Конспект урока: Строение электронных оболочек атомов. Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Электронные облака (орбитали)

Орбитали могут иметь различную форму. Каждый новый энергетический уровень начинается с одной s-орбитали, которая имеет сферическую форму. На втором и последующих уровнях после одной s-орбитали появляются три р-орбитали гантелеобразной формы. Любую орбиталь занимают не более двух электронов. Следовательно, на s-орбитали их может быть не более двух, а на трех р-орбиталях — не более шести электронов.

Электроны в атоме различаются своей энергией. Как показывают опыты, одни из них притягиваются к ядру сильнее, другие слабее. Главная причина этого заключается в разном удалении электронов от ядра атома. Чем ближе электроны к ядру, тем они прочнее связаны с ним, и тем труднее «оторвать» электрон из электронной оболочки, а вот чем дальше они от ядер, тем легче их отсоединить. Значит, что по мере удаления от ядра атома запас энергии электрона увеличивается.

Таблица 1. Электронные облака

Тип орбитали	max количество e-	Форма атомной орбитали	Графическое обозначение
s	2
p	6
d	10
f	14

Электроны, которые движутся вблизи ядра, как бы закрывают ядро от других электронов, которые притягиваются к ядру слабее и движутся на большем удалении от него, так образуются электронные слои в электронной оболочке атома.

Рассмотрим пример заполнения электронных орбиталей.

Решение
 

Сера имеет порядковый номер 16 и находится в 3 периоде, значит необходимо распределить 16 электронов по 3 электронным уровням.

 

1. Рисуем 3 электронных орбитали:

2. Всего у серы 16 электронов, на первый слой уходят 2, остается 14 электронов распределить:

3. Сера находится в 6 группе главной подгруппе, значит на последнем слое она будет иметь 6 электронов:

4. Мы помним, что на втором слое максимум 8 электронов, проверяем: 16 – 2 – 6 = 8:

Электронные уровни

Количество заполняемых электронами энергетических уровней в атоме равно номеру периода в таблице Д.И.Менделеева, в котором находится химический элемент. Следовательно, электронная оболочка атомов 1-ого периода содержит один энергетический уровень, 2-ого периода – два, 3-ого – три и т.д.

Для того, чтобы правильно составить электронную формулу атома, необходимо уметь правильно заполнять каждый энергетический уровень:
 

Необходимо запомнить, что сумма электронов на всех уровнях должна быть равна заряду атома, то есть его порядковому номеру.

Число электронов на внешнем энергетическом уровне электронной оболочки атома для химических элементов главных подгрупп равно номеру группы.

Алгоритм составления электронных формул атомов:

• Записать знак химического элемента и заряд ядра его атома — он равен порядковому номеру элемента.
• Определить количество энергетических уровней — оно равно номеру периода.
• Определить количество электронов на каждом уровне.
• Составить электронную формулу, учитывая порядок заполнения электронами каждого энергетического уровня — сначала s-электроны, затем р-электроны.
• Записать номер уровня, затем вид орбитали и количество электронов на ней, учитывая их общее количество на энергетическом уровне.

Решение
 

Неон имеет порядковый номер 10 и находится во 2 периоде, значит необходимо распределить 10 электронов по 2 электронным уровням.

 

Составим электронную формулу

 

1. Сначала заполняем 1 уровень, на него расходуется 2 электрона. На первом уровне есть только одна s-орбиталь: 1s²

2. На второй уровень остается 8 электронов. Второй уровень образован s- и p-орбиталями. Сначала заполняем s-орбиталь: 2s²

3. На р-орбиталь остается 6 электронов: 2р⁶

4. В ответе объединяем все в одну строку: 1s² 2s² 2р⁶

 

Теперь составим электронно-графическую формулу, где каждый электрон обозначается стрелкой:

 

1. Сначала заполняем 1 уровень, на него расходуется 2 электрона. На первом уровне есть только одна s-орбиталь, которая обозначается одним квадратом, два электрона обозначаем стрелками, которые расположены в разных направлениях: 

2. На второй уровень остается 8 электронов. Второй уровень образован s- и p-орбиталями. Сначала заполняем s: 

3. На р-орбиталь, которая обозначается тремя квадратами, остается 6 электронов: 

4. В ответе объединяем все в одну строку: 

Внешние и валентные электроны

Электроны, находящиеся на последнем энергетическом уровне, называются внешними электронами.

Рассмотрим примеры определения:

• атом фосфора (элемент 3 периода с номером 15) -внешними являются 3s² 3p³ -электроны, то есть всего 5 внешних электронов;
• атом железа (элемент 4 периода с номером 26) - внешними являются 4s² -электроны, то есть всего 2 внешних электрона.

Электроны, которые могут принимать участие в образовании химических связей, называются валентными электронами. Для элементов главных подгрупп валентными являются внешние s- и р-электроны. Для элементов побочных подгрупп (железо, цинк, медь) валентными являются внешние s- и предвнешние d-электроны. 

Например, валентными электронами являются: 

• атом фосфора — 3s² 3p³ -электроны, так как элемент главной группы и имеются s- и p-орбитали, то все 5 электронов будут валентными;
• атом лития — 1s² 2s¹ -электроны, элемент главной группы, есть только s-орбиталь на последнем слое, значит число валентных электронов = 1.

Число валентных электронов в большинстве своём равно номеру группы, в которой располагается элемент в Периодической системе.

1.

2. Электронная формула: Na — 1s²2s²2p⁶3s¹.

    Электронная формула: Ar — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶