Строение атома в химии

ОГЭ 2018 по химии › Подготовка к ОГЭ 2018

Атом — электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В центре атома находится положительно заряженное ядро. Оно занимает ничтожную часть пространства внутри атома, в нём сосредоточены весь положительный заряд и почти вся масса атома.

Ядро состоит из элементарных частиц — протона и нейтрона; вокруг атомного ядра по замкнутым орбиталям движутся электроны.

Протон (р) — элементарная частица с относительной массой 1,00728 атомной единицы массы и зарядом +1 условную единицу. Число протонов в атомном ядре равно порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева.

Нейтрон (n) — элементарная нейтральная частица с относительной массой 1,00866 атомной единицы массы (а. е. м.).

Число нейтронов в ядре N определяют по формуле:

где А — массовое число, Z — заряд ядра, равный числу протонов (порядковому номеру).

Обычно параметры ядра атома записывают следующим образом: слева внизу от символа элемента ставят заряд ядра, а вверху — массовое число, например:

Эта запись показывает, что заряд ядра (следовательно, и число протонов) для атома фосфора равен 15, массовое число равно 31, а число нейтронов равно 31 – 15 = 16. Так как массы протона и нейтрона очень мало отличаются друг от друга, то массовое число приблизительно равно относительной атомной массе ядра.

Электрон ( е–) — элементарная частица с массой 0,00055 а. е. м. и условным зарядом –1. Число электронов в атоме равно заряду ядра атома (порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева).

• Электроны движутся вокруг ядра по строго определённым орбиталям, образуя так называемое электронное облако.
• Область пространства вокруг атомного ядра, где наиболее (90 и более %) вероятно нахождение электрона, определяет форму электронного облака.
• Электронное облако s-электрона имеет сферическую форму; на s-энергетическом подуровне может максимально находиться два электрона.
• Электронное облако p-электрона имеет гантелеобразную форму; на трёх p-орбиталях максимально может находиться шесть электронов.
• Орбитали изображают в виде квадрата, сверху или снизу которого пишут значения главного и побочного квантовых чисел, описывающих данную орбиталь. Такую запись называют графической электронной формулой, например:

В этой формуле стрелками обозначают электрон, а направление стрелки соответствует направлению спина — собственного магнитного момента электрона. Электроны с противоположными спинами ↑↓ называют спаренными.

Электронные конфигурации атомов элементов можно представить в виде электронных формул, в которых указывают символы подуровня, коэффициент перед символом подуровня показывает его принадлежность к данному уровню, а степень у символа — число электронов данного подуровня.

В таблице 1 приведено строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Химические элементы, в атомах которых s-подуровень внешнего уровня пополняется одним или двумя электронами, называют s-элементами. Химические элементы, в атомах которых заполняется p-подуровень (от одного до шести электронов), называют p-элементами.

Число электронных слоёв в атоме химического элемента равно номеру периода.

В соответствии с правилом Хунда электроны располагаются на однотипных орбиталях одного энергетического уровня таким образом, чтобы суммарный спин был максимален.

Следовательно, при заполнении энергетического подуровня каждый электрон прежде всего занимает отдельную ячейку, а только после этого начинается их спаривание.

Например, у атома азота все p-электроны будут находиться в отдельных ячейках, а у кислорода начнётся их спаривание, которое полностью закончится у неона.

Изотопами называют атомы одного и того же элемента, содержащие в своих ядрах одинаковое число протонов, но различное число нейтронов.

Изотопы известны для всех элементов. Поэтому атомные массы элементов в периодической системе являются средним значением из массовых чисел природных смесей изотопов и отличаются от целочисленных значений.

Таким образом, атомная масса природной смеси изотопов не может служить главной характеристикой атома, а следовательно, и элемента.

Такой характеристикой атома является заряд ядра, определяющий число электронов в электронной оболочке атома и её строение.

Рассмотрим несколько типовых заданий по этому разделу.

Пример 1. Атом какого элемента имеет электронную конфигурацию 1s22s22p63s23p64s1?

На внешнем энергетическом уровне у данного элемента находится один 4s-электрон. Следовательно, этот химический элемент находится в четвёртом периоде первой группе главной подгруппе. Этот элемент — калий.

К этому ответу можно прийти по-другому. Сложив общее количество всех электронов, получим 19. Общее число электронов равно порядковому номеру элемента. Под номером 19 в периодической системе находится калий.

Пример 2. Химическому элементу соответствует высший оксид RO2. Электронной конфигурации внешнего энергетического уровня атома этого элемента соответствует электронная формула:

1. ns2np4
2. ns2np2
3. ns2np3
4. ns2np6

По формуле высшего оксида (смотрите на формулы высших оксидов в Периодической системе) устанавливаем, что этот химический элемент находится в четвёртой группе главной подгруппы. У этих элементов на внешнем энергетическом уровне находятся четыре электрона — два s и два p. Следовательно, правильный ответ 2.

Тренировочные задания

1. 1. Общее число s-электронов в атоме кальция равно
2. 1) 20 2) 40 3) 8
3. 4) 6
4. 2. Число спаренных p-электронов в атоме азота равно
5. 1) 7 2) 14 3) 3
6. 4) 4
7. 3. Число неспаренных s-электронов в атоме азота равно
8. 1) 7 2) 14 3) 3
9. 4) 4
10. 4.

    Число электронов на внешнем энергетическом уровне атома аргона равно

11. 1) 18 2) 6 3) 4
12. 4) 8
13. 5. Число протонов, нейтронов и электронов в атоме 94Be равно
14. 1) 9, 4, 5 2) 4, 5, 4 3) 4, 4, 5
15. 4) 9, 5, 9
16. 6.

    Распределение электронов по электронным слоям 2; 8; 4 — соответствует атому, расположенному в(во)

17. 1) 3-м периоде, IА группе 2) 2-м периоде, IVА группе 3) 3-м периоде, IVА группе
18. 4) 3-м периоде, VА группе
19. 7.

    Химическому элементу, расположенному в 3-м периоде VA группе соответствует схема электронного строения атома

20. 1) 2, 8, 6 2) 2, 6, 4 3) 2, 8, 5
21. 4) 2, 8, 2
22. 8.

    Химический элемент с электронной конфигурацией 1s22s22p4 образует летучее водородное соединение, формула которого

23. 1) ЭН 2) ЭН2 3) ЭН3 4) ЭН4
24. 9. Число электронных слоёв в атоме химического элемента равно
25. 1) его порядковому номеру 2) номеру группы 3) числу нейтронов в ядре
26. 4) номеру периода
27. 10.

    Число внешних электронов в атомах химических элементов главных подгрупп равно

28. 1) порядковому номеру элемента 2) номеру группы 3) числу нейтронов в ядре
29. 4) номеру периода
30. 11.

    Два электрона находятся во внешнем электронном слое атомов каждого из химических элементов в ряду

31. 1) He, Be, Ba 2) Mg, Si, O 3) C, Mg, Ca
32. 4) Ba, Sr, B
33. 12.

    Химический элемент, электронная формула которого 1s22s22p63s23p64s1, образует оксид состава

34. 1) Li2O 2) MgO
35. 3) K2O

4) Na2O

• 13. Число электронных слоев и число p-электронов в атоме серы равно
• 1) 2, 6 2) 3, 4 3) 3, 16
• 4) 3, 10
• 14. Электронная конфигурация ns2np4 соответствует атому
• 1) хлора 2) серы 3) магния
• 4) кремния
• 15. Валентные электроны атома натрия в основном состоянии находятся на энергетическом подуровне
• 1) 2s 2) 2p 3) 3s
• 4) 3p
• 16. Атомы азота и фосфора имеют
• 1) одинаковое число нейтронов 2) одинаковое число протонов 3) одинаковую конфигурацию внешнего электронного слоя
• 4) одинаковое число электронов
• 17. Одинаковое число валентных электронов имеют атомы кальция и
• 1) калия 2) алюминия 3) бериллия
• 4) бора
• 18. Атомы углерода и фтора имеют
• 1) одинаковое число нейтронов 2) одинаковое число протонов 3) одинаковое число электронных слоёв
• 4) одинаковое число электронов
• 19. У атома углерода в основном состоянии число неспаренных электронов равно
• 1) 1 3) 3 2) 2
• 4) 4
• 20. В атоме кислорода в основном состоянии число спаренных электронов равно
• 1) 2 3) 4 2) 8
• 4) 6

Ответы

Источник: https://himi4ka.ru/ogje-2018-po-himii/urok-1-stroenie-atoma-stroenie-jelektronnyh-obolochek-atomov-pervyh-20-jelementov-periodicheskoj-sistemy-d-i-mendeleeva.html

Строение атома в химии

Многообразие химических соединений обусловлено различным сочетанием атомов химических элементов в молекулы и немолекулярные вещества.

Способность же атома вступать в химические соединения, его химические и физические свойства определяются структурой атома.

В связи с этим для химии первостепенное значение имеет внутреннее строение атома и в первую очередь структура его электронной оболочки.

Модели строения атома

В начале XIX века Д. Дальтон возродил атомистическую теорию, опираясь на известные к тому времени основополагающие законы химии (постоянства состава, кратных отношений и эквивалентов).

Были проведены первые эксперименты по изучению строения вещества.

Однако, несмотря на сделанные открытия (атомы одного и того же элементы обладают одними и теми же свойствами, а атомы других элементов – иными свойствами, введено понятие атомной массы), атом считали неделимым.

После получения экспериментальных доказательств (конец XIX начало XX века) сложности строения атома (фотоэффект, катодные и рентгеновские лучи, радиоактивность) было установлено, что атом состоит из отрицательно и положительно заряженных частиц, которые взаимодействуют между собой.

После опытов с α-частицами, в 1911г. Резерфорд предложил так называемую планетарную модель строения атома (рис. 1), похожую на строение солнечной системы.

Согласно планеетарной модели, в центре атома находится очень маленькое ядро с зарядом Zе, размеры которого приблизительно в 1000000 раз меньше размеров самого атома. Ядро заключает в себе практически всю массу атома и имеет положительный заряд. Вокруг ядра по орбитам движутся электроны, число которых определяется зарядом ядра.

Внешняя траектория движения электронов определяет внешние размеры атома. Диаметр атома составляет 10-8 см, в то время, как диаметр ядра много меньше -10-12 см.

Рис. 1 Модели строения атома по Томсону и Резерфорду

Опыты по изучению атомных спектров показали несовершенство планетарной модели строения атома, поскольку эта модель противоречит линейчатой структуре атомных спектров.

На основании модели Резерфорда, учении Энштейна о световых квантах и квантовой теории излучения планка Нильс Бор (1913) сформулировал постулаты, в которых заключается теория строения атома (рис.

2): электрон может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по некоторым определенным орбитам (стационарным), двигаясь по такой орбите он не излучает электромагнитной энергии, излучение (поглощение или испускание кванта электромагнитной энергии) происходит при переходе (скачкообразном) электрона с одной орбиты на другую.

Рис. 2. Модель строения атома по Н. Бору

Накопленный экспериментальный материал, характеризующий строение атома, показал, что свойства электронов, а также других микрообъектов не могут быть описаны на основе представлений классической механики. Микрочастицы подчиняются законам квантовой механики, которая стала основой для создания современной модели строения атома.

• Главные тезисы квантовой механики:
• — энергия испускается и поглощается телами отдельными порциями – квантами, следовательно, энергия частиц изменяется скачкообразно;
• — электроны и другие микрочастицы имеют двойственную природу – проявляет свойства и частицы, и волны (корпускулярно-волновой дуализм);

— квантовая механика отрицает наличие определенных орбит у микрочастиц (для движущихся электронов невозможно определить точное положение, т.к. они движутся в пространстве вблизи ядра, можно лишь определить вероятность нахождения электрона в различных частях пространства).

Пространство вблизи ядра, в котором достаточно велика вероятность нахождения электрона (90%), называется орбиталью.

Квантовые числа. Принцип Паули. Правила Клечковского

Состояние электрона в атоме можно описать с помощью четырех квантовых чисел.

n – главное квантовое число. Характеризует общий запас энергии электрона в атоме и номер энергетического уровня. nприобретает целочисленные значения от 1 до ∞. Наименьшей энергией электрон обладает при n=1; с увеличением n – энергия возрастает.

Состояние атома, когда его электроны находятся на таких энергетических уровнях, что их суммарная энергия минимальна, называется основным. Состояния с более высокими значениями называются возбужденными. Энергетические уровни обозначаются арабскими цифрами в соответствии со значением n. Электроны можно расположить по семи уровням, поэтому, реально n существует от 1 до 7.

Главное квантовое число определяет размеры электронного облака и определяет средний радиус нахождения электрона в атоме.

l – орбитальное квантовое число. Характеризует запас энергии электронов в подуровне и форму орбитали (табл. 1). Принимает целочисленные значения от 0 до n-1. l зависит от n. Если n=1,то l=0, что говорит о том, что на 1-м уровне 1-н подуровень.

Таблица 1. Формы орбиталей

me – магнитное квантовое число. Характеризует ориентацию орбитали в пространстве. Принимает целочисленные значения от –l через 0 до +l. Так, при l=1 (p-орбиталь), me принимает значения -1, 0, 1 и ориентация орбитали может быть различной (рис. 3).

Рис. 3. Одна из возможных ориентаций в пространстве p-орбитали

s – спиновое квантовое число. Характеризует собственное вращение электрона вокруг оси. Принимает значения -1/2(↓) и +1/2 (↑). Два электрона на одной орбитали обладают антипараллельными спинами.

Состояние электронов в атомах определяется принципом Паули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех квантовых чисел.

Последовательность заполнения орбиталей электронами определяется правилами Клечковского: орбитали заполняются электронами в порядке возрастания суммы (n+l) для этих орбиталей, если сумма (n+l) одинакова, то первой заполняется орбиталь с меньшим значением n.

Однако, в атоме обычно присутствуют не один, а несколько электронов и, чтобы учесть их взаимодействие друг с другом используют понятие эффективного заряда ядра – на электрон внешнего уровня действует заряд, меньший заряда ядра, вследствие чего внутренние электроны экранируют внешние.

Основные характеристики атома: атомный радиус (ковалентный, металлический, ван-дер-ваальсов, ионный), сродство к электрону, потенциал ионизации, магнитный момент.

Электронные формулы атомов

Все электроны атома образуют его электронную оболочку. Строение электронной оболочки изображается электронной формулой, которая показывает распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням.

Число электронов на подуровне обозначается цифрой, которая записывается справа вверху от буквы, показывающей подуровень. Например, атом водорода имеет один электрон, который расположен на s-подуровне 1-го энергетического уровня: 1s1.

Электронная формула гелия, содержащего два электрона записывается так: 1s2.

У элементов второго периода электроны заполняют 2-й энергетический уровень, на котором могут находиться не более 8-ми электронов. Вначале электроны заполняют s-подуровень, потом – p-подуровень. Например:

3Li 1s22s1

5B 1s22s22p1

У атомов некоторых элементов, наблюдается явление «проскока» электрона с внешнего энергетического уровня на предпоследний. Проскок электрона происходит у атомов меди, хрома, палладия и некоторых других элементов. Например:

24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1

Связь электронного строения атома с положением элемента в Периодической системе

Электронную формулу элемента определяют по его положению в Периодической системе Д.И. Менделеева.

Так, номер периода соответствует У элементов второго периода электроны заполняют 2-й энергетический уровень, на котором могут находиться не более 8-ми электронов.

Вначале электроны заполняют У элементов второго периода электроны заполняют 2-й энергетический уровень, на котором могут находиться не более 8-ми электронов. Вначале электроны заполняют s-подуровень, потом – p-подуровень. Например:

3Li 1s22s1

5B 1s22s22p1

У атомов некоторых элементов, наблюдается явление «проскока» электрона с внешнего энергетического уровня на предпоследний. Проскок электрона происходит у атомов меди, хрома, палладия и некоторых других элементов. Например:

24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1

энергетический уровень, на котором могут находиться не более 8-ми электронов. Вначале электроны заполняют s-подуровень, потом – p-подуровень. Например:

3Li 1s22s1

5B 1s22s22p1

Номер группы для элементов главных подгрупп равен числу электронов на внешнем энергетическом уровне, такие электроны называют валентными (они участвуют в образовании химической связи).

Валентными электронами у элементов побочных подгрупп могут быть электроны внешнего энергетического уровня и d-подуровня предпоследнего уровня.

Номер группы элементов побочных подгрупп III-VII групп, а также у Fe, Ru, Os соответствует общему числу электронов на s-подуровне внешнего энергетического уровня и d-подуровне предпоследнего уровня

Задания:

Изобразите электронные формулы атомов фосфора, рубидия и циркония. Укажите валентные электроны.

1. Ответ:
2. 15P 1s22s22p63s23p3 Валентные электроны 3s23p3
3. 37Rb 1s22s22p63s23p63d104s24p65s1 Валентные электроны 5s1
4. 40Zr 1s22s22p63s23p63d104s24p64d25s2 Валентные электроны 4d25s2

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/ximiya/11-klass/stroenie-atoma/

Строение атома

Уже в древности философы задумывались, из чего же состоит природа вокруг них. Демокрит первым из античных ученых предположил, что все в мире состоит из крошечных неделимых частиц. Эту частицу он назвал атом, что в переводе с греческого означает «неделимый».

К сожалению, возможности ученых в те времена были весьма ограничены. Каких-либо приборов, позволяющих исследовать строение вещества, у них не было. Но значение Демокрита в зарождении атомистики невозможно сбросить со счетов истории.

Атомно-молекулярное учение. Строение атома

Практически до середины XVIII века, пока М.В. Ломоносов не принес в химию количественные эксперименты, учение об атомах оставалось лишь прерогативой философских размышлений. Михаил Васильевич считал, что лишь знание физических законов поможет правильно истолковать результаты химических опытов.

В своих исследованиях ученый выделил в веществе крупные частицы — «корпускулы», и мелкие — «элементы», или как мы называем их сейчас — атомы.

Ломоносов считал, что каждая молекула по своему составу идентична всему веществу, а также, что различные по химическому строению элементы имеют и разные по составу молекулы. Ученый предполагал, что вещества имеют особенности не только из-за отличий в составе молекул, но и благодаря различному расположению атомов в молекуле.

Следующий шаг в изучении атомов сделал английский естествоиспытатель Джон Дальтон.

Но поскольку атом до сих пор никто не видел, Дальтон назвал вес частицы относительным. Он установил, что самым легким элементом является водород и предложил его вес принять за единицу.

Открытие Дальтона стало прорывом в химии. Ведь теперь к любому химическому соединению можно было подойти с измерительным прибором. Это исследование позволило приблизиться к современной записи химических формул и уравнений. И именно Дальтон придумал первые обозначения для известных химических элементов.

До конца XIX века, несмотря на все старания ученых, химическое строение атома по-прежнему оставалось лишь гипотезой.Ученым не хватало оборудования, чтобы постичь тайну мельчайшей частицы.

Открытие Дальтона дало толчок дальнейшим опытам, в ходе которых ученые вычислили относительную атомную массу разнообразных химических элементов, что позволило их классифицировать, а Д.И.Менделееву – сформулировать периодический закон и представить научному миру Периодическую систему химических элементов.

Протоны и нейтроны

Обнаружение катодных лучей немецким ученым-физиком Юлиусом Плюккером в 1859 году и создание прототипа электронной трубки Ульямом Круксом в 1879 году положили новый виток исследованиям в атомистике.

Однако потребовалось еще несколько десятков лет, чтобы строение атомов химических элементов приоткрыло свои тайны. на заре XX века в одном журнале появились две публикации, которые пытались объяснить структуру атома. Одна из публикаций принадлежала английскому ученому Д.Д. Томсону, автором другой был японский физик Хантаро Нагаока.

Нагаока описал в статье так называемую «сатурнианскую» модель атома. Он думал, что атом по своей структуре напоминает планету Сатурн. В его центре находится массивное ядро с положительным зарядом, а электроны с отрицательными зарядами передвигаются вокруг ядра по орбитам. .

Исследователь ошибся, однако два постулата его теории впоследствии подтвердились:

• ядро атома имеет значительную массу;
• электростатические силы удерживают электроны на орбите (сходство с кольцами Сатурна, что удерживаются благодаря гравитационным силам).

Томсон выдвинул гипотезу о том, что атом напоминает шарообразную, электронейтральную сферу диаметром около 10–10 м, где положительный заряд равномерно распределен по всей структуре атома, а электроны хаотично расположены в этом поле. Поэтому, можно сказать, что атом напоминает микроскопическую булочку с изюмом.

Опыты продолжались в разных странах. В лаборатории Резерфорда проходили испытания, которые смогли доказать, что в центре атома расположено крупное ядро с диаметром около —10—15 м, в котором содержится более 99,95 % его массы, а заряд его положительный.

Ученые продолжали исследования с катодным излучением, и выяснили, что масса ядра была примерно в два раза больше, чем масса всех протонов в нем.

Опираясь на это знание, Резерфорд выдвинул гипотезу, что в ядре атома присутствует еще некая тяжелая частица, лишенная заряда.

С биографией выдающегося ученого можно кратко ознакомиться в учебнике «Введение в естественно-научные предметы», под редакцией А.Е. Гуревич.

В 1932 году и Джеймс Чедвик обнаружил нейтрон — третий недостающий элемент атома.

Атомное взаимодействие обеспечивает тесную связь протонам и нейтронам в ядре атома. Протоны и нейтроны имеют общее название — нуклоны. Ученые считают, что их характеристики достаточно подобны, чтобы отнести эти частицы к одному семейству, как биологи относят в один вид собак и волков.

Казалось бы, вот оно – тайна ядра разгадана. Но нет, в современной физике считается, что нуклоны состоят из еще более мелких частиц, которые называют кварками, и кварковая модель является ведущей в современной науке.

Так в фундаментальную физику ворвалась загадка протонного радиуса, почему измерение одной и той же величины в обычном и в мюонном водороде дает разные результаты — и, несмотря на усилия сотен специалистов, она до сих пор не решена.

Изотопы

Работая в лаборатории Резерфорда, Фредерик Содди экспериментально установил, что встречаются атомы одного химического элемента с различной атомной массой. А поскольку к этому времени уже было известно, что количество протонов для ядра постоянно, соответственно, отличались они количеством нейтронов.

• Содди предложил термин изотоп (от греческих слов изос — «равный» и топос — «место») для обозначения веществ, идентичных по химическим свойствам, но отличающихся атомной массой и определенными физическими свойствами.
• При графической записи изотоп выглядит как знак химического элемента, которому он соответствует. А что бы обозначить разницу, в массовом числе используют индекс слева вверху: (12C, 222Rn)
• Протий, дейтерий, и тритий — исторические собственные названия изотопов водорода.
• Изотопы бывают:

• стабильные (устойчивые);
• нестабильные (радиоактивные).

Электронное строение атома

Исследование таинственного микромира продолжается. Изучение движения электронов и внутриатомных взаимодействий выделилось в отдельную область физики — квантовую механику. Главный постулат квантовой механики — все волны обладают свойствами частиц, а микрочастицы имеют волновую природу.

В макромире физическое тело всегда находится в какой-то конкретной точке пространства. Даже если вы сфотографируете летящую муху и на фотографии она будет в виде черной полосы, вы все равно будете уверены, что в конкретный момент времени она была в определенном месте.

В мире атома все иначе. Легкий подвижный электрон находится одновременно во всех точках околоядерного пространства. Если провести аналогию с макромиром, больше всего это напомнит неплотный клубок мягкой пушистой шерсти.

И именно эта зона пространства, где существует вероятность встретить электрон, называется электронным облаком. Плотность электронного облака неравномерна.

В электронном облаке выделяют зону, где вероятность встречи с электроном более 90% — эта область обозначена как атомная или электронная орбиталь.

Все электроны в атоме обладают определенной энергией. Чтобы описать состояние электрона, ученые используют квантовые числа. Всего их четыре. Целое число n, которое определяет энергию электронов на конкретном энергетическом уровне, называют главным квантовым числом.

1. На одной электронной оболочке находятся атомные орбитали с единым значением главного квантового числа n.
2. У невозбужденного атома электроны расположены на орбиталях 4-х видов: s, p, d и f.
3. Но почему нельзя было обозначить буквами по алфавиту a, b, c? Все не так просто, для обозначения атомных орбиталей ученые решили использовать начальные буквы от прилагательных, описывающих спектральные линии в атомных спектрах:

• s (sharp) — резкая,
• p (principal) — главная,
• d (diffuse) — диффузная,
• f (fundamental) — фундаментальная.

Чтобы графически представить расположение электронов на уровнях и подуровнях атомной оболочки, ученые ввели электронные формулы. Это такие численно-буквенные комбинации, где подуровень обозначен строчной латинской литерой, а цифровой индекс вверху справа обозначает количество электронов на подуровне.

Например, атом водорода имеет один электрон, который расположен на s-подуровне 1-го энергетического уровня: 1s1. Электроны углерода расположены на двух энергетических уровнях, на внешнем энергетическом уровне у углерода выделяют два подуровня 2s и 2p, где находятся 4 электрона. Также используется графическая схема строения атома.

Несмотря на свои способности быть одновременно в любой точке пространства, электроны при заполнении орбиталей соблюдают определенный порядок:

• Принцип наименьшей энергии. Электроны занимают атомные орбитали от наименьшей энергии к наибольшей. Распределение подуровней по энергиям представлено рядом : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, где от 1s до 7p — энергия увеличивается.
• Принцип Паули — на одной орбитали помещается два электрона. Суммарное количество электронов в одном электронном слое или на одном электронном уровне равно 2n2.
• Правило Хунда — прежде чем начать собираться в пары, электроны сначала в пределах подуровня по одному занимают вакантные орбитали.

У этого правила есть еще одно мнемоническое название — правило троллейбуса. Расположение электронов напоминает рассадку в общественном транспорте. Если есть свободные места и человек входит один, он сядет на свободное сиденье, и только если нет свободных сидений, подсядет к кому-то на свободное место.

Итак, подведем выводы, на которые ученым понадобилось более сотни лет опытов, исследований, научных дискуссий и даже трагедий.

• Форма атома — сфера.
• Ядро и электронная оболочка — составные структуры атома.
• По электронной оболочке движутся электроны с отрицательным зарядом.
• Масса ядра составляет основную часть массы атома, т.к. протон весит примерно в 2000 раз больше электрона.
• Радиус атома приблизительно в 100000 раз больше чем радиус ядра.
• Атомное ядро состоит из нуклонов: протонов (p+) и нейтронов (n0), которые состоят из кварков.
• Количество протонов N(p+) равно заряду ядра (Z) и порядковому номеру элемента в периодической системе элементов, т.е. N(p+) = Z
• Количество электронов в нейтральном атоме равно количеству протонов в его ядре.
• Массовое число представляет собой сумму протонов Z и нейтронов N и обозначается литерой А.
• Если атом приобретает лишние электроны или теряет свои, то его заряд изменяется и он превращается в ион с положительным или отрицательным зарядом, что можно увидеть на иллюстрации в учебнике «Введение в естественно-научные предметы», под редакцией А.Е. Гуревич.

Чтобы проверить насколько хорошо усвоен материал, предлагаем вашему вниманию тест на тему «Строение атома» для 8-11 классов:

1. Кто придумал название атом?
   • Архимед
   • Менделеев
   • Демокрит
   • Ломоносов
2. Как называются частицы, из которых состоит ядро атома?
   • нуклоны
   • позитроны
   • феромоны
   • интерфероны
3. На что, согласно теории Томсона, похож атом?
   • на пирожок с повидлом
   • на «Киевский» торт
   • на булочку с изюмом
   • на горшок с медом
4. Какую форму имеет атом?
   • сферическую
   • цилиндрическую
   • кубическую
   • додекаэдрическую
5. Как называется составная часть нуклона?
6. Что не является изотопом водорода?
   • дейтерий
   • тритий
   • радий
   • протий
7. Как называется атом, в котором число протонов не совпадает с числом электронов?
8. Сколько электронов помещается на одной орбитали?
9. Какая наука изучает движение электронов?
   • квантическая химия
   • механическая биология
   • коллоидная математика
   • квантовая механика
10. Основная масса атома содержится?
    • в ядре
    • в электронах
    • в орбиталях
    • в протонах

#ADVERTISING_INSERT#

Источник: https://rosuchebnik.ru/material/stroenie-atoma-article/

Основные сведения о строении атома. Химический элемент

Основной структурной единицей веществ атомного строения является атом.

Атом – мельчайшая, электронейтральная, химически неделимая частица вещества, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки.Электронная оболочка – совокупность группирующихся вокруг ядра электронов.Электрон – одна из элементарных частиц материи, обладающая массой покоя и элементарным отрицательным зарядом.

Когда говорят о массе покоя, то подразумевают, что частица может находиться в состоянии покоя и иметь массу. Существуют частицы, которые не могут находиться в состоянии покоя, например частицы света — фотоны. В этом случае говорят, что фотон не имеет массы покоя.

Заряд электрона называется элементарным, так как это наименьший отрицательный заряд в природе. По этой причине заряд электрона условно принимают равным -1.

Атомное ядро – центральная, положительно заряженная, сложно организованная часть атома, состоящая из нуклонов, связанных между собой ядерными силами.Нуклоны – общее название двух типов частиц, протонов и нейтронов.

С точки зрения атомной физики протон и нейтрон являются двумя состояниями одной и той же частицы – нуклона.

Нуклон – структурная единица ядра атома, которая может находиться в двух состояниях, протона и нейтрона.

Нуклоны (протоны и нейтроны) состоят из кварков.

Табл. Основные характеристики некоторых субатомных частицЗаряд ядра атома соответствует атомному номеру (порядковому номеру) элемента в периодической системе (Z).

Заряд ядра определяется числом протонов, следовательно:

Так как атом — электронейтральная частица, то:

Массовое число (нуклонное число) – сумма числа протонов и нейтронов в ядре данного атома.

Если в условии задания не указано массовое число, то его можно взять из таблицы Д.И. Менделеева, округлив до целой величины относительную атомную массу.

О том, что такое относительная атомная масса мы поговорим чуть позже. Пока не заостряйте на этом внимание. Где её найти в таблице Д.И. Менделеева показано на рисунке ниже.

Для расчета числа нейтронов в ядре используется формула:

Для характеристик частицы (протона, нейтрона, атома) применяют следующую запись:

X — символ частицы. A — массовое (нуклонное число). Z — заряд

Определим состав атома хлора. Порядковый номер хлора в таблице Д. И. Менделеева равен 17, следовательно заряд ядра атома хлора равен +17. Если заряд ядра равен +17, то в ядре атома хлора 17 протонов, а в электронной оболочке 17 электронов.

Чтобы определить число нейтронов в ядре атома хлора, округлим до целой величины относительную атомную массу хлора, это значение равно 36. То есть, в ядре атома хлора 36 нуклонов, 17 из них являются протонами, тогда число нейтронов равно 36-17 = 19.

Кратко это можно записать следующим образом:

Атомы отличаются друг от друга радиусом, массой, зарядом ядра, количеством электронов и другими параметрами. Заряд ядра атома – это наиболее важная его характеристика. Поэтому все атомы можно условно разделить на группы (классифицировать) по заряду их ядер. Такие абстрактные группы принято называть химическими элементами.

Химический элемент – вид атомов, с определённым зарядом ядра.

Химический элемент — одно из центральных понятий науки химии.

Водород на лат. Hydrogenium (H). Ртуть на лат. Hydrargyrum (Hg) Эти буквенные обозначения называются химическими знаками или химическими символами.

Символ отдельного атома совпадает с символом соответствующего ему химического элемента. К примеру, символ S обозначает химический элемент серу или же один атом этого элемента.

Если требуется обозначить не один, а несколько атомов, то перед символом элемента ставят соответствующую цифру – коэффициент. 5S – пять атомов элемента серы.

Символы и русские названия химических элементов можно найти в таблице Д. И. Менделеева.

Несмотря на то что у ядер атомов одного и того же химического элемента одинаковый заряд, они могут отличаться друг от друга массовым (нуклонным) числом по причине разного количества нейтронов. Такие разновидности ядер атомов одного химического элемента называют изотопами.

Изотопы – ядра с одинаковым зарядом, но разным массовым числом, т.е разным числом нейтронов.

Отметим, что термин изотопы следует употреблять только во множественном числе. В единственном числе следует говорить — нуклид. Что такое нуклиды Вы узнаете чуть позже.

К примеру, химический элемент водород (H) представляет из себя смесь атомов с массовыми числами равными 1 и 2, это изотопы водорода — протий (H) и дейтерий (D). Нуклид водорода с массовым числом 3 в природе не встречается, так как его ядро чрезвычайно нестабильно и очень быстро подвергается ядерному распаду, это так называемый тритий (T).

Запишем состав изотопов водорода, пользуясь описанными выше правилами.

Содержание изотопов в земной коре разное ввиду их разной стабильности. Чем устойчивее изотоп, тем выше его содержание.

Содержание изотопов элемента Х может быть оценено в массовых или мольных долях.

Доля – отношение части к целому.Массовая доля (w или w%) – отношение массы части системы к массе всей системы.

О мольной доле мы поговорим позднее в соответствующей теме.

Массовая доля — величина безразмерная, её выражают в долях единицы или процентах. Для вычисления массовой доли применяются формулы:

Изотопный состав элемента водорода может быть представлен следующей схемой:

Задания по теме «Основные сведения о строении атома»

• Ядро атома некоторого элемента содержит 16 нейтронов, а электронная оболочка этого атома — 15 электронов. Назвать элемент, изотопом которого является данный атом. Привести запись его символа с указанием заряда ядра и массового числа.
• Массовое число атома некоторого элемента равно 181, в электронной оболочке атома содержится 73 электрона. Указать число протонов и нейтронов в ядре атома и название элемента.
• Укажите число протонов, нейтронов и электронов в атоме циркония.
• Укажите число протонов, нейтронов и электронов в атоме иттрия.
• Укажите число протонов, нейтронов и электронов в атоме индия.
• Укажите число протонов, нейтронов и электронов в атоме кадмия.
• Сколько нейтронов содержит ядро атома 37Cl?
• Сколько нейтронов содержит ядро атома 18O?
• Сколько нейтронов содержит ядро атома 30Si?
• Сколько нейтронов содержит ядро атома 19F?

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5d72342f394b2a00afea90b6/5d7237deddfef600ad59cad8

Строение атомов химических элементов. Состав атомного ядра. Строение электронных оболочек атомов

Билет № 3

1. Строение атомов химических элементов. Состав атомного ядра. Строение электронных оболочек атомов первых 20 химических
элементов периодической системы Д. И. Менделеева

Атом — наименьшая частица вещества, неделимая химическим путем. В XX веке было выяснено сложное строение атома. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и оболочки, образованной отрицательно заряженными электронами.

Общий заряд свободного атома* равен нулю, так как заряды ядра и электронной оболочки уравновешивают друг друга.

При этом величина заряда ядра равна номеру элемента в периодической таблице (атомному номеру) и равна общему числу электронов (заряд электрона равен −1).

Атомное ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных частиц — нейтронов, не имеющих заряда. Обобщенные характеристики элементарных частиц в составе атома можно представить в виде таблицы:

Название частицы	Обозначение	Заряд	Масса
протон	p	+1	1
нейтрон	n		1
электрон	e−	−1	принимается равной 0

Число протонов равно заряду ядра, следовательно, равно атомному номеру. Чтобы найти число нейтронов в атоме, нужно от атомной
массы (складывающейся из масс протонов и нейтронов) отнять заряд ядра (число протонов).

Например, в атоме натрия 23Na число протонов p = 11, а число нейтронов n = 23 − 11 = 12

Число нейтронов в атомах одного и того же элемента может быть различным. Такие атомы называют изотопами.

Электронная оболочка атома также имеет сложное строение. Электроны располагаются на энергетических уровнях (электронных слоях).

Номер уровня характеризует энергию электрона. Связано это с тем, что элементарные частицы могут передавать и принимать энергию не сколь угодно малыми величинами, а определенными порциями — ква́нтами. Чем выше уровень, тем большей энергией обладает электрон.

Поскольку чем ниже энергия системы, тем она устойчивее (сравните низкую устойчивость камня на вершине горы, обладающего большой потенциальной энергией, и устойчивое положение того же камня внизу на равнине, когда его энергия значительно ниже), вначале заполняются уровни с низкой энергией электрона и только затем — высокие.

Максимальное число электронов, которое может вместить уровень, можно рассчитать по формуле: N = 2n2, где N — максимальное число электронов на уровне,
n — номер уровня.

Тогда для первого уровня N = 2 · 12 = 2,

для второго N = 2 · 22 = 8 и т. д.

В большинстве современных периодических таблиц расположение электронов по уровням указано в клеточке с элементом. Очень
важно понимать, что уровни читаются снизу вверх, что соответствует их энергии. Поэтому столбик цифр в клеточке с натрием:18

2

• следует читать так:
• на 1-м уровне — 2 электрона,
• на 2-м уровне — 8 электронов,
• на 3-м уровне — 1 электрон
  Будьте внимательны, очень распространенная ошибка!
• Распределение электронов по уровням можно представить в виде схемы:
  11Na ) ) )
         2  8  1
• Если в периодической таблице не указано распределение электронов по уровням, можно руководствоваться:

• максимальным количеством электронов: на 1-м уровне не больше 2 e−,на 2-м — 8 e−,на внешнем уровне — 8 e−;
• числом электронов на внешнем уровне (для первых 20 элементов совпадает с номером группы)

Тогда для натрия ход рассуждений будет следующий:

1. Общее число электронов равно 11, следовательно, первый уровень заполнен и содержит 2 e−;
2. Третий, наружный уровень содержит 1 e− (I группа)
3. Второй уровень содержит остальные электроны: 11 − (2 + 1) = 8 (заполнен полностью)

* Ряд авторов для более четкого разграничения свободного атома и атома в составе соединения предлагают использовать термин «атом» только для обозначения свободного (нейтрального) атома, а для обозначения всех атомов, в том числе и в составе соединений, предлагают термин «атомные частицы». Время покажет, как сложится судьба этих терминов. С нашей точки зрения, атом по определению является частицей, следовательно, выражение «атомные частицы» можно рассматривать как тавтологию («масло масляное»).

2. Задача. Вычисление количества вещества одного из продуктов реакции, если известна масса исходного вещества.
Пример:

Какое количество вещества водорода выделится при взаимодействии цинка с соляной кислотой массой 146 г?

Решение:

1. Записываем уравнение реакции: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
2. Находим молярную массу соляной кислоты: M (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 (г/моль)
   (молярную массу каждого элемента, численно равную относительной атомной массе, смотрим в периодической таблице под знаком элемента и
   округляем до целых, кроме хлора, который берется 35,5)
3. Находим количество вещества соляной кислоты: n (HCl) = m / M = 146 г / 36,5 г/моль = 4 моль
4. Записываем над уравнением реакции имеющиеся данные, а под уравнением — число моль согласно уравнению (равно коэффициенту перед веществом):
           4 моль           x моль
   Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
          2 моль            1 моль
5. Составляем пропорцию:
   4 моль — x моль
   2 моль — 1 моль
   (или с пояснением:

   из 4 моль соляной кислоты получится x моль водорода,

   а из 2 моль — 1 моль)

6. Находим x:
   x =
   4 моль • 1 моль / 2 моль = 2 моль

Ответ: 2 моль.

автор: Владимир Соколов

Источник: https://staminaon.com/ru/chemistry/chemistry_9-3.htm

Конспект лекции по теме "Строение атома. Классификация химических элементов на основе строения атома" дисциплины ОУД.10 Химия, специальности 33.02.01 Фармация, СПО

• Химия
• Лекция
• Тема: Строение атома. Классификация химических элементов на основе строения атома

Атом – сложная частица. До конца XIX столетия атом считали элементарной (т.е. неделимой) частицей. Научные открытия на рубеже XIX — XX вв. показали, что атом имеет сложное строение.

Атом – элементарная химически неделимая частица, состоящая из положительно заряженного ядра и, вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.

Ядро (протоны и нейтроны) имеет сложное строение. В настоящее время ученые считают, что в ядре содержится около100 элементарных частиц.

Радиус атомного ядра в сто тысяч раз меньше радиуса атома, но вся масса атома сосредоточена в ядре, так как электроны, вращающиеся вокруг него имеют ничтожно малую массу (1/1836 частей). Объём атомного ядра мал, но его плотность очень велика.

Если заполнить 1 см3 ядрами атомов, то их масса составит около 116 млн т. Например, радиус атома водорода 0,046 нм, а радиус ядра атома водорода — 6,5 • 10″' нм.

Протоны — это частицы с положительным зарядом +1 (в условных единицах) и относительной массой, равной 1. Протон обозначают латинской буквой р(или +1р).

Нейтроны— это электронейтральные (незаряженные) частицы с относительной массой, также равной 1. Нейтрон обозначают латинской буквой п (или n).

1. Следовательно, положительный заряд ядра равен числу протонов.
2. Электроны (обозначают е- ) — это частицы с отрицательным зарядом -1 (в условных единицах) и относительной массой, равной массы протона.
3. Экспериментально доказано, что положительный заряд ядра атома (число протонов в ядре) равен атомному (порядковому) номеру химического элемента в Периодической системе элементов.

Найдите в Периодической системе химических элементов углерод. Каким символом его обозначают? Обратите внимание на то, что атомный (порядковый) номер углерода 6. Следовательно, в ядре атома углерода находятся 6 протонов (6 +1р)и заряд ядра равен +6.

Атомный номер элемента, заряд ядра атома и число протонов в ядре обозначают буквой Z,а число нейтронов — буквой N.

Суммарное число протонов Zи нейтронов N называют массовым числоматома и обозначают буквой А: A = Z + N Из этой формулы следует, что число нейтронов в ядре атома равно разности между массовым числом элемента А и его атомным номером Z: N =A— Z.

Массовое число атома А приблизительно (округлённо) равно относительной атомной массе Аг. химического элемента.

Разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разные массовые числа, называют изотопами (слово «изотоп» образовано от двух греческих слов: изос — один и топос — равный).

Пример: атомы с массовым числом 35 (хлор-35) и атомы с массовым числом 37 (хлор-37), но с одним и тем же зарядом атомных ядер +17). Изотопы одного и того же элемента имеют одинаковое число протонов и электронов, но разное число нейтронов.

Изотопы находят широкое применение в биологии, медицине, географии, технике и археологии. Например, в медицине кобальт-60 применяют для лечения рака, железо-59 — для измерения скорости тока крови и изучения заболеваний крови, иод-130 — для диагностики заболеваний щитовидной железы, барий-137 — для диагностики заболеваний пищеварительной системы.

Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

Положительный заряд ядра является главной характеристикой атома. Он определяет строение атома, число электронов, движущихся вокруг ядра, и служит отличительным признаком различных видов атомов.

Атомный номер элемента в Периодической системе указывает на: 1).заряд ядра, 2).число протонов в ядре, 3). число электронов, содержащихся в атоме, — в этом заключается физический смысл атомного (порядкового) номера элемента в Периодической системе химических элементов.

1. Что показывает атомный номер химического элемента?

2. Назовите частицы, которые входят в состав ядер атомов. Укажите, что между ними общего, бщего они чем различаются.

3. Объясните, почему атом электронейтрален.

4. Что такое изотопы?

5. Что такое химический элемент?

Вопросы:

• Максимальное число электронов, которые могут находиться на том или ином
• энергетическом уровне, определяется по формуле: N = 2n2 , где N — максимальное
• число электронов на уровне; n — номер энергетического уровня.

Следовательно, на первом энергетическом уровне (n = 1) может находиться не более двух электронов (2 * I2 = 2); на втором (n= 2) — не более восьми (2 * 22 = 8); на третьем (n = 3) — не более восемнадцати {2 * З2 = 18) и т.д. Кроме того, установлено, что на внешнем энергетическом уровне может находитьсяне более восьми электронов.

Если энергетический уровень содержит максимально возможное число электронов, то его называют завершённым. Энергетические уровни, не содержащие максимального числа электронов, называют незавершёнными.

Теперь мы можем составить электронные схемы строения атомов, руководствуясь следующими правилами:

1. Общее число электронов в атоме равно заряду ядра атома, т. е. атомному номеру элемента.

2. Максимальное число электронов на каждом энергетическом уровне равно 2n2.

3. На внешнем энергетическом уровне может находиться не более восьми электронов, а на первом — не более двух электронов.

1. Схему расположения электронов по электронным слоям, или энергеетическим уровням, называют электронной схемой (электронной конфигурацией) атома.
2. СТРОЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ОБОЛОЧКИ
3. АТОМОВ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕРВОГО И ВТОРОГО ПЕРИОДОВ
4. Атом водорода Ядро атома водорода Н имеет заряд +1, поэтому вокруг
5. ядра движется только один электрон, находящийся на первом энергетическом уровне.

• Атома гелия — первый
• электронный слой завершён.
• Атом лития
• КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ СТРОЕНИЯ ИХ АТОМОВ

На основе теории строения атомов предложено несколько способов классификации элементов. Один из них — классификация элементов по числу электронов на внешнем энер гетическом уровне. По этому признаку различают три категории элементов.

1. Металлы — элементы, атомы которых на внешнем энергетическом уровне имеют, как правило, 1, 2, 3 (иногда 4) электрона (исключение: водород, гелий, бор).
2. Атомы металлов могут только отдавать электроны другим атомам.
3. Чем легче атомы элемента отдают электроны с внешнего уровня, тем в большей степени выражены металлические свойства вещества.

Неметаллы — элементы, атомы которых на внешнем энергетическом уровне имеют, как правило, 4, 5, 6, 7 электронов (к неметаллам относятся также водород и бор). Атомы неметаллов обладают способностью как присоединять, так и отдавать электроны.

Чем легче атомы элемента принимают электроны, недостающие до завершения внешнего уровня, тем в большей степени выражены неметаллические свойства вещества.

Благородные газы — атомы элементов, имеющие завершённый энергетический уровень. Их атомы в отличие от атомов других элементов не обладают способностью принимать электроны.

Задание: Составьте схемы строения атомов элементов с атомными номерами: а) 4; 6)7; в) 10; г) 13; д) 15; е) 18. Определите по этим схемам, атомы каких элементов образуют металлы, неметаллы и благородные газы.

1. На основе информации Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева запишите обозначения изотопов бора В, атомы которых содержат 5 и 6 нейтронов.

2. Литий имеет два изотопа: 11|Li и 10Li. Содержание в природе первого изотопа составляет 92,7%, второго Не — 7,3%. Вычислите относительную атомную массу лития.

3. Объясните, почему химический элемент аргон (атомная масса 39,948) расположен перед калием (атомная масса 39,102), кобальт (атомная масса 58,933) — перед никелем (атомная масса 58,70), теллур (атомная масса 127,60) — перед йодом (атомная масса 126,905).

4. Используя различные источники информации (научно-популярная литература, энциклопедии, Интернет), подготовьте сообщение о применении изотопов в: а) биологии; б) медицине; в) географии; г) технике; д) археологии. Работайте в группе совместно с товарищами, распределив обязанности.

Итак, в

Атом

Источник: https://infourok.ru/konspekt-lekcii-po-teme-stroenie-atoma-klassifikaciya-himicheskih-elementov-na-osnove-stroeniya-atoma-disciplini-oud-himiya-spec-3048120.html