Хімія. Повторне видання. 8 клас. Ярошенко (2025)
Тема 4. Досліджуємо будову речовини
• Хімічний зв’язок та його електронна природа
• Різновиди хімічного зв’язку
• Відмінність між ковалентним полярним і неполярним зв’язками
• Особливість йонного хімічного зв’язку
• Кристалічні й аморфні речовини
• Будова кристалічних ґраток речовин
• Способи утворення завершеного зовнішнього енергетичного рівня атома
• Моделювання вивчених різновидів хімічного зв’язку
• Фізичні властивості йонних, молекулярних, атомних кристалів
• Дослідження речовин з різними кристалічними ґратками
• Поняття про ступінь окиснення хімічних елементів
• Складання формул бінарних сполук за ступенями окиснення хімічних елементів
• Діагностування й самооцінювання власних результатів навчання
§ 36. Поняття хімічного зв'язку
• Наведи по одному прикладу й напиши електронні формули атомів хімічних елементів із:
- завершеним зовнішнім енергетичним рівнем;
- одним електроном на зовнішньому енергетичному рівні.
• Скільки хімічних елементів відомо в науці?
Опрацюй. Зрозумій. Використай
Існує понад 100 мільйонів речовин, утворених менше, ніж 100 видами атомів (хімічними елементами). Яким чином з невеликої кількості видів атомів утворюється величезна кількість різноманітних речовин? На поставлене запитання ти отримаєш відповідь, вивчаючи тему «Досліджуємо будову речовини».
ХІМІЧНИЙ ЗВ’ЯЗОК ТА ЙОГО ЕЛЕКТРОННА ПРИРОДА. Структурні частинки речовини можуть бути утворені з різної кількості атомів. Наприклад, молекула кисню складається з двох атомів Оксигену, молекула сахарози С12Н22О11 — з 45 атомів трьох хімічних елементів. Такий самий склад, а отже, й хімічна формула, у лактози, але послідовність з’єднання атомів інший.
Питання, чому атоми хімічних елементів здатні сполучатися між собою у різній кількості й послідовності та утворювати величезну різноманітність речовин, цікавило вчених давно. Відповідь на нього було одержано після з’ясування будови атома, що дало змогу ввести у науковий обіг поняття про хімічний зв’язок.
Хімічний зв’язок є результатом взаємодії атомів, унаслідок якої утворюються речовини із чітко визначеним складом.
Завдяки утворенню хімічного зв’язку зовнішні енергетичні рівні електронних оболонок атомів набувають завершеної будови.
Американському фізику і хіміку Гілберту Льюїсу та німецькому фізику Вальтеру Косселю належить ідея, що атоми утворюють хімічний зв’язок задля доповнення електронних оболонок до певної «магічної» кількості електронів. За Льюїсом, завершений зовнішній електронний шар атома складається із восьми електронів. Відтоді в теорії хімічного зв’язку діє правило октету (латинською мовою окто — «вісім»), за яким під час утворення хімічного зв’язку атоми набувають 8-електронної будови зовнішнього енергетичного рівня (є винятки). Як ти вже знаєш, зовнішній енергетичний рівень з восьми електронів (для Гідрогену та Гелію — із двох) називають завершеним. Його утворення може відбуватися шляхом:
- віддачі електронів зовнішнього енергетичного рівня іншому / іншим атому / атомам;
- приєднання атомом електронів, відданих іншим атомом / атомами;
- утворення двома атомами спільної електронної пари.
Щоб мати завершений зовнішній енергетичний рівень, атоми можуть приєднувати чи віддавати електрони або ж утворювати спільні електронні пари.
Залежно від способу набуття атомами завершеного зовнішнього енергетичного рівня розрізняють види хімічного зв’язку. У 8 класі ти вивчатимеш ковалентний та йонний хімічні зв’язки.
ГРАФІЧНА ЕЛЕКТРОННА ФОРМУЛА АТОМА. Крім електронної формули будову електронної оболонки атома відображають за допомогою його графічної електронної формули. Від електронної її відрізняє наявність інформації про атомні орбіталі та кількість електронів на кожній з них. Пригадай (у разі потреби звернись до параграфа 28), що на одній орбіталі може перебувати не більше двох електронів.
Два електрони, що перебувають на одній орбіталі, називають спареними електронами. Описуючи будову атома за допомогою графічної електронної формули, спарені електрони однієї орбіталі прийнято записувати у квадратику (енергетичній комірці) у вигляді протилежно спрямованих стрілок: ⇅.
З урахуванням зазначеного робимо висновок, що на енергетичному підрівні енергетичних комірок удвічі менше, ніж електронів. Тобто, щоб розмістити два електрони s-підрівня, знадобиться 1 комірка. Для шести електронів р-підрівня потрібно 3 енергетичні комірки.
Завдання. Скористайся наведеною науковою інформацією і заповни в робочому зошиті таблицю 28 за зразком першого рядка.
Таблиця 28
|
Підрівень |
Максимальна кількість електронів на підрівні |
Кількість енергетичних комірок і максимальне заповнення їх електронами |
|
s-підрівень |
2 |
⇅ |
|
р-підрівень |
||
|
d-підрівень |
||
|
f-підрівень |
Якщо на основі електронної формули / конфігурації атома позначити енергетичні комірки з наявними в них електронами, то одержимо запис графічної електронної формули атома.
Відображення розподілу електронів за енергетичними комірками має назву графічна електронна формула.
Приклад 1. Електронна й графічна формули атома Неону:
Проаналізуємо графічну електрону формулу атома Неону й пересвідчимось, що 10 електронів електронної оболонки його атома заповнили п’ять енергетичних комірок. Кожна з них уміщує 2 електрони (одну пару). Отже, в атома Неону всі електрони спарені й вільних місць в енергетичних комірках немає, а наявність на зовнішньому енергетичному рівні 8 електронів свідчить про його завершеність.
Тобі самій / самому до снаги записати чи скласти графічні електронні формули атомів, лишень потрібно знати і дотримуватись такого правила:
Електрони одного енергетичного підрівня спочатку записують по одному в кожну енергетичну комірку (↑). Після того, як вільних комірок не залишиться, у комірки з одним електроном починають додавати ще один у вигляді стрілки, протилежно спрямованої до позначення першого електрона ⇅.
Приклад 2. Електронна й графічна формули атома Нітрогену:
Як бачиш, атом Нітрогену має на р-підрівні другого енергетичного рівня три неспарені електрони, кожний із них розміщений в окремій енергетичній комірці. Окрім них є ще чотири спарені s-електрони — по одній парі на першому і другому енергетичних рівнях.
Приклад 3. Електронна і графічна електронна формули атома Оксигену:
Як бачиш, в Оксигену така сама кількість енергетичних комірок, що й у Нітрогену, але електронів на 1 більше. Вільних комірок не залишилось, тому цей електрон вписують другим у першу енергетичну комірку р-підрівня другого енергетичного рівня. Як видно з графічної електронної формули, атом Оксигену має два неспарені електрони і шість спарених (три електронні пари).
ПЛІЧ-О-ПЛІЧ
Завдання 1. Складіть графічні електронні формули атомів елементів третього періоду.
Завдання 2. Порівняйте графічні електронні формули атомів хімічних елементів із протонними числами: а) 3 і 11; б) 7 і 15; в) 8 і 16. Що спільного в графічних електронних формулах атомів кожної пари хімічних елементів?
ХІМІЧНА СКАРБНИЦЯ
За наявності в електронній оболонці атома вільних енергетичних комірок електрони можуть з нижчих енергетичних рівнів чи підрівнів переміститися на вищі і заповнити вільну комірку / комірки неспареними електронами. Відбувається це за рахунок поглинання додаткової енергії, й атом з незбудженого стану переходить у збуджений. Перехід у збуджений стан розглянемо на прикладі Карбону (мал. 56). Зверни увагу, що збуджений стан атома позначають «зірочкою»: С*, СІ*.
Мал. 56. Зміни в електронній оболонці атома Карбону під час переходу у збуджений стан
Графічні електронні формули свідчать, що в атома Карбону в основному (незбудженому) стані два неспарених електрони, тоді як у збудженому стані — чотири. Це тому, що після отримання додатко-вої енергії один електрон другого енергетичного рівня переходить із s-підрівня на р-підрівень цього самого рівня, і неспарених електронів стає на два більше, тобто 4.
Що далі від ядра розміщений енергетичний рівень, то більшим запасом енергії наділені його електрони. Щоб підкреслити це, комірки іноді розташовують не лінійно, а на зразок сходинок. Покажемо це на прикладі Аргону.
18Аr — 1s22s22p63s23p6
ТОБІ ДО СНАГИ
1. Що спільного та чим відрізняються електронна і графічна електронна формули атома?
2. Яка кількість енергетичних комірок на підрівні s, а яка — на підрівні р?
3. Скільки енергетичних комірок необхідно для розміщення максимально можливої кількості електронів:
- а) першого енергетичного рівня;
- б) другого енергетичного рівня;
- в) третього енергетичного рівня?
4. Установи назву хімічного елемента, електронна формула якого має 6 s-електронів та 6 р-електронів.
5. Установи хімічний елемент, електронна формула якого закінчується ...2s22p5. Скільки неспарених електронів має його атом?
6. В електронній оболонці атома якого хімічного елемента — Фосфору чи Неону — всі енергетичні комірки повністю заповнені електронами?
7. Розташуй хімічні елементи за збільшенням кількості енергетичних комірок зі спареними електронами.
- А Флуор
- Б Магній
- В Нітроген
- Г Оксиген
8. Склади графічну електронну формулу атома Хлору. Скільки в ній:
- а) спарених електронів;
- б) неспарених електронів;
- в) електронів на s-підрівнях;
- г) електронів на р-підрівнях?
