Хімія. Повторне видання. 8 клас. Попель
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 6. Електронна будова атомів
Матеріал параграфа допоможе вам:
- зрозуміти, що електронна будова атома відповідає його стану з найменшою енергією;
- складати електронні формули атомів.
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 електрони заповнюють енергетичні рівні та підрівні в атомах різних елементів.
В атомі елемента № 1 Гідрогену міститься 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:
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, с. 31). Із 2s- і 2р-орбіталей він «обирає» ту, в якій матиме нижчу енергію, тобто 2s-орбіталь.
Електронна формула атома Літію та її графічний варіант:
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 такий: [He]2s1. Символ елемента Гелію у квадратних дужках означає, що внутрішня електронна оболонка атома Літію така сама, як і в атома Гелію (1s2). Скорочені записи електронних формул атомів містяться в короткому варіанті періодичної системи (форзац І, мал. 16).
Мал. 16. Клітинка Літію в періодичній системі
Іноді електронні формули атомів записують, зазначаючи лише зовнішні електрони. Відповідна 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 із р-орбіталей:
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.
Цікаво знати
Електронну будову атомів елементів, відкритих останнім часом, остаточно не з’ясовано.
Електронна формула атома Карбону та її графічний варіант:
Ураховуючи те, що кожний електрон намагається зайняти вільну 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 17 (напівзаповнені орбіталі — світло-сірі, повністю заповнені — темно-сірі).
Мал. 17. 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:
• Складіть електронні формули атомів інших елементів 3-го періоду.
Зверніть увагу на такі факти:
- кількість енергетичних рівнів атома, на яких перебувають електрони, збігається з номером періоду, в якому міститься хімічний елемент;
- кількість зовнішніх електронів в атомі така сама, що й номер групи, в якій перебуває елемент1.
1 Атом Гелію є винятком.
Складемо електронну формулу атома Калію (елемент № 19), який започатковує наступний, 4-й період:
В атомі елемента № 20 Кальцію 20-й електрон також розміщується в 4s-орбіталі, маючи протилежний спін.
• Запишіть електронну формулу атома Кальцію.
Ви бачите, що в атомі не буває електронів з однаковими характеристиками. Вони розміщуються або в різних орбіталях, або в одній, але із різними спінами.
Складаючи електронні формули атомів інших елементів 4-го періоду, потрібно враховувати, що енергія електронів на підрівнях зростає в такому порядку (схема 2):
4s → 3d → 4p.
В атомах Хрому і Купруму послідовність заповнення орбіталей дещо порушується: один електрон переходить із 4s-орбіталі в 3d-орбіталь (форзац 1).
ВИСНОВКИ
Електрони в атомі розміщуються так, щоб їхня енергія була мінімальною.
Електронні формули атомів складають, дотримуючись послідовності зростання енергії електронів у різних орбіталях. Енергетичні рівні заповнюють електронами, починаючи з s-орбіталей. Потім заповнюють р-орбіталі, розміщуючи в кожній спочатку по одному електрону.
Кількість енергетичних рівнів з електронами, що має атом, збігається з номером періоду, в якому міститься елемент, а кількість зовнішніх електронів — із номером групи.
37. Назвіть елемент 2-го періоду, в атомі якого на останньому енергетичному рівні перебуває 6 електронів. Скільки серед них спарених електронів, а скільки — неспарених?
38. Атоми яких елементів 2-го періоду мають один неспарений електрон, два неспарені електрони?
39. Визначте елемент, атом якого має таку електронну формулу:
- а) 1s2;
- б) 1s22s22p63s1;
- в) [Не]2s22p5;
- г) [Ne]3s2.
40. Назвіть два елементи, в атомах кожного з яких кількості всіх s- і всіх р-електронів однакові.
41. Укажіть хімічний елемент, електронну будову атома якого описує така графічна формула:
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України