Хімія. Повторне видання. 8 клас. Ярошенко

§ 8. Енергетичні підрівні. Поняття про радіус атома

Опрацювавши матеріал параграфа, ви зможете:

• оперувати поняттями «енергетичний підрівень», «радіус атома»;
• характеризувати розподіл електронів на енергетичному підрівні та енергетичному рівні.

Продовжимо вивчати будову електронної оболонки атома й зосередимося на будові енергетичних підрівнів.

Як ви з’ясували в попередньому параграфі, на одному енергетичному рівні можуть перебувати електрони з різними формами атомних орбіталей. Щоб розрізняти їх, уведено поділ енергетичних рівнів на підрівні.

За формою атомних орбіталей енергетичні рівні поділяються на підрівні.

ПОДІЛ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РІВНІВ НА ПІДРІВНІ. На першому енергетичному рівні можуть перебувати від одного до двох електронів зі сферичною формою орбіталі. Це s-електрони, і вони утворюють s-підрівень. Отже, на першому енергетичному рівні є лише s-підрівень, утворений s-електронами.

На другому енергетичному рівні є s-електрони, а також можуть бути електрони з гантелеподібною формою орбіталей, тобто р-електрони. Відповідно до цього другий рівень включає 2 підрівні — s-підрівень (максимально 2 електрони) та р-підрівень, на якому може бути від одного до шести р-електронів.

Третій енергетичний рівень складається з трьох підрівнів. Про s- і р-підрівні ви вже дізналися. Третій має назву d-підрівень. Максимальна кількість d-електронів на цьому підрівні — 10.

Четвертий підрівень називають f-підрівнем, з’являється він на четвертому енергетичному рівні та вміщує максимально 14 електронів.

Назви підрівнів повторюють назви орбіталей. Це не випадково, оскільки поділ на підрівні здійснено за формою атомних орбіталей електронів, що утворюють електронну оболонку атома.

Попрацюйте групами

Застосуйте набуті знання для заповнення в зошиті таблиці.

Умовне позначення підрівнів
Максимально можлива кількість електронів на підрівні

Для елементів перших чотирьох енергетичних рівнів узагальнені відомості про будову електронної оболонки атомів внесено в таблицю 6.

Таблиця 6

Розподіл електронів на перших чотирьох енергетичних рівнях

Енергетичні рівні	1	2	3	4
Можливі підрівні в межах рівня	s	s, p	s, p, d	s, p, d, f
Максимальна кількість електронів на енергетичному рівні	2 (2s)	8 (2s + 6р)	18 (2s + 6p + 10d)	32 (2s + 6p + 10d + 14f)

Максимальна кількість електронів на одному енергетичному рівні чітко визначена. На першому енергетичному рівні може бути не більше двох електронів, на другому — не більше восьми, на третьому — не більше вісімнадцяти, на четвертому — не більше тридцяти двох.

ПОНЯТТЯ ПРО РАДІУС АТОМА (R_a). Унаслідок того, що електрон одночасно виявляє властивості й мікрочастинки, й хвилі, атом не має чітких меж, і виміряти абсолютні розміри атомів неможливо. Тому радіуси атомів (R_a) різних хімічних елементів розраховано теоретично.

Радіусом атома називається відстань від центра ядра атома до сферичної поверхні електронної оболонки, ймовірність перебування на якій електронів зовнішнього енергетичного рівня є найбільшою.

Що більшою є кількість енергетичних рівнів в електронній оболонці, то більший радіус атома (схема 4).

Пригадайте, що в таблиці періодичної системи називають групами, а що — періодами.

Як ви дізналися, кількість енергетичних рівнів в електронній оболонці атома збігається з номером періоду періодичної системи, у якому елемент розташований. Тож в атома Натрію три енергетичні рівні, в атома Літію — два. Отже, атом Натрію має більший радіус. Розраховано, що R_a (Li) = 0,159 нм, R_a (Na) = 0,189 нм. Ще більший радіус в атома Рубідію — 0,225 нм.

Схема 4. Радіуси атомів Літію та Натрію

У межах однієї підгрупи зі збільшенням заряду ядра збільшується кількість енергетичних рівнів, а отже, збільшується і радіус атомів. У межах одного періоду кількість енергетичних рівнів в електронних оболонках атомів не змінюються, проте радіуси — зменшуються.

Для порівняння: R_a (Li) = 0,159 нм, R_a (F) = 0,040 нм. Найсуттєвіше зменшення відбувається в періодах 1-3 (схема 5).

Схема 5. Зміна радіусів атомів у підгрупах і періодах

Зменшення радіуса атомів у межах одного періоду пояснюється зростанням притягування зовнішніх електронів до ядра. У Літію воно менше, бо заряд ядра атома +3, у Флуору — більше, бо заряд ядра атома в нього +9.

Стисло про основне

• Енергетичні рівні поділяють на енергетичні підрівні. Розрізняють 4 види підрівнів: s-, р-, d-, f-підрівні.

• Максимальна кількість електронів на: s-підрівні — 2, р-підрівні — 6, d-підрівні — 10, f-підрівні — 14.

• Радіус атома, як і його відносна атомна маса, є однією з кількісних характеристик атома. Зі збільшенням заряду ядра (протонного числа) в межах однієї підгрупи радіуси атомів збільшуються, а в межах одного періоду — зменшуються.

Сторінка ерудита

У 1919 р. створено Міжнародний союз фундаментальної та прикладної хімії (IUPAC). Членами цієї організації є понад 40 держав світу, зокрема Україна (з 1992 р.).

Зараз штаб-квартира IUPAC розміщена в Цюриху (Швейцарія).

Мета IUPAC — сприяти розвитку хімії як науки, розвивати стандарти найменувань хімічних елементів та сполук.

На 2020 р. «постійну прописку» в періодичній системі одержали 118 хімічних елементів. Останніми з них стали добуті штучно елементи ₁₁₃Ніхоній, ₁₁₅Московій, ₁₁₈Оганесон і ₁₁₇Теннессин.

Знаємо, розуміємо

1. Яка максимальна кількість енергетичних рівнів існує? Як визначити, скільки енергетичних рівнів має електронна оболонка конкретного атома?

2. Назвіть енергетичні підрівні з такою максимальною кількістю електронів на них:

• а) 2е;
• б) 14е;
• в) 6е;
• г) 10е.

3. Яка максимальна кількість електронів може перебувати на першому, другому і третьому енергетичних рівнях?

4. Чи може бути на s-підрівні: а) 1 електрон; б) 2 електрони; в) 6 електронів? Відповідь обґрунтуйте.

5. Назвіть підрівні третього енергетичного рівня.

6. Знайдіть і виправте помилки, якщо вони є, у поданих твердженнях.

Твердження 1. Кількість енергетичних рівнів визначається номером групи.

Твердження 2. Кількість електронів в атомі дорівнює його відносній атомній масі.

7. Знайдіть і виправте помилки, якщо вони є, у поданих твердженнях.

Твердження 1. Спільним у будові електронних оболонок атомів із протонними числами 11 і 18 є наявність трьох енергетичних рівнів.

Твердження 2. Радіуси атомів зі збільшенням заряду ядра атомів у періоді зменшуються, а в підгрупі — зростають.

8. Чому змінюється радіус атомів хімічних елементів одного періоду?

9. Чому змінюється радіус атомів хімічних елементів у межах головної підгрупи?