Cd строение атома – Строение атома. Строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева

Строение атома кадмия (Cd), схема и примеры

Общие сведения о строении атома кадмия

Относится к элементам d-семейства. Металл. Обозначение – Cd. Порядковый номер – 48. Относительная атомная масса – 112,41 а.е.м.

Электронное строение атома кадмия

Атом кадмия состоит из положительно заряженного ядра (+48), внутри которого есть 48 протонов и 64 нейтрона, а вокруг, по пяти орбитам движутся 48 электронов.

Рис.1. Схематическое строение атома кадмия.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

+48Cd)2)8)18)18)2;

1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s2.

Валентными электронами атома кадмия считаются электроны, расположенные на 4d— и 5s-орбиталях. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Валентные электроны атома кадмия можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), ml (магнитное) и s (спиновое):














Подуровень

n

l

ml

s

s

5

0

0

+1/2

s

5

0

0

-1/2

d

4

2

-2

+1/2

d

4

2

-1

+1/2

d

4

2

0

+1/2

d

4

2

+1

+1/2

d

4

2

+2

+1/2

d

4

2

-2

-1/2

d

4

2

-1

-1/2

d

4

2

0

-1/2

d

4

2

+1

-1/2

d

4

2

+2

-1/2

Примеры решения задач



Понравился сайт? Расскажи друзьям!



ru.solverbook.com

Строение атома. Строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева

Атом — электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В центре атома находится положительно заряженное ядро. Оно занимает ничтожную часть пространства внутри атома, в нём сосредоточены весь положительный заряд и почти вся масса атома.

Ядро состоит из элементарных частиц — протона и нейтрона; вокруг атомного ядра по замкнутым орбиталям движутся электроны.

Протон (р) — элементарная частица с относительной массой 1,00728 атомной единицы массы и зарядом +1 условную единицу. Число протонов в атомном ядре равно порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева.

Нейтрон (n) — элементарная нейтральная частица с относительной массой 1,00866 атомной единицы массы (а. е. м.).

Число нейтронов в ядре N определяют по формуле:

где А — массовое число, Z — заряд ядра, равный числу протонов (порядковому номеру).

Обычно параметры ядра атома записывают следующим образом: слева внизу от символа элемента ставят заряд ядра, а вверху — массовое число, например:

Эта запись показывает, что заряд ядра (следовательно, и число протонов) для атома фосфора равен 15, массовое число равно 31, а число нейтронов равно 31 – 15 = 16. Так как массы протона и нейтрона очень мало отличаются друг от друга, то массовое число приблизительно равно относительной атомной массе ядра.

Электрон ( е) — элементарная частица с массой 0,00055 а. е. м. и условным зарядом –1. Число электронов в атоме равно заряду ядра атома (порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева).

Электроны движутся вокруг ядра по строго определённым орбиталям, образуя так называемое электронное облако.

Область пространства вокруг атомного ядра, где наиболее (90 и более %) вероятно нахождение электрона, определяет форму электронного облака.

Электронное облако s-электрона имеет сферическую форму; на s-энергетическом подуровне может максимально находиться два электрона.

Электронное облако p-электрона имеет гантелеобразную форму; на трёх p-орбиталях максимально может находиться шесть электронов.

Орбитали изображают в виде квадрата, сверху или снизу которого пишут значения главного и побочного квантовых чисел, описывающих данную орбиталь. Такую запись называют графической электронной формулой, например:

В этой формуле стрелками обозначают электрон, а направление стрелки соответствует направлению спина — собственного магнитного момента электрона. Электроны с противоположными спинами ↑↓ называют спаренными.

Электронные конфигурации атомов элементов можно представить в виде электронных формул, в которых указывают символы подуровня, коэффициент перед символом подуровня показывает его принадлежность к данному уровню, а степень у символа — число электронов данного подуровня.

В таблице 1 приведено строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Химические элементы, в атомах которых s-подуровень внешнего уровня пополняется одним или двумя электронами, называют s-элементами. Химические элементы, в атомах которых заполняется p-подуровень (от одного до шести электронов), называют p-элементами.

Число электронных слоёв в атоме химического элемента равно номеру периода.

В соответствии с правилом Хунда электроны располагаются на однотипных орбиталях одного энергетического уровня таким образом, чтобы суммарный спин был максимален. Следовательно, при заполнении энергетического подуровня каждый электрон прежде всего занимает отдельную ячейку, а только после этого начинается их спаривание. Например, у атома азота все p-электроны будут находиться в отдельных ячейках, а у кислорода начнётся их спаривание, которое полностью закончится у неона.

Изотопами называют атомы одного и того же элемента, содержащие в своих ядрах одинаковое число протонов, но различное число нейтронов.

Изотопы известны для всех элементов. Поэтому атомные массы элементов в периодической системе являются средним значением из массовых чисел природных смесей изотопов и отличаются от целочисленных значений. Таким образом, атомная масса природной смеси изотопов не может служить главной характеристикой атома, а следовательно, и элемента. Такой характеристикой атома является заряд ядра, определяющий число электронов в электронной оболочке атома и её строение.

Рассмотрим несколько типовых заданий по этому разделу.

Пример 1. Атом какого элемента имеет электронную конфигурацию 1s22s22p63s23p64s1?

  1. Li
  2. Na
  3. K
  4. Cl

На внешнем энергетическом уровне у данного элемента находится один 4s-электрон. Следовательно, этот химический элемент находится в четвёртом периоде первой группе главной подгруппе. Этот элемент — калий.

К этому ответу можно прийти по-другому. Сложив общее количество всех электронов, получим 19. Общее число электронов равно порядковому номеру элемента. Под номером 19 в периодической системе находится калий.

Пример 2. Химическому элементу соответствует высший оксид RO2. Электронной конфигурации внешнего энергетического уровня атома этого элемента соответствует электронная формула:

  1. ns2np4
  2. ns2np2
  3. ns2np3
  4. ns2np6

По формуле высшего оксида (смотрите на формулы высших оксидов в Периодической системе) устанавливаем, что этот химический элемент находится в четвёртой группе главной подгруппы. У этих элементов на внешнем энергетическом уровне находятся четыре электрона — два s и два p. Следовательно, правильный ответ 2.

Тренировочные задания

1. Общее число s-электронов в атоме кальция равно

1) 20
2) 40
3) 8
4) 6

2. Число спаренных p-электронов в атоме азота равно

1) 7
2) 14
3) 3
4) 4

3. Число неспаренных s-электронов в атоме азота равно

1) 7
2) 14
3) 3
4) 4

4. Число электронов на внешнем энергетическом уровне атома аргона равно

1) 18
2) 6
3) 4
4) 8

5. Число протонов, нейтронов и электронов в атоме 94Be равно

1) 9, 4, 5
2) 4, 5, 4
3) 4, 4, 5
4) 9, 5, 9

6. Распределение электронов по электронным слоям 2; 8; 4 — соответствует атому, расположенному в(во)

1) 3-м периоде, IА группе
2) 2-м периоде, IVА группе
3) 3-м периоде, IVА группе
4) 3-м периоде, VА группе

7. Химическому элементу, расположенному в 3-м периоде VA группе соответствует схема электронного строения атома

1) 2, 8, 6
2) 2, 6, 4
3) 2, 8, 5
4) 2, 8, 2

8. Химический элемент с электронной конфигурацией 1s22s22p4 образует летучее водородное соединение, формула которого

1) ЭН
2) ЭН2
3) ЭН3
4) ЭН4

9. Число электронных слоёв в атоме химического элемента равно

1) его порядковому номеру
2) номеру группы
3) числу нейтронов в ядре
4) номеру периода

10. Число внешних электронов в атомах химических элементов главных подгрупп равно

1) порядковому номеру элемента
2) номеру группы
3) числу нейтронов в ядре
4) номеру периода

11. Два электрона находятся во внешнем электронном слое атомов каждого из химических элементов в ряду

1) He, Be, Ba
2) Mg, Si, O
3) C, Mg, Ca
4) Ba, Sr, B

12. Химический элемент, электронная формула которого 1s22s22p63s23p64s1, образует оксид состава

1) Li2O
2) MgO
3) K2O
4) Na2O

13. Число электронных слоев и число p-электронов в атоме серы равно

1) 2, 6
2) 3, 4
3) 3, 16
4) 3, 10

14. Электронная конфигурация ns2np4 соответствует атому

1) хлора
2) серы
3) магния
4) кремния

15. Валентные электроны атома натрия в основном состоянии находятся на энергетическом подуровне

1) 2s
2) 2p
3) 3s
4) 3p

16. Атомы азота и фосфора имеют

1) одинаковое число нейтронов
2) одинаковое число протонов
3) одинаковую конфигурацию внешнего электронного слоя
4) одинаковое число электронов

17. Одинаковое число валентных электронов имеют атомы кальция и

1) калия
2) алюминия
3) бериллия
4) бора

18. Атомы углерода и фтора имеют

1) одинаковое число нейтронов
2) одинаковое число протонов
3) одинаковое число электронных слоёв
4) одинаковое число электронов

19. У атома углерода в основном состоянии число неспаренных электронов равно

1) 1
3) 3
2) 2
4) 4

20. В атоме кислорода в основном состоянии число спаренных электронов равно

1) 2
3) 4
2) 8
4) 6

Ответы

himi4ka.ru

Строение атома стронция (Sr), схема и примеры

Общие сведения о строении атома стронция

Относится к элементам s-семейства. Металл. Обозначение – Sr. Порядковый номер – 38. Относительная атомная масса – 87,62 а.е.м.

Электронное строение атома стронция

Атом стронция состоит из положительно заряженного ядра (+38), внутри которого есть 38 протонов и 50 нейтронов, а вокруг, по пяти орбитам движутся 38 электронов.

Рис.1. Схематическое строение атома стронция.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

+38Sr)2)8)18)8)2;

1s22s22p63s23p63d104s24p65s2.

Внешний энергетический уровень атома стронция содержит 2 электрона, которые являются валентными. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Валентные электроны атома стронция можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), ml (магнитное) и s (спиновое):




Подуровень

n

l

ml

s

s

5

0

0

+1/2

s

5

0

0

-1/2

Примеры решения задач



Понравился сайт? Расскажи друзьям!



ru.solverbook.com

Строение атома, химическая связь, валентность и строение молекул

(Конспект
лекций)

Строение атома. Введение.

Объектом
изучения в химии являются химические
элементы и их соединения.
Химическим элементом
называют
совокупность атомов с одинаковым
положительным зарядом. Атом

это наименьшая частица химического
элемента, сохраняющая его химические
свойства
.
Связываясь, друг с другом, атомы одного
или разных элементов образуют более
сложные частицы – молекулы.
Совокупность атомов или молекул образуют
химические вещества. Каждое индивидуальное
химическое вещество характеризуется
набором индивидуальных физических
свойств, такими как температуры кипения
и плавления, плотностью, электро- и
теплопроводностью и т.п.

1. Строение атома и Периодическая система элементов

Д.И.
Менделеева
.

Знание
и понимание закономерностей порядка
заполнения Периодической системы
элементов Д.И. Менделеева позволяет
понять следующее:

1.физическую
суть существования в природе определенных
элементов,

2.природу
химической валентности элемента,

3.способность
и «лёгкость» элемента отдавать или
принимать электроны при взаимодействии
с другим элементом,

4.природу
химических связей, которые может
образовать данный элемент при
взаимодействии с другими элементами,
пространственное строение простых и
сложных молекул и пр., пр.

Строение атома.

Атом
представляет собой сложную микросистему
находящихся в движении и взаимодействующих
друг с другом элементарных частиц.

В
конце 19 и начале 20 веков было установлено,
что атомы состоят из более мелких частиц:
нейтронов, протонов и электронов,
Последние две частицы являются заряженными
частицами, протон несет на себе
положительный заряд, электрон —
отрицательный. Поскольку атомы элемента
в основном состоянии электронейтральны,
то это означает, что число протонов в
атоме любого элемента равно числу
электронов. Масса атомов определяется
суммой массы протонов и нейтронов,
количество которых равна разности массы
атомов и его порядкового номера в
периодической системе Д.И. Менделеева.

В
1926 г Шрёдингер предложил описывать
движение микрочастиц в атоме элемента
при помощи выведенного им волнового
уравнения. При решении волнового
уравнения Шрёдингера для атома водорода
появляются три целочисленных квантовых
числа: n,

и m,
которые характеризуют состояние
электрона в трёхмерном пространстве в
центральном поле ядра. Квантовые числа
n,

и m
принимают целочисленные значения.
Волновая функция, определяемая тремя
квантовыми числами n,
и
m
и получаемая в результате решения
уравнения Шрёдингера, называется
орбиталью. Орбиталь
— это область пространства, в котором
наиболее вероятно нахождение электрона
,
принадлежащего атому химического
элемента. Таким образом, решение
уравнения Шредингера для атома водорода
приводит к появлению трёх квантовых
чисел, физический смысл которых состоит
в том, что они характеризуют три разного
вида орбиталей, которые может иметь
атом. Рассмотрим более подробно каждое
квантовое число.

Главное
квантовое число

n
может принимать любые положительные
целочисленные значения: n
= 1,2,3,4,5,6,7…Оно характеризует энергию
электронного уровня и размер электронного
″облака″. Характерно, что номер главного
квантового числа совпадает с номером
периода, в котором находится данный
элемент.

Азимутальное
или орбитальное квантовое число

ℓ может принимать целочисленные значения
от
= 0….до n
– 1 и определяет момент движения
электронов, т.е. форму орбитали. Для
различных численных значений ℓ используют
следующие обозначения:
= 0, 1, 2, 3, и обозначаются символами s,
p,
d,
f,
соответственно для
= 0, 1, 2 и 3. В периодической системе
элементов нет элементов со спиновым
числом
= 4.

Магнитное
квантовое число
m
характеризует
пространственное расположение электронных
орбиталей и, следовательно, электромагнитные
свойства электрона. Оно может принимать
значения от –

до + ,
включая нуль.

Форма
или, точнее, свойства симметрии атомных
орбиталей зависят от квантовых чисел

и m.
«Электронное облако», соответствующее
s
— орбитали имеет, имеет форму шара (при
этом =
0).

Рис.1. 1s-орбиталь

Орбитали,
определяемые квантовыми числами ℓ = 1
и m

= -1, 0 и +1, называются р-орбиталями.
Поскольку m

при этом имеет три разных значений, то
атом при этом имеет три энергетически
эквивалентные р-орбитали (главное
квантовое число для них одно и тоже и
может иметь значение n
=2,3,4,5,6 или 7). р-Орбитали обладают осевой
симметрией и имеют вид объёмных восьмёрок,
во внешнем поле ориентированных по осям
x,
y
и z
(рис.1.2). Отсюда и происхождение символики
px,
py
и pz.

Рис.2. рx,
py
и pz-орбитали

Кроме
того, имеются d-
и f-
атомные орбитали, для первых ℓ = 2 и m

= -2, -1, 0, +1 и +2, т.е. пять АО, для вторых
ℓ = 3 и m

= -3, -2, -1, 0, +1, +2 и +3, т.е. 7 АО.

Четвёртое
квантовое ms
называется спиновым квантовым числом,
было введено для объяснения некоторых
тонких эффектов в спектре атома водорода
Гаудсмитом и Уленбеком в 1925г. Спин
электрона — это угловой момент заряженной
элементарной частицы электрона,
ориентация которого квантована, т.е.
строго ограничена определёнными углами.
Эта ориентация определяется значением
спинового магнитного квантового числа
(s),
которое для электрона равно ½,
поэтому для электрона согласно правилам
квантования ms
= ± ½.

В связи с этим к набору из трёх квантовых
чисел следует добавить квантовое число
ms.
Подчеркнём еще раз, что четыре квантовых
числа определяют порядок построения
периодической таблицы элементов
Менделеева и объясняют, почему в первом
периоде только два элемента, во втором
и в третьём – по восемь, — в четвёртом
– 18 и т д. Однако, чтобы объяснить
строение многоэлектронных атомов,
порядок заполнения электронных уровней
по мере увеличения положительного
заряда атома недостаточно иметь
представления о четырёх квантовых
числах, «управляющих» поведением
электронов при заполнении электронных
орбиталей, но необходимо знать ещё
некоторые простые правила, а именно,
принцип
Паули, правило Гунда и правила Клечковского.

Согласно
принципа Паули в
одном и том же квантовом состоянии,
характеризуемом определенными значениями
четырёх квантовых чисел, не может
находиться более одного электрона.
Это
означает, что один электрон можно в
принципе поместить на любую атомную
орбиталь. Два электрона могут находиться
на одной атомной орбитали только в том
случае, если они отличаются спиновыми
квантовыми числами.

При
заполнении электронами трёх р-АО, пяти
d-AO
и семи f-AO
следует руководствоваться кроме принципа
Паули ещё и правилом Гунда: Заполнение
орбиталей одной подоболочки в основном
состоянии происходит электронами с
одинаковыми спинами.

При
заполнении подоболочек (
p,
d,
f)абсолютное
значение суммы спинов должно быть
максимальной
.

Правило
Клечковского
.
Согласно
правилу Клечковского при заполнении
d
и
f
орбиталией электронами должен соблюдаться
принцип
минимальной энергии.

Согласно этому принципу электроны в
основном состоянии заполняют орбитали
с минимальными уровнями энергии. Энергию
подуровня определяют сумма квантовых
чисел
n
+ ℓ = Е
.

Первое
правило Клечковского
:
сначала
заполняются те подуровни, для которых
n
+ ℓ = Е

минимальна.

Второе
правило Клечковского
:
в
случае равенства
n
+ ℓ

для нескольких подуровней идёт заполнение
того подуровня, для которого
n
минимальна.

В
настоящее время известно 109 элементов.

2.
Энергия
ионизации, сродство к электрону и
электроотрицательность
.

Важнейшими
характеристиками электронной конфигурации
атома являются энергия ионизации (ЭИ)
или потенциал ионизации (ПИ) и сродство
атома к электрону (СЭ). Энергией
ионизации называют изменение энергии
в процессе отрыва электрона от свободного
атома при 0 К: А =
+
+
ē .
Зависимость
энергии ионизации от порядкового номера
Z
элемента, размера атомного радиуса
имеет ярко выраженный периодический
характер.

Сродство
к электрону (СЭ), представляет собой
изменение энергии, которым сопровождается
присоединение электрона к изолированному
атому с образованием отрицательного
иона при 0 К: А + ē = А

(атом и ион находятся в своих основных
состояниях).

При этом электрон занимает низшую
свободную атомную орбиталь (НСАО), если
ВЗАО занята двумя электронами. СЭ сильно
зависит от их орбитальной электронной
конфигурации.

Изменения
ЭИ и СЭ коррелируют с изменением многих
свойств элементов и их соединений, что
используется для предсказания этих
свойств по значениям ЭИ и СЭ. Наиболее
высоким по абсолютной величине сродством
к электрону обладают галогены. В каждой
группе периодической таблице элементов
потенциал ионизации или ЭИ уменьшается
с увеличением номера элемента, что
связано с увеличением атомного радиуса
и с увеличением количества электронных
слоев и что хорошо коррелирует с
увеличением восстановительной способности
элемента.

В
таблице 1 Периодической системы элементов
приведены значения ЭИ и СЭ в эВ/на атом.
Отметим, что точные значения СЭ известны
лишь для немногих атомов, их величины
подчёркнуты в таблице 1.

Таблица 1

Первая
энергия ионизации (ЭИ), сродство к
электрону (СЭ) и электроотрицательность
χ) атомов в периодической системе.

ЭИ

СЭ

χ

r

1

H

13.60

0.747

2.10

0,37

2

He

24.58

0.077

1,22

ЭИ

СЭ

χ

r

3

Li

5.39

0.54

0.98

1.55

4

Be

9.32

-0.3

1.57

1.13

5

B

8.30

0.2

2.04

0.91

6

C

11.26

1.25

2.55

0.77

7

N

14.54

-0.1

3.04

0,55

8

O

13.62

1.47

3.44

0.59

9

F

17.42

3.45

3.98

0.64

10

Ne

21.56

1,60

ЭИ

СЭ

χ

r

11

Na

5.14

0.74

0.93

1.89

12

Mg

7.64

-0.3

1.31

1.60

13

Al

5.98

0.6

1.61

1.43

14

Si

8.15

1.63

1.90

1.34

15

P

10.55

0.7

1.90

1.13

16

S

10.36

2.07

2.19

1.04

17

Cl

13.01

3.61

3.16

0.99

18

Ar

15.76

1,92

ЭИ

СЭ

χ

r

19

K

4.34

0.502

0.82

2.36

20

Ca

6.11

0.6

1.00

1.97

21

Sc

6.54

-0.4

1.36

1.64

22

Ti

6.82

0.08

1.54

1.46

23

V

6.74

0.53

1.66

1.34

24

Cr

6.76

0.67

1.66

1.27

25

Mn

7.43

-1.2

1.55

1.30

26

Fe

7.90

0.15

1.8

1.26(α)

27

Co

7.86

0.66

1.88

1.25

28

Ni

7.63

1.16

1.91

1.24

29

Cu

7.72

1.23

1.90

1.28

30

Zn

9.39

-0.9

1.65

1.39

31

Ga

6./00

0.18

1.81

1,39

32

Ge

7.88

1.2

2.011

1,39

33

As

9.81

0.6

2.18

1,48

34

Se

9.75

2.07

2.55

1,60

35

Br

11.84

3.36

2.96

1.14

36

Kr

14.00

1,98

ЭИ

СЭ

χ

r

37

Rb

4.18

0.4859

0.82

2.48

38

Sr

5.69

-0.5

0.95

2.15

39

Y

6.38

0.31

1.22

1.81

40

Zr

6.84

0.43

1.33

1.60

41

Nb

6.88

0.89

1.6

1.45

42

Mo

7.10

0.75

2.16

1.39

43

Tc

7.28

0.6

1.9

1.36

44

Ru

7.36

1.1

2.28

1.33

45

Rh

7.46

1.14

2.2

1.34

46

Pd

8.33

0.56

2.20

1.38

47

Ag

7.574

1.30

1.93

1.44

48

Cd

8.99

-0.6

1.69

1.56

49

In

5.79

0.2

1.78

1.66

50

Sn

7.34

1.11

1.96

1.58

51

Sb

8.64

1.1

2.05

1.61

52

Te

9.01

2.2

2.1

1.70

53

I

10.45

3.06

2.66

1.33

54

Xe

12.13

2,18

ЭИ

СЭ

χ

r

55

Cs

3.89

0.4716

0.79

2.67

56

Ba

5.21

0.89

2,21

57

La

5.58

0.5

1.10

1,87

72

Hf

7.5

1.3

1,59

73

Ta

7.89

0.32

1.5

1.46

74

W

7.98

0.82

2.36

1.40

75

Re

7.88

0.15

1.9

1.37

76

Оs

8.73

1.4

2.2

1.35

77

Ir

9.05

1.57

2.2

1.36

78

Pt

8.96

2.13

2.28

1.38

79

Au

9.23

2.31

2.54

1.44

80

Hg

10.44

2.00

1,60

81

Tl

6.11

0.3

2.04

1,71

82

Pb

7.42

0.37

2.33

1.75

83

Bi

12.25

0.95

2.02

1,82

84

Po

8.42

1.9

2.0

1.67

85

At

9.0

2.9

2.2

86

Rn

1038

χ
– электроотрицательность по Полингу

r
атомный радиус, (из «Лабораторные и
семинарские занятия по общей и
неорганической химии» , Н.С. Ахметов,
М.К. Азизова, Л.И. Бадыгина)

studfiles.net

3.Состав и строение атома. Электронное строение атома. Орбиталь.

Атом
– это электронейтральная частица,
состоящая из положительно заряженного
ядра и отрицательно заряженных электронов.

Атом
состоит из ядра (оно имеет положительный
заряд) и электронов (они имеют отрицательный
заряд). В целом атом электронейтрален.

Положительный
заряд ядра атома равен порядковому
номеру химического элемента.

Ядро
атома – сложная частица. В ядре
сосредоточена почти вся масса атома.

Заряд
ядра определяют протоны. Причем число
протонов равно (по величине) заряду ядра
атома, т.е. порядковому номеру.

Число
нейтронов N определяют по разности между
величинами: «масса ядра» А и «порядковый
номер» Z.

электроны,
имеющие приблизительно равный запас
энергии, находятся на приблизительно
равном расстоянии от ядра и образуют
энергетический уровень.

Изотопами
называют атомы одного и того же химического
элемента (одинаковое число протонов),
различающиеся массой (разное число
нейтронов).

Изотопы
и их химические соединения отличаются
друг от друга по физическим свойствам,
но химические свойства у изотопов одного
химического элемента одинаковы.

Форма
атома — сферическая. Радиус ядра примерно
в 100000 раз меньше радиуса атома.

Химический
элемент — вид атомов (совокупность
атомов) с одинаковым зарядом ядра (с
одинаковым числом протонов в ядре).

Изотоп
— совокупность атомов одного элемента
с одинаковым числом нейтронов в ядре
(или вид атомов с одинаковым числом
протонов и одинаковым числом нейтронов
в ядре).

Разные
изотопы отличаются друг от друга числом
нейтронов в ядрах их атомов.

Строение
электронной оболочки атома

Атомная
орбиталь — состояние электрона в атоме.
Условное обозначение орбитали — . Каждой
орбитали соответствует электронное
облако.

Орбитали
реальных атомов в основном состоянии
бывают четырех типов: s, p, d и f.

Электронное
облако — часть пространства, в которой
электрон можно обнаружить с вероятностью
90 (или более) процентов.

Примечание:
иногда понятия «атомная орбиталь»
и «электронное облако» не различают,
называя и то, и другое «атомной
орбиталью».

Электронная
оболочка атома слоистая. Электронный
слой образован электронными облаками
одинакового размера. Орбитали одного
слоя образуют электронный («энергетический»)
уровень, их энергии одинаковы у атома
водорода, но различаются у других атомов.

Однотипные
орбитали одного уровня группируются в
электронные (энергетические) подуровни:

s-подуровень
(состоит из одной s-орбитали), условное
обозначение — .

p-подуровень
(состоит из трех p-орбиталей), условное
обозначение — .

d-подуровень
(состоит из пяти d-орбиталей), условное
обозначение — .

f-подуровень
(состоит из семи f-орбиталей), условное
обозначение — .

Энергии
орбиталей одного подуровня одинаковы.

Порядок
заполнения электронами орбиталей атома
определяется тремя законами природы
(формулировки даны упрощенно):

1.
Принцип наименьшей энергии — электроны
заполняют орбитали в порядке возрастания
энергии орбиталей.

2.
Принцип Паули — на одной орбитали не
может быть больше двух электронов.

3.
Правило Хунда — в пределах подуровня
электроны сначала заполняют свободные
орбитали (по одному), и лишь после этого
образуют электронные пары.

Общее
число электронов на электронном уровне
(или в электронном слое) равно 2n2.

Распределение
подуровней по энергиям выражается рядом
(в прядке увеличения энергии):

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

Валентные
электроны — электроны атома, которые
могут принимать участие в образовании
химических связей. У любого атома это
все внешние электроны плюс те предвнешние
электроны, энергия которых больше, чем
у внешних. Например: у атома Ca внешние
электроны — 4s2, они же и валентные; у атома
Fe внешние электроны — 4s2, но у него есть
3d6, следовательно у атома железа 8
валентных электронов. Валентная
электронная формула атома кальция —
4s2, а атома железа — 4s23d6.

Орбиталь
– пространство вокруг ядра, в котором
наиболее вероятно нахождение электрона.
Применительно к электрону можно сказать,
что он ведет себя и как частица, и как
волна, т. е. обладает, как и другие
микрочастицы, корпускулярно-волновым
дуализмом (двойственностью). С одной
стороны, электроны как частицы производят
давление, с другой стороны, движущийся
поток электронов обнаруживает волновые
явления, например дифракцию электронов.

studfiles.net

Строение атома

Федеральное
агентство по образованию

Кубанский
государственный технологический
университет

Институт
нефти, газа, энергетики и безопасности

Кафедра неорганической
химии

Неорганическая
химия

Конспект лекций

До
конца 19 века считалось, что атомы
являются неделимыми час-тицами, однако
открытие катодных лучей, термоэлектронной
эмиссии, фо-тоэффекта, явления
радиоактивности, говорило о том, что
атом частица сложная. В начале ХХ века
появляются первые модели строения
атома, которые были предложены
Резерфордом, Бором, Зоммерфельдом,
однако недостатком всех этих теорий
было то, что их авторы пытались применить
к микрообъектам законы классической
механики, которым они не подчиняют-ся.

Было
установлено что атом состоит из ядра и
электронной оболочки. Ядро имеет
положительный заряд. Величина заряда
определяется числом протонов. Каждый
протон имеет единичный положительный
заряд. Кроме протонов в состав ядра
входят электронейтральные частицы —
нейтроны. Их общее название — нуклоны.

Число
нуклонов называется массовым числом
атомов, его обозначают символом А:

А=Z+N

где
Z- число протонов, а N- число нейтронов.

Массовое
число приблизительно равно массе атома,
так как масса электронов незначительна,
и ею можно пренебречь. Порядковый номер
элемента в таблице Менделеева соответствует
числу протонов в ядре (Z), т.е. он
соответствует заряду ядра, следовательно
разность между массовым числом (А) и
его порядковым номером является числом
нейтронов (N).

N=A-Z

Для
одного и того же элемента атом всегда
содержит определённое число протонов,
а число нейтронов является различным.
Значит один и тот же элемент может иметь
разные массовые числа. Атомы, имеющие
одинаковое число протонов (Z), но разное
число нейтронов (N), называются изотопами.

Массовые
числа элементов, указываемые в
периодической таблице, яв-ляются средней
арифметической величиной масс всех
изотопов элементов и поэтому часто
имеют дробные значения.

Ядро
атома не участвует в химических реакциях.
Химические свойства элементов определяются
только числом электронов и строением
их элект-ронной оболочки.

Современная
теория строения атома базируется на
законах квантовой механики, одним из
важнейших положений которой является
представле-ние о двойственной природе
быстро движущихся микрообъектов ,
которые проявляют себя и как частицы,
и как волны. Впервые дуализм свойств
мик-рочастиц был установлен в 1905 году
Энштейном для квантов света, в 1924 году
Луи де Бройль распространил эти
представления на все микрочастицы, в
том числе и на электроны. Математическое
выражение уравнения Луи де Бройль имеет
вид :

υ
=
h / mv

Двойственная
природа электрона приводит к тому, что
его движение не может быть описано
определенной траекторией, траектория
размывается, возникает « полоса
неопределенности» в которой находится
электрон, чем точнее мы будем стараться
определить его местонахождения, тем
меньше узнаем о скорости его движения.
Второй закон квантово-волновой теории
формулируется следующим образом :
Невозможно одновременно с любой заданной
точностью определить координаты
электрона и его скорость.

Одной
из основных характеристик движущегося
электрона является волновая функция

(пси). Сама волновая функция физического
смысла не имеет, а 
2
показывает вероятность нахождения
электрона в данной точке пространства.
Более точным является выражение 
2
dv
-это веро-ятность нахождения электрона
в элементарном объеме dv
, она оценивается уравнением Шреденгера
:

Н
= Е
,

где
Н – оператор Гамельтона, указывающий
на последовательность операций с .

Данное
уравнение имеет несколько решений, т.е.

квантуется, однако волновая функция
должна удовлетворять ряду условий : она
должна быть однозначной, конечной,
непрерывной и нормируемой.

В
качестве модели состояния электрона в
атоме в квантовой механике принято
представление об электронном облаке.
Пространство вокруг ядра, пребывание
электрона в котором составляет 80 %
называется атомной орби-талью. Волновая
функция, являющаяся решением уравнения
Шреденгера есть атомная орбиталь.

Волновая
функция 
всегда
содержит безразмерные параметры,
кото-рые могут принимать ряд целочисленных
значений. Эти величины называ-ются
квантовыми числами.

n
— главное квантовое число, характеризует
запас энергии на энергетическом уровне
и размеры атомной орбитали. Изменяется
от 1 до 7, в электронных формулах
обозначается арабскими цифрами;

l
– орбитальное квантовое число,
характеризует запас энергии на подуровне
и форму атомной орбитали. Изменяется
от 0 до (n
– 1), принимает n
значений, в электронных формулах
обозначается латинскими буквами s-
( l
= 0) , p-
( l
=1 ),d-
(l
= 2 ) , f ( l
= 3 ).

Электроны
s-подуровня имеют орбиталь в виде полного
шара, р-подуровня в виде объемной
восьмерки, а d-подуровня имеют две формы
орбиталей: веретена и розетки, у
f-электронов орбитали имеют более
сложную форму.

m
– магнитное квантовое число, показывает
число ориентаций атомных орбиталей в
пространстве. Изменяется от –l
до + l
через 0, принимает

(2l
+ 1) значений. Так шарообразная s-орбиталь
может иметь только одну ориентацию, а
р — три ориентации , d
–пять , f
– семь.

Отсюда
следует, что s
— подуровень состоит из одной орбитали,
р-подуровень – из трех орбиталей , d
– из пяти орбиталей, f
– подуровень из семи орбиталей.

s
– спиновое квантовое число показывает
направление вращения электрона вокруг
своей оси, принимает два значения, равные
+ 1/ 2.

СТРОЕНИЕ
ЭЛЕКТРОННЫХ ОБОЛОЧЕК АТОМОВ

Состояние
электрона в многоэлектронных атомах
всегда отвечает закону, сформулированному
Паули : в атоме не может быть даже двух
электронов, обладающих одинаковым
набором всех четырех квантовых чисел.
Это говорит о том, что на атомной орбитале
может находится не более двух электронов.

Электронная
оболочка имеет упорядоченное строение.
Она состоит из электронных уровней
(слоев), число которых равно номеру
периода. В соответствии с
принципом Паули максимальное число
электронов на энергетическом уровне
равно 2n2.

Каждый
уровень, кроме первого, делится на
подуровни. Число подуровней равно номеру
уровня, максимальное число электронов
на подуровне-2( 2l
+1).

Чем
выше расположен уровень, тем больше
энергия его электронов.

Наименьшей
энергией обладают электроны первого
уровня а наибольшей -внешнего уровня.
Наиболее устойчиво состояние атома, в
котором электроны имеют наименьшую
энергию.

Заполнение
электронной оболочки происходит в
соответствии с тремя правилами:

1.
Заполнение электронной оболочки
происходит в порядке возрастания энергии
уровней (принцип наименьших энергий) .

2.
Заполнение подуровней происходит в
соответствии с правилом Клечковского
:


электроны заполняют тот подуровень для
которого сумма значений главного и
орбитального квантовых числе наименьшая;


если сумма значений главного и орбитального
квантовых чисел одинакова, то электроны
заполняют тот подуровень для которого
меньше значение главного квантового
числа.

Отсюда
следует следующий порядок заполнения
уровней и подуровней : 1s
2s
2p
3s
3p
4s
3d
4p
5s
4d
5p
6s
4f
5d
6p
7s
5f
6d
7p

3.
Порядок заполнения атомных орбиталей
происходит в соответствии с правилом
Хунда : электроны заполняют атомные
орбитали таким образом чтобы спин был
максимальным.

Например:

+15
Р
1s2
2s2
2p63s2
3p
3

+25
Mn
1s2
2s2
2p6
3s2
3p33d5
4
s2

Приведённые
формулы называются полными электронными
формулами элемента. В зависимости от
того электроны какого подуровня
заполняются у данного элемента, они
делятся на s-,p-,d
,
f
элементы.

К
s-элементам относятся элементы главных
подгрупп первой и второй групп, р-элементы
— это элементы главных подгрупп всех
остальных групп. К d-элементам
относятся элементы побочных подгрупп,
а к f-элементам — лантаноиды и актиноиды.

Обычно
используют сокращённые электронные
формулы, содержащие только электроны
валентного уровня, число которых равно
номеру группы. ( для элементов
главных подгрупп валентными являются
электроны последнего энергетического
уровня, для элементов побочных подгрупп
последнего s
и предпоследнего d).

Эти
формулы используют для определения
валентных возможностей атома. Их легко
составить, зная период и группу атома.
Например, бром-это элемент четвертого
периода седьмой группы главной подгруппы,
поэтому его сокращенная электронная
формула: +35Вr…4s2
4p5
; ванадий элемент четвертого периода
пятой группы побочной подгрупп : +23V
…3
d3
4
s2

2.
Электронно-графические формулы

Эти
схемы используют для определения
валентных возможностей

атома.
Уровни и подуровни должны располагаться
в соответствии с их энергией: чем выше
подуровень, тем выше его располагают.
Орбитали изоб-ражают квадратиком или
черточкой .

Например:
Е 3d

17Cl…3s2
3p5

3p

3s

studfiles.net

Структура и принципы строения атома

Как известно, все материальное во Вселенной состоит из атомов. Атом – это мельчайшая единица материи, которая несет в себе ее свойства. В свою очередь, структура атома складывается из волшебного триединства микрочастиц: протонов, нейтронов и электронов.

При этом каждая из микрочастиц универсальна. То есть, не найти на свете двух разных протонов, нейтронов или электронов. Все они абсолютно друг на друга похожи. И свойства атома будут зависеть только от количественного состава этих микрочастиц в общем строении атома.

Например, структура атома водорода состоит из одного протона и одного электрона. Следующий по сложности, атом гелия состоит из двух протонов, двух нейтронов и двух электронов. Атом лития — из трех протонов, четырех нейтронов и трех электронов и т. д.

Структура атомов (слева направо): водорода, гелия, лития

Атомы соединяются в молекулы, а молекулы — в вещества, минералы и организмы. Молекула ДНК, являющаяся основой всего живого – структура, собранная из тех же трех волшебных кирпичиков мироздания, что и камень, лежащий на дороге. Хотя эта структура и намного более сложная.

Еще более удивительные факты открываются тогда, когда мы пытаемся поближе рассмотреть пропорции и строение атомной системы. Известно, что атом состоит из ядра и электронов, двигающихся вокруг него по траектории, описывающей сферу. То есть это даже нельзя назвать движением в обычном понимании этого слова. Электрон скорее находится везде и сразу в пределах этой сферы, создавая вокруг ядра электронное облако и формируя электромагнитное поле.

Схематические изображения строения атома

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, и в нем сосредоточена почти вся масса системы. Но при этом, само ядро настолько мало, что если увеличить его радиус до масштаба в 1 см, то радиус всей структуры атома достигнет сотни метров. Таким образом, все, что мы воспринимаем как плотную материю, более чем на 99% состоит из одних только энергетических связей между физическими частицами и менее чем 1% — из самих физических форм.

Но что представляют собой эти физические формы? Из чего они состоят, и насколько они материальны? Чтобы ответить на эти вопросы, давайте подробнее рассмотрим структуры протонов, нейтронов и электронов. Итак, мы спускаемся еще на одну ступеньку в глубины микромира – на уровень субатомных частиц.

Из чего состоит электрон

Самая маленькая частица атома – электрон. Электрон обладает массой, но при этом не обладает объемом. В научном представлении электрон не из чего не состоит, а представляет собой бесструктурную точку.

Под микроскопом электрон невозможно увидеть. Он наблюдаем только в виде электронного облака, которое выглядит как размытая сфера вокруг атомного ядра. При этом с точностью, где находится электрон в момент времени, невозможно сказать. Приборы же способны запечатлеть не саму частицу, а только лишь ее энергетический след. Суть электрона не вкладывается в представления о материи. Он скорее подобен некой пустой форме, существующей только в движении и за счет движения.

Атом водорода под микроскопом. В центре ядро, состоящее из одного протона и электронное облако вокруг.

Никакой структуры в электроне до сих пор не было обнаружено. Он является такой же точечной частицей, как и квант энергии. Фактически, электрон — и есть энергия, однако, это более устойчивая ее форма, нежели та, которая представлена фотонами света.

В настоящий момент электрон считают неделимым. Это понятно, ведь невозможно разделить то, что не имеет объема. Однако в теории уже есть наработки, согласно которым в составе электрона лежит триединство таких квазичастиц как:

  • Орбитон – содержит информацию об орбитальном положении электрона;
  • Спинон – ответственен за спин или вращательный момент;
  • Холон – несет информацию о заряде электрона.

Впрочем, как видим, квазичастицы с материей уже не имеют абсолютно ничего общего, и несут в себе одну только информацию.

Фотографии атомов разных веществ в электронный микроскоп

Интересно, что электрон может поглощать кванты энергии, например, света или тепла. В этом случае атом переходит на новый энергетический уровень, а границы электронного облака расширяются. Бывает и такое, что энергия, поглощаемая электроном настолько велика, что он может выскочить из системы атома, и далее продолжить свое движение как независимая частица. При этом он ведет себя подобно фотону света, то есть, он будто бы перестает быть частицей и начинает проявлять свойства волны. Это было доказано в эксперименте.

Эксперимент Юнга

В ходе эксперимента на экран с двумя прорезанными в нем щелями был направлен поток электронов. Проходя через эти прорези, электроны сталкивались с поверхностью еще одного – проекционного – экрана, оставляя на нем свой след. В результате такой «бомбардировки» электронами на проекционном экране появлялась интерференционная картина, подобная той, которая появилась бы, если бы через две прорези проходили бы волны, но не частицы.

Такой рисунок возникает из-за того, что волна, проходя между двух щелей, делится на две волны. В результате дальнейшего движения волны накладываются друг на друга, и на некоторых участках происходит их взаимное гашение. В результате мы получаем много полос на проекционном экране, вместо одной, как это было бы, если бы электрон вел себя как частица.

Интерференционная картина

Структура ядра атома: протоны и нейтроны

Протоны и нейтроны составляют ядро атома. И притом, что в общем объеме ядро занимает менее 1%, именно в этой структуре сосредоточена почти вся масса системы. А вот на счет структуры протонов и нейтронов физики разделились во мнениях, и на данный момент существует сразу две теории.

  • Теория №1 — Стандартная

Стандартная модель говорит о том, что протоны и нейтроны состоят из трех кварков, соединенных между собой облаком глюонов. Кварки являются точечными частицами, так же, как кванты и электроны. А глюоны – это виртуальные частицы, обеспечивающие взаимодействие кварков. Однако в природе так и не было найдено ни кварков, ни глюонов, потому эта модель поддается жестокой критике.

  • Теория №2 — Альтернативная

А вот по альтернативной теории единого поля, разработанной Эйнштейном, протон, как и нейтрон, как и любой другая частица физического мира, представляет собой вращающееся со скоростью света электромагнитное поле.

Электромагнитные поля человека и планеты

Каковы же принципы строения атома?

Все в мире – тонкое и плотное, жидкое, твердое и газообразное – это лишь энергетические состояния бесчисленных полей, пронизывающих пространство Вселенной. Чем выше уровень энергии в поле, тем оно тоньше и неуловимей. Чем ниже энергетический уровень, тем оно более устойчивое и ощутимое. В структуре атома, как и в структуре любой другой единицы Вселенной, лежит взаимодействие таких полей – разных по энергетической плотности. Выходит, основа всего – энергия, а материя – только иллюзия ума.

Понравилась статья? Поддержите автора!

Структура и принципы строения атома

5 (100%) 3 votes

taynoe.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о