом електронейтральний число е - дорівнює числу р.

Масовим числом (А) атома називається сума протонів та нейтронів у ядрі. Відповідно число нейтронів в атомі дорівнює різниці між А і Z. (масовим числом атома та порядковим номером). (N = А-Z).

17 35 Cl р=17, N=18, Z=17. 17р +, 18n 0, 17е-.

Нуклони

Хімічні властивості атомів визначається їхньою електронною будовою (число електронів), яка дорівнює порядковому номеру атомів (заряду ядра). Отже, всі атоми з однаковим зарядом ядра в хімічному відношенні поводяться однаково і розраховуються як атоми одного й того самого хімічного елемента.

Хімічний елемент – це сукупність атомів із однаковим зарядом ядра. (110 Хімічних елементів).

Атоми, маючи однаковий заряд ядра, можуть відрізнятися масовим числом, що з різним числом нейтронів у тому ядрах.

Атоми, що мають однакову Z, але різне масове число називаються ізотопами.

17 35 Cl 17 37 Cl

Ізотопи водню Н:

Позначення: 1 1 Н 1 2 Д 1 3 Т

Назва: протий дейтерій тритій

Склад ядра: 1р 1р+1n 1р+2n

Протий та дейтерій-стабільні

Тритій-розпадається (радіоактивний) Використовується у водневих бомбах.

Атомна одиниця маси. Число Авогадро. Міль.

Маси атомів і молекул дуже малі (приблизно 10 -28 до 10 -24 р.), для практичного відображення цих мас доцільно ввести свою одиницю виміру, яка б призводила до зручної та звичної шкали.

Оскільки маса атома зосереджена в його ядрі, що складаються з практично однакових за масою протонів і нейтронів, то логічно за одиницю маси атомів прийняти масу одного нуклону.

Умовилися за одиницю маси атомів і молекул прийняти одну дванадцяту ізотопу вуглецю, що має симетричну будову ядра (6р+6n). Цю одиницю називають атомною одиницею маси (а.е.м.), вона чисельно дорівнює масі одного нуклону. У цій шкалі маси атомів близькі до цілих значень: Не-4; Al-27; Ra-226 а.е.м……

Розрахуємо масу 1 а.е.м у грамах.

1/12 (12 С) = = 1,66 * 10 -24 г / а.

Розрахуємо, скільки а.е.м міститься в 1г.

N A = 6,02 *-число Авогадро

Отримане співвідношення називається числом Авогадро, що скільки а.е.м міститься в 1г.

Маси атомів, наведені в Періодичній таблиці, виражені в а.е.м.

Молекулярна маса- це маса молекули, виражена в а.е.м, знаходиться як сума мас всіх атомів, що утворюють цю молекулу.

м(1 молекули Н 2 SO 4)= 1*2+32*1+16*4= 98 а.

Для переходу від а.е.м до практично використовуваної хімії 1 р ввели порційний підрахунок кількості речовини причому у кожної порції міститься число N A структурних одиниць (атомів, молекул, іонів, електронів). В цьому випадку маса такої порції, званої 1 моль, вираженої в грамах, чисельно дорівнює атомної або молекулярної маси, виражених в а.

Знайдемо масу 1 моль Н 2 SO 4:

М(1 моль Н 2 SO 4)=

98а.е.м*1,66**6,02*=

Як видно молекулярна та молярна маси чисельно рівні.

1 моль- Кількість речовини, що містить число Авогадро структурних одиниць (атомів, молекул, іонів).

Молекулярна маса(М)- маса 1 моль речовини, виражена у грамах.

Кількість речовини-V(моль); маса речовини м(г); молярна маса М(г/моль)-пов'язані співвідношенням: V=;

2Н 2 Про+ Про 2 2Н 2 Про

2 моль 1 моль

2.Основні закони хімії

Закон сталості складу речовини-хімічно чиста речовина незалежно від способу одержання завжди має постійний якісний та кількісний склад.

CH3+2O2=CO2+2H2O

NaOH+HCl=NaCl+H2O

Речовини з постійним складом називаються дальтоніти. Як виняток відомі речовини незмінного складу-бертоліти (оксиди, карбіди, нітриди)

Закон збереження маси (Ломоносов) - маса речовин, що вступили в реакцію, завжди дорівнює масі продуктів реакції. З цього випливає, що атоми в ході реакції не зникають і не утворюються вони переходять з одних речовин в інші. На цьому заснований підбір коефіцієнтів у рівнянні хімічної реакції, число атомів кожного елемента в лівій та правій частинах рівняння має дорівнювати.

Закон еквівалента- у хімічних реакціях речовини реагують і утворюються в кількостях рівних еквіваленту (Скільки еквівалента однієї речовини витрачено, рівно стільки ж еквівалентів витрачено або утворилося іншої речовини).

Еквівалент-кількість речовини, яка в ході реакції приєднує, заміщає, вивільняє один моль атомів (іонів) H. Маса еквівалента виражена в грамах називається еквівалентною масою (Е).

Газові закони

Закон Дальтона- загальний тиск суміші газів дорівнює сумі парціальних тисків всіх компонентів газової суміші.

Закон Авогадро- рівні обсяги різних газів за однакових умов містять однакову кількість молекул.

Наслідок: один моль будь-якого газу за нормальних умов (t=0 градусів або 273K і P=1 атмосфера або 101255 Паскаль або 760 мм. Рт. Стовпчик) займає V=22,4 л.

V який займає один моль газу називається молярним об'ємом Vm.

Знаючи обсяг газу (суміші газу) і Vm за даних умов, легко розрахувати кількість газу (газової суміші) = V/Vm.

Рівняння Менделєєва-Клапейрона.- пов'язує кількість газу з умовами, за яких він знаходиться. pV=(m/M)*RT= *RT

При використанні даного рівняння всі фізичні величини повинні бути виражені в СІ: p-тиск газу (паскаль), V-об'єм газу (літри), m-маса газу (кг.), М-молярна маса (кг/моль), Т- температура за абсолютною шкалою (К), Ню-кількість газу (моль), R- газова постійна = 8,31 Дж/(моль*К).

Д- відносна щільність одного газу по іншому - відношення М газу до М газу, обраного як стандарт, показує у скільки разів один газ важчий за інший Д=М1/М2.

Способи вираження складу суміші речовин.

Масова частка W-відношення маси речовини до маси всієї суміші W=((m в-ва)/(m р-ра))*100%

Мольна частка ? у суміші.

Більшість хімічних елементів у природі представлені як суміші різних ізотопів; знаючи ізотопний склад хімічного елемента, виражений у мольних частках, розраховують середньозважене значення атомної маси цього елемента, яка і переводиться в ІСХЕ. А= Σ (æi*Аi)= æ1*А1+ æ2*А2+…+ æn*Аn , де æi- мольна частка i-ого ізотопу, Аi- атомна маса i-ого ізотопу.

Об'ємна частка (φ)-відношення Vi до обсягу всієї суміші. φi=Vi/VΣ

Знаючи об'ємний склад газової суміші, розраховують Мср суміші газів. Мср = Σ (φi * Mi) = φ1 * М1 + φ2 * М2 + ... + φn * Мn

Інструкція

Якщо атом електронейтральний, то число електронів у ньому дорівнює числу протонів. Число протонів відповідає атомному елементу в таблиці Менделєєва. Наприклад, має перший атомний номер, тому атом має один . Атомний номер натрію – 11, тому атом натрію має 11 електронів.

Атом також може втрачати або приєднувати. У цьому випадку атом стає іоном, що має позитивний електричний або . Припустимо, один із електронів натрію залишив електронну оболонку атома. Тоді атом натрію стане позитивно зарядженим іоном, що має заряд +1 та 10 електронів на своїй електронній оболонці. При приєднанні електронів атом стає негативним іоном.

Атоми хімічних елементів можуть з'єднуватися в молекули, найменшу частинку речовини. Кількість електронів у молекулі дорівнює кількості електронів всіх атомів, що входять до неї. Наприклад, молекула води H2O складається з двох атомів водню, кожен з яких має по одному електрону, та атома кисню, який має 8 електронів. Тобто у молекулі води всього 10 електронів.

Атом хімічного елемента складається з атомного ядра та електронної оболонки. До складу атомного ядра входять два типи частинок - протони та нейтрони. Майже вся маса атома зосереджена в ядрі, тому що протони та нейтрони набагато важчі за електрони.

Вам знадобиться

• атомний номер елемент, N-Z діаграми.

Інструкція

Нейтрони немає електричного заряду, тобто їх електричний заряд дорівнює нулю. Це і становить основну складність за кількості нейтронів - атомний номер елемента чи його електронна оболонка не дають однозначної відповіді це питання. Наприклад, у ядрі завжди міститься 6 протонів, проте протонів у ньому може бути 6 і 7. Різновиди ядер елемента з різною кількістю нейтронів в ядрі ізотопами цього елемента. Ізотопи можуть бути природними, а можуть бути отримані.

Ядра атомів позначають буквеним символом хімічного елемента таблиці Менделєєва. Праворуч від символу вгорі та внизу стоять два числа. Верхнє число A – це масове число атома. A = Z+N, де Z – заряд ядра (число протонів), а N – число нейтронів. Нижнє число – це Z – заряд ядра. Такий запис дає інформацію про кількість нейтронів у ядрі. Очевидно, що воно дорівнює N = A-Z.

У різних ізотопів одного хімічного елемента число A змінюється, що можна побачити запис цього ізотопу. Певні ізотопи мають оригінальні назви. Наприклад, звичайне ядро ​​водню немає нейтронів і має один протон. Ізотоп водню дейтерій має один нейтрон (A = 2, цифра 2 зверху, 1 знизу), а ізотоп тритій - два нейтрони (A = 3, цифра 3 зверху, 1 знизу).

Залежність числа нейтронів від кількості протонів відбито так званої N-Z діаграмі атомних ядер. Стійкість ядер залежить від відношення числа нейтронів та числа протонів. Ядра легких нуклідів найбільш стійкі за N/Z = 1, тобто за рівності кількості нейтронів і протонів. Зі зростанням масового числа область стійкості зсувається до величин N/Z>1, досягаючи величини N/Z ~ 1,5 для найважчих ядер.

Відео на тему

Джерела:

• Будова атомного ядра
• як знайти кількість нейтронів

Атом складається з ядра і навколишніх електронів, які обертаються навколо нього по атомних орбіталях і утворюють електронні шари (енергетичні рівні). Кількість негативно заряджених частинок на зовнішніх та внутрішніх рівнях визначає властивості елементів. Число електронів, що містяться в атомі, можна знайти, знаючи деякі ключові моменти.

Вам знадобиться

• - папір;
• - ручка;
• - Періодична система Менделєєва.

Інструкція

Щоб визначити кількість електронів, скористайтесь періодичною системою Д.І. Менделєєва. У цій таблиці елементи розташовані у певній послідовності, яка тісно пов'язана з їхньою атомною будовою. Знаючи, що позитивний завжди дорівнює порядковому номеру елемента, ви легко знайдете кількість негативних частинок. Адже відомо - атом загалом нейтральний, отже, число електронів дорівнюватиме числу і номеру елемента у таблиці. Наприклад, дорівнює 13. Отже, кількість електронів у нього буде 13, натрій – 11, залізо – 26 тощо.

Якщо вам потрібно знайти кількість електронів на енергетичних рівнях, спочатку повторіть принцип Пауля і правило Хунда. Потім розподіліть негативні частинки за рівнями та підрівнями за допомогою тієї ж періодичної системи, а точніше її періодів і груп. Так номер горизонтального ряду (періоду) вказує на кількість енергетичних шарів, а вертикального (групи) – на число електронів на зовнішньому рівні.

Не забувайте про те, що кількість зовнішніх електронів дорівнює номеру групи лише у елементів, які знаходяться у головних підгрупах. У елементів побічних підгруп кількість негативно заряджених частинок на останньому енергетичному рівні не може бути більшою за дві. Наприклад, у скандію (Sc), що знаходиться в 4 періоді, у 3 групі, побічній підгрупі, їх 2. У той час як у галію (Ga), який знаходиться в тому ж періоді і тій же групі, але в головній підгрупі, зовнішніх електронів 3.

При підрахунку електронів у атоміВрахуйте, що останні утворюють молекули. При цьому атоми можуть приймати, віддавати заряджені негативно частинки або утворювати загальну пару. Наприклад, у молекулі водню (H2) загальна пара електронів. Інший випадок: у молекулі фториду натрію (NaF) загальна сума електронів дорівнюватиме 20. Але в ході хімічної реакції атом натрію віддає свій електрон і у нього залишається 10, а фтор приймає - виходить теж 10.

Корисна порада

Пам'ятайте, що на зовнішньому енергетичному рівні може бути лише 8 електронів. І це залежить від положення елемента у таблиці Менделєєва.

Джерела:

• a тому що атом то номер елемента

Атоми складаються із субатомних частинок - протонів, нейтронів та електронів. Протони є позитивно зарядженими частинками, які знаходяться в центрі атома, в його ядрі. Обчислити число протонів ізотопу можна за атомним номером відповідного хімічного елемента.

Модель атома

Для опису властивостей атома та його структури використовується модель, відома під назвою «Модель атома за Бором». Відповідно до неї структура атома нагадує сонячну систему - важкий центр (ядро) перебуває у центрі, а легші частки рухаються орбітою навколо нього. Нейтрони та протони утворюють позитивно заряджене ядро, а негативно заряджені електрони рухаються навколо центру, притягуючись до нього електростатичними силами.

Елементом називають речовину, що складається з атомів одного типу, визначається числом протонів у кожному їх. Елементу надають своє ім'я та символ, наприклад, водень (H) або кисень (О). Хімічні властивості елемента залежать від числа електронів та, відповідно, числа протонів, що містяться в атомах. Хімічні характеристики атома залежить від числа нейтронів, оскільки немає електричного заряду. Проте їх кількість впливає стабільність ядра, змінюючи загальну масу атома.

Ізотопи та кількість протонів

Ізотопами називають атоми окремих елементів із різним числом нейтронів. Дані атоми хімічно ідентичні, проте мають різну масу, також вони відрізняються своєю здатністю випускати випромінювання.

Атомний номер (Z) – це порядковий номер хімічного елемента в періодичній системі Менделєєва, він визначається числом протонів у ядрі. Кожен атом характеризується атомним номером і масовим числом (А), яке дорівнює сумарному числу протонів та нейтронів у ядрі.

Елемент може мати атоми з різним числом нейтронів, але кількість протонів залишається незмінною і дорівнює числу електронів нейтрального атома. Щоб визначити, скільки протонів міститься в ядрі ізотопу, досить подивитися на його атомний номер. Число протонів дорівнює номеру відповідного хімічного елемента в періодичній таблиці Менделєєва.

• Радіація, Введення у радіаційний захист

Теми кодифікатора ЄДІ:Будова електронних оболонок атомів елементів перших чотирьох періодів: s-, p- та d-елементи. Електронна конфігурація атомів та іонів. Основний та збуджений стан атомів.

Одну з перших моделей будови атома - пудингову модель » - розробив Д.Д. Томсон 1904 року. Томсон відкрив існування електронів, за що отримав Нобелівську премію. Однак наука на той момент не могла пояснити існування цих самих електронів у просторі. Томсон припустив, що атом складається з негативних електронів, поміщених в рівномірно заряджений позитивно «суп», який компенсує заряд електронів (ще одна аналогія — родзинки пудингу). Модель, звісно, ​​оригінальна, але неправильна. Натомість модель Томсона стала чудовим стартом для подальших робіт у цій галузі.

І подальша робота виявилася ефективною. Учень Томсона, Ернест Резерфорд, виходячи з дослідів з розсіяння альфа-частинок на золоту фольгу запропонував нову, планетарну модель будови атома.

Згідно з моделлю Резерфорда, атом складається з масивного, позитивно зарядженого ядра і частинок з невеликою масою — електронів, які, як планети навколо Сонця, літають навколо ядра, і на нього не падають.

Модель Резерфорда виявилася наступним кроком у вивченні будови атома. Проте сучасна наука використовує досконалішу модель, запропоновану Нільсом Бором у 1913 році. На ній ми і зупинимося докладніше.

атом— це найдрібніша, електронейтральна, хімічно неподільна частка речовини, що складається з позитивно зарядженого ядра та негативно зарядженої електронної оболонки.

При цьому електрони рухаються не певною орбітою, як припускав Резерфорд, а досить хаотично. Сукупність електронів, що рухаються навколо ядра, називається електронною оболонкою .

А томне ядроЯк довів Резерфорд - масивне і позитивно заряджене, розташоване в центральній частині атома. Структура ядра досить складна і вивчається в ядерній фізиці. Основні частинки, з яких воно складається. протониі нейтрони. Вони пов'язані ядерними силами ( сильна взаємодія).

Розглянемо основні характеристики протонів, нейтроніві електронів:

1 а.е.м. (Атомна одиниця маси) = 1,66054 · 10 -27 кг

1 елементарний заряд = 1,60219 · 10 -19 Кл

І найголовніше. Періодична система хімічних елементів, структурована Дмитром Івановичем Менделєєвим, підпорядковується простій та зрозумілій логіці: номер атома – це число протонів у ядрі цього атома . Причому ні про які протони Дмитро Іванович у ХІХ столітті не чув. Тим геніальнішим є його відкриття і здібності, і наукове чуття, яке дозволило переступити на півтора століття вперед у науці.

Отже, заряд ядра Zдорівнює числу протонів, тобто. номеру атомау періодичній системі хімічних елементів.

Атом — це заряджена частка, отже, число протонів дорівнює числу електронів: N e = N p = Z.

Маса атома ( масове число A ) дорівнює сумарній масі великих частинок, які входять до складу атома - протонів і нейтронів. Оскільки маса протону і нетрону приблизно дорівнює 1 атомній одиниці маси, можна використовувати формулу: M = N p + N n

Масове числозазначено у Періодичній системі хімічних елементів у комірці кожного елемента.

Зверніть увагу! При розв'язанні задач ЄДІ масове число всіх атомів, крім хлору, заокруглюється до цілого за правилами математики. Масове число атома хлору в ЄДІ прийнято вважати рівним 35,5.

У Періодичній системі зібрано хімічні елементи - Атоми з однаковим зарядом ядра. Однак, чи може змінюватися у цих атомів кількість інших частинок? Цілком. Наприклад, атоми з різним числом нейтронів називають ізотопамицього хімічного елемента. У того самого елемента може бути кілька ізотопів.

Спробуйте відповісти на запитання. Відповіді на них – наприкінці статті:

1. У ізотопів одного елемента масове число однакове чи різне?
2. У ізотопів одного елемента число протонів однакове чи різне?

Хімічні властивості атомів визначаються будовою електронної оболонки та зарядом ядра. Отже, хімічні властивості ізотопів одного елемента мало відрізняються.

Оскільки атоми одного елемента можуть існувати у формі різних ізотопів, у назві часто вказується масове число, наприклад, хлор-35 і прийнята така форма запису атомів:

Ще трохи запитань:

3. Визначте кількість нейтронів, протонів та електронів в ізотопі брому-81.

4. Визначте число нейтронів у ізотопі хлору-37.

Будова електронної оболонки

Згідно з квантовою моделлю будова атома Нільса Бора, електрони в атомі можуть рухатися тільки по певним (стаціонарним ) орбітам, віддаленим від ядра на певну відстань і що характеризуються певною енергією. Інша назва стаціонарні орбіт електронні шариабо енергетичні рівні .

Електронні рівні можна позначати цифрами – 1, 2, 3, …, n. Номер шару збільшується в міру видалення його від ядра. Номер рівня відповідає головному квантовому числу n.

В одному шарі електрони можуть рухатися різними траєкторіями. Траєкторію орбіти характеризує електронний підрівень . Тип підрівні характеризує орбітальне квантове число l = 0,1, 2, 3 …, або відповідні літери - s, p, d, gта ін.

В рамках одного підрівня (електронних орбіталей одного типу) можливі варіанти розташування орбіталей у просторі. Чим складніша геометрія орбіталей даного підрівня, тим більше варіантів їх розташування у просторі. Загальна кількість орбіталейпідрівня даного типу l можна визначити за формулою: 2 l +1. На кожній орбіталі може бути не більше двох електронів.

Отримуємо зведену таблицю:

Заповнення електронами енергетичних орбіталей відбувається за деякими основними правилами. Давайте зупинимося на них докладно.

Принцип Паулі (заборона Паулі): на одній атомній орбіталі можуть бути не більше двох електронів з протилежними спинами (спин – це квантовомеханічна характеристика руху електрона).

ПравилоХунда. На атомних орбіталях з однаковою енергією електрони розташовуються по одному із паралельними спинами. Тобто. орбіталі одного підрівня заповнюються так: спочатку на кожну орбіталь розподіляється по одному електрону. Тільки коли у всіх орбіталях даного підрівня розподілено по одному електрону, займаємо орбіталі іншими електронами з протилежними спинами.

Таким чином, сума спінових квантових чисел таких електронів на одному енергетичному підрівні (оболонці) буде максимальною.

Наприклад, заповнення 2р-орбіталі трьома електронами відбуватиметься так: , а не так:

Принцип мінімуму енергії. Електрони заповнюють спочатку орбіталі з найменшою енергією. Енергія атомної орбіталі еквівалентна сумі головного та орбітального квантових чисел: n + l . Якщо сума однакова, то заповнюється перша та орбіталь, у якої менше головне квантове число n .

Таким чином, енергетичний ряд орбіталей виглядає так:

1 s < 2 s < 2 p < 3 s < 3 p < 4 s < 3 d < 4 p < 5 s < 4 d < 5 p < 6 s < 4 f~ 5 d < 6 p < 7 s <5 f~ 6 d…

Електронну структуру атома можна представляти у різних формах. енергетична діаграма, електронна формула та ін Розберемо основні.

Енергетична діаграма атома — це схематичне зображення орбіталей з урахуванням їхньої енергії. Діаграма показує розташування електронів на енергетичних рівнях та підрівнях. Заповнення орбіталей відбувається згідно з квантовими принципами.

Наприклад,енергетична діаграма для атома вуглецю:

Електронна формула - Це запис розподілу електронів по орбітал атома або іона. Спочатку вказується номер рівня, потім тип орбіталі. Верхній індекс праворуч від літери показує кількість електронів на орбіталі. Орбіталі вказуються у порядку заповнення. Запис 1s 2означає, що на 1 рівні s-підрівні розташовано 2 електрони.

Наприклад, електронна формула вуглецю виглядає так: 1s 2 2s 2 2p 2 .

Для стислості запису, замість енергетичних орбіталей, повністю заповнених електронами, іноді використовують символ найближчого благородного газу (Елементу VIIIА групи), що має відповідну електронну конфігурацію.

Наприклад, електронну формулу азотуможна записати так: 1s 2 2s 2 2p 3або так: 2s 2 2p 3.

1s 2 =

1s 2 2s 2 2p 6 =

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 =і таке інше.

Електронні формули елементів перших чотирьох періодів

Розглянемо наповнення електронами оболонки елементів перших чотирьох періодів. У воднюзаповнюється перший енергетичний рівень, s-підрівень, на ньому розташований 1 електрон:

+1H 1s 1 1s

У гелію 1s-орбіталь повністю заповнена:

+2He 1s 2 1s

Оскільки перший енергетичний рівень вміщує максимально 2 електрони, у літіюпочинається заповнення другого енергетичного рівня, починаючи з орбіталі з мінімальною енергією - 2s. При цьому спочатку заповнюється перший енергетичний рівень:

+3Li 1s 2 2s 1 1s 2s

У берилія 2s-підрівень заповнений:

+4Be 1s 2 2s 2 1s 2s

+5B 1s 2 2s 2 2p 1 1s 2s 2p

У наступного елемента, вуглецю, черговий електрон, згідно з правилом Хунда, заповнює вакантну орбіталь, а не підселяється в частково зайняту:

+6C 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2s 2p

Спробуйте скласти електронну та електронно-графічну формули для наступних елементів, а потім можете перевірити себе за відповідями наприкінці статті:

5. Азот

6. Кисень

7. Фтор

У неоназавершено заповнення другого енергетичного рівня:

+10Ne 1s 2 2s 2 2p 6 1s 2s 2p

У натріюпочинається заповнення третього енергетичного рівня:

+11Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 1s 2s 2p 3s

Від натрію до аргону заповнення 3-го рівня відбувається у тому порядку, як і заповнення 2-го енергетичного рівня. Пропоную скласти електронні формули елементів від магніюдо аргонусамостійно, перевірити за відповідями.

8. Магній

9. Алюміній

10. Кремній

11. Фосфор

12. Сірка

13. Хлор

14. Аргон

А ось починаючи з 19-го елемента, калію, іноді починається плутанина - заповнюється не 3d-орбіталь, а 4s. Раніше ми згадували в цій статті, що заповнення енергетичних рівнів та підрівнів електронами відбувається за енергетичному ряду орбіталей , а чи не по порядку. Рекомендую ще раз повторити його. Таким чином, формула калію:

+19K 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 1s 2s 2p3s 3p4s

Для запису подальших електронних формул у статті використовуватимемо скорочену форму:

+19K4s 1 4s

У кальцію 4s-підрівень заповнений:

+20Ca4s 2 4s

У елемента 21 скандія, згідно з енергетичним рядом орбіталей, починається заповнення 3d-підрівня:

+21Sc 3d 14s 2 4s 3d

Подальше заповнення 3d-підрівня відбувається згідно з квантовими правилами, від титанудо ванадія :

+22Ti 3d 24s 2 4s 3d

+23V 3d 34s 2 4s 3d

Однак, у наступного елемента порядок заповнення орбіталей порушується. Електронна конфігурація хромутака:

+24Cr 3d 54s 1 4s 3d

У чому ж річ? А річ у тому, що за «традиційного» порядку заповнення орбіталей (відповідно, неправильному в даному випадку — 3d 4 4s 2) рівно один осередок в d-Підрівні залишалася б незаповненою. Виявилося, що таке заповнення енергетично менш вигідно. А вигідніше, коли d-Орбіталь заповнена повністю, хоча б одиничними електронами. Цей зайвий електрон переходить з 4s-підрівня. І невеликі витрати енергії на перескок електрона з 4s-підрівня з лишком покриває енергетичний ефект від заповнення всіх 3d-орбітів. Цей ефект таки називається - Провалабо проскок електрона. І спостерігається він, коли d-орбіталь недозаповнена на 1 електрон (по одному електрону в комірці або по два).

У наступних елементів традиційний порядок заповнення орбіталей знову повертається. Конфігурація марганцю :

+25Mn 3d 54s 2

Аналогічно у кобальтуі нікелю. А ось у мідіми знову спостерігаємо провал (проскок) електрона — електрон знову проскакує з 4s-підрівня на 3d-підрівень:

+29Cu 3d 104s 1

На цинку завершується заповнення 3d-підрівня:

+30Zn 3d 104s 2

У наступних елементів, від галіядо криптонувідбувається заповнення 4p-підрівня за квантовими правилами. Наприклад, електронна формула галія :

+31Ga 3d 104s 2 4p 1

Формули інших елементів ми наводити не будемо, можете скласти їх самостійно та перевірити себе в Інтернеті.

Деякі важливі поняття:

Зовнішній енергетичний рівень - це енергетичний рівень в атомі з максимальним номером, у якому є електрони. Наприклад, у міді (3d 104s 1) Зовнішній енергетичний рівень - четвертий.

Валентні електрони - Електрони в атомі, які можуть брати участь в утворенні хімічного зв'язку. Наприклад, у хрому ( +24Cr 3d 54s 1) валентними є не тільки електрони зовнішнього енергетичного рівня ( 4s 1), а й неспарені електрони на 3d-підрівні, т.к. вони можуть утворювати хімічні зв'язки.

Основний і збуджений стан атома

Електронні формули, які ми складали до цього, відповідають основного енергетичного стану атома . Це найвигідніший енергетичний стан атома.

Однак, щоб утворювати атому в більшості ситуацій необхідна наявність неспарених (одинокових) електронів . А хімічні зв'язки енергетично дуже для атома вигідні. Отже, чим більше в атомі неспарених електронів — тим більше зв'язків він може утворити, і, як наслідок, перейде у вигідніший енергетичний стан.

Тому за наявності вільних енергетичних орбіталей на даному рівні спарені пари електронів можуть розпарюватися і один з електронів спареної пари може переходити на вакантну орбіталь. Таким чином кількість неспарених електронів збільшується, і атом може утворити більше хімічних зв'язківщо дуже вигідно з точки зору енергії. Такий стан атома називають збудженим і позначають зірочкою.

Наприклад, в основному стані бірмає наступну конфігурацію енергетичного рівня:

+5B 1s 2 2s 2 2p 1 1s 2s 2p

На другому рівні (зовнішньому) одна спарена електронна пара, один одиночний електрон та пара вільних (вакантних) орбіталей. Отже, є можливість для переходу електрона з пари на вакантну орбіталь збуджений стан атома бору (позначається зірочкою):

+5B * 1s 2 2s 1 2p 2 1s 2s 2p

Спробуйте самостійно скласти електронну формулу, що відповідає збудженому стану атомів. Не забуваймо перевіряти себе за відповідями!

15. Вуглецю

16. Берилія

17. Кисню

Електронні формули іонів

Атоми можуть віддавати та приймати електрони. Віддаючи або приймаючи електрони, вони перетворюються на іони .

Іони- Це заряджені частинки. Надлишковий заряд позначається індексому правому верхньому кутку.

Якщо атом віддаєелектрони, то загальний заряд утвореної частки буде позитивний (Згадаймо, що число протонів в атомі дорівнює числу електронів, а при віддачі електронів число протонів буде більшим за число електронів). Позитивно заряджені іони - це катіони . Наприклад: катіон натрію утворюється так:

+11Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 -1е = +11Na + 1s 2 2s 2 2p 6 3s 0

Якщо атом приймаєелектрони, то набуває негативний заряд . Негативно заряджені частинки - це аніони . Наприклад, аніон хлору утвориться так:

+17Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 +1e = +17Cl - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6

Таким чином, електронні формули іонів можна отримати додавши або відібравши електрони в атома. Зверніть увагу , при утворенні катіонів електрони йдуть з зовнішнього енергетичного рівня . При утворенні аніонів електрони приходять на зовнішній енергетичний рівень .

Прагнення стану з найменшою енергією є загальною властивістю матерії. Ви напевно знаєте про гірські снігові лавини та каменепади. Їхня енергія настільки велика, що може змітати з землі мости, будинки та інші великі і міцні споруди. Причина цього грізного явища природи у тому, що маса снігу чи каміння прагне зайняти стан із найменшою енергією, а потенційна енергія фізичного тіла біля підніжжя гори менше, ніж схилі чи вершині.

Атоми утворюють між собою зв'язку з тієї ж причини: сумарна енергія атомів, що з'єдналися менше, ніж енергія тих же атомів у вільному стані. Це дуже щаслива для нас з вами обставина – адже якби при поєднанні атомів у молекули не відбувався виграш в енергії, то Всесвіт заповнювали б лише атоми елементів, а поява простих та складних молекул, необхідних для життя, була б неможлива.

Однак атоми не можуть зв'язуватися один з одним довільно. Кожен атом здатний зв'язуватися з конкретною кількістю інших атомів, причому зв'язані атоми розташовуються в просторі певним чином. Причину цих обмежень слід шукати у властивостях електронних оболонок атомів, а точніше – у властивостях зовнішніхелектронні оболонки, якими атоми взаємодіють один з одним.

Завершена зовнішня електронна оболонка має меншу (тобто більш вигідну для атома) енергію, ніж незавершена. За правилом октету завершена оболонка містить 8 електронів:

Такими є зовнішні електронні оболонки атомів благородних газів, за винятком гелію (n = 1) , У якого завершена оболонка складається з двох s-електронів (1s 2 ) просто тому, що p -підрівня на 1-му рівні немає.

Зовнішні оболонки всіх елементів, крім благородних газів, є НЕЗАВЕРШЕНИМИ і в процесі хімічної взаємодії вони по можливості ЗАВЕРШАЮТЬСЯ.

> Скільки атомів у Всесвіті?

Дізнайтесь, скільки атомів у Всесвіті: як підрахували, розміри видимого Всесвіту, історія народження та розвитку з фото, кількість зірок, маса, дослідження.

Напевно, кожен знає, що Всесвіт є масштабним місцем. За загальними оцінками, перед нами відкривається лише 93 мільярди світлових років («Видимий Всесвіт»). Це величезна кількість, особливо якщо не забувати, що це лише частина, яка доступна нашим приладам. І, враховуючи подібні обсяги, не дивно припустити, що і кількість речовини має бути також значною.

Цікаво розпочати вивчення питання з крихітних масштабів. Адже наш Всесвіт вміщує 120-300 секстильйонів зірок (1.2 або 3 х 10 23). Якщо ж ми збільшимо все до рівнів атомів, ці цифри здадуться просто немислимими. Скільки ж атомів у Всесвіті?

За підрахунками виходить, що Всесвіт наповнюють 1078 -1082 атомів. Але навіть ці показники не відображають, скільки саме речовини вона містить. Вище згадувалося, що ми можемо осягнути 46 мільярдів світлових років у будь-який бік, а це означає, що нам не побачити всієї картинки. До того ж Всесвіт постійно розширюється, що віддаляє від нас об'єкти.

Нещодавно, німецький суперкомп'ютер видав результат про існування 500 мільярдів галактик у зоні видимості. Якщо звернутись до консервативних джерел, то отримаємо 300 мільярдів. В одній галактиці може уміститися 400 мільярдів зірок, тому загальна кількість у Всесвіті здатна досягати 1.2 х 10 23 – 100 секстильйонів.

Середня вага зірки - 10 35 грам. Загальна маса - 10 58 грам. Обчислення показують, що у кожному грамі міститься 10 24 протонів чи стільки ж атомів водню (у одному водні – один протон). У сумі отримуємо 1082 водню.

За основу беремо видимий Всесвіт, у межах якого ця кількість має розподілитися рівномірно (на 300 мільйонів світлових років). Але в менших масштабах матерія буде створювати скупчення матерії, що світиться, про яку ми всі знаємо.

Якщо узагальнити, то більшість атомів Всесвіту зосереджена в зірках, що створюють галактики, ті об'єднуються в скупчення, які у свою чергу формують надскоплення і завершують усе це утворенням Великої Стіни. Це зі збільшенням. Якщо піти у зворотний бік і взяти менші масштаби, то скупчення наповнені хмарами з пилом, газом та іншою матерією.

Речовина має тенденцію поширюватися ізотропно. Тобто всі небесні ділянки однакові і в кожному міститься одна й та сама кількість. Простір насичений хвилею потужного ізотропного випромінювання, що дорівнює 2.725 К (трохи вище за абсолютного нуля).

Про однорідний Всесвіт говорить космологічний принцип. Грунтуючись на ньому, можна стверджувати, що закони фізики будуть однаково дієвими у будь-якій точці Всесвіту і не повинні порушуватись у великих масштабах. Ця ідея підживлюється і спостережень, що демонструє еволюцію вселенської структури після Великого Вибуху.

Дослідники дійшли згоди, що більшість матерії утворилася на момент Великого Вибуху, і розширення не додає нового речовини. Механізми останніх 13.7 мільярдів років – це розширення та розсіювання основних мас.

Але теорія ускладнюється еквівалентністю маси та енергії Ейнштейна, що формується із загальної теорії відносності (додавання маси поступово збільшує кількість енергії).

Однак щільність Всесвіту залишається стабільною. Сучасна досягає 9.9 х 1030 грам на см 3 . Тут зосереджено 68.3% темної енергії, 26.8% темної матерії і 4.9% речовини, що світиться. Виходить, що густина – один атом водню на 4 м 3 .

Вчені все ще не можуть розшифрувати властивості, так що не можна сказати точно: чи розподілені вони рівномірно або утворюють щільні згустки. Але вважають, що темна матерія уповільнює розширення, а ось темна енергія працює на прискорення.

Всі зазначені числа щодо кількості атомів у Всесвіті – приблизна оцінка. Не варто забувати головну думку: ми говоримо про обчислення видимого Всесвіту.