Электронная структура атома

Электронная структура атома

Вспоминая детство …

атом

молекулярное

ВЕЩЕСТВО

немолекулярное

О, сколько нам открытий чудных Готовят просвещенья дух, И опыт, сын ошибок трудных, И гений, парадоксов друг, И случай, бог изобретатель.

1879: Уильям Крукс открыл катодные лучи – поток быстролетящих отрицательно заряженных частиц. А в 1891 Стонэй предложил назвать их электронами.

1895: Уильям Конрад Рентген обнаружил новый вид излучения, обладающего большой проникающей способностью, и назвал их Х-лучами.

1896: Анри Беккерель открыл явление естественной радиоактивности – самопроизвольного распада ядер атомов тяжелых элементов.

1898: Мария и Пьер Кюри, изучая явление радиоактивности, открыли новый радиоактивный элемент – полоний.

Главный итог открытий:

осознание того, что атом не является мельчайшей частицей вещества, он имеет сложное строение

За этим последовало:

• Опыт резерфорда (планетарная модель строения атома)
• Гипотеза бора и зоммерфельда

Мал, да удал …

атом

- мельчайшая электронейтральная, химически неделимая частица

ПРОТОНЫ

p +

электроны

e -

нейтроны

n 0

Мал, да удал …

атом

- мельчайшая электронейтральная, химически неделимая частица

определяют химические свойства

ПРОТОНЫ

p +

электроны

e -

определяют заряд ядра

определяют изотопное разнообразие

нейтроны

n 0

Elementum …

Химический элемент  — это совокупность атомов с одинаковым зарядом атомных ядер и одинаковым числом электронов на оболочке. 

заряд ядра (= e - = p + )

Elementum …

Химический элемент  — это совокупность атомов с одинаковым зарядом атомных ядер и одинаковым числом электронов на оболочке. 

энергетические уровни

Например,

e - = 1

p + = 1

n 0 = 1-1=0

+1

1

e - = 3

p + = 3

n 0 = 7-3=4

+3

2

1

e - = 11

p + = 11

n 0 = 23-11=12

+11

2

8

1

e - = 19

p + = 19

n 0 = 39-19=20

+19

2

8

8

1

Укажи количество электронов, протонов и нейтронов и распредели электроны по энергетическим уровням для атомов элементов:

Укажи количество электронов, протонов и нейтронов и распредели электроны по энергетическим уровням для атомов элементов:

e - = 4

p + = 4

n 0 = 9-4=5

+4

2

2

e - = 12

p + = 12

n 0 = 24-12=12

+12

2

8

2

Укажи количество электронов, протонов и нейтронов и распредели электроны по энергетическим уровням для атомов элементов:

e - = 7

p + = 7

n 0 = 14-7=7

+7

2

5

e - = 15

p + = 15

n 0 = 31-15=16

+15

2

8

5

Укажи количество электронов, протонов и нейтронов и распредели электроны по энергетическим уровням для атомов элементов:

e - = 8

p + = 8

n 0 = 16-8=8

+8

2

6

e - = 16

p + = 16

n 0 = 32-16=16

+16

2

8

6

Укажи количество электронов, протонов и нейтронов и распредели электроны по энергетическим уровням для атомов элементов:

e - = 9

p + = 9

n 0 = 19-9=10

+9

2

7

e - = 17

p + = 17

n 0 = 35-17=18

+17

2

8

7

Квантовая теория строения атома

1924: Луи де Бройль высказал предположение, что электрон, подобно кванту света, обладает двойственными корпускулярно-волновыми свойствами – частица + волна.

1924: Вернер Карл Гейзенберг высказал гипотезу, согласно которой невозможно в один и тот же момент времени точно определить местонахождение электрона в пространстве и его скорость или импульс.

Квантовая теория строения атома

1925: Уравнение де Бройля и принцип неопределенности Гейзенберга легли в основу новой науки – квантовой механики. Согласно основным положениям квантовой механики, состояние каждого электрона в атоме описывается некоторой функцией ψ, которая может быть получена путем решения уравнения составленного немецким ученым Эрвином Шредингером.

Электронная функция…

Электронная функция зависит от пространственных координат электрона, а также определяется дискретным набором трех простых целых чисел, называемых квантовыми. Сама функция не имеет физического смысла, однако квадрат ее модуля определяет вероятность нахождения электрона в определенной точке пространства внутри атома.

Электронное облако и атомная орбиталь …

Моделью движущегося электрона является электронное облако.

Она характеризуется электронной плотностью, которая показывает, где электрон пребывает чаще всего, а где реже. То пространство, где электрон присутствует с большей вероятностью – атомная орбиталь!

Атомная орбиталь: как представить?

d - орбиталь

s - орбиталь

f - орбиталь

p - орбиталь

Атомная орбиталь: как представить?

1 штука

3 штуки

5 штук

7 штук

d - орбиталь

s - орбиталь

f - орбиталь

p - орбиталь

Атомная орбиталь: как обозначать?

d - орбиталь

s - орбиталь

f - орбиталь

p - орбиталь

Принципы распределения электронов в атоме

По современным представлениям атом представляет собой электронейтральную микросистему, состоящую из положительно заряженного ядра, вокруг которого по уровням, подуровням и орбиталям распределяются отрицательно заряженные электроны.

Распределение электронов подчиняется трем основным принципам:

Принцип наименьшей энергии

Рост энергии

5 p

5 s

4 d

4 p

4 s

3 d

3 p

3 s

При заполнении электронами орбиталей в первую очередь заполняются все максимально возможные свободные орбитали с наименьшей энергией.

2 p

2 s

1 s

Принцип наименьшей энергии

Рост энергии

Правило Клечковского: в первую очередь электронами заполняется орбиталь, находящаяся ниже по энергии:

5 p

5 s

4 d

4 p

4 s

3 d

1s 3d 4d 4f

3 p

3 s

2 p

2 s

1 s

Принцип Паули

Графическое обозначение электрона:

или

Графическое обозначение атомной орбитали (квантовая ячейка):

В одной квантовой ячейке может находиться максимум два электрона, причем они должны быть антипараллельны.

Правило Хунда

или

Графическое обозначение электрона:

Графическое обозначение атомной орбитали (квантовая ячейка):

Внутри подуровней электроны заполняют все максимально возможные свободные атомные орбитали

Заполняем по всем правилам!

Рост энергии

Правило Клечковского:

в первую очередь электронами заполняется орбиталь, находящаяся ниже по энергии:

5 p

5 s

4 d

4 p

4 s

3 d

1s 3d 4d 4f

3 p

3 s

2 p

2 s

1 s

Примеры электронного строения атомов

ЛАЙФХАК:

1. Порядковый номер элемента соответствует заряду ядра атома и общему числу электронов .

2. Номер периода элемента соответствует числу электронных уровней атома.

3. У элементов главных подгрупп число электронов на внешнем уровне равно номеру группы

(а у побочных максимум 2 электрона!!!)

Например,

e - = 19

p + = 19

n 0 = 39-19=20

+19

2

8

8

1

4 s

3 p

3 s

2 p

2 s

1 s

Например,

e - = 17

p + = 17

n 0 = 35-17=18

+17

2

8

7

3 p

3 s

Электронно-графическая формула

2 p

2 s

1 s

Например,

e - = 17

p + = 17

n 0 = 35-17=18

+17

2

8

7

3 p

3 s

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

2 p

2 s

1 s

Например,

e - = 16

p + = 16

n 0 = 32-16=16

+16

2

8

6

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

3 p

3 s

2 p

2 s

1 s