Домой Аюрведа Электронная конфигурация атома.

Аюрведа

Электронная конфигурация атома.

Тема «Строение атома»

1 Электронная формула внешнего энергетического уровня атома серы

А) 3s 2 3p 2 В ) 3s 2 3p 4 С) 3s 1 3p 4 D) 4s 2 4p 4 E) 4s 2 4p 4 F)3s 3 3p 4 G)4s 2 4p 2 H)3s 2 3p 6

2. Порядковый номер элемента в Периодической системе указывает на

A) з аряд ядра атома

С) число электронных слоев в атоме

D) значение электроотрицательности элемента

F) значение атомной массы элемента

G) число нейтронов в атоме

3. Ряд чисел 2,8,5 соответствует распределению электронов по энергетическим уровням атома

А) алюминия В) фосфора С) азота D) хлора Е) сера F) аргон G) кремний H) магний

4. Электронная формула атома 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 . Химический знак и формула водородного соединения этого элемента

А) C и CH 4 В) Si и SiH 4 С) О и Н 2 О D) Cl и HCl

Е) S и H 2 S F) P и PH 3 G) N и NH 3 H) F и HF

5. Пара элементов, имеющих сходное строение внешнего и предвнешнего энергетических уровней:

А) В и Si В) S и Se С) К и Са D ) Na и K Е) Мn и Fe F) G) H)

6. Является s-элементом
А) барий В) марганец С) сера D) углерод Е) цинк F) кремний G) кислород H)азот

7. Элемент с электронной формулой 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 образует высший оксид, соответствующий формуле

А) Э 2 О В) Э 2 О 3 С) ЭО 2 D) ЭО Е) Э 2 О 5 F) ЭО 3 G) Э 2 О 7 H) ЭО 4

8. Атом неона Ne, катион натрия Na + и анион фтора F - имеют одинаковое

A) число протонов B )число электронов C) значение максимальной валентности D) число нейтронов E) энергетических подуровней F) значение максимальной степени окисления

G) значение атомной массы H) значение электроотрицательности

9. Число протонов, нейтронов и электронов в атоме 40 Ar соответственно равно

A ) 18, 22, 18 B) 40, 18, 40 C) 22, 18, 40 D) 18, 40, 18 E) 22, 40, 22 F) 18, 22, 40 G) 40, 22, 18 H) 22,18,18

10. Распределение электронов в атоме элемента четвертого периода IА группы соответствует ряду чисел

А) 2,8,8,2 В) 2,8,8,1 С) 2,8,18,2 D) 2,8,18,1 Е) 2,8,18,3 F) 2,8,18,3 G)2,8,18,1 H) 2,8,18,2

11. В четвертом электронном слое содержит пять электронов атом

А) V B) Р C ) As D) Sn E) Zr F) Сu G) Sb H) N

12. Одинаковое число электронов и нейтронов в

A) атоме Ве B) ионе S 2- C) ионе F - D) атоме Cr E ) атоме S F) Ar G) Li H) Na

13 Атом кислорода и атом серы сходны по

A) числу электронов на внешнем слое B) значению максимальной степени окисления C) числу энергетических уровней D) числу нейтронов в ядре E) числу электронов в атоме F) заряду ядра

G) значению атомной массы H) значению электроотрицательности

14. В ядре атома элемента с электронной формулой 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 число протонов равно

A) 18 B) 10 C ) 14 D) 12 E) 16 F) 24 G) 15 H)2

15. Атом металла, высший оксид которого Ме 2 О 3 , имеет электронную формулу внешнего энергетического уровня
A) ns 2 nр 1 B) ns 2 nр 2 C ) ns 2 np 3 D) ns 2 np E) ns 2 np F) ns 1 np 2 G) ns 0 np 1 H) ns 1 np 2

16. Ниже приведена томная модель атома химического элемента. Укажите данный элемент.

A) Mg B) Na C) Al D) Ar E) Cl F) P G) Si H) S

17. У атома серы число электронов на внешнем энергетическом уровне и заряд ядра равны соответственно
А) 4 и + 16 В) 6 и + 32 С) 4 и + 32 D ) 6 и + 16 E) 4 и 16 F) 16 и +4 G) 3 и +32 H) 3 и +6

18. Одинаковое электронное строение имеют частицы
А) Na 0 и Na + В) Na + и F - С) Na 0 и K 0 D) Cr 2+ и Сr 3+

E) Na 0 и F - F) Na 0 и K + G) K 0 и Cl 0 H) K 0 и Cl -

19. Является p-Элементом является
А) натрий B ) фосфор C) уран D) кальций E) калий F) литий G) рубидий H)цезий

20. Формула высшего оксида элемента, электронная формула которого 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

А) B 2 O 3 В) N 2 O 5 C) P 2 O 5 D) Al 2 O 3 E) As 2 O 5 F) SO 3 G) P 2 O 3 H) SiO 3

21. В пятом электронном слое содержит четыре электрона атом

А) V B) Sb C) As D) Sn E) Zr F) Si G) Pb H) Sr

Часть В. З адания с выбором нескольких правильных ответов .

Состав аниона серы

А) протонов 32 В) электронов 18 С) нейтронов 16 D) электронов 16 Е) электронов 32

F ) протонов 16 G) электронов 14 H) протонов 18

2. Относятся к s- элементам

А) Zn В) Na С) Mg D) S Е) Li F) C G)Zn H) Cu

3. На внешнем энергетическом уровне пять электрон у

A) N B) Cl C) Si D) C E) Н F) Na G) P H) As

4. Атомы углерода и кремния различаются между собой

A) относятся к р-элементам

C) относятся к неметаллам

D) числом вакантных орбиталей на внешнем энергетическом уровне

E) зарядом ядра

G) значением максимальной валентности

5. Порядковый номер элемента в Периодической системе указывает на

A) з аряд ядра атома

В) число электронов в наружном слое атома

С) число электронов в атоме

D) число нейтронов в атоме

Е) число энергетических подуровней на электронном слое

F ) число протонов

G) максимальную валентность элемента в соединениях с кислородом

H) число электронных слоев в атоме
6. На последнем энергетическом уровне находится 8 электронов у

А) a том аргона Ar B) атом кальция С) атом калия K D ) анион хлора С l -

Е) атом калия К F ) катион кальция Са 2+

7. Электронная формула 1s 2 2s 2 2р 6 соответствует

А) а тому неона B ) аниону кислорода C) атому кислорода D ) аниону фтора

E) атому фтора F) атом кислорода G) атому натрия H) аниону хлора

8. Атом данного металла имеет электронную формулу внешнего энергетического уровня ns 2 np 1
A ) В B) O C) P D) As E ) А l F) C G) Ga H)Si
9. В реакциях элемент отдает один электрон

А) Li В) Zn С) Cl D ) Rb Е) Na F) Аl G) Ca H) F

10. Двухэлектронную внешнюю оболочку имеет ион
А) S 6+ В) S 2- С) Br 5+ D ) S 4+ Е) С 2+ F) Sn 4+ G) С 4+ H) Br -

11. Является p- элементом

А) S В) Na С) Ca D ) P Е) O F) K G) Zn H) Li

12. В реакциях элемент принимает один электрон

А) Li В) Zn С) Cl D) Rb Е) В r F) K G) Ca H) F

13. Атом элемента, максимальная степень окисления которого + 4, в основном состоянии может иметь электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня:

А ) 3 s 2 3 p 4 В ) 2 s 2 2 p 2 С ) 2 s 2 2 p 4 D) 3 s 2 3 p 2 Е) 2s 2 2p 6 F) 3s 2 3p 4 G) 4 s 2 4 p 2 H) 2s 2 2p 5

14. Частицы в паре имеют одинаковую электронную структуру

А) F - и Na +

Е) F - и Na F) Mg и Si 4+ G) H) Mg и Si 2+ H ) K и Cl -

15. На s-подуровне находится 2 электрона (основное состояние) у

А) Са В) S С) Na D ) Mg Е) Li F)К G) Rb H) H

16. Состав аниона фтора

А) протонов 19

В) электронов 10

С) нейтронов 10

D) электронов 16

Е) электронов 19

F ) протонов 9

G) нейтронов 19

H) протонов 18

17. Относятся к d- элементам

А) Ag В) Zn С) K D ) Cu Е) Na F) C G) S H) Cl

18. На внешнем энергетическом уровне 4 электрона у

A) N B) Cl C) Si D) C E) Н F) Na G) P H) Sn

19. Атомы азота и фосфора различаются между собой

A) значением максимальной валентности

B) числом валентных электронов

C) относятся к неметаллам

D) числом вакантных орбиталей на внешнем энергетическом уровне

E) зарядом ядра

F) количеством электронов на последнем энергетическом уровне

G) относятся к р-элементам

H) числом энергетических уровней

20. Порядковый номер элемента в Периодической системе указывает на:

A) число нейтронов в атоме

В) з аряд ядра атома

С) число электронов в атоме

D ) число протонов

Е) число энергетических подуровней на электронном слое

F) число электронов в наружном слое атома

G) число электронных слоев в атоме

H) максимальную валентность элемента в соединениях с кислородом
21 . Имеет 18 электронов

А) атом кальция B) атом фтора F С) атом калия К D ) анион хлора С l -

Е) катион калия K + F ) катион кальция Са 2+ G) атом хлора H) анион фтора F -

22. Электронная формула 1s 2 2s 2 2р 6 3 s 2 3р 6 соответствует

А) а тому аргона B) аниону кислорода C) атому кислорода D ) катиону кальция

E) атому фтора F ) катиону калия G) атому натрия H) атому хлора

23 . Атом данного металла имеет электронную формулу внешнего энергетического уровня ns 2 np 3
A) В B) O C ) P D ) As E) Аl F) N G) Ga H)Si
24. Данные элементы при взаимодействии отдают два электрона

А) Li В) Zn С) Cl D) Rb Е) Mg F) K G) Ca H) F

25. Двухэлектронную внешнюю оболочку имеет ион
А) S 6+ В) Br 5+ С) S 2- D ) S 4+ Е) С 4+ F) Sn 4+ G) С 2+ H) Br -

26. Данные химические элементы относятся к s - элементам

А) S В) Р С) Ca D) Аl Е) O F) K G) C H) Li

27. Данные элементы при взаимодействии принимают один электрон

А) Li В) Zn С) Cl D) Rb Е) В r F) K G) Ca H) F

28. Атом элемента, максимальная степень окисления которого + 4, в основном состоянии может иметь электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня:

А ) 3 s 2 3 p 4 В ) 2 s 2 2 p 2 С ) 2 s 2 2 p 4 D) 3 s 2 3 p 2 Е) 2s 2 2p 6 F) 3s 2 3p 4 G) 4 s 2 4 p 2 H) 2s 2 2p 5

29. Частицы в паре имеют одинаковую электронную структуру

А) F - и Na + В) F и Na + С) Mg и Ca D) Mg 2+ и Si 2+

Е) F - и Na F) Mg и Si 4+ G) Mg и Si 2+ H ) K и Cl -

30. На s-подуровне находится 1 электрона (основное состояние)

А) Са В) S С) Na D) Mg Е) L i F) Ва G) Rb H) H

Часть С. Тестовые задания на соотнесение.

Установите соответствие между ионом и его электронной формулой:

Электронная формула

А) 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3р 6 4s 2 3d 10 4 р 6 5s 1

В) 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3р 6 4s 2

С) 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3р 6

D) 1s 2 2s 2 2р 6

E) 1s 2 2s 2 2р 4

F) 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3р 6 4s 2 3d 10 4 р 6

Установите соответствие между атомом элемента и количеством электронов, которые он отдает или принимает для завершения внешней электронной оболочки:

Установите соответствие элементом и его электронной формулой

Установите соответствие между энергетическим подуровнем и числом орбиталей на нем:

Установите соответствие между ионом и его электронной формулой

8. Установите соответствие между атомом элемента и количеством электронов, которые он отдает

или принимает для завершения внешней электронной оболочки:

Часть А. Тестовые задания с выбором одного ответа





















Часть В. Задания с выбором нескольких правильных ответов.






























Часть С. Тестовые задания на соотнесение.
	1-B 2- Е, 3- С

1. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) Na 2) K 3) Si 4) Mg 5) C

2. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) Na 2) K 3) Al 4) Mg 5) C

3. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) P 2) N 3) S 4) Al 5) O

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют на внешнем энергетическом уровне пять электронов. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

4. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) Be 2) Mg 3) Si 4) Cl 5) F

5. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) F 2) Ga 3) O 4) B 5) Se

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют на внешнем энергетическом уровне три электрона. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

6. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) Kr 2) I 3) As 4) Br 5) P

7. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) K 2) Br 3) Li 4) Ca 5) Ba

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют на внешнем энергетическом уровне один электрон. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

8. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) Cs 2) Ca 3) Bi 4) N 5) Ba

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют на внешнем энергетическом уровне два электрона. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

9. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) Sr 2) F 3) C 4) I 5) Sn

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют на внешнем энергетическом уровне семь электронов. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

10. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) Ne 2) S 3) Ba 4) Be 5) O

11. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) Cl 2) Si 3) As 4) Br 5) P

12. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) C 2) Al 3) Mg 4) Si 5) Be

13. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) Pb 2) Si 3) I 4) At 5) Bi

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют на внешнем энергетическом уровне четыре электрона. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

14. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) C 2) N 3) Pb 4) Cs 5) Bi

15. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) Cs 2) Rb 3) Sr 4) Ba 5) Tl

16. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) Be 2) S 3) Bi 4) Ba 5) Po

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют на внешнем энергетическом уровне шесть электронов. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

17. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) As 2) Sb 3) Si 4) Sn 5) Sr

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют на внешнем энергетическом уровне 5 электронов. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

18. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) O 2) Si 3) Ga 4) Ge 5) Se

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют на внешнем энергетическом уровне 6 электронов. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

19. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) S 2) С 3) O 4) N 5) P

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют на внешнем энергетическом уровне один 6 электронов. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

20. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) K 2) H 3) Ca 4) Br 5) F

21. Для выполнения используйте следующий ряд химических элементов. Ответом является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду. 1) P 2) Bi 3) Be 4) At 5) Ba

Краткое теоретическое изложение, позволяющее ответиь на вопрос о строении атома в заданиях ОГЭ и ЕГЭ по химии.

Небольшая цитата содержимого:1. Атом- электронейтральная, химически не делимая частица вещества. Атом состоит из ядра и электронной оболочки. В ядре атома расположены нуклоны: протоны (имеют заряд +1 и массу 1) и нейтроны(имеют массу 1 и не имеют заряда). Электронная оболочка- это все электроны, расположенные вокруг ядра атома.

2.Число электронов в атоме равно числу протонов и определяется по порядковому номеру.

4.В атоме электроны расположены на энергетических уровнях (уровень-расстояние от ядра). Число уровней в атоме равно номеру периода.

5.На каждом уровне может располагаться определенное число электронов. Максимум электронов для каждого уровня определяют по формуле: N =2n 2 , где n - номер уровня.

6.Внутри уровня существуют подуровни. Число подуровней равно номеру уровня (например, на первом уровне один подуровень, на втором два и т.д.)

7.Электроны занимают уровни в порядке возрастания их номера. Пока не заполнится первый уровень, не начнет заполняться второй…

8.Каждый уровень начинается с s -подуровня (1 клетка), за ним следует p -подуровень(три клетки), а за ним – d _подуровень(пять клеток).

9. Энергетический уровень, который заполняется последним, называют внешним электронным слоем (или внешним энергетическим уровнем).

10.Число электронов внешнего слоя для элементов главных подгрупп равно номеру группы. У элементов побочных подгрупп, оно как правило, равно 2.

11.Число электронов ионов отличается от числа электронов атомов. Чтобы атом стал анионом, ему необходимо принять электроны. Так, например, в атоме кислорода электронов 8 , а в анионе кислорода О-2 их будет (8+2) 10. Чтобы атом стал катионом, он должен отдать электроны. Например, в атоме кальция Ca 20 электронов, а в катионе кальция Ca +2 18.

12.Электронный слой = энергетический уровень = номер периода.

13.В атоме никогда не меняется число протонов!

14.В атоме может изменяться число электронов, но при этом атом становится ионом: катионом, если он отдает электроны (заряд +) и анионом, если он принимает электроны (заряд -).

15.В атомах одного и того же элемента может находиться разное число нейтронов (они отвечают только за массу). Такие атомы называются изотопами. Изотопы- атомы химических элементов, имеющие различное число нейтронов, а следовательно, разную массу.

16. Изотопы водорода: протий (только один протон); дейтерий (1 протон, 1 нейтрон); тритий (1 протон, 2 нейтрона). ислу протонов и определяется по порядковому номеру.

3.Число нейтронов рассчитывают, отняв от атомной массы порядковый номер.

Электроны

Понятие атом возникло еще в античном мире для обозначения частиц вещества. В переводе с греческого атом означает «неделимый».

Ирландский физик Стони на основании опытов пришел к выводу, что электричество переносится мельчайшими частицами, сущеетвующими в атомах всех химических элементов. В 1891 г. Стони предложил эти частицы назвать электронами, что по-гречески означает «янтарь». Через несколько лет после того, как электрон получил свое название, английский физик Джозеф Томсон и французский физик Жан Перрен доказали, что электроны несут на себе отрицательный заряд. Это наименьший отрицательный заряд, который в химии принят за единицу (-1). Томсон даже сумел определить скорость движения электрона (скорость электрона на орбите обратно пропорциональна номеру орбиты n. Радиусы орбит растут пропорционально квадрату номера орбиты. На первой орбите атома водорода (n=1; Z=1) скорость равна ≈ 2,2·106 м/с, то есть примерно в сотню раз меньше скорости света с=3·108 м/с.) и массу электрона (она почти в 2000 раз меньше массы атома водорода).

Состояние электронов в атоме

Под состоянием электрона в атоме понимают совокупность информации об энергии определенного электрона и пространстве, в котором он находится . Электрон в атоме не имеет траектории движения, т. е. можно говорить лишь о вероятности нахождения его в пространстве вокруг ядра .

Он может находиться в любой части этого пространства, окружающего ядро, и совокупность его различных положений рассматривают как электронное облако с определенной плотностью отрицательного заряда. Образно это можно представить себе так: если бы удалось через сотые или миллионные доли секунды сфотографировать положение электрона в атоме, как при фотофинише, то электрон на таких фотографиях был бы представлен в виде точек. При наложении бесчисленного множества таких фотографий получилась бы картина электронного облака с наибольшей плотностью там, где этих точек будет больше всего.

Пространство вокруг атомного ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называется орбиталью. В нем заключено приблизительно 90 % электронного облака , и это означает, что около 90 % времени электрон находится в этой части пространства. По форме различают 4 известных ныне типа орбиталей , которые обозначаются латинскими буквами s, p, d и f . Графическое изображение некоторых форм электронных орбиталей представлено на рисунке.

Важнейшей характеристикой движения электрона на определенной орбитали является энергия его связи с ядром . Электроны, обладающие близкими значениями энергии, образуют единый электронный слои, или энергетический уровень. Энергетические уровни нумеруют, начиная от ядра, - 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7.

Целое число n, обозначающее номер энергетического уровня, называют главным квантовым числом. Оно характеризует энергию электронов, занимающих данный энергетический уровень. Наименьшей энергией обладают электроны первого энергетического уровня, наиболее близкого к ядру. По сравнению с электронами первого уровня, электроны последующих уровней будут характеризоваться большим запасом энергии. Следовательно, наименее прочно связаны с ядром атома электроны внешнего уровня.

Наибольшее число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле:

N = 2n 2 ,

где N - максимальное число электронов; n - номер уровня, или главное квантовое число. Следовательно, на первом, ближайшем к ядру энергетическом уровне может находиться не более двух электронов; на втором - не более 8; на третьем - не более 18; на четвертом - не более 32.

Начиная со второго энергетического уровня (n = 2) каждый из уровней подразделяется на подуровни (подслои), несколько отличающиеся друг от друга энергией связи с ядром. Число подуровней равно значению главного квантового числа: первый энергетический уровень имеет один подуровень; второй - два; третий - три; четвертый - четыре подуровня . Подуровни в свою очередь образованы орбиталями. Каждому значению n соответствует число орбиталей, равное n.

Подуровни принято обозначать латинскими буквами, равно как и форму орбиталей, из которых они состоят: s, p, d, f.

Протоны и нейтроны

Атом любого химического элемента сравним с крохотной Солнечной системой. Поэтому такую модель атома, предложенную Э. Резерфордом, называют планетарной .

Атомное ядро, в котором сосредоточена вся масса атома, состоит из частиц двух видов - протонов и нейтронов .

Протоны имеют заряд, равный заряду электронов, но противоположный по знаку (+1), и массу, равную массе атома водорода (она принята в химии за единицу). Нейтроны не несут заряда, они нейтральны и имеют массу, равную массе протона.

Протоны и нейтроны вместе называют нуклонами (от лат. nucleus - ядро). Сумма числа протонов и нейтронов в атоме называется массовым числом . Например, массовое число атома алюминия:

13 + 14 = 27

число протонов 13, число нейтронов 14, массовое число 27

Так как массой электрона, ничтожно малой, можно пренебречь, то очевидно, что в ядре сосредоточена вся масса атома. Электроны обозначают e — .

Поскольку атом электронейтрален , то также очевидно, что число протонов и электронов в атоме одинаково. Оно равно порядковому номеру химического элемента, присвоенному ему в Периодической системе. Масса атома складывается из массы протонов и нейтронов. Зная порядковый номер элемента (Z), т. е. число протонов, и массовое число (А), равное сумме чисел протонов и нейтронов, можно найти число нейтронов (N) по формуле:

N = A — Z

Например, число нейтронов в атоме железа равно:

56 — 26 = 30

Изотопы

Разновидности атомов одного и того же элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разное массовое число, называются изотопами . Химические элементы, встречающиеся в природе, являются смесью изотопов. Так, углерод имеет три изотопа с массой 12, 13, 14; кислород - три изотопа с массой 16, 17, 18 и т. д. Обычно приводимая в Периодической системе относительная атомная масса химического элемента является средним значением атомных масс природной смеси изотопов данного элемента с учетом их относительного содержания в природе. Химические свойства изотопов большинства химических элементов совершенно одинаковы. Однако изотопы водорода сильно различаются по свойствам из-за резкого кратного увеличения их относительной атомной массы; им даже присвоены индивидуальные названия и химические знаки.

Элементы первого периода

Схема электронного строения атома водорода:

Схемы электронного строения атомов показывают распределение электронов по электронным слоям (энергетическим уровням).

Графическая электронная формула атома водорода (показывает распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням):

Графические электронные формулы атомов показывают распределение электронов не только по уровням и подуровням, но и по орбиталям.

В атоме гелия первый электронный слой завершен - в нем 2 электрона. Водород и гелий - s-элементы; у этих атомов заполняется электронами s-орбиталь.

У всех элементов второго периода первый электронный слой заполнен , и электроны заполняют s- и р-орбитали второго электронного слоя в соответствии с принципом наименьшей энергии (сначала s, а затем р) и правилами Паули и Хунда.

В атоме неона второй электронный слой завершен - в нем 8 электронов.

У атомов элементов третьего периода первый и второй электронные слои завершены, поэтому заполняется третий электронный слой, в котором электроны могут занимать 3s-, 3р- и 3d- подуровни.

У атома магния достраивается 3s- электронная орбиталь. Na и Mg - s-элементы.

У алюминия и последующих элементов заполняется электронами 3р-подуровень.

У элементов третьего периода остаются незаполненными 3d-орбитали.

Все элементы от Al до Ar - р-элементы. s- и р-элементы образуют главные подгруппы в Периодической системе.

Элементы четвертого — седьмого периодов

У атомов калия и кальция появляется четвертый электронный слой, заполняется 4s-подуровень, т. к. он имеет меньшую энергию, чем 3d-подуровень.

К, Са - s-элементы, входящие в главные подгруппы. У атомов от Sc до Zn заполняется электронами 3d-подуровень. Это 3d-элементы. Они входят в побочные подгруппы, у них заполняется предвнешний электронный слой, их относят к переходным элементам.

Обратите внимание на строение электронных оболочек атомов хрома и меди. В них происходит «провал» одного электрона с 4s- на 3d-подуровень, что объясняется большей энергетической устойчивостью образующихся при этом электронных конфигураций 3d 5 и 3d 10:

В атоме цинка третий электронный слой завершен - в нем заполнены все подуровни 3s, 3р и 3d, всего на них 18 электронов. У следующих за цинком элементов продолжает заполняться четвертый электронный слой, 4р-подуровень.

Элементы от Ga до Кr - р-элементы.

У атома криптона внешний слой (четвертый) завершен, имеет 8 электронов. Но всего в четвертом электронном слое может быть 32 электрона; у атома криптона пока остаются незаполненными 4d- и 4f-подуровни.У элементов пятого периода идет заполнение по-дуровней в следующем порядке: 5s — 4d — 5р. И так-же встречаются исключения, связанные с «провалом » электронов, у 41 Nb, 42 Мо, 44 Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.

В шестом и седьмом периодах появляются f-элементы, т. е. элементы, у которых идет заполнение соответственно 4f- и 5f-подуровней третьего снаружи электронного слоя.

4f-элементы называют лантаноидами.

5f-элементы называют актиноидами.

Порядок заполнения электронных подуровней в атомах элементов шестого периода: 55 Cs и 56 Ва - 6s-элементы; 57 La … 6s 2 5d x - 5d-элемент; 58 Се - 71 Lu - 4f-элементы; 72 Hf — 80 Hg - 5d-элементы; 81 Т1 — 86 Rn - 6d-элементы. Но и здесь встречаются элементы, у которых «нарушается» порядок заполнения электронных орбиталей, что, например, связано с большей энергетической устойчивостью наполовину и полностью заполненных f-подуровней, т. е. nf 7 и nf 14 . В зависимости от того, какой подуровень атома заполняется электронами последним, все элементы делят на четыре электронных семейства, или блока:

s-элементы . Электронами заполняется s-подуровень внешнего уровня атома; к s-элементам относятся водород, гелий и элементы главных подгрупп I и II групп.

p-элементы . Электронами заполняется р-подуровень внешнего уровня атома; к р-элементам относятся элементы главных подгрупп III- VIII групп.

d-элементы . Электронами заполняется d-подуровень предвнешнего уровня атома; к d-элементам относятся элементы побочных подгрупп I-VIII групп, т. е. элементы вставных декад больших периодов, расположенных между s- и р-элементами. Их также называют переходными элементами.

f-элементы . Электронами заполняется f-подуровень третьего снаружи уровня атома; к ним относятся лантаноиды и антиноиды.

Швейцарский физик В. Паули в 1925 г. установил, что в атоме на одной орбитали может находиться не более двух электронов, имеющих противоположные (антипараллельные) спины (в переводе с английского - «веретено»), т. е. обладающих такими свойствами, которые условно можно представить себе как вращение электрона вокруг своей воображаемый оси: по часовой или против часовой стрелки.

Этот принцип носит название принципа Паули . Если на орбитали находится один электрон, то он называется неспаренным, если два, то это спаренные электроны, т. е. электроны с противоположными спинами. На рисунке показана схема подразделения энергетических уровней на подуровни и очередность их заполнения.

Очень часто строение электронных оболочек атомов изображают с помощью энергетических или квантовых ячеек - записывают так называемые графические электронные формулы. Для этой записи используют следующие обозначения: каждая квантовая ячейка обозначается клеткой, которая соответствует одной орбитали; каждый электрон обозначается стрелкой, соответствующей направлению спина. При записи графической электронной формулы следует помнить два правила: принцип Паули и правило Ф. Хунда , согласно которому электроны занимают свободные ячейки сначала по одному и имеют при этом одинаковое значение спина, а лишь затем спариваются, но спины, при этом по принципу Паули будут уже противоположно направленными.

Правило Хунда и принцип Паули

Правило Хунда - правило квантовой химии, определяющее порядок заполнения орбиталей определённого подслоя и формулируется следующим образом: суммарное значение спинового квантового числа электронов данного подслоя должно быть максимальным. Сформулировано Фридрихом Хундом в 1925 году.

Это означает, что в каждой из орбиталей подслоя заполняется сначала один электрон, а только после исчерпания незаполненных орбиталей на эту орбиталь добавляется второй электрон. При этом на одной орбитали находятся два электрона с полуцелыми спинами противоположного знака, которые спариваются (образуют двухэлектронное облако) и, в результате, суммарный спин орбитали становится равным нулю.

Другая формулировка : Ниже по энергии лежит тот атомный терм, для которого выполняются два условия.

Мультиплетность максимальна
При совпадении мультиплетностей суммарный орбитальный момент L максимален.

Разберём это правило на примере заполнения орбиталей p-подуровня p -элементов второго периода (то есть от бора до неона (в приведённой ниже схеме горизонтальными чёрточками обозначены орбитали, вертикальными стрелками - электроны, причём направление стрелки обозначает ориентацию спина).

Правило Клечковского

Правило Клечковского — по мере увеличения суммарного числа электронов в атомах (при возрастании зарядов их ядер, или порядковых номеров химических элементов) атомные орбитали заселяются таким образом, что появление электронов на орбитали с более высокой энергией зависит только от главного квантового числа n и не зависит от всех остальных квантовых чисел, в том числе и от l. Физически это означает, что в водородоподобном атоме (в отсутствие межэлектронного отталкивания) орбитальная энергия электрона определяется только пространственной удаленностью зарядовой плотности электрона от ядра и не зависит от особенностей его движения в поле ядра.

Эмпирическое правило Клечковского и вытекающее из него схема очерёдностей несколько противоречатреальной энергетической последовательности атомых орбиталей только в двух однотипных случаях: у атомов Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au имеет место “провал” электрона с s-подуровня внешнего слояна d-подуровень предыдущего слоя, что приводит к энергетически более устойчивому состоянию атома, аименно: после заполнения двумя электронами орбитали 6s

Темы кодификатора ЕГЭ : планетарная модель атома.

Атомы каждого химического элемента имеют строго индивидуальный линейчатый спектр, присущий только данному элементу и не меняющийся от опыта к опыту. Как это можно объяснить? Как вывести формулу, дающую весь набор частот атомного спектра? Чтобы сделать это, нужно узнать, как устроен атом.

Модель Томсона

Первую модель строения атома придумал английский физик Джозеф Джон Томсон (удостоенный Нобелевской премии за открытие электрона). В конечном счёте она оказалась неверной, но сыграла важную роль, будучи стимулом последующих экспериментальных исследований Резерфорда. Физики называли модель Томсона «пудинг с изюмом».

Согласно Томсону атом представляет собой шар размером порядка см. По этому шару некоторым образом распределён положительный заряд, а внутри шара, подобно изюминкам, находятся электроны (рис. 1 ).

Рис. 1. Модель атома Томсона

Суммарный заряд электронов в точности равен положительному заряду шара, поэтому атом в целом электрически нейтрален.

Излучение атомов объясняется колебаниями электронов около положений равновесия (как вы помните, любой ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны). Однако вся совокупность экспериментальных данных по атомным спектрам не укладывалась в модель Томсона. Например, для некоторых химических элементов были подобраны формулы, хорошо описывающие их спектры, но эти формулы из модели Томсона никак не следовали.

Опыты Резерфорда

Верна ли модель Томсона? Как в действительности распределены положительные и отрицательные заряды внутри атома? Чтобы ответить на эти вопросы, нужен был эксперимент, позволяющий проникнуть внутрь атома. Ученик Томсона, знаменитый английский физик Эрнест Резерфорд предложил с этой целью бомбардировать атом высокоэнергетичными?-частицами и смотреть, как они будут отклоняться положительным зарядом атома.
Что такое -частицы? Потоки этих частиц - так называемые «альфа-лучи» - были обнаружены при радиоактивном распаде некоторых элементов (например, радия). В результате тщательных исследований, проведённых опять-таки Резерфордом, было установлено, что каждая -частица имеет положительный заряд, равный по модулю удвоенному заряду электрона, и массу, превышающую массу электрона примерно в раз. То есть, -частица оказалась полностью ионизованным (лишённым электронов) атомом гелия.

Резерфорд говорил об -частицах как об ионах гелия; сейчас мы знаем, что это ядра гелия.

Но в те времена об атомных ядрах ещё ничего не знали - о них Резерфорду лишь предстояло догадаться, глядя на результаты своих знаменитых опытов!

Энергия -частиц очень велика - достаточно сказать, что скорость их вылета из радиоактивного образца составляет примерно скорости света. Поэтому интересно было выяснить, на какие углы будут отклоняться столь мощные «снаряды» при рассеянии на отдельных атомах, а точнее - на их положительных зарядах.

Пучок -частиц направлялся на тончайшую золотую фольгу. Как гласит история, Резерфорд не сомневался в том, что углы отклонения должны быть весьма малы: имея столь огромную энергию, -частицы должны проходить сквозь фольгу как нож сквозь масло. Только «для очистки совести», на всякий случай, он попросил учеников посмотреть, не возникает ли рассеяния -частиц на большие углы.

Каково же было всеобщее удивление, когда такие частицы обнаружились! Да, как и следовало ожидать, подавляющая доля -частиц отклонялась несущественно. Но совсем небольшая их часть (примерно одна частица из нескольких тысяч) отклонялась на угол, больший (рис. 2 ).

Рис. 2. Рассеяние -частиц на атомах

Эти отклонения казались совершенно невероятными. По словам Резерфорда, дело выглядело так, словно артиллерийский снаряд налетел на кусок бумаги и от удара повернул назад .

А «бумагой» в образном сравнении Резерфорда служил атом, устроенный согласно модели Томсона. Действительно, допустим, что положительный заряд атома «размазан» по всему атому, то есть шару радиусом см. Этот положительный заряд создаёт электрическое поле, тормозящее и отклоняющее -частицы. Вблизи атома потенциал данного поля:

Расчёты, однако, показывают, что такое поле оказывается слишком слабым - его тормозящего действия никак не хватит для того, чтобы остановить -частицу и отбросить её назад!

Таким образом, наличие -частиц, отброшенных фольгой, опровергло модель Томсона. Что же было предложено взамен?

Планетарная модель атома

Чтобы отбросить -частицу, положительный заряд атома должен создавать куда более сильное электрическое поле, чем то, которое получается в модели Томсона. А чтобы создать такое поле, положительный заряд должен быть сосредоточен в области, гораздо меньшей размера атома.

Размер этой области можно вычислить. Если положительный заряд занимает область размером , то вблизи заряда создаётся электрическое поле с потенциалом

Зная кинетическую энергию -частицы, можно найти величину тормозящего потенциала , а затем и размер положительно заряженной области. Вычисления, проведённые Резерфордом, дали следующий результат:

См.

Эта величина на пять порядков (в сто тысяч раз!) меньше размера атома. Так на смену модели Томсона пришла планетарная модель атома (рис. 3 ).

Рис. 3. Планетарная модель атома

В центре атома находится крошечное положительно заряженное ядро , вокруг которого, словно планеты вокруг Солнца, движутся электроны. Между ядром и электронами действуют силы кулоновского притяжения, но упасть на ядро электроны не могут за счёт своего движения - точно так же, как и планеты не падают на Солнце, хоть и притягиваются к нему.

Заряд ядра по модулю равен суммарному заряду электронов, так что атом в целом электрически нейтрален. Однако электроны могут быть выбиты из своих орбит и покинуть атом - тогда атом превращается в положительно заряженный ион.

Масса электронов составляет очень малую часть общей массы атома. Например, в атоме водорода всего один электрон, и его масса в раз меньше массы ядра. Следовательно, почти вся масса атома сосредоточена в ядре - и это при том, что ядро в сто тысяч раз меньше самого атома.

Чтобы лучше почувствовать соотношение масштабов атома и ядра, представьте себе, что атом стал размером с Останкинскую телебашню ( м). Тогда ядро окажется горошиной размером мм, лежащей у вас на ладони. И тем не менее, почти вся масса атома заключена в этой горошине!

Вот таким удивительным объектом оказался атом. Однако планетарная модель атома, объяснив результаты опытов Резерфорда по рассеянию -частиц, оказалась лишь первым шагом на пути к пониманию внутриатомных процессов. А именно, планетарная модель приводила к одному серьёзному противоречию, и преодоление этого противоречия Нильсом Бором положило начало физике атома. Читаем следующий листок!