Модуль 4. Строение атома и химическая связь. Окислительно-восстановительные реакции

 

Строение атома и периодический закон

 

1. Элементарные частицы, их заряды. Атомное ядро. Массовые числа. Изотопы, изобары.

2. Двойственная природа электрона. Квантово-мехнические представления об электроне.

3. Квантовые числа.

4. Строение электронных облочек. Последовательность заполнения электронных слоев. (правило Клечковского, Приицп Паули, Правило Хунда).

5. Электронные формулы элементов.

6. периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева.

7. Объяснение свойств элементов с точки зрения строения атома.

 

В Периодической системе Д. И. Менделеева (табл. П.4) представлены все известные элементы. Она состоит из семи периодов (1-3 - малые, 4-7 - большие), 8 групп. Каждая группа разделена на главную и побочную подгруппы. Главная подгруппа содержит элементы малых и больших периодов, а побочная – только больших.

Пример 1. Укажите в Периодической системе Д.И. Менделеева положение (номер периода, номер группы, главная или побочная подгруппа) атома элемента с зарядом ядра 85.

Решение. Элемент (₈₅At) находится в 6-м периоде, 7-й группе, главной подгруппе.

Атомы элементов состоят из положительно заряженного ядра (протонов и нейтронов) и электронов. Количество электронов равно порядковому номеру элемента. Состояние электрона в атоме характеризуется квантовыми числами n,l, m_l и m_s, которые называются соответственно главное, орбитальное, магнитное и спиновое.

Порядок заполнения орбиталей электронами определяется следующими правилами В. Клечковского:

· заполнение происходит в порядке увеличения суммы (n + l);

· при одинаковых значениях этой суммы в первую очередь заполняется подуровень с меньшим значением главного квантового числа n.

Последовательность заполнения электронами энергетических уровней и подуровней в многоэлектронных атомах имеет вид

1 s <2 s <2 p <3 s <3 p <4 s <3 d <4 p <5 s <4 d <5 p <6 s <5 d 4 f <6 p <7 s <6 d 5 f <7 p.

Пример 2. Используя правила Клечковского, рассчитайте, какой подуровень раньше заполняется электронами 4р или 5s.

Решение. Для 4 р -подуровня Sn + l = 4 + 1 = 5; для 5 s -подуровня Sn + l = 5 + 0 = 5. Так как сумма одинакова, то в первую очередь заполняется подуровень с меньшим значением n, т. е. 4 р.

Пример 3. По распределению валентных электронов - 3 d ⁵4 s ² определите, какой это элемент, укажите его символ и напишите полную электронную формулу.

Решение. Значению главного квантового числа последнего энергетического уровня соответствует номер периода, следовательно, элемент находится в 4-м периоде. Сумма валентных электронов показывает номер группы, в которой находится элемент, в данном случае номер группы 7. Так как валентные электроны находятся на d -подуровне, то это элемент побочной подгруппы: ₂₅Mn 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁶4 s ²3 d ⁵.

Пример 4. Напишите полную электронную формулу атома элемента с зарядом ядра 22.

Решение. ₂₂Ti 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁶4 s ²3 d ².

Пример 5. Напишите полные электронные формулы ионов Fq, Sn²⁺.

Решение. При образовании отрицательно заряженного иона нейтральный атом элемента принимает электроны: F⁰ + 1 ē = Fq;электронная формула иона₉Fq1 s ²2 s ²2 p ⁶. Положительно заряженный ион получается, когда нейтральный атом элемента отдает электроны: Sn⁰ - 2 ē = Sn²⁺; электронная формула иона ₅₀Sn²⁺ 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁶ 4 s ²3 d ¹⁰4 p ⁶5 s ²4 d ¹⁰5 p ⁰.

Упражнения

1. Не пользуясь периодической системой, определите, в какой группе и в каком периоде находится элемент с порядковым номером 49.

2. Покажите распределение электронов по энергетическим уровням в атомах азота, титана, галлия, цезия, вольфрама.

3. Напишите электронные формулы элементов с порядковыми номерами 13, 27 и 56. К каким типам элементов с точки зрения строения атома они относятся?

4. Напишите электронные формулы ионов: Na⁺, Cl^-, Fe²⁺, S^2-, Bi³⁺.

5. Элементы какой группы периодической системы имеют электронное строение внешнего энергетического уровня s²p⁵