Хімія. 8 клас. Попель
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 7. Електронна будова атомів
Матеріал параграфа допоможе вам:
- зрозуміти, що електронна будова атома відповідає його стану з найменшою енергією;
- складати електронні формули атомів;
- прогнозувати можливі значення валентності елементів.
Розміщення електронів в атомах. Усе в навколишньому світі прагне перейти у стан із найменшою енергією. Такий стан є найстійкішим і тому найвигіднішим. Принцип найменшої енергії визначає й електронну будову атома.
Електрони в атомі розміщуються так, щоб їхня енергія була мінімальною.
Розглянемо, як заповнюють електрони енергетичні рівні та підрівні в атомах різних елементів.
Атом елемента № 1 Гідрогену містить лише один електрон. Згідно із принципом найменшої енергії цей електрон має перебувати якомога ближче до ядра, тобто належати першому енергетичному рівню і займати 1s-орбіталь.
Електронна формула атома Гідрогену1 та її графічний варіант такі:
1 Запис електронної формули атома ще називають електронною конфігурацією.
Атом елемента № 2 Гелію містить два електрони. Чи може другий електрон надійти на перший енергетичний рівень? Так, бо максимальна «ємність» першого рівня — 2 електрони. Ці частинки перебуватимуть в одній орбіталі й матимуть різні спіни.
Запишемо електронну формулу атома Гелію та її графічний варіант:
В атомі елемента № 3 Літію — 3 електрони. Два електрони займають 1s-орбіталь; перший енергетичний рівень заповнюється, і третій електрон надходить на другий рівень (схема 2). Із 2s- і 2р-орбіталей він «обирає» ту, яка має нижчу енергію, тобто 2s-орбіталь.
Електронна формула атома Літію та її графічний варіант такі:
Електрони на останньому енергетичному рівні атома називають зовнішніми. В атомі елемента Літію — один зовнішній електрон; він перебуває у 2s-орбіталі.
Щоб виділити в атомі зовнішні електрони, використовують скорочений запис електронної формули. Для атома Літію він є таким: [He]2s1. Символ елемента Гелію у квадратних дужках означає, що внутрішня електронна оболонка атома Літію така сама, як і електронна оболонка атома Гелію (1s2). Скорочені записи електронних формул атомів містяться в короткому варіанті періодичної системи (форзац І, мал. 19).
Мал. 19. Клітинка Літію в періодичній системі
Іноді електронні формули атомів записують, зазначаючи лише зовнішні електрони. Така формула для атома Літію — ...2s1.
В атомі елемента № 4 Берилію — 4 електрони. Четвертий електрон «складає пару» третьому й розміщується у 2s-орбіталі:
Атом елемента № 5 Бору має 5 електронів. П’ятий електрон належить другому енергетичному рівню і займає одну з р-орбіталей:
Цікаво знати
Електронну будову атомів елементів, відкритих останнім часом, остаточно не з’ясовано.
В атомі елемента № 6 Карбону з’являється шостий електрон. Він може або «підселитися» до п’ятого електрона в р-орбіталь, або зайняти вільну р-орбіталь. Реалізується друга можливість: електрони, маючи однойменні заряди, відштовхуються один від одного; їм вигідніше перебувати в різних орбіталях.
Електронна формула атома Карбону та її графічний варіант:
Ураховуючи те, що кожний електрон намагається зайняти порожню орбіталь останнього підрівня, а в разі її відсутності «підселяється» до іншого електрона (ці електрони матимуть протилежні спіни), запишемо електронні формули атомів решти елементів 2-го періоду:
Атоми елементів 2-го періоду з орбіталями зовнішнього енергетичного рівня зображено на малюнку 20 (напівзаповнені орбіталі — світло-сірі, повністю заповнені — темно-сірі).
Мал. 20. Атоми елементів 2-го періоду
В атомі елемента № 11 Натрію починається заповнення третього енергетичного рівня. На ньому з’являється один електрон, який розміщується в 3s-орбіталі:
• Виведіть електронні формули атомів решти елементів 3-го періоду.
Зверніть увагу: кількість енергетичних рівнів атома, на яких перебувають електрони, збігається з номером періоду, де міститься елемент. Це підтверджує схема 2 (с. 35).
Тепер складемо електронну формулу атома Калію (елемент № 19), який започатковує 4-й період:
В атомі наступного елемента Кальцію 20-й електрон також розміщується в 4s-орбіталі, маючи протилежний спін.
• Запишіть електронну формулу атома Кальцію.
Ви бачите, що в кожному атомі немає електронів з однаковими характеристиками. Вони розміщуються або в різних орбіталях, або в одній, але з різними спінами.
При складанні електронних формул атомів інших елементів 4-го періоду потрібно враховувати, що енергія електронів на підрівнях зростає в такому порядку (схема 2):
4s → 3d → 4р.
В атомах Хрому і Купруму послідовність заповнення орбіталей дещо порушується: один електрон переходить із 4s-opбіталi в 3d-opбіталь (форзац І).
Зовнішні електрони атома і валентність елемента. Атом Гідрогену має єдиний електрон. Значення валентності цього елемента дорівнює 1. На другому (останньому) енергетичному рівні атома Літію перебуває один електрон, а атома Флуору — сім електронів, серед яких один є неспареним. Літій і Флуор — одновалентні елементи. Атом двовалентного Оксигену містить два неспарені зовнішні електрони, а в атомі Нітрогену, який може бути тривалентним, таких електронів — три.
Кількість неспарених електронів в атомі вказує на можливе значення валентності елемента.
Згодом ви дізнаєтесь про те, як прогнозувати інші значення валентності елементів з урахуванням наявності вакантних орбіталей в атомах.
ВИСНОВКИ
Електрони в атомі розміщуються так, щоб їхня енергія була мінімальною.
Електронні формули атомів складають, ураховуючи послідовність зростання енергії електронів у різних орбіталях. Кожний енергетичний рівень заповнюють електронами, починаючи із s-орбіталі. Після цього заповнюють р-орбіталі, поміщаючи в кожну з них спочатку по одному електрону.
Кількість енергетичних рівнів з електронами, що має атом, збігається з номером періоду, в якому міститься елемент.
Кількість неспарених електронів в атомі вказує на можливе значення валентності елемента.
- 46. Атом елемента 2-го періоду на останньому енергетичному рівні має 6 електронів. Скільки серед них спарених електронів, а скільки — неспарених?
- 47. Атоми яких елементів 2-го періоду мають один неспарений електрон, два неспарені електрони?
- 48. Назвіть елемент, атом якого має таку електронну формулу:
а) 1s2;
б) 1s22s22p63s1;
в) [He]2s22p5;
г) [Ne]3s1.
- 49. Назвіть два елементи, в атомах яких кількість усіх s- і всіх р-електронів однакова.
- 50. Яке значення валентності може мати елемент, якщо його атом має електронну формулу:
а) 1s22s22p63s23p3;
б) [Ne]3s23p5?
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України