Конспект лекций по химии на тему "Строение электронных оболочек атомов элементов малых периодов"

Лекция 4. Строение электронных оболочек атомов элементов малых периодов. 1.Понятие об орбиталях s,p,d, f­ орбитали. 2.Электронные конфигурации атомов химических элементов 3.Современная формулировка периодического закона Д.И.Менделеева. Значение  периодического закона и периодической системы Д.И.Менделеева для развития науки. 1.Понятие об орбиталях s,p,d­ орбитали. Атом состоит из ядра и электронной оболочки. Электронная оболочка атома – это совокупность   всех   электронов   в   данном   атоме.  От   строения   электронной   оболочки атома напрямую зависят химические свойства данного химического элемента. Согласно квантовой   теории   каждый   электрон   в   атоме   занимает   определенную   орбиталь   и образует электронное   облако,   которое   является   совокупностью   различных   положений быстро движущегося электрона. Область пространства вокруг ядра, где наиболее вероятно нахождение электрона,  называется атомной орбиталью.  На основании экспериментальных работ в 1911 г. Э. Резерфорд высказал гипотезу о  планетарном строении атома. Согласно этой гипотезе атом представляет собой систему  из очень малого по размерам (10­13—10­12 см) ядра, вокруг которого по круговым орбитам  двигаются электроны. Число электронов такое, что они своим отрицательным зарядом  нейтрализуют положительный заряд ядра. На смену теории Э.Резерфорда пришла теория Н. Бора. В 1913 г. датский ученый Н.Бор на основе квантовой теории излучения М. Планка развил  квантовую теорию строения атома. Исходя из квантовой теории Н.Бор теоретически обосновал модель самого простого из  всех атомов — атома водорода. В основу своей теории Н. Бор положил следующий  постулат: электрон может двигаться вокруг ядра атома не по любым орбитам, а только по  вполне определенным — дозволенным. Схемы атомов по Бору имеют следующий вид: Обозначая орбиту дугой, а число электронов цифрами, схемы атомов по Косселю можно изобразить так: При движении электронов по дозволенным орбитам атом не излучает энергию. Излучение и поглощение энергии происходит при переходе электрона с одной орбиты на другую. Когда электрон движется по первой орбите, прочность его связи с ядром максимальная, а запас энергии   минимальный;   такое   состояние   атома   называют  нормальным.  Если   подвести энергию к атому, то электрон переместится на одну из более удаленных орбит; при этом прочность связи его с ядром уменьшится, а запас энергии атома увеличится; такое со­ стояние атома называют возбужденным. В возбужденном состоянии атом находится лишь миллионные доли секунды, после чего электрон снова возвращается на исходную орбиту. Переход электрона с удаленной орбиты на более близкую сопровождается выделением кванта лучистой энергии. Для   характеристики   орбиты   Н.   Бор   ввел  квантовое   число,  впоследствии   получившее название  главного   квантового   числа   п.  Число   орбит   элемента   определяется   номером периода. Так как периодов семь, то различают 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7­й уровни энергии, которые называют также квантовыми слоями и обозначают соответственно  К,  L,  M,  N, О, Р,  Q. Общее число электронов в квантовом слое (энергетическом уровне) соответствует 2и2, где п — номер слоя. Атомная орбиталь может обладать различной формой, размером и ориентацией. Также атомную орбиталь называют электронным облаком.  Электронное облако может иметь разную геометрическую форму.   Орбитали первого типа — s­oрбитали. В каждом атоме существует не более двух  электронов, облака которых одинаковы. Орбитали второго типа — р­орбитали являются вытянутыми. Область нахождения  электрона — то по одну, то по другую сторону от ядра. Орбитали третьего типа — d­ орбитали имеют более сложную форму — они представляют собой как бы две  скрещенные гантели, а f­орбитали образуют еще более сложные облака (орбитали  четвертого типа): Состояние электрона при различных значениях / называют энергетическими подуровнями  электрона в атоме и обозначают буквами s, p, d, f. Максимальное число электронов,  размещающихся на каждом подуровне, равно: Распределение электронов в атомах по энергетическим уровням и подуровням изображают в виде так называемых электронных формул (электронных конфигураций). Электронная  формула (конфигурация) атома натрия, занимающего 11­е место в Периодической системе, имеет вид: 2.Электронные конфигурации атомов химических элементов Графически одну атомную орбиталь принято обозначать в виде квадратной ячейки:  Электронная конфигурация атома ­ это распределение электронов по орбиталям. Электронная конфигурация помогает быстро и с легкостью сказать читателю, сколько  электронных орбиталей есть у атома, а также определить количество электронов,  находящихся на каждой орбитали. Каждая ячейка может вместить одну электронную пару, максимальное число ячеек для s­ под­ уровня составляет 1, для р — 3, для d — 5, для f— 7. Например, структура  электронной оболочки атома алюминия будет иметь следующий вид: 3.Современная   формулировка   периодического   закона   Д.И.Менделеева.   Значение периодического закона и периодической системы Д.И.Менделеева для развития науки. Элементы в Периодической системе Д.И.Менделеева расположены строго последовательно в порядке возрастания заряда ядер их атомов. Положительный заряд атомного ядра, а следовательно, и число электронов, движущихся вокруг ядра, возрастают от элемента к элементу   на   единицу.   Эти   количественные   изменения   обусловливают   качественные изменения, повторение свойств в новом периоде происходит на более высоком уровне. Поэтому Периодический закон Д.И.Менделеева в настоящее время формулируется так: Свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер. «Периодическая система позволила Д. И. Менделееву предсказать новые элементы и их свойства, исправить атомные веса и формулы химических соединений» (Я. К. Сыркин). «Периодический закон, вскрывший глубочайшие принципы строения вещества, позволяет систематизировать все многообразие физико­химических свойств отдельных элементов и их соединений» (Г.Н.Флеров). С открытием Периодического закона появилась возможность предсказывать и описывать новые элементы и их соединения. На основе этого закона Д. И. Менделеевым были исправлены атомные массы многих элементов, заполнены все «пустые клетки»  до  92­го элемента,  а  также  открыты   трансурановые   элементы. Периодический закон оказал влияние на развитие различных областей химии.  Контрольные вопросы: 1. Орбиталь­ это…? 2. Какие виды орбиталей вы знаете? 3. Электронная конфигурация атома – это…? 4. Как графически распределяются электроны в орбиталях?