Химическому элементу строение электронной оболочки которого. Тема урока «Строение электронных оболочек атомов»
Выдающийся датский физик Нильс Бор (Рис. 1) предположил, что электроны в атоме могут двигаться не по любым, а по строго определенным орбитам.
Рис. 1. Бор Нильс Хендрих Давид (1885-1962)
При этом электроны в атоме различаются своей энергией. Как показывают опыты, одни из них притягиваются к ядру сильнее, другие - слабее. Главная причина этого заключается в разном удалении электронов от ядра атома. Чем ближе электроны к ядру, тем они прочнее связаны с ним и их труднее вырвать из электронной оболочки. Таким образом, по мере удаления от ядра атома запас энергии электрона увеличивается.
Электроны, движущиеся вблизи ядра, как бы загораживают (экранируют) ядро от других электронов, которые притягиваются к ядру слабее и движутся на большем удалении от него. Так образуются электронные слои.
Каждый электронный слой состоит из электронов с близкими значениями энергии; поэтому электронные слои называют еще энергетическими уровнями.
Ядро находится в центре атома каждого элемента, а электроны, образующие электронную оболочку, размещаются вокруг ядра слоями.
Число электронных слоев в атоме элемента равно номеру периода, в котором находится данный элемент.
Например, натрий Na - элемент 3-го периода, значит, его электронная оболочка включает 3 энергетических уровня. В атоме брома Br - 4 энергетических уровня, т. к. бром расположен в 4-м периоде (Рис. 2).
Модель атома натрия: Модель атома брома:
Максимальное число электронов на энергетическом уровне рассчитывается по формуле: 2n2, где n - номер энергетического уровня.
Таким образом, максимальное число электронов на:
3 слое - 18 и т. д.
У элементов главных подгрупп номер группы, к которой относится элемент, равен числу внешних электронов атома.
Внешними называют электроны последнего электронного слоя.
Например, в атоме натрия - 1 внешний электрон (т. к. это элемент IА подгруппы). В атоме брома - 7 электронов на последнем электронном слое (это элемент VIIА подгруппы).
Строение электронных оболочек элементов 1-3 периодов
В атоме водорода заряд ядра равен +1, и этот заряд нейтрализуется единственным электроном (Рис. 3).
Следующий за водородом элемент - гелий, тоже элемент 1-го периода. Следовательно, в атоме гелия 1 энергетический уровень, на котором размещаются два электрона (Рис. 4). Это максимально возможное число электронов для первого энергетического уровня.
Элемент № 3 - это литий. В атоме лития 2 электронных слоя, т. к. это элемент 2-го периода. На 1 слое в атоме лития находится 2 электрона (этот слой завершен), а на 2 слое -1 электрон. В атоме бериллия на 1 электрон больше, чем в атоме лития (Рис. 5).
Аналогично можно изобразить схемы строения атомов остальных элементов второго периода (Рис. 6).
В атоме последнего элемента второго периода - неона - последний энергетический уровень является завершенным (на нем 8 электронов, что соответствует максимальному значению для 2-го слоя). Неон - инертный газ, который не вступает в химические реакции, следовательно, его электронная оболочка очень устойчива.
Американский химик Гилберт Льюис дал объяснение этому и выдвинул правило октета, в соответствии с которым устойчивым является восьмиэлектронный слой (за исключением 1 слоя: т. к. на нем может находиться не более 2 электронов, устойчивым для него будет двухэлектронное состояние).
После неона следует элемент 3-го периода - натрий. В атоме натрия - 3 электронных слоя, на которых расположены 11 электронов (Рис. 7).
Рис. 7. Схема строения атома натрия
Натрий находится в 1 группе, его валентность в соединениях равна I, как и у лития. Это связано с тем, что на внешнем электронном слое атомов натрия и лития находится 1 электрон.
Свойства элементов периодически повторяются потому, что у атомов элементов периодически повторяется число электронов на внешнем электронном слое.
Строение атомов остальных элементов третьего периода можно представить по аналогии со строением атомов элементов 2-го периода.
Строение электронных оболочек элементов 4 периода
Четвертый период включает в себя 18 элементов, среди них есть элементы как главной (А), так и побочной (В) подгрупп. Особенностью строения атомов элементов побочных подгрупп является то, что у них последовательно заполняются предвнешние (внутренние), а не внешние электронные слои.
Четвертый период начинается с калия. Калий - щелочной металл, проявляющий в соединениях валентность I. Это вполне согласуется со следующим строением его атома. Как элемент 4-го периода, атом калия имеет 4 электронных слоя. На последнем (четвертом) электронном слое калия находится 1 электрон, общее количество электронов в атоме калия равно 19 (порядковому номеру этого элемента) (Рис. 8).
Рис. 8. Схема строения атома калия
За калием следует кальций. У атома кальция на внешнем электронном слое будут располагаться 2 электрона, как и у бериллия с магнием (они тоже являются элементами II А подгруппы).
Следующий за кальцием элемент - скандий. Это элемент побочной (В) подгруппы. Все элементы побочных подгрупп - это металлы. Особенностью строения их атомов является наличие не более 2-х электронов на последнем электронном слое, т. е. последовательно заполняться электронами будет предпоследний электронный слой.
Так, для скандия можно представить следующую модель строения атома (Рис. 9):
Рис. 9. Схема строения атома скандия
Такое распределение электронов возможно, т. к. на третьем слое максимально допустимое количество электронов - 18, т. е. восемь электронов на 3-м слое - это устойчивое, но не завершенное состояние слоя.
У десяти элементов побочных подгрупп 4-го периода от скандия до цинка последовательно заполняется третий электронный слой.
Схему строения атома цинка можно представить так: на внешнем электронном слое - два электрона, на предвнешнем - 18 (Рис. 10).
Рис. 10. Схема строения атома цинка
Следующие за цинком элементы относятся к элементам главной подгруппы: галлий, германий и т. д. до криптона. В атомах этих элементов последовательно заполняется 4-й (т. е. внешний) электронный слой. В атоме инертного газа криптона будет октет на внешней оболочке, т. е. устойчивое состояние.
Подведение итога урока
На этом уроке вы узнали, как устроена электронная оболочка атома и как объяснить явление периодичности. Познакомились с моделями строения электронных оболочек атомов, с помощью которых можно предсказать и объяснить свойства химических элементов и их соединений.
Источники
http://www.youtube.com/watch?t=7&v=xgPDyORYV_Q
http://www.youtube.com/watch?t=416&v=BBmhmB4ans4
http://www.youtube.com/watch?t=10&v=6Y19QgS5V5E
http://www.youtube.com/watch?t=3&v=B6XEB6_gbdI
источник презентации - http://www.myshared.ru/slide/834600/#
Конспект http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/8-klass
Основой современной теории строения атома являются законы и положения квантовой механики – раздела физики, изучающего движение микрообъектов (электронов, протонов и других частиц, которые имеют ничтожную массу).
Согласно квантово-механическим представлениям, движущимся микрообъектам присуща двойственная природа: они являются частицами, но имеют волной характер движения, т.е. микрообъекты обладают одновременно корпускулярными и волновыми свойствами.
Для описания движения микрочастиц используется вероятностный подход , т.е. определяется не их точное положение, а вероятность нахождения в той или иной области околоядерного пространства.
Состояние (в квантовой механике синоним слова «движение») электрона в атоме описывается с помощью квантово-механической модели - электронного облака. Электронное облако графически отражает вероятность пребывания электрона в каждом участке электронной орбитали. Под электронной орбиталью следует понимать область пространства, где с определенной долей вероятности (около 90-95%) возможно пребывание электрона. Электронная орбиталь каждого электрона в атоме называется атомной орбиталью (АО) , в молекуле – молекулярной орбиталью (МО) . Полное описание состояния электронного облака осуществляется с помощью уравнения Шредингера. Решение этого уравнения, т.е. математическое описание орбитали, возможно лишь при определенных дискретных (прерывных) значениях квантовых чисел
Главное квантовое число n
Орбитальное l ( l n )
Магнитное квантовое число m ( m l )
Спиновое квантовое число S ( m s )
Главное квантовое число (n) определяет основной запас энергии электрона, т.е. степень его удаления от ядра или размер электронного облака (орбитали). Оно принимает любые целочисленные значения, начиная с единицы. Для реально существующих атомов в основном состоянии n = 1÷7.
Состояние электрона, которое характеризуется определенным значением n, называется энергетическим уровнем электрона в атоме. Электроны, имеющие одинаковые значения n, образуют электронные слои (электронные оболочки ), которые можно обозначить и цифрами и буквами.
Значение n…………………………….1 2 3 4 5 6 7
Обозначение электронного слоя …….K L M N O P Q
Наименьшее значение энергии соответствует n = 1, и электроны с n = 1 образуют ближайший к ядру атома электронный слой, они более прочно связаны с ядром.
Орбитальное (побочное или азимутальное) квантовое число l определяет орбитальный момент количества движения электрона и характеризует форму электронного облака. Оно может принимать целочисленные значения от 0 до (п-1). Для реально существующих атомов в основном состоянии l принимает значение 0,1,2 и 3.
Каждому значению l соответствует орбиталь особой формы. При l =0 атомная орбиталь, независимо от значения главного квантового числа, имеет сферическую форму (S-орбиталь). Значению l=1 соответствует атомная орбиталь, имеющая форму гантели (p- орбиталь). Более сложные формы у d- и f-орбиталей (l =2, l =3).
Каждому n соответствует определенное число значений орбитального квантового числа, т.е. энергетический уровень представляет собой совокупность энергетических подуровней. Число энергетических подуровней каждого электронного слоя равно номеру слоя, т.е. значению главного квантового числа. Так первому энергетическому уровню (n=1) соответствуют один подуровень-s; второму (n=2) – два подуровня s и p; третьему (n=3) – три подуровня s, p, d; четвертому (n=4) – четыре подуровня s, p, d, f.
Таким образом, энергетический подуровень – это состояние электрона в атоме, которое характеризуется определенным набором квантовых чисел n и l . Такое состояние электрона, соответствующее определённым значениям n и l (тип орбитали), записывается в виде сочетания цифрового обозначения n и буквенного l , например 4p (n = 4; l = 1); 5d (n = 5; l = 2).
Таблица 1
Соответствие обозначений орбитального квантового числа и подуровня
Магнитное квантовое число определяет значение проекции орбитального момента количества движения электрона на произвольно выделенную ось, т.е. характеризует пространственную ориентацию электронного облака. Оно принимает все целочисленные значения от –l до +l , в том числе значение 0.
Так, при l =0 m=0. Это значит, что S- орбиталь имеет одинаковую ориентацию относительно трёх осей координат. При l =1 m может принимать три значения: -1; 0; +1. Это значит, что могут быть три р-орбитали с ориентацией по координатным осям x, y, z.
Любому значению l соответствует (2l +1) значений магнитного квантового числа, т.е. (2l + 1) возможных расположений электронного облака данного типа в пространстве. S – состоянию соответствует 20 + 1 = 1 одна орбиталь, p- состоянию 21 + 1 = 3 три орбитали, d-состоянию 22 + 1 = 5 пять орбиталей, f-состоянию 23 + 1 = 7 семь орбиталей и т.д.
Состояние электрона в атоме, которое характеризуется определёнными значениями квантовых чисел n, l , m , т.е. определёнными размерами, формой и ориентацией в пространстве электронного облака, называется атомной электронной орбиталью .
Спиновое квантовое число S(m s) характеризует собственный механический момент электрона, связанный с вращением его вокруг своей оси. Оно имеет только два значения +и –.
Итак, подводя итоги изложенному выше, можно составить блок-схему «Квантовые числа» (таблица 2).
Таблица 2. Блок-схема «Квантовые числа»
|
Квантовое число |
Название |
Физический смысл |
Какие значения принимает |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
главное квантовое число |
определяет общий запас энергии и размеры электронных орбиталей; характеризует энергетический уровень |
nN (теоретически) n 1 2 3 4 5 6 7 (практически) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
l (эль) |
орбитальное (азимутальное) квантовое число |
определяет форму атомной орбитали характеризует энергетические подуровни |
l (теоретически) l 0 1 2 3 (практически) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
m l (эм) |
магнитное квантовое число |
показывает ориентацию электронного облака в пространстве |
от –l до +l все целые числа, включая ноль при l =3 3 -2 -1 0 +1 +2 +3 Поведение электронов в атомах подчиняется принципу запрета, В. Паули : в атоме не может быть двух электронов, у которых были бы одинаковыми все четыре квантовых числа. Согласно принципу Паули, на одной орбитали, характеризующейся определёнными значениями квантовых чисел n, l и m может находиться либо один электрон, либо два, но различающихся значением s. Орбиталь с двумя электронами, спины которых антипараллельны (квантовая ячейка), схематически можно изобразить так: Максимально в одном электронном слое может быть 2n 2 электронов, так называемая емкость электронного слоя. В таблице 3 приведены значения квантовых чисел для различных состояний электрона, а так же указано максимальное число электронов, которое может находиться на том или ином энергетическом уровне и подуровне в атоме. Таблица 3. Квантовое состояние электронов, емкость энергетических уровней и подуровней.
Расположение электронов по слоям и орбиталям изображают в виде электронных конфигураций . При этом электроны размещаются согласно принципу минимальной энергии : наиболее устойчивое состояние электрона в атоме соответствует минимально возможному значению его энергии. Конкретная реализация этого принципа отражается с помощью принципа Паули (см. стр. 8), правила Хунда, а также правила Клечковского. П равило Хунда: в пределах энергетического подуровня электроны располагаются так, чтобы их суммарный спин был максимальный . Правило Клечковского : орбитали заполняются электронами в порядке возрастания их энергии, которая характеризуется суммой (n + l ). При этом, если сумма (n + l ) двух разных орбиталей одинакова, то раньше заполняется орбиталь , у которой главное квантовое число меньше. Последовательность заполнения электронных энергетических подуровней в атоме смотрите в таблице 4. Таблица 4. Порядок заполнения орбиталей по сумме главного и побочного квантовых чисел (n + l ) .
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Само слово «атом» впервые упоминалось в трудах философов Древней Греции, и в переводе оно означает «неделимый». Не имея современных приборов, философ Демокрит, используя логику и наблюдательность, пришел к выводу, что любое вещество не может дробиться бесконечно, и в итоге должна остаться какая-то неделимая мельчайшая частица вещества – атом вещества.
И если бы не было атомов, то любое вещество или предмет можно было уничтожить полностью. Демокрит стал основоположником атомистики – целого учения, которое основывалось на понятии об атоме.
Что такое атом?
Атом – это наименьшая электронейтральная частица любого химического элемента. Он состоит из положительно заряженного ядра и оболочки, образованной отрицательно заряженными электронами. Положительно заряженное ядро – это сердцевина атома. Оно занимает мизерную часть пространства в центре атома, и в нем сосредоточены почти вся масса атома и весь положительный заряд.
Из чего состоит атом?
Составляют ядро атома элементарные частицы – нейтроны и протоны, а по замкнутым орбиталям вокруг атомного ядра движутся электроны.
Что такое нейтрон?
Нейтрон (n) представляет собой элементарную нейтральную частицу, относительная масса которой составляет 1,00866 атомной единицы массы (а.е.м.).
Что такое протон?
Протон (р) представляет собой элементарную частицу, относительная масса которой составляет 1,00728 атомной единицы массы, положительным зарядом +1 и спином 1/2. Протон (переводится с греческого как основной, первый) относится к барионам. В ядре атома число протонов равно порядковому номеру химического элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева.
Что такое электрон?
Электрон (е–) представляет собой элементарную частицу, масса которой составляет 0,00055 а.е.м.; условный заряд электрона: - 1. Количество электронов в атоме равняется заряду ядра атома (соответствует порядковому номеру химического элемента в Периодической системе Менделеева).
Вокруг ядра электроны двигаются по орбиталям, которые строго определены и образуется электронное облако.
Область пространства вокруг атомного ядра, где с вероятностью более 90% присутствуют электроны, определяет форму электронного облака.
Электронное облако р-электрона по внешнему виду напоминает гантель; на трех р-орбиталях по максимуму могут находиться лишь шесть электронов.
Электронное облако s-электрона представляет собой сферу; на s-энергетическом подуровне максимальное количество электронов, которые могут там находиться – это 2.
Изображают орбитали в виде квадрата, снизу или сверху него прописывают значения главного и побочного квантовых чисел, которые описывают эту орбиталь.
Данная запись носит название графическая электронная формула. Она выглядит следующим образом:
С помощью стрелок в данной формуле обозначают электрон. Направление стрелки соответствует направлению спина – это собственный магнитный момент электрона. Электроны, имеющие противоположные спины (на картинке это направленные в противоположные стороны стрелочки), получили название спаренные.
Электронные конфигурации атомов элементов можно представить в виде формул, в которых:
- Указывают символы подуровня;
- Степень у символа показывает число электронов данного подуровня;
- Коэффициент, стоящий перед символом подуровня обозначает его принадлежность к данному уровню.
Определение числа нейтронов
Для определения числа нейтронов N в ядре нужно воспользоваться формулой:
N=A-Z, где А – массовое число; Z – заряд ядра, который равняется числу протонов (порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева).
Как правило, параметры ядра записывают так: сверху – массовое число, а слева внизу от символа элемента прописывают заряд ядра.
Это выглядит так:
Данная запись обозначает следующее:
- Массовое число равняется 31;
- Заряд ядра (и как следствие, и число протонов) для атома фосфора равняется 15;
- Число нейтронов равно 16. Его высчитывают так: 31-15=16.
Массовое число примерно соответствует относительной атомной массе ядра. Это вызвано тем, что массы нейтрона и протона практически не имеют отличий.
Ниже мы представили часть таблицы, в которой приведено строение электронных оболочек атомов первых двадцати элементов Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Полная представлена в отдельной нашей публикации.
Химические элементы, в атомах которых происходит заполнение р-подуровня, носят название р-элементы. Электронов может быть от 1 до 6.
Химические элементы, в атомах которых s-подуровень внешнего уровня пополняется 1 или 2 электронами получили название s-элементы.
Число электронных слоев в атоме химического элемента равняется номеру периода.
Правило Хунда
Существует правило Хунда, в соответствии с которым электроны располагаются на однотипных орбиталях одного энергетического уровня так, чтобы совокупный спин был максимально возможным. Это означает, что, когда энергетический подуровень заполняется, каждый электрон сначала занимает отдельную ячейку, и лишь потом запускается процесс их соединения.
Изображение электронной формулы Азота в графическом виде
Изображение электронной формулы Кислорода в графическом виде
Изображение электронной формулы Неона в графическом виде
К примеру, у атома азота все р-электроны будут занимать отдельные ячейки, а у кислорода начнется их спаривание, которое завершится в полной мере у неона.
Что такое изотопы
Изотопы – это атомы одного и того же элемента, которые в своих ядрах содержат одинаковое количество протонов, но число нейтронов будет различное. Изотопы известны для всех элементов.
По этой причине атомные массы элементов в периодической системе представляют собой среднее значение из массовых чисел природных смесей изотопов и имеют отличия от целочисленных значений.
Есть ли что-то меньше ядра атома
Подведем итоги. Атомная масса природных смесей изотопов не может служить главнейшей характеристикой атома, и, как следствие, и элемента.
Подобной характеристикой атома будет являться заряд ядра, который определяет строение электронной оболочки и количество электронов в ней. Это интересно! Наука не стоит на месте и ученые смогли опровергнуть догму о том, что атом является самой маленькой частицей химических элементов. Сегодня мир знает кварки – из них состоят нейтроны и протоны.
8 класс
Тема урока
«Строение электронных оболочек атомов».
Цель урока:
Рассмотрение модели строения атома.
Введение понятия «электронное облако», «электронная орбиталь» , «движение без траектории».
Рассмотрение модели энергетических состояний атома.
Задачи урока :
Образовательные: формирование представления об электронной оболочке атома и энергетических уровнях, рассмотрение электронного строения некоторых элементов, развитие умений по составлению электронных формул атомов, определению элементов по их электронным формулам, определение состава атома.
Воспитательные : рассмотрение значимости работы русского химика Д.И.Менделеева ;
Развивающие: формирование умений работать с периодической системой, логически мыслить и оформлять результаты логических операций, проводить параллели между химическими понятиями, изучаемыми в теме.
Ход урока
Организационные моменты.
Доброе утро, ребята, уважаемые гости! Меня зовут Ирина Александровна Губская, я– учитель химии, представляю Раменский муниципальный район, Удельнинскую гимназию.
Нам сегодня вместе предстоит продолжить постигать тайны и загадки, которыми полна наука «химия».Вы только в этом году начали изучать этот удивительно интересный, но вместе с тем сложный предмет, но наверняка многое уже знаете.
Тема нашего урока «Строение электронных оболочек атомов» (запишем в тетрадях).
Ребята, вам хочется увидеть атомы, электроны?...Можно ли это сделать?...
Можно….в воображении. Умозрительно. Мы многое видим умозрительно, почему бы не увидеть атом или электрон? Давайте попробуем. Итак, в путь!
Наша общая задача на уроке – продолжить изучение темы «Атомы химических элементов», нам предстоит актуализировать знания о строении атома и познакомиться со строением электронных оболочек атомов.
2. Объяснение нового материала
Поэт В.Брюсов в 1922 году под впечатлением от удивительных открытий физиков написал:
Быть может, эти электроны-
Миры, где пять материков,
Искусства, знанья, войны, троны
И память сорока веков!
Еще, быть может, каждый атом-
Вселенная, где сто планет;
Там – все, что здесь, в объеме сжатом,
Но также то, чего здесь нет.
? Как вы понимаете эти строки?
Может быть… Сходство электронов и атомов с астрономическими объектами пока не подтвердилось, но того, «чего здесь нет», оказалось более чем достаточно, и об этом вы будете узнавать на уроках химии и физики.
Науке потребовалось более 2000 лет, чтобы определить, на что он похож. И даже сейчас он все еще остается для нас загадкой.
Предлагаю вам заполнить анкету от имени атома.
Анкета.
1. Имя Атом
2. Место обитания любое тело в газообразном, жидком, твердом агрегатном состоянии
3. Поразительные
качества невероятная малость
4. Строение атома
? А из чего состоит атом? (схема)
Атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него электронов
? А из чего состоит ядро атома?
Из протонов и нейтронов
А движущиеся вокруг ядра электроны образуют электронную оболочку
В начале ХХ в. была принята планетарная модель строения атома , согласно которой вокруг ядра движутся электроны, как планеты вокруг солнца. Следовательно, в атоме есть траектории, по которым движется электрон. Однако дальнейшие исследования показали, что в атоме не существует траекторий движения электронов. Движение без траектории означает, что мы не знаем, как электрон движется в атоме, но можем установить область, где чаще всего встречается электрон. Это уже не орбита, а орбиталь.
Двигаясь вокруг атома, электроны образуют в совокупности его электронную оболочку .
Совокупность всех электронов, окружающих ядро, называется электронной оболочкой (записываем определение)
? Давайте выясним, как движутся электроны вокруг ядра?
? Беспорядочно или в определенном порядке? Оказывается, движение электронов происходит в определенном порядке.
Электроны в атоме различаются определенной энергией, и, как показывают опыты, одни притягиваются к ядру сильнее, другие слабее. Объясняется это удаленностью электронов от ядра. Чем ближе электроны к ядру, тем больше связь их с ядром, но меньше запас энергии. По мере удаления от ядра атома сила притяжения электрона к ядру уменьшается, а запас энергии увеличивается. Каждый электрон в зависимости от своей энергии будет находиться на определенном расстоянии от ядра. Так образуются электронные слои в электронной оболочке атома.
Каждый слой состоит из электронов с близкими значениями энергии, поэтому слои электронов называют энергетическими уровнями .
Электронный слой, состоящий из электронов с близкими значениями энергии, называется энергетическим уровнем . (записываем определение)
? А как же определить, сколько слоев (энергетических уровней) в атоме того или иного элемента?
- Число уровней определяется номером периода, в котором располагается элемент.
Например:
У Na -2 энергетических уровня, т.к. он находиться во 2 периоде
У N – 3, 3 период
У Fe – 4 , 4 период
? А сколько электронов может находиться на каждом энергетическом уровне?
Максимальное число электронов, которое может находиться на том или ином энергетическом уровне, определяется по формуле
N = 2n 2
Где N - максимальное число электронов на уровне;
n – номер энергетического уровня.
Например:
1 энергетический уровень, n =1, N =2
n =2, N=8
Каждый уровень вмещает не больше рассчитанного количества электронов.
Если электронный слой содержит максимально возможное число электронов, то его называют завершенным . Электронные слои, не содержащие максимального числа электронов, называют незавершенными .
Как ранее было сказано, электрон движется не по орбите, а по орбитали и не имеет траектории.
Пространство вокруг ядра, где наиболее вероятно нахождение данного электрона, называется орбиталью этого электрона, или электронным облаком.
(записываем определение)
Орбитали, или подуровни , как их еще называют, могут иметь разную форму, и их количество соответствует номеру уровня, но не превышает четырех. Первый энергетический уровень имеет один подуровень (s ), второй- два (s , p ), третий – три (s , p , d ) и т.д. Электроны, находящиеся на одном энергетическом уровне тоже отличаются друг от друга.
Электроны разных подуровней одного и того же уровня имеют разную форму
электронного облака: сферическую (s ), гантелеобразную (p ) и более сложную конфигурацию.
S - орбиталь - это просто шарик. Путь электрона по ней напоминает путь нитки, которую наматывают на клубок. С нее начинается каждый уровень.
P – орбиталь похожа на объемную восьмерку или перекрученную сосиску, и вместе перекрутки расположено ядро. Таких орбиталей на каждом энергетическом уровне -3, они располагаются под углом 90 – как оси координат.
D - орбиталь – это две p-орбитали, соединенные центрами – как объемная четырехлепестковая ромашка, их на подуровне может быть 5.
F – орбиталь имеет более сложную форму, ее трудно описать словами.
Представьте путь своей мысли при решении системы уравнений с 3 неизвестными – это примерно такой же сложности.
Каждая орбиталь вмещает максимум 2 электрона с противоположными спинами.
Спин - это условное направление движения электрона вокруг своей оси – оно может быть либо по часовой стрелке, либо против. Только электроны с разными спинами уживаются на одной орбитали, т.к. отталкивание их из-за одноименных зарядов частично гасится.
Составим схему последовательного заполнения электронами энергетических уровней.
2 ē 8 ē 18 ē
n=1 n=2 n=3
s s p s p d
2ē 2ē 6ē 2ē 6ē 8ē
Теперь мы можем составить схему строения электронных оболочек атомов:
Определяем общее число электронов на оболочке по порядковому номеру элемента.
Определяем число энергетических уровней в электронной оболочке. Их число равно номеру периода в таблице Д. И. Менделеева, в котором находится элемент.
Определяем число электронов на каждом энергетическом уровне.
Используя для обозначения уровня арабские цифры и обозначая орбитали буквами s и p , а число электронов данной орбитали арабской цифрой вверху справа над буквой, изображаем строение атомов более полными электронными формулами.
Пример:
Ядро атома водорода имеет заряд +1, поэтому вокруг его ядра движется только один электрон на единственном энергетическом уровне. Запишем электронную конфигурацию атома водорода
Элемент № 3- литий. Ядро лития имеет заряд +3,следовательно, в атоме лития три электрона. Два из них находятся на первом энергетическом уровне, а третий электрон начинает заполнять второй энергетический уровень. Сначала заполняется s -орбиталь первого уровня, потом s -орбиталь второго уровня.
Свойства элементов изменяются периодически. У всех атомов семейств элементов (щелочные металлы, галогены, благородные газы) на внешнем энергетическом уровне одинаковое число электронов.
У щелочных металлов – 1 электрон
У галогенов – 7 электронов
У благородных газов – внешний уровень их атомов завершен, 8 электронов
Вывод: свойства химических элементов периодически (через определенные промежутки – периоды) повторяются потому, что периодически повторяется одинаковое строение внешних энергетических уровней их атомов.
3. Закрепление
Вариант 1
Заряд ядра атома АЗОТА равен
а)7 б)13 в)4 г)26 д)11
Число протонов в ядре атома КРИПТОНА равно
а)36 б)17 в)4 г)31 д)6
3 .Число нейтронов в ядре атома ЦИНКА равно
а)8 б)35 в)11 г)30 д)4
4 .Число электронов в атоме ЖЕЛЕЗА равно
а)11 б)8 в)56 г)26 д)30
Вариант 2
Максимальное число электронов на 4 энергетическом уровне
а) 32 б)36 в)16 г)24
Число электронных уровней у атома кальция равно
а)1 б)2 в)3 г)4
3.Число электронов на внешнем уровне атома БРОМА равно
а) 7 б) 6 в)5 г)4
4.Общее число s -электронов у атома ЛИТИЯ равно
а) 1 б)2 в)3 г)4
Электронная формула внешнего уровня 2s2 2p 6 соответствует атому
а) кислорода б) серы
в) фтора г) неона
Подведение итогов. Рефлексия .
Домашнее задание : записи в тетради, 8, упр. по карточкам
Домашнее задание:
1. Изобразите строение атомов следующих элементов:
1 вариант
фосфора
2 вариант
Магния
2 . Сравните строение атомов
1 вариант
бора и фтора
2 вариант
кислорода и серы
3 . По данным о распределении валентных электронов найдите элемент :
а) 2s 1
б) 2s 2 2p 4
в) 3s 2 3p 6
г) 3d 10 4s 1
д) 4s 2 4p 3
е) 4s 2 4p 5
ж) 3s 2 3p 4
Давайте подведем итоги урока.
? Что мы сегодня узнали нового?
Электрон не имеет траектории и движение его происходит по орбитали.
По схеме последовательного заполнения электронами энергетических уровней научились составлять электронные формулы элементов.
Научились по электронным формулам определять химический элемент.
«Далеко лежит за пределами нашего чувства вся природа начал»
Тит Лукреций Кар
I в. до н.э.
В приведенных словах древнеримского поэта сконцентрирована вся трудность устройства атома.
Но мы его попытались описать,используя математические подходы и формулы.
У вас на столах находятся карточки для самооценки урока. Отметьте,пожалуйста, «+» или «-» свою самооценку. Я рада была с вами познакомиться. Молодцы, вы хорошо работали, хочется отметить, спасибо за сотрудничество. До свидания, урок окончен, успехов вам в изучении химии.
Цель урока: Сформировать представления учащихся о строении электронной оболочки атома на примере химических элементов 1–3 периодов периодической системы. Закрепить понятия “периодический закон” и “периодическая система”.
Задачи урока: Научиться составлять электронные формулы атомов, определять элементы по их электронным формулам, определять состав атома.
Оборудование: Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева, классная доска, мультимедиа-проектор, персональный компьютер, макет и презентация “Составление электронных формул строения атомов”.
Тип урока: комбинированный
Методы: словесный, наглядный.
Ход урока
I. Организационный момент.
Приветствие. Отметка отсутствующих. Активизация класса на усвоение новой темы.
Учитель проговаривает и записывает тему урока на доске “Строение электронных оболочек атома”.
II. Объяснение нового материала
Учитель: В начале XX века была принята планетарная модель строения атома , предложенная Резерфордом, согласно которой вокруг очень малого по размерам положительно заряженного ядра движутся электроны, как планеты вокруг Солнца. (Презентация. Слайд 1. Модель Резерфорда).
Следовательно, в атоме есть траектории, по которым движется электрон. Однако дальнейшие исследования показали, что в атоме не существует траекторий движения электронов. Движение без траектории означает, что мы не знаем, как электрон движется в атоме, но можем установить область, где чаще всего встречается электрон. Это уже не орбита, а орбиталь. Двигаясь вокруг атома, электроны образуют в совокупности его электронную оболочку .
Давайте выясним, как движутся электроны вокруг ядра? Беспорядочно или в определенном порядке? Исследования Нильса Бора – основоположника современной атомной физики, а также ряда других ученых позволили сделать вывод: электроны в атомах располагаются определенными слоями – оболочками и в определенном порядке.
Строение электронных оболочек атомов имеют важную роль для химии, так как именно электроны обуславливают химические свойства веществ. Важнейшей характеристикой движения электрона на определенной орбитали является энергия его связи с ядром. Электроны в атоме различаются определенной энергией, и, как показывают опыты, одни притягиваются к ядру сильнее, другие слабее. Объясняется это удаленностью электронов от ядра. Чем ближе электроны к ядру, тем больше связь их с ядром, но меньше запас энергии. По мере удаления от ядра атома сила притяжения электрона к ядру уменьшается, а запас энергии увеличивается. Так образуются электронные слои в электронной оболочке атома.Электроны, обладающие близкими значениями энергии образуют единый электронный слой, или энергетический уровень . Энергия электронов в атоме и энергетический уровень определяется главным квантовым числом n и принимает целочисленные значения 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7. Чем больше значение n, тем больше энергия электрона в атоме. Максимальное число электронов, которое может находиться на том или ином энергетическом уровне, определяется по формуле:
Где N – максимальное число электронов на уровне;
n – номер энергетического уровня.
Установлено, что на первой оболочке располагается не более двух электронов, на второй – не более восьми, на третьей – не более 18, на четвертой – не более 32. Заполнение более далеких оболочек мы рассматривать не будем. Известно, что на внешнем энергетическом уровне может находиться не более восьми электронов, его называют завершенным . Электронные слои, не содержащие максимального числа электронов, называют незавершенными .
Число электронов на внешнем энергетическом уровне электронной оболочки атома равно номеру группы для химических элементов главных подгрупп.
Как ранее было сказано, электрон движется не по орбите, а по орбитали и не имеет траектории.
Пространство вокруг ядра, где наиболее вероятно нахождение данного электрона, называется орбиталью этого электрона, или электронным облаком.
Орбитали, или подуровни, как их еще называют, могут иметь разную форму, и их количество соответствует номеру уровня, но не превышает четырех. Первый энергетический уровень имеет один подуровень (s ), второй – два (s,p ), третий – три (s,p,d ) и т.д. Электроны разных подуровней одного и того же уровня имеют разную форму электронного облака: сферическую (s), гантелеобразную (p) и более сложную конфигурацию (d) и (f). Сферическую атомную орбиталь ученые договорились называть s -орбиталью . Она самая устойчивая и располагается довольно близко к ядру.
Чем больше энергия электрона в атоме, тем быстрее он вращается, тем сильнее вытягивается область его пребывания, и, наконец, превращается в гантелеобразную p -орбиталь :
Электронное облако такой формы может занимать в атоме три положения вдоль осей координат пространства x , y и z . Это легко объяснимо: ведь все электроны заряжены отрицательно, поэтому электронные облака взаимно отталкиваются и стремятся разместиться как можно дальше друг от друга.
Итак, p -орбиталей может быть три. Энергия их, конечно, одинакова, а расположение в пространстве – разное.
Составить схему последовательного заполнения электронами энергетических уровней
Теперь мы можем составить схему строения электронных оболочек атомов:
- Определяем общее число электронов на оболочке по порядковому номеру элемента.
- Определяем число энергетических уровней в электронной оболочке. Их число равно номеру периода в таблице Д. И. Менделеева, в котором находится элемент.
- Определяем число электронов на каждом энергетическом уровне.
- Используя для обозначения уровня арабские цифры и обозначая орбитали буквами s и p, а число электронов данной орбитали арабской цифрой вверху справа над буквой, изображаем строение атомов более полными электронными формулами. Ученые условились обозначать каждую атомную орбиталь квантовой ячейкой – квадратиком на энергетической диаграмме :
На s -подуровне может находиться одна атомная орбиталь
а на p - подуровне их может быть уже три –
(в соответствии с тремя осями координат):
Орбиталей d – и f - подуровня в атоме может быть уже пять и семь соответственно:
Ядро атома водорода имеет заряд +1, поэтому вокруг его ядра движется только один электрон на единственном энергетическом уровне. Запишем электронную конфигурацию атома водорода
Чтобы установить связь между строением атома химического элемента и его свойствами, рассмотрим еще несколько химических элементов.
Следующий за водородом элемент-гелий. Ядро атома гелия имеет заряд +2, поэтому атом гелия содержит два электрона на первом энергетическом уровне:
Так как на первом энергетическом уровне может находиться не более двух электронов, то он считается завершенным.
Элемент № 3 – литий. Ядро лития имеет заряд +3, следовательно, в атоме лития три электрона. Два из них находятся на первом энергетическом уровне, а третий электрон начинает заполнять второй энергетический уровень. Сначала заполняется s-орбиталь первого уровня, потом s-орбиталь второго уровня. Электрон, находящийся на втором уровне слабее связан с ядром, чем два других.
Для атома углерода уже можно предположить три возможных схемы заполнения электронных оболочек в соответствии с электронно-графическими формулами:
Анализ атомного спектра показывает, что правильна последняя схема. Пользуясь этим правилом, нетрудно составить схему электронного строения для атома азота:
Этой схеме соответствует формула 1s 2 2s 2 2p 3 . Затем начинается попарное размещение электронов на 2p-орбиталях. Электронные формулы остальных атомов второго периода:
У атома неона заканчивается заполнение второго энергетического уровня, и завершается построение второго периода системы элементов.
Найдите в периодической системе химический знак лития, от лития до неона Ne закономерно возрастает заряд ядер атомов. Постепенно заполняется электронами второй слой. С ростом числа электронов на втором слое металлические свойства элементов постепенно ослабевают и сменяются неметаллическими.
Третий период, подобно второму, начинается с двух элементов (Na, Mg), у которых электроны размещаются на s-подуровне внешнего электронного слоя. Затем следуют шесть элементов (от Al до Ar), у которых происходит формирование p-подуровня внешнего электронного слоя. Структура внешнего электронного слоя соответствующих элементов второго и третьего периодов оказывается аналогичной. Иначе говоря, с увеличением заряда ядра электронная структура внешних слоев атомов периодически повторяется. Если элементы имеют одинаково устроенные внешние энергетические уровни, то и свойства этих элементов подобны. Скажем, аргон и неон содержат на внешнем уровне по восемь электронов, и потому они инертны, то есть почти не вступают в химические реакции. В свободном виде аргон и неон – газы, которые имеют одноатомные молекулы.
Атомы лития, натрия и калия содержат на внешнем уровне по одному электрону и обладают сходными свойствами, поэтому они помещены в одну и ту же группу периодической системы.
III. Выводы.
1. Свойства химических элементов, расположенных в порядке возрастания заряда ядра, периодически повторяются, так как периодически повторяется строение внешних энергетических уровней атомов элементов.
2. Плавное изменение свойств химических элементов в пределах одного периода можно объяснить постепенным увеличением числа электронов на внешнем энергетическом уровне.
3. Причина сходства свойств химических элементов, принадлежащих к одному семейству, заключается в одинаковом строении внешних энергетических уровней их атомов.
IV. Закрепление нового материала.
Задание для класса:
1. Изобразите строение атомов следующих элементов:
а) натрия;
б) кремния
2. Сравните строение атомов азота и фосфора.
3. По данным о распределении валентных электронов найдите элемент:
а) 1s 2 2s 1
б) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
в) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
г) 1s 2 2s 2 2p 4
д) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1
4. Используя компьютерную презентацию “Составление электронных формул строения атомов” составьте электронные формулы атомов а) азота; б) серы.
5. Используя макет “Составление электронных формул строения атомов” электронные формулы атомов: а) магния; б) кислорода.
V. Домашнее задание: § 8, Стр. 28-33.
Нарисуйте схемы строения электронных оболочек атомов: бора, хлора, лития, алюминия.
