Тема 3. Строение электронных оболочек атомов.

Тема. Строение электронных оболочек атомов

Цель
ehjr
Сформировать представления учащихся о строении электронной оболочки атома на примере химических элементов 1–3 периодов периодической системы. Закрепить понятия “периодический закон” и “периодическая система”.

Основные термины: 

Ядро атома – центральная часть атома, которая состоит из нуклонов, которая характеризируется тремя параметрами: массовым числом, зарядом ядра, и N числом нейтронов в ядре. 
Заряд ядра – это число, которое пишется в нижней левой части от символа элемента, равное числу протонов. 
Теория Бора – состоит в том, что электрон имеет свойства вращаться вокруг ядра по периметру атомных орбиталей.
Теория Бор и квантовая теория строения атома. 
                         Давайте выясним, как движутся электроны вокруг ядра? Беспорядочно или в определенном порядке? Исследования Нильса Бора – основоположника современной атомной физики, а также ряда других ученых позволили сделать вывод: электроны в атомах располагаются определенными слоями – оболочками и в определенном порядке.
       Максимальное число электронов, которое может находиться на том или ином энергетическом уровне, определяется по формуле:
N = 2n2
Где N – максимальное число электронов на уровне;
n – номер энергетического уровня.
Установлено, что на первой оболочке располагается не более двух электронов, на второй – не более восьми, на третьей – не более 18, на четвертой – не более 32.  Известно, что на внешнем энергетическом уровне может находиться не более восьми электронов, его называют завершенным. Электронные слои, не содержащие максимального числа электронов, называют незавершенными.
Заселение атомных орбиталей электронами определяется правилом минимума энергии, принципом Паули и правилом Хунда.
Электроны заселяют атомные орбитали, начиная с подуровня с меньшей энергией.   Последовательность в нарастании энергии подуровней акова: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s ≤ 3d < 4p < 5s и так далее …
Согласно расчетам, электрон  движется не по какой-то определенной траектории, а может находиться в любой части околоядерного пространства - т.е. можно говорить лишь о вероятности (возможности) его нахождения на определенном расстоянии от ядра.
Электроны в атоме занимают самые энергетически выгодные атомные орбитали (орбитали с минимальной энергией), образуя электронные облака определенной формы.
Электронные облака - орбитали
s-орбиталь Единственный электрон атома водорода образует вокруг ядра сферическую орбиталь - шарообразное электронное облако, вроде неплотно намотанного клубка пушистой шерсти или ватного шарика.
Сферическую атомную орбиталь ученые договорились называть s-орбиталью. Она самая устойчивая и располагается довольно близко к ядру.
    Чем больше энергия электрона в атоме, тем быстрее он вращается, тем сильнее вытягивается область его пребывания и наконец превращается в гантелеобразную p-орбиталь:
p-орбитальЭлектронное облако такой формы может занимать в атоме три положения вдоль осей координат пространства x, y и z. Это легко объяснимо: ведь все электроны заряжены отрицательно, поэтому электронные облака взаимно отталкиваются и стремятся разместиться как можно дальше друг от друга. три p-орбитали
 
Все вместе три электронных облака, которые называют px-, py- или pz-орбиталями, образуют симметричную геометрическую фигуру, в центре которой находится атомное ядро. Она похожа на шестиконечный помпончик или на тройной бант - кому как нравится.  Итак, p-орбиталей может быть три. Энергия их, конечно, одинакова, а расположение в пространстве - разное.
d-орбитали
Кроме s- и p-орбиталей, существуют электронные орбитали еще более сложной формы; их обозначают буквами d и f. Попадающие сюда электроны приобретают еще больший запас энергии, двигаются по сложным путям, и в итоге получаются сложные и красивые объемные геометрические фигуры.
Все d-орбитали (а их может быть уже пять) одинаковы по энергии, но по-разному расположены в пространстве. Да и по форме, напоминающей перевязанную лентами подушечку, одинаковы только четыре. А пятая - вроде гантели, продетой в бублик.
Для изображения электронной конфигурации атома нужно распределить его электроны по подуровням так, чтобы каждой атомной орбитали соответствовала одна квантовая ячейка, и в соответствии с тремя указанными правилами заселения.
энергетическая диаграмма атомных уровней и подуровней в многоэлектронном атоме
Электронные конфигурации атомов
Электронные конфигурации атомов записываются в виде полных и сокращенных электронных формул:
1H 1s1
2He 1s2
3Li 1s22s1  =  [2He] 2s1
4Be 1s22s2  =  [2He] 2s2
5B 1s2 2s2 2p1  =   [2He] 2s2 2p1
6C 1s2 2s2 2p2  =  [2He] 2s2 2p2
7N 1s2 2s2 2p3  =  [2He] 2s2 2p3
8O 1s2 2s2 2p4  =  [2He] 2s2 2p4
9F 1s2 2s2 2p5  =  [2He] 2s2 2p5
10Ne 1s2 2s2 2p6  =  [2He] 2s2 2p6
В атомах остальных элементов внешние s- и p- подуровни - незавершенные, например у хлора: 17Cl  =  [10Ne] 3s2 3p5. Незавершенные подуровни и электроны на них называются также валентными, поскольку именно они могут участвовать в образовании химических связей между атомами. 
Выводы урока 
                                1. Свойства химических элементов, расположенных в порядке возрастания заряда ядра, периодически повторяются, так как периодически повторяется строение внешних энергетических уровней атомов элементов. 
                               2. Плавное изменение свойств химических элементов в пределах одного периода можно объяснить постепенным увеличением числа электронов на внешнем энергетическом уровне. 
                              3. Причина сходства свойств химических элементов, принадлежащих к одному семейству, заключается в одинаковом строении внешних энергетических уровней их атомов.
Домашнее задание 
1) Изобразите строение атомов следующих элементов: а) натрия; б) кремния
2. Сравните строение атомов азота и фосфора.
3) Нарисуйте схемы строения электронных оболочек атомов: бора, хлора, лития, алюминия. 
Интересно знать что ... 
В 1896 г. французский ученый Антуан Анри Беккерель обнаружил, что элемент уран U излучает лучи, подобные рентгеновским. Ученые Мари Склодовская- Кюри и Пьер Кюри установили, что такие же лучи, но гораздо интенсивнее излучают элементы радий (Ra) и полоний  (Po). Эти элементы и некоторые другие были названы радиоактивными, а само явление – радиоактивностью.
 
 
 
 
 
 
 

 

Последнее изменение: Среда, 24 Февраль 2016, 12:33