Строение атома, 11 класс

Атом –
Химический элемент –
Доказательства сложности строения атома:
Открытие рентгеновских лучей
Открытие радиоактивности
Открытие «катодных лучей» (электронов)
Изучение явления радиоактивности

Модели строения атома
Пудинг с изюмом (1902-04 гг) Кельвин, Томсон)
Планетарная (1907-13 гг) Резерфорда-Бора
Модель Бора-Зоммерфельда (1913 г)
Квантово-механическая модель, опирающаяся на протонно-нейтронную теорию ядра (совр.) Шредингер, Гейзенберг, Бор и др.

Модель Резерфорда

Схема строения атома

Современные представления о делимости нуклонов

Основные характеристики протонов, нейтронов и электронов

Обратите внимание! При решении задач ЕГЭ среднее значение относительной атомной массы всех атомов, кроме хлора, округляется до целого по правилам математики. Среднее значение относительной атомной массы атома хлора в ЕГЭ принято считать равным 35,5.
Среднее значение относительной атомной массы с учетом распространенности изотопов

Порядковый номер химического элемента в Периодической таблице –
Массовое число –
Номер периода –
Номер группы для элементов главных и побочных подгрупп -
Чего следует ожидать при изменении
числа элементарных частиц в атоме?
Для чего можно использовать эти данные?
Составим схему строения атома одного из элементов малых периодов, например, серы.

Изменение числа протонов- появление нового элемента.
Изменение числа нейтронов – появление изотопов одного и того же элемента.
Изменение числа электронов – образование положительных или отрицательных ионов из атомов этого элемента.
изобары
изотопы
изотоны

Изотопы водорода

Попробуйте ответить на вопросы:
1. У изотопов одного элемента массовое число одинаковое или разное?
2. У изотопов одного элемента число протонов одинаковое или разное?
1. У изотопов одного химического элемента массовое число всегда разное, т.к. массовое число складывается из числа протонов и нейтронов. А у изотопов различается число нейтронов.
2. У изотопов одного элемента число протонов всегда одинаковое, т.к. число протонов характеризует химический элемент.

3. Определите количество нейтронов, протонов и электронов в изотопе брома-81.
4. Определите число нейтронов в изотопе хлора-37.
3. Массовое число изотопа брома-81 равно 81. Атомный номер = заряд ядра брома = число протонов в ядре = 35. Вычитаем из массового числа число протонов, получаем 81-35=46 нейтронов.
4. Массовое число изотопа хлора равно 37. Атомный номер, заряд ядра и число протонов в ядре равно 17. Получаем число нейтронов = 37-17 =20.

Электронное облако –
Электронная орбиталь –
Формы электронных орбиталей -

Варианты расположения орбиталей в пространстве

Сводная таблица

Принцип минимума энергии. Электроны заполняют сначала орбитали с наименьшей энергией. Энергия атомной орбитали эквивалентна сумме главного и орбитального квантовых чисел: n + l. Если сумма одинаковая, то заполняется первой та орбиталь, у которой меньше главное квантовое число n.

Энергетическая диаграмма атома углерода
Электронная формула
С +6 1s22s22p2

Электронные формулы элементов первых четырех периодов
H +1 1s1 1s
He +2 1s2 1s
Li +3 1s22s1 1s 2s
Be +4 1s22s2 1s 2s
B +5 1s22s22p1 1s 2s 2p
C +6 1s22s22p2 1s 2s 2p

Ne +10 1s22s22p6 1s 2s 2p
Na+11 1s22s22p63s1 1s 2s 2p 3s
У неона завершено заполнение второго энергетического уровня.
У натрия начинается заполнение третьего энергетического уровня.
От натрия до аргона заполнение 3-го уровня происходит в том же порядке, что и заполнение 2-го энергетического уровня.

А вот начиная с 19-го элемента, калия, заполняется не 3d-орбиталь, а 4s. Заполнение энергетических уровней и подуровней электронами происходит по энергетическому ряду орбиталей, а не по порядку.
Таким образом, формула калия:
K +19 1s22s22p63s23p64s1
1s 2s 2p 3s 3p 4s
У кальция 4s-подуровень заполнен:
Ca +20 1s22s22p63s23p64s2
1s 2s 2p 3s 3p 4s

У элемента 21, скандия, согласно энергетическому ряду орбиталей, начинается заполнение 3d-подуровня:
Sc +21 1s22s22p63s23p63d14s2
3d 4s
Дальнейшее заполнение 3d-подуровня происходит согласно квантовым правилам, от титана до ванадия.
Однако, у хрома порядок заполнения орбиталей нарушается.
Электронная конфигурация хрома такая:
Cr +24 [Ar]3d54s1 [Ar] 3d 4s
Этот эффект так и называется —провал или проскок
электрона. И наблюдается он, когда d-орбиталь недозаполнена на 1 электрон (по одному электрону в ячейке или по два).

Основное и возбужденное состояние атома бора
B +5 1s22s22p1
1s 2s 2p B* +5 1s22s12p2
1s 2s 2p

Электронные формулы ионов
Если атом отдаёт электроны, то общий заряд образовавшейся частицы будет положительный (вспомним, что число протонов в атоме равно числу электронов, а при отдаче электронов число протонов будет больше числа электронов). Положительно заряженные ионы — это катионы. Например: катион натрия образуется так:
Na +11 1s22s22p63s1 -1е = Na+ +11 1s22s22p63s0
Если атом принимает электроны, то приобретает отрицательный заряд. Отрицательно заряженные частицы — это анионы. Например, анион хлора образуется так:
Cl +17 1s22s22p63s23p5 +1e = Cl— +17 1s22s22p63s23p6
Таким образом, электронные формулы ионов можно получить добавив или отняв электроны у атома. Обратите внимание, при образовании катионов электроны уходят с внешнего энергетического уровня. При образовании анионов электроны приходят на внешний энергетический уровень.