Хімія. Повторне видання. 8 клас. Ярошенко (2025)
§ 28. Електронна оболонка атомів
• Наведи означення Сонячної системи.
• Що в періодичній таблиці називають періодом, скільки в ній періодів?
Опрацюй. Зрозумій. Використай
Після відкриття складної будови атома Ернест Резерфорд запропонував планетарну модель атома (мал. 40). За цією моделлю, в центрі атома міститься крихітне позитивно заряджене ядро, в якому зосереджена майже вся маса атома, а навколо нього певними орбітами рухаються електрони, наче планети навколо Сонця.
Мал. 40. Планетарна модель будови атома, запропонована Резерфордом
Також використовують інші зображення моделей атомів, створені на основі моделі Резерфорда (мал. 41).
Мал. 41. Моделі атомів Літію і Натрію
Модель Резерфорда відіграла важливу роль у розвитку природознавства, проте не пояснювала стан електронів у атомному просторі, що назвали електронною оболонкою атома.
За законами фізики, електрони, обертаючись навколо ядра, мали б втрачати енергію та врешті-решт упасти на нього, чого в дійсності не відбувається. Це спонукало вчених до нових досліджень електронів і подальшої роботи над моделлю атома. Отримані нові результати досліджень засвідчили, що електрон має властивості і мікрочастинки, і хвилі.Через це неможливо простежити траєкторію руху електрона в атомі, можна лише передбачити ймовірність його перебування в тій чи іншій точці атомного простору. Ймовірність перебування електрона в ядрі нульова.
ПОНЯТТЯ АТОМНОЇ ОРБІТАЛІ. Оскільки неможливо точно обмежити ділянку атомного простору, в якій перебуває електрон, то розглядають ділянку з найбільшою ймовірністю його розміщення. Для характеристики цієї ділянки введено поняття атомна орбіталь. Атомні орбіталі бувають різних форм.
Атомну орбіталь сферичної форми (мал. 42) називають s-орбіталь (вимовляється в однині «ес-орбіталь»). Наявність у назві літери s — це використання першої літери англійського слова sphere — сфера.
Атомну орбіталь гантелеподібної форми (мал. 42) називають р-орбіталь (вимовляється «пе-орбіталь»). Електрони з такою орбіталлю більшу частину часу перебувають по різні боки від ядра, яке на малюнку позначено крапкою у звуженій частині «гантелі». Назва р-орбіталь походить від англійського слова perpendicular — перпендикуляр.
Мал. 42. Схематичне зображення s- і р-орбіталей атома
Можливу орієнтацію р-орбіталей у просторі та взаємоперпендикулярне розташування трьох орбіталей ілюструє малюнок 43.
Мал. 43. Можлива орієнтація р-орбіталей у просторі
Завдання 1. Чим відрізняються s-орбіталі від р-орбіталей?
Існують також d- та f-орбіталі (вимовляються в однині «де-орбіталь» і «еф-орбіталь») атома зі складнішою конфігурацією порівняно із s- та р-орбіталями.
Об’єм простору навколо ядра, в якому ймовірність перебування електрона найбільша, називають атомною орбіталлю.
Залежно від форми розрізняють s-, p-, d-, f-орбіталі.
ЕНЕРГЕТИЧНІ РІВНІ. Електрони, будучи зарядженими частинками, наділені певним запасом енергії. Описуючи будову електронної оболонки атома, електрони з однаковим чи приблизно однаковим запасом енергії об’єднують в один енергетичний рівень, або електронний шар. Кількість енергетичних рівнів (електронних шарів) збігається з номером періоду, в якому розміщено хімічний елемент. Оскільки періодична таблиця має сім періодів, то енергетичних рівнів може бути від одного до семи. Їх позначають арабськими цифрами 1-7 або великими літерами латинського алфавіту: К, L, Μ, N, О, Р, Q. Ми будемо використовувати цифрове позначення.
Електрони певного енергетичного рівня наділені більшим запасом енергії за попередній рівень, але меншим — за наступний.
Кількість електронів в електронній оболонці атома дорівнює порядковому / атомному номеру, а кількість енергетичних рівнів, на яких вони перебувають, — номеру періоду періодичної таблиці, в якому хімічний елемент розміщений.
Завдання 2. Розташуй елементи N, Ba, Не, Si, Са в послідовності збільшення кількості енергетичних рівнів. Атом якого з наведених елементів має найбільшу кількість електронів?
Найбільш віддалений від ядра енергетичний рівень називають зовнішнім, а найближчий до нього — внутрішнім.
Завдання 3. Застосуй здобуті знання для відповіді на запитання, що стосуються моделі атома Натрію (мал. 44), та з’ясуй:
Мал. 44. Модель атома Натрію
- а) кількість електронів в електронній оболонці атома Натрію. Як довідатись про це, користуючись періодичною таблицею?
- б) кількість енергетичних рівнів в електронній оболонці атома Натрію. Чи збігається вона з номером періоду, в якому розміщений Натрій?
- в) кількість електронів на зовнішньому і внутрішньому енергетичних рівнях атома Натрію.
БУДОВА ЕНЕРГЕТИЧНИХ РІВНІВ. На одному енергетичному рівні можуть перебувати електрони з різними формами атомних орбіталей, але на одній атомній орбіталі не буває більше двох електронів. Для характеристики електронів одного енергетичного рівня, що мають однакову форму атомної орбіталі, введено поняття енергетичний підрівень. Усього існує чотири енергетичні підрівні. Називають і позначають їх відповідно до форми орбіталі: s-підрівень, р-підрівень, d-підрівень, f-підрівень (читаються аналогічно назвам орбіталей).
У межах енергетичного рівня електрони з однаковою формою атомної орбіталі утворюють один енергетичний підрівень. Розрізняють s-підрівень, р-підрівень, d-підрівень, f-підрівень.
Максимально можлива кількість електронів на кожному підрівні різна: 2 електрони — на s-підрівні, 6 електронів — на р-підрівні, 10 електронів — на d-підрівні, 14 електронів — на f-підрівні.
Перший енергетичний рівень складається лише із s-підрівня. Другий енергетичний рівень складається із s- і р-підрівнів. Третій енергетичний рівень складається із s-, р- і d-підрівнів.
НУМО ДОСЛІДЖУВАТИ
КІЛЬКІСТЬ ЕЛЕКТРОНІВ НА ЕНЕРГЕТИЧНИХ РІВНЯХ І ПІДРІВНЯХ У РІЗНИХ АТОМАХ
Завдання 1. Розглянь малюнок 45. Зі скількох енергетичних рівнів складається електронна оболонка атома кожного хімічного елемента?
Мал. 45. Моделі атомів Неону, Магнію, Фосфору
Завдання 2. За моделями (мал. 45) досліди кількість електронів на енергетичних рівнях і підрівнях в атомах Неону, Магнію і Фосфору та сформулюй відповіді на дослідницькі запитання, наведені в таблиці 21.
Таблиця 21
Результати дослідження кількості електронів на енергетичних рівнях і підрівнях в атомах Неону, Магнію, Фосфору (заповнюється в зошиті)
|
Дослідницьке запитання |
Відповідь |
|||
|
1. З’ясуй, скільки електронів є на кожному енергетичному рівні електронної оболонки досліджуваного атома |
Хімічний елемент |
1 рівень |
2 рівень |
3 рівень |
|
Неон |
||||
|
Магній |
||||
|
Фосфор |
||||
|
2. Визнач, по скільки електронів перебуває на кожному енергетичному підрівні в межах існуючих у атома рівнів |
Хімічний елемент |
1 рівень |
2 рівень |
3 рівень |
|
Неон |
||||
|
Магній |
||||
|
Фосфор |
||||
|
3. З’ясуй, що спільного та чим відрізняється будова електронних оболонок атомів Неону, Магнію, Фосфору |
Спільне ____ Відмінне ____ |
|||
|
4. Запиши номери енергетичних рівнів з максимально можливою кількістю електронів |
У Неону — У Магнію — У Фосфору — |
|||
Узагальнити набуті знання та уміння про будову електронної оболонки атомів дасть тобі змогу виконання завдань у групі.
ПЛІЧ-О-ПЛІЧ
Завдання 1. Заповніть таблицю 22 необхідною науковою інформацією.
Таблиця 22
Характеристика енергетичних підрівнів і рівнів
|
Характеристика |
Підрівні |
|||
|
Позначення підрівня |
||||
|
Максимальна кількість електронів на підрівні |
||||
|
Можливі підрівні на енергетичному рівні (поставити у відповідній клітинці / клітинках знак «+») |
||||
|
Енергетичний рівень 1 |
||||
Закінчення таблиці 22
|
Характеристика |
Підрівні |
|||
|
Енергетичний рівень 2 |
||||
|
Енергетичний рівень 3 |
||||
Завдання 2. На підставі занесених у таблицю даних з’ясуйте й запишіть, яка максимальна кількість електронів може бути на кожному із перших трьох енергетичних рівнів.
ТОБІ ДО СНАГИ
1. Яка максимальна кількість енергетичних рівнів може бути в електронній оболонці атома?
2. Поясни причиново-наслідкові зв’язки між будовою електронної оболонки атома і номером періоду, в якому хімічний елемент розташований у періодичній таблиці.
3. Увідповідни енергетичний підрівень і максимальну кількість електронів на ньому.
Позначення енергетичного підрівня
- 1 s
- 2 р
- 3 d
- 4 f
Максимальна кількість електронів
- А 18
- Б 14
- В 10
- Г 8
- Д 2
4. Скільки енергетичних рівнів в електронній оболонці атомів Сульфуру й Аргону? Звідки ти здобув / здобула цю інформацію?
5. Однакова чи різна кількість енергетичних рівнів / електронних шарів у атомах елементів із атомними номерами 7 і 15? Запиши схеми будови енергетичних рівнів атомів цих елементів.
6. Розмісти елементи Гелій, Калій, Літій за збільшенням кількості енергетичних рівнів в електронній оболонці атома.
7. Проаналізуй твердження та обери те, що вважаєш правильним.
Твердження 1. Спільним у будові електронних оболонок атомів із протонними числами 11 і 18 є наявність трьох енергетичних рівнів.
Твердження 2. Нукліди Карбону 126С і 136С мають різну кількість енергетичних рівнів.
8. Розроби запитання вікторини і запропонуй класу провести змагання на кращого знавця будови електронної оболонки атома.
