Малюгина 14. Външни и вътрешни енергийни нива. Пълнота на енергийното ниво.
Нека си припомним накратко какво вече знаем за структурата електронна обвивкаатоми:
ü брой енергийни нива на атом = номер на периода, в който се намира елементът;
ü максималният капацитет на всяко енергийно ниво се изчислява по формулата 2n2
ü външната енергийна обвивка не може да съдържа повече от 2 електрона за елементи от 1-ви период и повече от 8 електрона за елементи от други периоди
Нека се върнем отново към анализа на схемата за запълване на енергийни нива в елементи на малки периоди:
Таблица 1. Енергийни нива на пълнене
за елементи от малки периоди
Номер на периода | Брой енергийни нива = номер на период | Символ на елемента, неговия сериен номер | Обща сума електрони | Разпределение на електроните по енергийни нива | Номер на групата |
|
|
H +1 )1 | +1 N, 1e- | |||||
|
нд + 2 ) 2 | +2 Не, 2-ро | |||||
|
Ли + 3 ) 2 ) 1 | + 3 Ли, 2e-, 1e- | |||||
|
Бъдете +4 ) 2 )2 | + 4 Бъда, 2e-,2 д- | |||||
|
B +5 ) 2 )3 | +5 B, 2e-, 3e- | |||||
|
С +6 ) 2 )4 | +6 C, 2e-, 4e- | |||||
|
н + 7 ) 2 ) 5 | + 7 н, 2e-,5 д- | |||||
|
О + 8 ) 2 ) 6 | + 8 О, 2e-,6 д- | |||||
|
Е + 9 ) 2 ) 7 | + 9 Е, 2e-,7 д- | |||||
|
не + 10 ) 2 ) 8 | + 10 не, 2e-,8 д- | |||||
|
Na + 11 ) 2 ) 8 )1 | +1 1 Na, 2e-, 8e-, 1e- | |||||
|
Mg + 12 ) 2 ) 8 )2 | +1 2 Mg, 2e-, 8e-, 2 д- | |||||
|
Ал + 13 ) 2 ) 8 )3 | +1 3 Ал, 2e-, 8e-, 3 д- | |||||
|
Si + 14 ) 2 ) 8 )4 | +1 4 Si, 2e-, 8e-, 4 д- | |||||
|
П + 15 ) 2 ) 8 )5 | +1 5 П, 2e-, 8e-, 5 д- | |||||
|
С + 16 ) 2 ) 8 )6 | +1 5 П, 2e-, 8e-, 6 д- | |||||
|
кл + 17 ) 2 ) 8 )7 | +1 7 кл, 2e-, 8e-, 7 д- | |||||
18 Ар |
Ар+ 18 ) 2 ) 8 )8 | +1 8 Ар, 2e-, 8e-, 8 д- |
Анализирайте таблица 1. Сравнете броя на електроните на последното енергийно ниво и номера на групата, в която се намира химичният елемент.
Забелязали ли сте това броят на електроните във външното енергийно ниво на атомите съвпада с номера на групата, в който се намира елементът (с изключение на хелия)?
!!! Това правило е вярно самоза елементи майорподгрупи.
Всеки период на системата завършва с инертен елемент(хелий He, неон Ne, аргон Ar). Външното енергийно ниво на тези елементи съдържа максималния възможен брой електрони: хелий -2, останалите елементи - 8. Това са елементи от група VIII на основната подгрупа. Нарича се енергийно ниво, подобно на структурата на енергийното ниво на инертен газ завършен. Това е един вид граница на силата на енергийното ниво за всеки елемент Периодичната таблица. Молекули прости вещества– инертните газове се състоят от един атом и се характеризират с химическа инертност, т.е. практически не влизат в химични реакции.
За останалите елементи на PSHE енергийното ниво се различава от енергийното ниво на инертния елемент; такива нива се наричат недовършени. Атомите на тези елементи се стремят да завършат външното енергийно ниво чрез даряване или приемане на електрони.
Въпроси за самоконтрол
1. Какво енергийно ниво се нарича външно?
2. Какво енергийно ниво се нарича вътрешно?
3. Какво енергийно ниво се нарича пълно?
4. Елементи от коя група и подгрупа имат завършено енергийно ниво?
5. Какъв е броят на електроните във външното енергийно ниво на елементите от основните подгрупи?
6. Как елементите на една главна подгрупа са сходни по структура на електронно ниво?
7. Колко електрона във външното ниво съдържат елементите от а) IIA група;
б) IVA група; в) VII А група
Вижте отговора
1. Последно
2. Всеки с изключение на последния
3. Този, който съдържа максимален брой електрони. А също и външното ниво, ако съдържа 8 електрона за първия период - 2 електрона.
4. Елементи от група VIIIA (инертни елементи)
5. Номер на групата, в която се намира елементът
6. Всички елементи от основните подгрупи на външно енергийно ниво съдържат толкова електрони, колкото е номерът на групата
7. а) елементите от IIA група имат 2 електрона във външното ниво; б) елементите от IVA група имат 4 електрона; в) Елементите от VII А група имат 7 електрона.
Задачи за самостоятелно решаване
1. Идентифицирайте елемента по следните характеристики: а) има 2 електронни нива, на външното - 3 електрона; б) има 3 електронни нива, на външното - 5 електрона. Запишете разпределението на електроните по енергийните нива на тези атоми.
2. Кои два атома имат еднакъв брой запълнени енергийни нива?
Вижте отговора:
1. а) Да установим „координатите” на химичния елемент: 2 електронни нива – II период; 3 електрона във външното ниво – III А група. Това е бор 5B. Диаграма на разпределение на електроните по енергийни нива: 2e-, 3e-
б) III период, VA група, елемент фосфор 15P. Диаграма на разпределение на електроните по енергийни нива: 2e-, 8e-, 5e-
2. г) натрий и хлор.
Обяснение: а) натрий: +11 )2)8 )1 (запълнено 2) ←→ водород: +1)1
б) хелий: +2 )2 (запълнено 1) ←→ водород: водород: +1)1
в) хелий: +2 )2 (запълнено 1) ←→ неон: +10 )2)8 (попълнено 2)
*G)натрий: +11 )2)8 )1 (запълнено 2) ←→ хлор: +17 )2)8 )7 (попълнено 2)
4. Десет. Брой електрони = атомен номер
5 в) арсен и фосфор. Атомите, разположени в една и съща подгрупа, имат еднакъв брой електрони.
Обяснения:
а) натрий и магнезий (в различни групи); б) калций и цинк (в една и съща група, но различни подгрупи); * в) арсен и фосфор (в една, основна, подгрупа) г) кислород и флуор (в различни групи).
7. г) брой електрони във външното ниво
8. б) брой енергийни нива
9. а) литий (разположен в група IA от период II)
10. в) силиций (IVA група, III период)
11. б) бор (2 нива - IIПериод, 3 електрона във външното ниво – IIIAгрупа)
MBOU "Гимназия № 1 на град Новопавловск"
Химия 8 клас
Предмет:
„Промяна в броя на електроните
на външно енергийно ниво
атоми химически елементи»
Учител: Татяна Алексеевна Комарова
Новопавловск
Дата на: ___________
Урок– 9
Тема на урока: Промяна в броя на електроните при външна енергия
ниво на атомите на химичните елементи.
Цели на урока:
— формират представа за металните и неметалните свойства на елементите на атомно ниво;
— показват причините за промените в свойствата на елементите в периоди и групи въз основа на структурата на техните атоми;
— дават първоначални идеи за йонните връзки.
Оборудване: PSHE, таблица “Йонна връзка”.
По време на часовете
Организиране на времето.
Проверка на знанията
Характеристики на химичните елементи според таблицата (3 човека)
Структура на атомите (2 души)
Учене на нов материал
Нека разгледаме следните въпроси:
1 . Атомите на кои химични елементи имат пълни енергийни нива?
- това са атоми на инертни газове, които се намират в главната подгрупа на 8-ма група.
Завършените електронни слоеве имат повишена здравина и стабилност.
Атоми Група VIII (He Ne Ar Kr Xe Rn) съдържат 8e - на външно ниво, поради което са инертни, т.е. . не е химически активен, не взаимодействат с други вещества, т.е. техните атоми имат повишена стабилност и стабилност. Тоест, всички химични елементи (с различни електронни структури) са склонни да се получават по време на химично взаимодействие завършено външно енергийно ниво ,8е - .
Пример:
N a Mg F Cl
11 +12 +9 +17
2 8 1 2 8 2 2 7 2 8 7
1s 2 2s 2 p 6 3 с 1 1s 2 2s 2 p 6 3 с 2 1s 2 2s 2 p 5 1s 2 2s 2 p 6 3 с 2 стр 5
Как мислите, че атомите на тези елементи могат да постигнат осем електрона на външно ниво?
Ако (да предположим) затворим последното ниво на Na и Mg с ръката си, тогава получаваме завършени нива. Следователно тези електрони трябва да се откажат от външното електронно ниво! След това, когато се освободят електрони, пред-външният слой на 8e - става външен.
А за елементите F и Cl трябва да приемете 1 липсващ електрон към вашето енергийно ниво, вместо да дадете 7e - . И така, има 2 начина за постигане на пълно енергийно ниво:
А) Освобождаване на („допълнителни“) електрони от външния слой.
B) Приемане на („липсващи“) електрони на външно ниво.
2. Концепцията за металност и неметалност на атомно ниво:
Металиса елементи, чиито атоми предават своите външни електрони.
Неметали –Това са елементи, чиито атоми приемат електрони във външното енергийно ниво.
Колкото по-лесно Me атомът се отказва от своите електрони, толкова по-изразено е неговото метални свойства.
Колкото по-лесно HeMe атомът приема липсващите електрони към външния слой, толкова по-силно е изразен неговият неметални свойства.
3. Промени в Me и NeMe свойствата на ch.e. атоми. в периоди и групи в PSHE.
В периоди:
Пример: Na (1e -) Mg (2e -) – запишете структурата на атома.
— Кой елемент според вас има по-силни метални свойства, Na или Mg? Кое е по-лесно да се даде 1e - или 2e -? (Разбира се 1e - , следователно Na има по-изразени метални свойства).
Пример: Al (3e -) Si (4e -) и др.
През периода броят на електроните във външното ниво се увеличава отляво надясно.
(металните свойства са по-изразени в Al).
Разбира се, способността за отдаване на електрони за определен период ще намалее, т.е. металните свойства ще отслабнат.
Така най-силните Mes се намират в началото на периодите.
— Как ще се промени способността за добавяне на електрони? (ще нарастне)
Пример:
Siкл
14 r +17 r
2 8 4 2 8 7
По-лесно е да се приеме 1 липсващ електрон (от Cl), отколкото 4e от Si.
Заключение:
Неметални свойствапрез периода отляво надясно ще се увеличи и металните свойства ще отслабнат.
Друга причина за подобряване на свойствата на NeMe е намаляването на радиуса на атома с постоянен брой нива.
защото в рамките на 1-ви период броят на енергийните нива за атомите не се променя, но броят на външните електрони e - и броят на протоните p - в ядрото се увеличава. В резултат на това привличането на електрони към ядрото се увеличава (закон на Кулон), а радиусът (r) на атома намалява, атомът сякаш се свива.
Общо заключение:
В рамките на един период, с увеличаване на порядковия номер (N) на даден елемент, металните свойства на елементите отслабват, а неметалните се увеличават, защото:
- Числото e расте - на външно ниво е равно на номера на групата и броя на протоните в ядрото.
— Радиусът на атома намалява
— Броят на енергийните нива е постоянен.
4. Разгледайте вертикалната зависимост на промяната на свойствата на елементите (в рамките на основните подгрупи) в групите.
Пример: VII група основна подгрупа (халогени)
FCl
9 +17
2 7 2 8 7
1s 2 2s 2 p 5 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 5
Числото e е същото на външните нива на тези елементи, но броят на енергийните нива е различен,
при F -2e - и Cl – 3e - /
— Кой атом има по-голям радиус? (—хлорът има 3 енергийни нива).
Колкото по-близо са e до ядрото, толкова по-силно се привличат към него.
- Атомът на кой елемент ще бъде по-лесен за добавяне на e - F или Cl?
(F – по-лесно е да добавите 1 липсващ електрон), т.к има по-малък радиус, което означава, че силата на привличане на електрона към ядрото е по-голяма от тази на Cl.
Закон на Кулон
Силата на взаимодействие между двама електрически зарядиобратно пропорционална на квадрата
разстояния между тях, т.е. колкото по-голямо е разстоянието между атомите, толкова по-малка е силата
привличане на два противоположни заряда (в този случай електрони и протони).
F е по-силен от Cl ˃Br ˃J и т.н.
Заключение:
В групи (основни подгрупи) неметалните свойства намаляват, а металните се увеличават, защото:
1). Броят на електроните на външното ниво на атомите е еднакъв (и равен на номера на групата).
2). Броят на енергийните нива в атомите нараства.
3). Радиусът на атома се увеличава.
Устно, според таблицата на PSHE, помислете за група I - основната подгрупа. Направете заключение, че най-здравият метал е Fr франций, а най-здравият неметал е F флуорът.
Йонна връзка.
Помислете какво се случва с атомите на елементите, ако достигнат октет (т.е. 8e -) на външно ниво:
Нека запишем формулите на елементите:
Na 0 +11 2e - 8e - 1e - Mg 0 +12 2e - 8e - 2e - F 0 +9 2e - 7e - Cl 0 +17 2e - 8e - 7e -
Na x +11 2e - 8e - 0e - Mg x +12 2e - 8e - 0e - F x +9 2e - 8e - Cl x +17 2e - 8e - 8e -
Най-горният ред от формули съдържа същия брой протони и електрони, защото Това са формулите на неутралните атоми (нулевият заряд е "0" - това е степента на окисление).
Долен ред - различни числа p + и e -, т.е. Това са формулите за заредени частици.
Нека изчислим заряда на тези частици.
Na +1 +11 2e - 8e - 0e - 2+8=10, 11-10 =1, степен на окисление +1
F - +9 2е - 8e - 2+8 =10, 9-10 =-1, степен на окисление -1
Mg +2 +12 2e — 8д — 0e — 2+8 =10, 12-10 =-2, степен на окисление -2
В резултат на присъединяването – отката на електроните се получават заредени частици, които се наричат йони.
Me атоми при откат e - придобива "+" (положителен заряд)
Не-Me атоми, приемащи „чужди“ електрони, са заредени „-“ (отрицателен заряд)
Химическата връзка, образувана между йони, се нарича йонна.
Възниква йонна връзка между силно Me и силно NeMe.
Примери.
а) образуване на йонна връзка. Na + Cl -
н 
а Cl+ —
11 + +17 +11 +17
2 8 1 2 8 7 2 8 2 8 8
1д-
Процесът на превръщане на атомите в йони:
1 д -
N a 0 + Cl 0 Na + + Cl - Na + Cl -
атом атом йон йон йонно съединение
2e -
б) Ca O 2+ 2-
Ca 0 + 2 C l 0 Ca 2+ Cl 2 -
2 д -
Затвърдяване на знания, умения и способности.
Atoms Me и NeMe
Йони "+" и "-"
Йонна химична връзка
Коефициенти и индекси.
D/Z§ 9, № 1, № 2, стр. 58
Обобщение на урока
Литература:
1. Химия 8 клас. учебник за общообразовател
институции/О.С. Габриелян. Дропла 2009
2. Габриелян О.С. Наръчник за учителя.
Химия 8 клас Дропла 2003г
Е.Н.Френкел
Урок по химия
Наръчник за тези, които не знаят, но искат да научат и разберат химията
Част I. Елементи обща химия
(първо ниво на трудност)
Продължение. Виж началото в бр. 13, 18, 23/2007
Глава 3. Основни сведения за структурата на атома.
Периодичен закон на Д. И. Менделеев
Спомнете си какво е атом, от какво се състои атомът, дали атомът се променя при химични реакции.
Атомът е електрически неутрална частица, състояща се от положително заредено ядро и отрицателно заредени електрони.
Броят на електроните може да се промени по време на химични процеси, но ядреният заряд винаги остава същият. Познавайки разпределението на електроните в атома (структурата на атома), човек може да предвиди много свойства на даден атом, както и свойствата на простите и сложни вещества, от които е включен.
Структурата на атома, т.е. съставът на ядрото и разпределението на електроните около ядрото могат лесно да бъдат определени от позицията на елемента в периодичната система.
В периодичната система на Д. И. Менделеев химичните елементи са подредени в определена последователност. Тази последователност е тясно свързана с атомната структура на тези елементи. Всеки химичен елемент в системата е присвоен сериен номер, освен това за него можете да посочите номер на период, номер на група, тип подгрупа.
Спонсор на публикуването на статията е онлайн магазинът "Мегамех". В магазина ще намерите кожени изделия за всеки вкус - якета, жилетки и кожени палта от лисица, нутрия, заек, норка, сребърна лисица, арктическа лисица. Компанията също така ви предлага да закупите елитни кожени изделия и да използвате услугите на индивидуалното шиене. Кожухарски продукти на едро и дребно - от бюджетната категория до луксозните, отстъпки до 50%, 1 година гаранция, доставка в Украйна, Русия, страните от ОНД и ЕС, вземане от шоурума в Кривой Рог, стоки от водещи производители на Украйна, Русия, Турция и Китай. Можете да разгледате каталога със стоки, цени, контакти и да получите съвет на уебсайта, който се намира на адрес: "megameh.com".
Знаейки точния "адрес" на химичния елемент - група, подгрупа и номер на период, може недвусмислено да се определи структурата на неговия атом.
Периоде хоризонтален ред от химични елементи. Съвременната периодична система има седем периода. Първите три периода малък, защото те съдържат 2 или 8 елемента:
1 период – H, He – 2 елемента;
2 период – Li…Ne – 8 елемента;
3 период – Na...Ar – 8 елемента.
Други периоди – голям. Всеки от тях съдържа 2–3 реда елементи:
4-ти период (2 реда) – K...Kr – 18 елемента;
6-ти период (3 реда) – Cs ... Rn – 32 елемента. Този период включва редица лантаниди.
Група– вертикален ред от химични елементи. Има общо осем групи. Всяка група се състои от две подгрупи: основна подгрупаИ странична подгрупа. Например:
Основната подгрупа се формира от химични елементи с кратки периоди (например N, P) и големи периоди (например As, Sb, Bi).
Странична подгрупа се формира от химични елементи само с дълги периоди (например V, Nb,
Та).
Визуално тези подгрупи са лесни за разграничаване. Основната подгрупа е „висока“, започва от 1-ви или 2-ри период. Вторичната подгрупа е „ниска“, започва от 4-ти период.
И така, всеки химичен елемент от периодичната система има свой собствен адрес: период, група, подгрупа, сериен номер.
Например ванадий V е химичен елемент от 4-ти период, V група, вторична подгрупа, пореден номер 23.
Задача 3.1.Посочете период, група и подгрупа за химични елементи с поредни номера 8, 26, 31, 35, 54.
Задача 3.2.Посочете серийния номер и името на химичния елемент, ако е известно, че се намира:
а) в 4-ти период, VI група, вторична подгрупа;
б) в 5-ти период, IV група, основна подгрупа.
Как информацията за позицията на даден елемент в периодичната система може да бъде свързана със структурата на неговия атом?
Атомът се състои от ядро (положително заредено) и електрони (отрицателно заредени). Като цяло атомът е електрически неутрален.
Положителен атомен ядрен зарядравен на поредния номер на химичния елемент.
Ядрото на атома е сложна частица. Почти цялата маса на атома е концентрирана в ядрото. Тъй като химическият елемент е колекция от атоми с еднакъв ядрен заряд, следните координати са посочени близо до символа на елемента:
От тези данни може да се определи съставът на ядрото. Ядрото се състои от протони и неутрони.
Протон стрима маса 1 (1,0073 amu) и заряд +1. Неутрон нняма заряд (неутрален) и масата му е приблизително равна на масата на протона (1,0087 amu).
Зарядът на ядрото се определя от протоните. освен това броят на протоните е(по размер) заряд на ядрото на атома, т.е. сериен номер.
Брой неутрони нопределена от разликата между количествата: „маса на ядрото“ Аи "сериен номер" З. И така, за алуминиев атом:
н = А – З = 27 –13 = 14н,
Задача 3.3.Определете състава на атомните ядра, ако химичният елемент е в:
а) 3 период, VII група, основна подгрупа;
б) 4-ти период, IV група, вторична подгрупа;
в) 5-ти период, I група, основна подгрупа.
внимание! При определяне на масовото число на ядрото на атома е необходимо да се закръгли атомната маса, посочена в периодичната таблица. Това се прави, защото масите на протона и неутрона са практически цели числа, а масата на електроните може да се пренебрегне.
Нека определим кои от ядрата по-долу принадлежат към един и същ химичен елемент:
А (20 Р + 20н),
Б (19 Р + 20н),
В 20 Р + 19н).
Ядрата А и В принадлежат на атоми на един и същи химичен елемент, тъй като съдържат еднакъв брой протони, т.е. зарядите на тези ядра са еднакви. Изследванията показват, че масата на атома не оказва значително влияние върху неговата Химични свойства.
Изотопите са атоми на един и същ химичен елемент (еднакъв брой протони), които се различават по маса (различен брой неутрони).
Изотопи и техните химични съединениясе различават един от друг по физични свойства, но химичните свойства на изотопите на един химичен елемент са еднакви. Така изотопите на въглерод-14 (14 C) имат същите химични свойства като въглерод-12 (12 C), които са включени в тъканите на всеки жив организъм. Разликата се проявява само в радиоактивността (изотоп 14 С). Следователно изотопите се използват за диагностициране и лечение на различни заболявания и за научни изследвания.
Да се върнем към описанието на структурата на атома. Както е известно, ядрото на атома не се променя при химични процеси. Какво се променя? Общият брой електрони в атома и разпределението на електроните са променливи. Общ брой електрони в неутрален атомНе е трудно да се определи - равен е на серийния номер, т.е. заряд на атомното ядро:
Електроните имат отрицателен заряд от –1 и тяхната маса е незначителна: 1/1840 от масата на протона.
Отрицателно заредените електрони се отблъскват един друг и са на различни разстояния от ядрото. При което електроните с приблизително еднакви количества енергия са разположени на приблизително еднакви разстояния от ядрото и образуват енергийно ниво.
Броят на енергийните нива в атома е равен на номера на периода, в който се намира химичният елемент. Енергийните нива са конвенционално обозначени, както следва (например за Al):
Задача 3.4.Определете броя на енергийните нива в атомите на кислорода, магнезия, калция и оловото.
Всяко енергийно ниво може да съдържа ограничен брой електрони:
Първият има не повече от два електрона;
Вторият има не повече от осем електрона;
Третият има не повече от осемнадесет електрона.
Тези числа показват, че например второто енергийно ниво може да има 2, 5 или 7 електрона, но не може да има 9 или 12 електрона.
Важно е да знаете, че независимо от енергийното ниво номер на външно ниво(последният) не може да има повече от осем електрона. Външното осемелектронно енергийно ниво е най-стабилно и се нарича пълно. Такива енергийни нива има в най-неактивните елементи – благородните газове.
Как да определим броя на електроните във външното ниво на останалите атоми? За това има просто правило: брой външни електрониравно на:
За елементи от главните подгрупи - номера на групата;
За елементи от странични подгрупи не може да бъде повече от две.
Например (фиг. 5):
Задача 3.5.Посочете броя на външните електрони за химични елементи с атомни номера 15, 25, 30, 53.
Задача 3.6.Намерете химични елементи в периодичната таблица, чиито атоми имат завършено външно ниво.
Много е важно да се определи правилно броят на външните електрони, т.к най-важните свойства на атома са свързани с тях. По този начин, в химичните реакции, атомите се стремят да придобият стабилно, пълно външно ниво (8 д). Следователно атомите, които имат малко електрони на външното си ниво, предпочитат да ги отдадат.
Наричат се химични елементи, чиито атоми са способни само да отдават електрони метали. Очевидно трябва да има малко електрони на външното ниво на метален атом: 1, 2, 3.
Ако има много електрони във външното енергийно ниво на атома, тогава такива атоми са склонни да приемат електрони, докато външното енергийно ниво не бъде завършено, т.е. до осем електрона. Такива елементи се наричат неметали.
Въпрос. Химичните елементи от вторичните подгрупи метали ли са или неметали? Защо?
Отговор: Металите и неметалите от основните подгрупи в периодичната таблица са разделени с линия, която може да бъде начертана от бор до астат. Над тази линия (и на линията) са неметали, отдолу - метали. Всички елементи на странични подгрупи се появяват под този ред.
Задача 3.7.Определете дали следните са метали или неметали: фосфор, ванадий, кобалт, селен, бисмут. Използвайте позицията на елемента в периодичната таблица на химичните елементи и броя на електроните във външната обвивка.
За да компилирате разпределението на електроните върху останалите нива и поднива, трябва да използвате следния алгоритъм.
1. Определете общия брой електрони в атом (по атомен номер).
2. Определете броя на енергийните нива (по номера на периода).
3. Определете броя на външните електрони (по вид подгрупа и номер на група).
4. Посочете броя на електроните на всички нива с изключение на предпоследното.
Например, съгласно параграфи 1–4 за мангановия атом се определя:
Общо 25 д; разпределено (2 + 8 + 2) = 12 д; Това означава, че на трето ниво има: 25 – 12 = 13 д.
Получихме разпределението на електроните в мангановия атом:
Задача 3.8.Разработете алгоритъма, като съставите диаграми на атомния строеж на елементите № 16, 26, 33, 37. Посочете дали са метали или неметали. Обяснете отговора си.
При съставянето на горните диаграми на структурата на атома не взехме предвид, че електроните в атома заемат не само нива, но и определени поднивавсяко ниво. Видовете поднива са обозначени с латински букви: с, стр, д.
Броят на възможните поднива е равен на номера на нивото.Първото ниво се състои от един
с-подниво. Второто ниво се състои от две поднива - сИ Р. Трето ниво - от три поднива - с, стрИ д.
Всяко подниво може да съдържа строго ограничен брой електрони:
на s-подниво – не повече от 2e;
на p-подниво - не повече от 6e;
на d-подниво – не повече от 10e.
Поднивата на едно и също ниво се попълват в строго определен ред: сстрд.
По този начин, Р-подниво не може да започне да се запълва, ако не е запълнено с-подниво на дадено енергийно ниво и др. Въз основа на това правило е лесно да се състави електронната конфигурация на мангановия атом:
В общи линии електронна конфигурация на атомманганът се записва, както следва:
25 Mn 1 с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 6 3д 5 4с 2 .
Задача 3.9. Направете електронни конфигурации на атоми за химични елементи № 16, 26, 33, 37.
Защо е необходимо да се създават електронни конфигурации на атоми? За да се определят свойствата на тези химични елементи. Трябва да се помни, че само валентни електрони.
Валентните електрони са във външно енергийно ниво и са непълни
d-подниво на предвъншното ниво.
Нека определим броя на валентните електрони за манган:
или съкратено: Мн... 3 д 5 4с 2 .
Какво може да се определи по формулата за електронната конфигурация на атома?
1. Какъв е този елемент - метал или неметал?
Манганът е метал, защото външното (четвърто) ниво съдържа два електрона.
2. Какъв процес е характерен за метала?
Мангановите атоми винаги предават само електрони в реакции.
3. Какви електрони и колко ще отдаде мангановият атом?
При реакции мангановият атом отдава два външни електрона (те са най-отдалечени от ядрото и са най-слабо привлечени от него), както и пет външни електрона д- електрони. Общият брой на валентните електрони е седем (2 + 5). В този случай осем електрона ще останат на третото ниво на атома, т.е. образува се завършено външно ниво.
Всички тези аргументи и заключения могат да бъдат отразени с помощта на диаграма (фиг. 6):
Получените условни заряди на атома се наричат степени на окисление.
Като се има предвид структурата на атома, по подобен начин може да се покаже, че типичните степени на окисление за кислорода са –2, а за водорода +1.
Въпрос. С кой химичен елемент манганът може да образува съединения, като се вземат предвид получените по-горе степени на окисление?
ОТГОВОР: Само с кислород, т.к неговият атом има степен на окисление с противоположен заряд. Формули на съответните манганови оксиди (тук степените на окисление съответстват на валентностите на тези химични елементи):
Структурата на мангановия атом предполага, че манганът не може да има по-висока степен на окисление, т.к в този случай би било необходимо да се докоснем до стабилното, вече завършено, предвъншно ниво. Следователно степента на окисление +7 е най-високата, а съответният Mn 2 O 7 оксид е най-високият манганов оксид.
За да консолидираме всички тези концепции, разгледайте структурата на атома на телура и някои от неговите свойства:
Като неметал, атомът Te може да приеме 2 електрона, преди да завърши външното ниво и да се откаже от „допълнителните“ 6 електрона:
Задача 3.10.Начертайте електронните конфигурации на атомите Na, Rb, Cl, I, Si, Sn. Определете свойствата на тези химични елементи, формулите на най-простите им съединения (с кислород и водород).
Практически изводи
1. В химичните реакции участват само валентни електрони, които могат да бъдат само в последните две нива.
2. Металните атоми могат да отдават само валентни електрони (всички или няколко), приемайки положителни степени на окисление.
3. Атомите на неметалите могат да приемат електрони (до осем липсващи), като същевременно придобиват отрицателни състояния на окисление и се отказват от валентни електрони (всички или няколко), докато придобиват положителни състояния на окисление.
Нека сега сравним свойствата на химичните елементи от една подгрупа, например натрий и рубидий:
На...3 с 1 и Rb...5 с 1 .
Какво е общото между атомните структури на тези елементи? На външното ниво на всеки атом един електрон е активен метал. Метална дейностсе свързва със способността да отдава електрони: колкото по-лесно един атом отдава електрони, толкова по-изразени са неговите метални свойства.
Какво задържа електроните в атома? Тяхното привличане до дъното. Колкото по-близо са електроните до ядрото, толкова по-силно са привлечени от ядрото на атома, толкова по-трудно е да ги „откъснете“.
Въз основа на това ще отговорим на въпроса: кой елемент - Na или Rb - по-лесно отдава външния си електрон? Кой елемент е по-активният метал? Очевидно рубидий, защото неговите валентни електрони са по-далеч от ядрото (и се държат по-малко здраво от ядрото).
Заключение. В основните подгрупи, отгоре надолу, металните свойства се увеличават, защото Радиусът на атома се увеличава и валентните електрони са по-малко привлечени от ядрото.
Нека сравним свойствата на химичните елементи от група VIIa: Cl...3 с 2 3стр 5 и аз...5 с 2 5стр 5 .
И двата химични елемента са неметали, т.к един електрон липсва преди завършването на външното ниво. Тези атоми активно ще привличат липсващия електрон. Освен това, колкото по-силно един неметален атом привлича липсващия електрон, толкова по-изразени са неговите неметални свойства (способността да приема електрони).
Какво причинява привличането на електрона? Дължи се на положителния заряд на ядрото на атома. Освен това, колкото по-близо е електронът до ядрото, толкова по-силно е тяхното взаимно привличане, толкова по-активен е неметалът.
Въпрос. Кой елемент има по-изразени неметални свойства: хлор или йод?
Отговор: Очевидно, хлор, защото. неговите валентни електрони са по-близо до ядрото.
Заключение. Активността на неметалите в подгрупите намалява отгоре надолу, защото Радиусът на атома се увеличава и за ядрото става все по-трудно да привлече липсващите електрони.
Нека сравним свойствата на силиция и калая: Si...3 с 2 3стр 2 и Sn...5 с 2 5стр 2 .
Външното ниво на двата атома има четири електрона. Въпреки това, тези елементи в периодичната таблица са от противоположните страни на линията, свързваща бор и астат. Следователно силиций, чийто символ е разположен над линията B–At, има по-изразени неметални свойства. Напротив, калайът, чийто символ е под линията B–At, проявява по-силни метални свойства. Това се обяснява с факта, че в атома на калай четири валентни електрона се отстраняват от ядрото. Следователно добавянето на липсващите четири електрона е трудно. В същото време освобождаването на електрони от петото енергийно ниво става доста лесно. При силиция са възможни и двата процеса, като преобладава първият (приемане на електрони).
Изводи за глава 3.Колкото по-малко външни електрони в един атом и колкото по-далеч са те от ядрото, толкова по-силни са металните свойства.
Колкото повече външни електрони има в един атом и колкото по-близо са те до ядрото, толкова повече неметални свойства се проявяват.
Въз основа на изводите, формулирани в тази глава, за всеки химичен елемент от периодичната система можете да направите "характеристика".
Алгоритъм за описание на свойството
химичен елемент по неговото положение
в периодичната таблица
1. Начертайте диаграма на структурата на атома, т.е. определят състава на ядрото и разпределението на електроните по енергийни нива и поднива:
Определете общия брой протони, електрони и неутрони в атом (по сериен номер и относително атомна маса);
Определете броя на енергийните нива (по номер на период);
Определяне на броя на външните електрони (по вид подгрупа и номер на група);
Посочете броя на електроните на всички енергийни нива с изключение на предпоследното;
2. Определете броя на валентните електрони.
3. Определете кои свойства - метални или неметални - са по-силно изразени за даден химичен елемент.
4. Определете броя на дадените (приетите) електрони.
5. Определете най-високата и най-ниската степен на окисление на химичен елемент.
6. Съставете за тези степени на окисление химични формулинай-простите съединения с кислород и водород.
7. Определете природата на оксида и създайте уравнение за реакцията му с вода.
8. За веществата, посочени в параграф 6, съставете уравнения на характерни реакции (вижте глава 2).
Задача 3.11.Съгласно горната схема направете описания на атомите на сярата, селена, калция и стронция и свойствата на тези химични елементи. Който общи свойствапокажете техните оксиди и хидроксиди?
Ако сте изпълнили упражнения 3.10 и 3.11, тогава е лесно да видите, че не само атомите на елементите от една подгрупа, но и техните съединения имат общи свойства и подобен състав.
Периодичен закон на D.I.Mendeleev:свойствата на химичните елементи, както и свойствата на образуваните от тях прости и сложни вещества са периодично зависими от заряда на ядрата на техните атоми.
Физически смисъл на периодичния закон: свойствата на химичните елементи се повтарят периодично, тъй като конфигурациите на валентните електрони (разпределението на електроните на външните и предпоследните нива) се повтарят периодично.
По този начин химичните елементи от една и съща подгрупа имат еднакво разпределение на валентните електрони и следователно подобни свойства.
Например химичните елементи от група пет имат пет валентни електрона. В същото време в химичните атоми елементи от основните подгрупи– всички валентни електрони са във външното ниво: ... ns 2 н.п. 3 където н– номер на периода.
На атоми елементи на странични подгрупиВъв външното ниво има само 1 или 2 електрона, останалите са вътре д-подниво на предвъншното ниво: ... ( н – 1)д 3 ns 2 където н– номер на периода.
Задача 3.12.Съставете кратки електронни формули за атоми на химични елементи № 35 и 42 и след това съставете разпределението на електроните в тези атоми според алгоритъма. Уверете се, че прогнозата ви се сбъдва.
Упражнения към глава 3
1. Формулирайте дефиниции на понятията „период“, „група“, „подгрупа“. Какво е общото между химичните елементи, които изграждат: а) периода? б) група; в) подгрупа?
2. Какво представляват изотопите? Какви свойства - физични или химични - имат еднакви свойства изотопите? Защо?
3. Формулирайте периодичния закон на Д. И. Менделеев. Обяснете неговия физически смисъл и го илюстрирайте с примери.
4. Какви са металните свойства на химичните елементи? Как се променят в група и период? Защо?
5. Какви са неметалните свойства на химичните елементи? Как се променят в група и период? Защо?
6. Напишете кратки електронни формули за химични елементи № 43, 51, 38. Потвърдете своите предположения, като опишете структурата на атомите на тези елементи, като използвате горния алгоритъм. Посочете свойствата на тези елементи.
7. На кратко електронни формули
а) ...4 с 2 4p 1 ;
б) ...4 д 1 5с 2 ;
на 3 д 5 4s 1
определят позицията на съответните химични елементи в периодичната таблица на Д. И. Менделеев. Назовете тези химични елементи. Потвърдете своите предположения, като опишете структурата на атомите на тези химични елементи според алгоритъма. Посочете свойствата на тези химични елементи.
Следва продължение
Какво се случва с атомите на елементите по време на химични реакции? От какво зависят свойствата на елементите? И на двата въпроса може да се даде един отговор: причината се крие в структурата на външния.В нашата статия ще разгледаме електронни металии неметали и открийте връзката между структурата на външното ниво и свойствата на елементите.
Специални свойства на електроните
При преминаване химическа реакциямежду молекулите на два или повече реагента настъпват промени в структурата на електронните обвивки на атомите, докато техните ядра остават непроменени. Първо, нека се запознаем с характеристиките на електроните, разположени на най-отдалечените от ядрото нива на атома. Отрицателно заредените частици са подредени на слоеве на определено разстояние от ядрото и една от друга. Пространството около ядрото, където е най-вероятно да се намерят електрони, се нарича електронна орбитала. Около 90% от отрицателно заредения електронен облак е кондензиран в него. Самият електрон в атома проявява свойството на двойственост; той може едновременно да се държи и като частица, и като вълна.
Правила за запълване на електронната обвивка на атома
Броят на енергийните нива, на които се намират частиците, е равен на номера на периода, в който се намира елементът. Какво показва електронният състав? Оказа се, че на външно енергийно ниво за s- и p-елементите основните подгрупи от малки и големи периоди съответстват на номера на групата. Например, литиевите атоми от първата група, които имат два слоя, имат един електрон във външната обвивка. Атомите на сярата съдържат шест електрона на последното енергийно ниво, тъй като елементът се намира в основната подгрупа на шестата група и т.н. Ако говорим за d-елементи, тогава за тях има следното правило: броят на външните отрицателни частици е равно на 1 (за хром и мед) или 2. Това се обяснява с факта, че с увеличаване на заряда на атомното ядро първо се запълва вътрешното d-подниво и външните енергийни нива остават непроменени.
Защо се променят свойствата на елементите с малки периоди?
1-ви, 2-ри, 3-ти и 7-ми период се считат за малки. Плавната промяна в свойствата на елементите с увеличаване на ядрените заряди, от активни метали до инертни газове, се обяснява с постепенното увеличаване на броя на електроните на външно ниво. Първите елементи в такива периоди са тези, чиито атоми имат само един или два електрона, които лесно могат да бъдат отделени от ядрото. В този случай се образува положително зареден метален йон.
Амфотерните елементи, например алуминий или цинк, запълват своите външни енергийни нива с малък брой електрони (1 за цинк, 3 за алуминий). В зависимост от условията на химичната реакция те могат да проявяват както свойствата на метали, така и на неметали. Неметалните елементи с малки периоди съдържат от 4 до 7 отрицателни частици върху външните обвивки на техните атоми и го допълват до октета, привличайки електрони от други атоми. Например, неметалът с най-висока електроотрицателност, флуорът, има 7 електрона в последния слой и винаги отнема един електрон не само от метали, но и от активни неметални елементи: кислород, хлор, азот. Малките периоди, както и големите, завършват с инертни газове, чиито едноатомни молекули имат напълно завършени външни енергийни нива до 8 електрона.
Характеристики на структурата на атомите с дълги периоди
Четните редове от периоди 4, 5 и 6 се състоят от елементи, чиито външни обвивки побират само един или два електрона. Както казахме по-рано, те запълват d- или f-поднивата на предпоследния слой с електрони. Обикновено това са типични метали. Техните физични и химични свойства се променят много бавно. Нечетните редове съдържат елементи, чиито външни енергийни нива са запълнени с електрони по следната схема: метали - амфотерен елемент - неметали - инертен газ. Вече сме наблюдавали проявлението му във всички малки периоди. Например, в нечетния ред на 4-ия период, медта е метал, цинкът е амфотерен, след това от галий към бром има увеличение на неметалните свойства. Периодът завършва с криптон, чиито атоми имат напълно завършена електронна обвивка.
Как да обясним разделянето на елементите на групи?
Всяка група - а те са осем в кратката форма на таблицата - също е разделена на подгрупи, наречени главни и вторични. Тази класификация отразява различните позиции на електроните на външното енергийно ниво на атомите на елементите. Оказа се, че за елементи от основните подгрупи, например литий, натрий, калий, рубидий и цезий, последният електрон се намира на s-подниво. Елементи от група 7 на основната подгрупа (халогени) запълват отрицателни частицинеговото p-подниво.
За представители на странични подгрупи, като хром, запълването на d-подниво с електрони ще бъде типично. А за елементите, включени в семействата, натрупването на отрицателни заряди става на f-поднивото на предпоследното енергийно ниво. Освен това номерът на групата, като правило, съвпада с броя на електроните, способни да образуват химични връзки.
В нашата статия разбрахме каква структура имат външните енергийни нива на атомите на химичните елементи и определихме тяхната роля в междуатомните взаимодействия.
Всеки период от периодичната таблица на Д. И. Менделеев завършва с инертен или благороден газ.
Най-разпространеният от инертните (благородни) газове в земната атмосфера е аргонът, който е изолиран в чист вид преди други аналози. Каква е причината за инертността на хелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон?
Факт е, че атомите на инертните газове имат осем електрона на най-външните нива от ядрото (хелият има два). Осем електрона на външното ниво е ограничаващият брой за всеки елемент от периодичната таблица на Д. И. Менделеев, с изключение на водорода и хелия. Това е един вид идеал за силата на енергийното ниво, към което се стремят атомите на всички останали елементи от периодичната таблица на Д. И. Менделеев.
Атомите могат да постигнат това положение на електрони по два начина: чрез даряване на електрони от външно ниво (в този случай външното непълно ниво изчезва, а предпоследното, което е завършено в предишния период, става външно) или чрез приемане на електрони, които не са достатъчни за достигане на заветната осмица. Атомите, които имат по-малко електрони във външното си ниво, ги предават на атоми, които имат повече електрони във външното си ниво. Лесно е да се даде един електрон, когато той е единственият на външното ниво, на атомите на елементи от основната подгрупа на група I (група IA). По-трудно е да се дадат два електрона, например, на атоми на елементи от основната подгрупа на група II (група IIA). Още по-трудно е да дарите вашите три външни електрона на атоми от елементи от група III (група IIIA).
Атомите на елементите-метали имат склонност да връщат електрони от външно ниво. И колкото по-лесно атомите на даден метален елемент се отказват от своите външни електрони, толкова по-изразени са неговите метални свойства. Следователно е ясно, че най-типичните метали в периодичната таблица на Д. И. Менделеев са елементите на основната подгрупа на група I (група IA). Обратно, атомите на неметалните елементи са склонни да приемат липсващите преди завършването на външното енергийно ниво. От горното можем да направим следния извод. В рамките на периода, с увеличаване на заряда на атомното ядро и съответно с увеличаване на броя на външните електрони, металните свойства на химичните елементи отслабват. Неметалните свойства на елементите, характеризиращи се с лекотата на приемане на електрони на външно ниво, се подобряват.
Най-типичните неметали са елементите на основната подгрупа на група VII (група VIIA) на периодичната таблица на Д. И. Менделеев. Външното ниво на атомите на тези елементи съдържа седем електрона. До осем електрона на външно ниво, т.е. до стабилното състояние на атомите им липсва един електрон. Те лесно ги закрепват, като показват неметални свойства.
Как се държат атомите на елементи от основната подгрупа на група IV (група IVA) на периодичната система на Д. И. Менделеев? В края на краищата те имат четири електрона на външното ниво и изглежда, че не им пука дали дават или отнемат четири електрона. Оказа се, че способността на атомите да даряват или приемат електрони се влияе не само от броя на електроните на външното ниво, но и от радиуса на атома. В рамките на периода броят на енергийните нива на атомите на елементите не се променя, той е същият, но радиусът намалява, тъй като положителният заряд на ядрото (броят на протоните в него) се увеличава. В резултат на това привличането на електрони към ядрото се увеличава, а радиусът на атома намалява, атомът сякаш се свива. Следователно става все по-трудно да се откажат външните електрони и, обратно, става все по-лесно да приемем липсващите до осем електрона.
В рамките на една и съща подгрупа радиусът на атома се увеличава с увеличаване на заряда на атомното ядро, тъй като при постоянен брой електрони във външното ниво (той е равен на номера на групата), броят на енергийните нива се увеличава (той е равен към номера на периода). Следователно за атома става все по-лесно да се откаже от външните си електрони.
В периодичната таблица на Д. И. Менделеев с увеличаване на серийния номер свойствата на атомите на химичните елементи се променят, както следва.
Какъв е резултатът от приемането или даряването на електрони от атоми на химични елементи?
Представете си, че два атома се „срещат“: метален атом от група IA и атом на неметал от група VIIA. Металният атом има един електрон на външното си енергийно ниво, докато на неметалния атом му липсва само един електрон, за да завърши външното си ниво.
Метален атом лесно ще предаде своя електрон, който е най-отдалечен от ядрото и слабо свързан с него, на неметален атом, който ще му осигури свободно място на външното му енергийно ниво.
Тогава металният атом, лишен от един отрицателен заряд, ще придобие положителен заряд, а атомът на неметала, благодарение на получения електрон, ще се превърне в отрицателно заредена частица - йон.
И двата атома ще осъществят своята „заветна мечта“ - ще получат така желаните осем електрона на външно енергийно ниво. Но какво се случва след това? Противоположно заредените йони, в пълно съответствие със закона за привличане на противоположните заряди, веднага ще се обединят, т.е. между тях ще възникне химическа връзка.
| Химическата връзка, образувана между йони, се нарича йонна. |
Нека разгледаме образуването на това химическа връзкаизползвайки примера на добре известното съединение натриев хлорид (готварска сол):
Процесът на превръщане на атомите в йони е изобразен на диаграмата и фигурата:
Например, йонна връзка се образува и при взаимодействие на калциеви и кислородни атоми:
Тази трансформация на атомите в йони винаги се случва по време на взаимодействието на атомите на типичните метали и типичните неметали.
В заключение, нека разгледаме алгоритъма (последователността) на разсъждения при писане на схемата за образуване на йонна връзка, например между калциеви и хлорни атоми.
1. Калцият е елемент от главната подгрупа на II група (HA група) от периодичната система на Д. И. Менделеев, метал. За неговия атом е по-лесно да отдаде два външни електрона, отколкото да приеме липсващите шест:
2. Хлорът е елемент от основната подгрупа на група VII (група VIIA) от таблицата на Д. И. Менделеев, неметал. За неговия атом е по-лесно да приеме един електрон, който му липсва, за да завърши външното енергийно ниво, отколкото да отдаде седем електрона от външното ниво:
3. Първо, нека намерим най-малкото общо кратно между зарядите на получените йони, то е равно на 2 (2×1). След това определяме колко калциеви атома трябва да бъдат взети, за да могат да отдадат два електрона (т.е. трябва да се вземе 1 Ca атом) и колко хлорни атома трябва да бъдат взети, за да могат да приемат два електрона (т.е. 2 Cl трябва да се вземат атоми).
4. Схематично образуването на йонна връзка между калциеви и хлорни атоми може да се напише по следния начин:
За изразяване на състава на йонните съединения се използват формулни единици - аналози на молекулни формули.
Числата, показващи броя на атомите, молекулите или формулните единици, се наричат коефициенти, а числата, показващи броя на атомите в молекула или йони във формулна единица, се наричат индекси.
В първата част на параграфа направихме заключение за естеството и причините за промените в свойствата на елементите. Във втората част на параграфа представяме ключовите думи.
Ключови думи и фрази
- Атоми на метали и неметали.
- Положителни и отрицателни йони.
- Йонна химична връзка.
- Коефициенти и индекси.
Работа с компютър
- Вижте електронното приложение. Проучете материала от урока и изпълнете предложените задачи.
- Намерете имейл адреси в интернет, които могат да служат като допълнителни източници, които разкриват съдържанието на ключови думи и фрази в параграфа. Предложете помощта си на учителя при подготовката на нов урок - направете доклад за ключовите думи и фрази от следващия параграф.
Въпроси и задачи
- Сравнете структурата и свойствата на атомите: а) въглерод и силиций; б) силиций и фосфор.
- Разгледайте схемите за образуване на йонни връзки между атомите на химичните елементи: а) калий и кислород; б) литий и хлор; в) магнезий и флуор.
- Назовете най-много типичен метали най-типичният неметал от периодичната система на Д. И. Менделеев.
- Като използвате допълнителни източници на информация, обяснете защо инертните газове започнаха да се наричат благородни газове.
