Химия · 11 класс · Химия ФГОС (Габриелян) · урок 1 · только теория
Химический элемент. Атом. Электронная конфигурация атомов
Атом — электронейтральная микрочастица, состоящая из ядра и электронов; химический элемент определяется зарядом ядра (числом протонов). Электронная конфигурация описывается квантовыми числами и заполнением орбиталей по принципу наименьшей энергии.
Чему учимся понимать
Научиться определять состав атома (число протонов, нейтронов, электронов) и записывать электронные формулы и схемы для элементов.
Зачем это нужно
Понимание структуры атома и распределения электронов позволяет предсказывать химические свойства элементов и их способность образовывать связи.
Опорные понятия
Главные тезисы
- Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра (числом протонов).
- Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.
- Состояние электрона описывается четырьмя квантовыми числами: главным, орбитальным, магнитным и спиновым.
- Электроны заполняют орбитали в порядке возрастания энергии согласно правилу Клечковского.
- На одной орбитали могут находиться не более двух электронов с противоположными спинами (принцип Паули).
- В пределах подуровня электроны располагаются так, чтобы суммарный спин был максимальным (правило Хунда).
- Некоторые элементы (например, хром и медь) имеют «провал» электрона для достижения повышенной устойчивости конфигурации.
Определения
- Химический элемент
- Вид атомов с одинаковым зарядом ядра (одинаковым числом протонов Z).
- Нуклид
- Конкретный вид атома, характеризующийся определёнными значениями заряда ядра Z и массового числа A.
- Изотопы
- Нуклиды одного и того же элемента (одинаковый Z), различающиеся числом нейтронов (разные A).
- Орбиталь
- Область пространства, где вероятность нахождения электрона максимальна (≈ 90 %).
- Валентные электроны
- Электроны, способные участвовать в образовании химических связей; это электроны внешнего уровня, а у d-элементов — ещё и электроны предвнешнего d-подуровня.
Ключевые факты и правила
- В нейтральном атоме число протонов равно числу электронов: Z = число электронов.
- Массовое число A = Z + N, где N — число нейтронов; число нейтронов N = A − Z.
- Максимальное число электронов на уровне с номером n равно 2n².
- На s-подуровне (l=0) 1 орбиталь и максимум 2 электрона; на p-подуровне (l=1) 3 орбитали и максимум 6 электронов.
- Порядок заполнения: 4s заполняется раньше 3d, так как сумма (n+l) для 4s (4+0=4) меньше, чем для 3d (3+2=5).
Теория
Определить заряд ядра Z (порядковый номер элемента) и массовое число A.
Вычислить число протонов (Z), электронов (Z) и нейтронов (A-Z).
Записать последовательность заполнения подуровней по правилу Клечковского (1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d...).
Распределить электроны по орбиталям, соблюдая принцип Паули (максимум 2 электрона на орбиталь) и правило Хунда (максимальный спин).
Проверить наличие «провала» электрона для элементов с частичным заполнением d-подуровня (например, Cr, Cu).
Примеры
- Пример 1случай
- Азот (Z=7): электронная формула 1s²2s²2p³
- По правилу Хунда в подуровне 2p три неспаренных электрона (↑ ↑ ↑), так как спины параллельны
Интересно знать
- У хрома электрон с 4s-подуровня «проваливается» на 3d, чтобы конфигурация стала ...3d⁵4s¹.
- У меди электрон с 4s-подуровня «проваливается» на 3d, чтобы конфигурация стала ...3d¹⁰4s¹.
- Изотопы водорода: протий (¹H), дейтерий (²H) и тритий (³H) имеют одинаковый заряд ядра, но разное число нейтронов.
Связанные темы
- Периодический закон и периодическая система химических элементов
- Химическая связь
- Окислительно-восстановительные реакции