Периодическая система химических элементов
и учение о строении атома

Ключевые слова конспекта по химии для 11 класса: Физический смысл порядкового номера элемента, периода, группы. Валентные электроны. Электронная конфигурация атомов. Закономерности изменения свойств элементов в периодах и группах. Электронные семейства химических элементов.

Читайте также конспект для 8 класса «Периодическая система химических элементов»



Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева — это графическое выражение периодического закона. Вы уже знаете, что наиболее известны короткопериодный и длиннопериодный варианты периодической системы химических элементов.

Символика, принятая в периодической системе любой формы, несёт в себе значительную информацию. Напомним:

  • заряд атомного ядра каждого химического элемента, который определяется числом протонов в нём, строго соответствует порядковому номеру элемента;
  • число нейтронов определяется по разности между массовым числом изотопа и порядковым номером элемента;
  • число электронов, составляющих электронную оболочку вокруг атомного ядра, также соответствует порядковому номеру элемента;
  • электроны, близкие по запасу энергии, на электронной оболочке образуют слои — энергетические уровни, число которых соответствует номеру периода;
  • число электронов во внешнем слое соответствует номеру А–группы.

В образовании химических связей принимают участие электроны внешнего и предвнешнего электронных слоёв. Такие электроны называются валентными.

Особенности строения атомов химических элементов объясняют изменение их свойств и свойств образованных ими веществ в периодах и группах.

По горизонтали, т. е. в периодах, с ростом порядкового номера элементов усиливаются неметаллические свойства и ослабевают металлические. Это обусловлено следующими факторами:

  • число электронных слоёв (энергетических уровней) в пределах одного периода не изменяется;
  • возрастает число электронов на внешнем слое;
  • радиус атомов уменьшается.

Изменения металлических и неметаллических свойств элементов в больших периодах (4—6) происходят медленнее. Это связано с тем, что у атомов элементов Б–групп первые два электрона поступают на внешний энергетический уровень, затем строится предвнешний уровень (с 8 до 18 электронов), и лишь потом снова достраивается внешний уровень до 8 электронов в соответствии с номером группы.

Свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от строения внешних и предвнешних электронных слоёв их атомов.

По вертикали, т. е. в группах, с ростом порядкового номера элементов усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические. Это обусловлено следующими факторами:

  • возрастает число электронных слоёв (энергетических уровней), а следовательно, возрастает и радиус атомов;
  • число электронов на внешнем слое атома не изменяется.

Частицы микромира, в том числе электроны, обладают двойственной природой, т. е. проявляют одновременно свойства частицы (например, обладают массой) и волны (например, характеризуются длиной волны).

Благодаря этому электрон в атоме может находиться в любой части пространства. Он не имеет траектории движения и можно говорить лишь о вероятности его нахождения в том или ином месте вокруг ядра. Поэтому положение электрона в пространстве отражает принятая в науке модель, называемая электронным облаком, или орбиталью.

Пространство вокруг атомного ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называется орбиталью, или электронным облаком.

Существует несколько типов электронных орбиталей, отличающихся друг от друга по форме. Их обозначают буквами английского алфавита: s, р, d и т. д.

s-Орбиталь имеет сферическую форму. В центре сферы вероятность встретить электрон равна нулю: там находится крошечное ядро атома.

р-Орбиталь напоминает объёмную восьмерку или гантель.

Более сложную форму имеют орбитали dтипа. Большинство из них представляют собой две объёмные восьмёрки со взаимно перпендикулярными осями.

Ещё раз подчеркнём, что электроны, обладающие близкими значениями энергии, образуют единый электронный слой (энергетический уровень).

Каждый энергетический уровень атома имеет строго определённый набор орбиталей:

  • 1-й уровень — одна s-орбиталь;
  • 2-й уровень — одна s-орбиталь и три р-орбитали;
  • 3-й уровень — одна s-орбиталь, три р-орбитали и пять d-орбиталей;
  • 4-й уровень — одна s-орбиталь, три р-орбитали, пять d-орбиталей и др.

На каждой орбитали может находиться один электрон (тогда его называют неспаренным электроном) или два электрона (электронная пара или спаренные электроны); кроме того, орбиталь может быть пустой (свободной, или вакантной).

Нетрудно посчитать, что на первом энергетическом уровне может располагаться только два электрона (1 орбиталь • 2 электрона), на втором — восемь электронов (4 орбитали • 2 электрона), на третьем — восемнадцать (9 орбиталей • 2 электрона).

Заполнение электронами уровней и орбиталей происходит согласно принципу наименьшей энергии: сначала заполняется ближайший к ядру первый электронный слой, затем — второй и т. д.

Аналогично происходит и заполнение орбиталей в пределах одного уровня: s-орбиталь выгоднее для электрона, чем р-орбиталь, р-орбиталь предпочтительнее d-орбитали.

Орбитали одного типа (например, р- или d-), расположенные на одном уровне, сначала принимают по одному электрону, затем происходит спаривание электронов.

Например, на втором энергетическом уровне первой заполняется s-орбиталь (её так и обозначают — 2s), потом электроны занимают три р-орбитали (аналогично их обозначают 2р) сначала по одному, и лишь затем происходит заполнение орбиталей вторыми электронами.

Таким образом составляются электронные конфигурации атомов химических элементов. Это условная формула, которая показывает распределение электронов по энергетическим уровням и орбиталям.

У атома водорода 1H (слева внизу указывается порядковый номер элемента, который совпадает с числом электронов в атоме) единственный электрон расположен на единственной s-орбитали единственного энергетического уровня. Электронная конфигурация атома водорода 1s1. Надстрочным индексом обозначают число электронов на орбиталях данного типа. Так как у атома гелия 2Не два электрона, его электронная конфигурация — 1s2. Первый энергетический уровень заполнен.

Три электрона имеет атом лития 3Li. Его электронная оболочка состоит уже из двух электронных слоёв. Третий электрон за неимением свободного места на первом энергетическом уровне поступает на второй. Из четырёх имеющихся там орбиталей (одной s- и трёх р-) он «выбирает» энергетически более выгодную s-орбиталь 1s22s1.

Ниже приведены электронные конфигурации атомов элементов от бериллия до неона. Внимательно проследите, как от элемента к элементу происходит заполнение электронами внешнего (валентного) энергетического уровня.

  • 4Ве                  1s22s2
  • 5В                     1s22s22p1
  • 6С                     1s22s22p2
  • 7N                    1s22s22p3
  • 8О                    1s22s22p4
  • 9F                     1s22s22p5
  • 10Ne                1s22s22p6

В зависимости от того, на какую орбиталь поступает последний электрон в атоме химического элемента, все элементы принято делить на четыре электронные семейства:

s-элементы — гелий и элементы I и IIА-групп;

p-элементы — элементы III—VIIIA-групп;

d-элементы — элементы I—VIIIБ-групп, т. е. элементы, расположенные между s- и p-элементами. Их также называют переходными элементами;

fэлементы — лантаноиды (57—71) и актиноиды (89—103).

Рассмотрим, как формируется электронная конфигурация железа — элемента № 26 VIIIБ–группы IV периода. Ядро его атома имеет заряд +26, на электронной оболочке находится 26 электронов: на первом уровне — 2 электрона (на 1s-орбитали), на втором уровне — 8 электронов (2 на 2s-орбитали и 6 на 2р-орбиталях), на внешнем, четвёртом — 2 s-электрона, как у элемента побочной подгруппы, и остальные 14 электронов — на третьем уровне (2 на 3s-орбитали, 6 на 3р-орбиталях и оставшиеся 6 — на 3d-орбиталях). Отсюда и электронная конфигурация:


 

Периодическая система химических элементов


Конспект урока по химии «Периодическая система химических элементов и учение о строении атома «. В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 11 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

Добавить комментарий

На сайте используется ручная модерация. Срок проверки комментариев: от 1 часа до 3 дней