строение атома

Атом – «неделимый»
Делимость атома доказывают явления:
Фотоэффекта
Радиоактивности
Электролиза

Модели строения атома

Модели атома
Модель атома Томсона
Модель атома Резерфорда
Модель атома Бора

Модель атома Томсона
«Пудинг с изюмом»
Джозеф Томсон (1856 -1940), английский учёный, в 1897г. открыл электрон, предложил модель атома

Модель атома Резерфорда
Так должно было происходить рассеяние α-частиц в атоме Томсона
Такое рассеяние
α-частиц наблюдал Резерфорд на опыте

-
Сравнение размеров ядра и электрона
Сравните соотношение размеров ядра и электрона в атоме

Модель атома Бора
1 постулат: Электрон может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по некоторым определенным круговым орбитам. Их назвали стационарными.
2 постулат: Излучение или поглощение энергии атомом происходит при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую.
Построена на основе Планетарной модели Резерфорда, приправленной квантовыми постулатами:

Корпускулярно-волновые свойства микромира
Элементарные частицы имеют ничтожно малые массы и размеры, поэтому обладают особыми свойствами.
Квантовая механика характеризует частицы микромира как объекты с двойственной природой – корпускулярно-волновым дуализмом: они являются одновременно и частицами и волнами.
Корпускулярно-волновой дуализм объектов микромира доказан явлениями интерференции (наложение волн друг на друга) и дифракцией (огибание волной препятствия).

Протонно-нейтронная теория
В 1932 г была разработана протонно-нейтронная теория строения атомного ядра. Итак:
Ядро состоит из протонов, имеющих заряд +1 и массу 1, и нейтронов, имеющих заряд 0, и массу 1.
Их назвали нуклонами.
Таким образом, сформировалось понятие атом – электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц, состоящая из ядра и электронов.

Модели строения атома

Строение ядра
Аr = 1
Аr = 4
Аr = 7
Протон – масса = 1, заряд = +1
Нейтрон – масса = 1, заряд = 0
+3

Что произойдет, если изменится число протонов в ядре?
Изменение числа протонов в ядре приведет к образованию нового химического элемента, так как изменится заряд ядра.

Что произойдет, если изменится число нейтронов в ядре атома?
Изменение числа нейтронов в атоме приведет к изменению атомной массы элемента, заряд ядра атома при этом не изменится. В результате образуются изотопы – разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющий одинаковый заряд ядра, но разную относительную атомную массу.

Изотопы
Протий
Дейтерий
Тритий
1+
3

Повторим
Какие модели строения атома Вам известны? В чем их несостоятельность?
Какие постулаты предложил Н. Бор? Почему его теория считается важнейшим этапом в развитии представлений о строении атома?
Объяснить двойственную природу электрона.
В чем суть протонно-нейтронной теории?

СОСТОЯНИЕ ЭЛЕКТРОНА В АТОМЕ
Квантовые числа. Принципы заполнения электронных оболочек атомов электронами.

Важнейшие понятия
Состояние электрона в атоме - это совокупность информации об энергии определенного электрона и пространстве, в котором он находится.
Электронное облако – это объем пространств относительно ядра, в котором сосредоточена вся масса и весь заряд электрона.
Атомная орбиталь – это объем пространства относительно ядра, в котором сосредоточено около 90% электронной плотности.

Электронное облако

Формы атомных орбиталей
Сферическая форма
(S – электронная орбиталь)
Форма объемной восьмерки (p – электронная орбиталь)
Перекрещенные объемные восьмерки
(d – электронные орбитали)

Квантовые числа
Совокупность сложных движений электрона в атоме характеризуются квантовыми числами.
Различают:
n – главное квантовое число;
l – побочное (орбитальное) квантовое число;
ml - магнитное квантовое число;
ms – магнитное спиновое число.

Главное квантовое число (n)
Характеризует общую энергию электрона данного энергетического уровня. Принимает целые значения: 1,2,3…
Главное квантовое число соответствует номеру периода.

Побочное квантовое число (l)
Характеризует запас энергии электрона в пределах энергетического уровня. Принимает значения от 0 до n-1.
Определяется по формуле: l = n-1
(характеризует форму орбиталей)
l = 0 соответствует s-подуровню (сферическая форма орбитали)
l = 1 соответствует р-подуровню (орбиталь формы объемной восьмерки)
l = 2 соответствует d-подуровню (орбиталь более сложной формы)
l = 3 соответствует f-подуровню (орбиталь более сложной формы).

Магнитное квантовое число ml
Характеризует распределение орбиталей в магнитном поле ядра. Зависит от побочного квантового числа. Принимает значения от -1, 0, +1.
Определяет количество атомных орбиталей.
Определяется по формуле: ml = 2l +1

Магнитное спиновое квантовое число (ms)
Это собственный момент импульса электрона.
Может принимать значения: -1/2 или +1/2
(характеризует вращение электрона по часовой или против часовой стрелки).

Задание
Опишите состояние электронов в атоме химического элемента №8, используя все квантовые числа.

Принципы заполнения электронных оболочек
Принцип наименьшей энергии.
Принцип Паули.
Правило Хунда
Правило Клечковского.
Задание: Напишите электронную и графическую формулу элемента №19.

Принцип наименьшей энергии
Электрон занимает тот энергетический уровень, тот подуровень, ту атомную орбиталь, которым соответствует минимальный запас энергии.
(Поэтому сначала заполняются энергетические уровни которые располагаются ближе к ядру).

Принцип Паули
В одном и том же атоме не может быть двух электронов, обладающих одинаковым набором квантовых чисел, (т.е. не может быть двух электронов в одинаковом состоянии).
То есть: электронной формуле
n =1
l = 0, один s-подуровень, электронов два,
они обладают противоположными спинами
-1/2 и +1/2

Правило Хунда
Правило Хунда определяет порядок заполнения орбиталей определённого подслоя и формулируется следующим образом: суммарное спиновое число электронов данного подслоя должно быть максимальным.
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.

Спин электрона
Вращение по часовой стрелке – положительный спин
Вращение против часовой стрелки – отрицательный спин

Правило Клечковского
Заполнение электронами орбиталей в атоме происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантового чисел (n + l).
При одинаковой сумме раньше заполняется орбиталь с меньшим значением главного квантового числа.
Итак, 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s…
Рассмотрим на примере элементов четвертого периода.

Электронная формула атома и ее графическое изображение у элементов первого периода
Н
1S1
Номер уровня
Форма орбитали
Количество электронов на орбитали
Не
1S2
орбиталь

Элементы второго периода
Li
1S2 2S1
Be
1S2 2S2
B
1S2 2S2 2p1
C
1S2 2S2 2p2
N
1S2 2S2 2p3
O
1S2 2S2 2p4
F
1S2 2S2 2p5
Ne
1S2 2S2 2p6

Na
Строение атома натрия
2S2
2p6
3S1
1S2