Электронное строение: Часть 1

Видео

Конспект

Получается, что атом состоит из ядра, внутри которого располагаются протоны и нейтроны, и электронов. Причем вся масса атома сосредоточена именно в ядре.

Теперь, когда мы разобрались со строением атомного ядра, пришло время обратить внимание на электронную оболочку атома. Именно электроны, вращающиеся вокруг ядра, определяют химические свойства элементов и их способность вступать в реакции. В отличие от массивного, но компактного ядра, электроны образуют сложную систему энергетических уровней, напоминающую многослойную оболочку. Давайте подробнее рассмотрим, как распределяются электроны вокруг ядра, какие законы управляют этим распределением и как именно электронная конфигурация атома влияет на его поведение в химических реакциях.

Энергетические уровни - это слои вокруг атомного ядра, где располагаются электроны. Каждый уровень характеризуется определенным запасом энергии: чем дальше от ядра, тем уровень выше и энергия электронов больше. Уровни нумеруются, начиная от ядра: n=1 (ближайший), n=2, n=3 и т.д.

Количество электронов на каждом уровне строго ограничено и рассчитывается по формуле:

N=2 n^{2} , где:

N - максимальное число электронов

n - номер энергетического уровня

Примеры расчета:

- 1 -й уровень: N=2 \times 1^{2}=2 электрона

- 2-й уровень: N=2 \times 2^{2}=8 электронов

- 3-й уровень: N=2 \times 3^{2}=18 электронов

- 4-й уровень: N=2 \times 4^{2}=32 электрона и т.д.

Электроны заполняют уровни последовательно, начиная с самого нижнего ( n=1 ).

Примеры строения атомов:

Гелий (Не, Z=2 ):

1

Кислород (O, Z=8 ):

2

Внешний (валентный) уровень определяет химические свойства элемента:

Металлы: 1-3 электрона на внешнем уровне

Неметаллы: 4-7 электронов

Инертные газы: 8 электронов (2 у гелия)

Число энергетических уровней в атоме определяется номером периода, в котором располагается элемент в таблице Менделеева.

Внутри каждого энергетического уровня электроны распределяются еще более упорядоченно - по специальным областям пространства, называемым атомными орбиталями.

Атомная орбиталь - это область пространства вокруг ядра, где вероятность нахождения электрона максимальна. Каждая орбиталь имеет:

Определенную форму

Строгую энергетическую характеристику

В атомах встречаются несколько типов орбиталей:

3 Правила заполнения орбиталей электронами:

Принцип минимума энергии:

Электроны заполняют орбитали в порядке возрастания их энергии: 1 s \rightarrow 2 s \rightarrow 2 p \rightarrow 3 s \rightarrow 3 p \rightarrow 4 s \rightarrow \ldots

Принцип Паули: На одной орбитали могут находиться не более двух электронов с противоположными направлениями ( \uparrow ).

Правило Хунда: Электроны сначала занимают орбитали с одинаковой энергией по одному, и только затем образуют пары.

Примеры электронного строения атомов:

Гелий (Не, Z=2 ):

4

Количество энергетических уровней = номеру периода =1

Число валентных электронов = номеру группы =2

Кислород ( O, Z=8 ):

5

Количество энергетических уровней = номеру периода =2

Число валентных электронов = номеру группы =6