Строение атома

Маленькая точка, сделанная карандашом, состоит из огромного количества атомов, большего, чем количество жителей на Земле !

Демокрит
В основе философии Демокрита лежит учение об атомах и пустоте как двух принципах, порождающих многообразие космоса. Атом есть мельчайшее «неделимое» тело, не подверженное никаким изменениям. Неделимость атома аналогична неделимости «бытия».

М.В. Ломоносов
(1711-1765 гг.)
Материя состоит из мельчайших первичных частиц, или атомов.
Атомы неделимы и не могут создаваться и разрушаться.
Атомы характеризуются определенным размером и массой.
Молекулы состоят из атомов, как из одинаковых, так и различных.
При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических – разрушаются.
Химические реакции заключаются в образовании новых молекул из тех же самых атомов, из которых состояли исходные вещества.
атомно-
молекулярная
теория
Джон Дальтон
(1766-1844 гг.)

В 1895 году немецкий учёный Уильям Конрад Рентген обнаружил новый вид невидимых лучей, способных беспрепятственно проходить через твердые тела и вызывать почернение фотоплёнки. Рентген назвал их Х-лучами.
В 1896 году французский ученый Анри Беккерель открыл явление естественной радиоактивности (от лат. Radius – «луч») – самопроизвольного испускания атомами излучения.

В 1898 году Пьер Кюри и Мария Склодовская – Кюри, изучавшие явление радиоактивности, открыли новые элементы – полоний и радий.

Английский физик Эрнест Резерфорд в 1909 г. открыл ядро атома
Опыт Резерфорда: поток ά-частиц, излучаемый радиоактивным источником, через узкую щель направлялся на тонкую золотую фольгу; при помощи флюоресцирующего экрана проводилась регистрация ά-частиц, которые в отсутствии фольги двигались узким пучком, вызывая на экране яркую вспышку

ά-частицы, пролетая вблизи атомного ядра, отклоняются на разные углы

Модель Томсона
Дж. Дж. Томсон в 1898 году предложил модель атома в виде положительно заряженного шара радиусом 10-10м, в котором плавают электроны, нейтрализующие положительный заряд.

Э. Резерфорд предложил планетарную модель атома: в центре находится положительно заряженное ядро, которое имеет достаточно малые размеры, но в нём заключена почти вся масса атома; вокруг ядра по круговым орбитам движутся отрицательно заряженные электроны, подобно движению планет вокруг солнца.

Родители атома.
Демокрит
(460 до н. э. —
370 до н. э.)
Джозеф Джон
Томсон
(1856–1940 г)
Эрнест
Резерфорд
(1871–1937г)
Джеймс
Чедвик
(1891–1974г)
Атом Пудинг Планетарная Сложное
с изюмом модель строение ядра

Строение атома
электроны
ядро
1-внутреняя сфера, в которой находится ядро
2-внешняя сфера, на которой находятся электроны
(отрицательный заряд)
(положительный заряд)

1. В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома.
2. Весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в его ядре.
3. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (нуклонов).
4. Вокруг ядра по замкнутым орбитам вращаются электроны.

Атомы элемента, имеющие один и тот же заряд ядра, но разные массы, называются изотопами.

протий
дейтерий
тритий

Во атомах одного химического элемента число протонов Z всегда одинаково (равно заряду ядра), а число нейтронов N бывает разным.
Химический элемент – это вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

Атом – электронейтральная частица
Число протонов (заряд ядра)
Атомный номер (Z)
Число электронов
=
Число нейтронов
Число протонов
+
Массовое число (А)

He
Z = 2
A = 4
е=p =2
n =2

Кислород
Азот

Водород
Азот
Кислород
Углерод

(13p + 14n)
13e

Количество электронов на энергетических уровнях
+
+
…
2e
8e
18е
32е
32е
N=1
N=2
N=3
N=4
N=5
N=2n2

Распределение электронов по энергетическим уровням
+
N=1
N=2
N=3
N=4
N=5
N=6
N=7
ЭНЕРГИЯ Е УВЕЛИЧИВАЕТСЯ

Правила для составления электронно-графической схемы
Каждый уровень (новая цифра) должен быть смещен вниз, относительно предыдущего полностью.
Каждый подуровень (новая буква, при такой же цифре) должен быть смещен вниз, относительно предидушего наполовину строки.
Каждый подуровень имеет определенное число орбиталей
На каждой орбитали могут находиться не более двух электронов
Если на орбитале два электрона, то у них должен быть разный спин.
s
p
d
f
Приступаем к составлению электронно-графической схемы

Порядок заполнения орбиталей электронами
VII – 7s5f6d7p 32
VI – 6s4f5d6p 32
V – 5s4d5p 18
IV – 4s3d4p 18
III – 3s3p 8
II – 2s2p 8
I – 1s 2
Е

p+ =1
ē = 1
n0 = 0
1
1s1
Е
1s
Энергетическая диаграмма
Орбиталь
Электрон
Электронная формула
Энергетические уровни

p+ =2
ē = 2
n0 = 2
2
1s2
Е
1s
Электроны с разными спинами

Распределение электронов по уровням
1 уровень:
2ē

p+ =3
ē = 3
n0 = 4
2
1s2
Е
1s
1
2s
2s1

p+ =7
ē =7
n0 = 7
2
1s2
Е
1s
5
2s
2s2
2p
2p3

Распределение электронов по уровням
1 уровень: 2ē
2 уровень:8ē

p+ =12
ē =12
n0 = 12
2
1s2
Е
1s
8
2s
2s2
2p
2p6
2
3s
3p
3s2

p+ =17
ē =17
n0 = 18
2
1s2
Е
1s
8
2s
2s2
2p
2p6
7
3s
3p
3s2
3p5

Проверка знаний
Устно
Письменно
Далее:
Электронная оболочка атома.

I. Строение электронной оболочки
Электронная оболочка атома.
- Энергетический уровень состоит из подуровней.
- Подуровень состоит из орбиталей.
1s
2s
3s
2р
3р
3d

I. Строение электронной оболочки
- Подуровень состоит из орбиталей.
- На одной орбитали могут находиться два электрона с разными спинами.
2
2
6
2
3
0
1s2
2s2
2р6
3s2
3р3
- Краткая электронная запись.
- Электроны последнего энергетического уровня называются валентными.
Валентные электроны - 5
Электронная оболочка атома.

II. Составить строение электронной оболочки элементов: В, Cl.
Электронная оболочка атома.

Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева

Открытию периодического закона предшествовало накопление знаний о веществах и свойствах. По мере открытия новых химических элементов, изучения состава и свойств их соединений появлялись первые попытки классифицировать элементы по каким-либо признакам. В общей сложности до Д.И. Менделеева было предпринято более 50 попыток классификации химических элементов. Ни одна из попыток не привела к созданию системы, отражающей взаимосвязь элементов, выявляющей природу их сходства и различия, имеющей предсказательный характер.
Открытие Периодического закона

В основу своей работы по классификации химических элементов Д.И. Менделеев положил два их основных и постоянных признака: величину атомной массы и свойства образованных химическими элементами веществ. Он выписал на карточки все известные сведения об открытых и изученных в то время химических элементах и их соединениях. Сопоставляя эти сведения, учёный составил естественные группы сходных по свойствам элементов. При этом он обнаружил, что свойства элементов в некоторых пределах изменяются линейно (монотонно усиливаются или ослабевают), затем после резкого скачка повторяются периодически, т.е. через определённое число элементов встречаются сходные.
Открытие Периодического закона

При переходе от лития к фтору происходит закономерное ослабление металлических свойств и усиление неметаллических.
При переходе от фтора к следующему по значению атомной массы элементу натрию происходит скачок в изменении свойств (Nа повторяет свойства Li)
За Na следует Mg, который сходен с Ве - они проявляют металлические свойства. А1, следующий за Mg, напоминает В. Как близкие родственники, похожи Si и С; Р и N; S и О; С1 и F.
При переходе к следующему за С1 элементу К опять происходит скачок в изменении и химических свойств.
Что же было обнаружено?

Если написать ряды один под другим так, чтобы под литием находился натрий, а под неоном – аргон, то получим следующее расположение элементов:
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
Периодическая закон
Д.И. Менделеева

Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
При таком расположении в вертикальные столбики
попадают элементы, сходные по своим свойствам.
Периодическая закон
Д.И. Менделеева

На основании своих наблюдений 1 марта 1869 г. Д.И. Менделеев сформулировал периодический закон, который в начальной своей формулировке звучал так: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов
Первый вариант Периодической таблицы

Уязвимым моментом периодического закона сразу после его открытия было объяснение причины периодического повторения свойств элементов с увеличением относительной атомной массы их атомов. Более того, несколько пар элементов расположены в Периодической системе с нарушением увеличения атомной массы. Например, аргон с относительной атомной массой 39,948 занимает 18-е место, а калий с относительной атомной массой 39,102 имеет порядковый номер 19.
Периодическая таблица
Д.И. Менделеева
Ar
аргон
18
К
19
калий
39,102
39,948

Только с открытием строения атомного ядра и установлением физического смысла порядкового номера элемента стало понятно, что в Периодической системе расположены в порядке увеличения положительного заряда их атомных ядер. С этой точки зрения никакого нарушения в последовательности элементов 18Ar – 19K, 27Co – 28Ni, 52Te – 53I, 90Th – 91Pa не существует. Следовательно, современная трактовка Периодического закона звучит следующим образом:
Свойства химических элементов и образуемых ими соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда их атомных ядер.
Периодический закон
Д.И. Менделеева

Открытый Д. И. Менделеевым закон и построенная на основе закона периодическая система элементов - это важнейшее достижение химической науки.
Периодическая таблица
химических элементов

Периодическая таблица
химических элементов
Периоды - горизонтальные ряды химических элементов, всего 7 периодов. Периоды делятся на малые (I,II,III) и большие (IV,V,VI), VII-незаконченный.
Каждый период (за исключением первого) начинается типичным металлом (Li, Nа, К, Rb, Cs, Fr) и заканчивается благородным газом (Не, Ne, Ar, Kr, Хе, Rn), которому предшествует типичный неметалл.

Периодическая таблица
химических элементов
Группы - вертикальные столбцы элементов с одинаковым числом электронов на внешнем электронном уровне, равным номеру группы.
Различают главные (А) и побочные подгруппы (Б).
Главные подгруппы состоят из элементов малых и больших периодов. Побочные подгруппы состоят из элементов только больших периодов.

Поскольку окислительно – восстановительные свойства атомов оказывают влияние на свойства простых веществ и их соединений, то металлические свойства простых веществ элементов главных подгрупп возрастают, в периодах – убывают, а неметаллические – соответственно, наоборот – в главных подгруппах убывают, а в периодах – возрастают.
Окислительно-восстановительные
свойства

Восстановительные свойства атомов (способность терять электроны при образовании химической связи) в главных подгруппах возрастают, в периодах – уменьшаются.
Окислительные (способность принимать электроны), наоборот, - в главных подгруппах уменьшаются, в периодах - возрастают
Окислительно-восстановительные
свойства

Электроотрицательность в периоде увеличивается с возрастанием заряда ядра химического элемента, то есть слева направо. В группе с увеличением числа электронных слоев электроотрицательность уменьшается, то есть сверху вниз. Значит самым электроотрицательным элементом является фтор (F), а наименее электроотрицательным – франций (Fr).
Электроотрицательность

Радиус атома с увеличением зарядов ядер атомов в периоде уменьшается, т.к. притяжение ядром электронных оболочек усиливается. В начале периода расположены элементы с небольшим числом электронов на внешнем электронном слое и большим радиусом атома. Электроны, находящиеся дальше от ядра, легко от него отрываются, что характерно для элементов-металлов
Изменение радиуса атома в периоде

В одной и той же группе с увеличением номера периода атомные радиусы возрастают. Атомы металлов сравнительно легко отдают электроны и не могут их присоединять для достраивания своего внешнего электронного слоя.
Изменение радиуса атома в группе

Свойства химических элементов, а также образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер
Современная формулировка Периодического закона

Значение
Открытие периодического закона и создание системы химических элементов имело огромное значение не только для химии, но и для философии, для всего нашего миропонимания. Менделеев показал, что химические элементы составляют стройную систему, в основе которой лежит фундаментальный закон природы. В этом нашло выражение положение материалистической диалектики о взаимосвязи и взаимообусловленности явлений природы. Вскрывая зависимость между свойствами химических элементов и массой их атомов, периодический закон явился блестящим подтверждением одного из всеобщих законов развития природы — закона перехода количества в качество.

Памятник Д.И. Менделееву
в Санкт-Петербурге