Неорганическая химия

Поиск

Содержание:

Распространенные элементы. Cтроение атомов. Электронные оболочки. Орбитали

Химический элемент – определенный вид атомов, обозначаемый названием и символом и характеризуемый порядковым номером и относительной атомной массой.

В табл. 1 перечислены распространенные химические элементы, приведены символы, которыми они обозначаются (в скобках – произношение), порядковые номера, относительные атомные массы, характерные степени окисления.

Нулевая степень окисления элемента в его простом веществе (веществах) в таблице не указана.

Таблица 1

Название Символ Z Ar Степень окисления
Азот N (эн) 7 14,007 -III, +II, III, IV, V
Алюминий Al (алюминий) 13 26,982 +III
Аргон Ar (аргон) 18 39,948 -
Барий Ba (барий) 56 137,327 +II
Бериллий Be (бериллий) 4 9,012 +II
Бор B (бор) 5 10,811 +III
Бром Br (бром) 35 79,904 -I, +I, V, VII
Ванадий V (ванадий) 23 50,942 +III, IV, V
Висмут Bi (висмут) 83 208,980 +III, V
Водород H (аш) 1 1,008 -I, +I
Вольфрам W (вольфрам) 74 183,84 +IV, VI
Галлий Ga (галлий) 31 69,723 +III
Гафний Hf (гафний) 72 178,49 +IV
Гелий He (гелий) 2 4,003 -
Германий Ge (германий) 32 72,61 +IV
Железо Fe (феррум) 26 55,847 +II, III, VI, VIII
Золото Au (аурум) 79 196,967 +I, III
Индий In (индий) 49 114,818 +III
Йод I (йод) 53 126,904 -I, +I, V, VII
Иридий Ir (иридий) 77 192,217 +III, IV
Иттрий Y (иттрий) 39 88,906 +III
Кадмий Cd (кадмий) 48 112,411 +II
Калий K (калий) 19 39,098 +I
Кальций Ca (кальций) 20 40,078 +II
Кислород O (о) 8 15,999 -II, -I, +II
Кобальт Co (кобальт) 27 58,933 +II, III
Кремний Si (силициум) 14 28,086 -IV, +IV
Криптон Kr (криптон) 36 83,80 +II
Ксенон Xe (ксенон) 54 131,29 +II, IV, VI, VIII
Лантан La (лантан) 57 138,906 +III
Литий Li (литий) 3 6,941 +I
Магний Mg (магний) 12 24,305 +II
Марганец Mn (марганец) 25 54,938 +II, IV, VI, VII
Медь Cu (купрум) 29 63,546 +I, II
Молибден Mo (молибден) 42 95,94 +IV, VI
Мышьяк As (арсеникум) 33 74,922 +III, V
Натрий Na (натрий) 11 22,990 +I
Неон Ne (неон) 10 20,180 -
Никель Ni (никель) 28 58,693 +II
Ниобий Nb (ниобий) 41 92,906 +IV, V
Олово Sn (станнум) 50 118,710 +II, IV
Осмий Os (осмий) 76 190,23 +IV, VI, VIII
Палладий Pd (палладий) 46 106,42 +II, IV
Платина Pt (платина) 78 195,08 +II, IV
Рений Re (рений) 75 186,207 +IV, VII
Родий Rh (родий) 45 102,906 +III, IV
Ртуть Hg (гидраргирум) 80 200,59 +I, II
Рубидий Rb (рубидий) 37 85,486 +I
Рутений Ru (рутений) 44 101,07 +II, IV, VI, VIII
Свинец Pb (плюмбум) 82 207,2 +II, IV
Селен Se (селен) 34 78,96 -II, +IV, VI
Сера S (эс) 16 32,066 -II, +IV, VI
Серебро Ag (аргентум) 47 107,868 +I
Скандий Sc (скандий) 21 44,956 +III
Стронций Sr (стронций) 38 87,62 +II
Сурьма Sb (стибиум) 51 121,760 +III, V
Таллий Tl (таллий) 81 204,383 +I, III
Тантал Ta (тантал) 73 180, 948 +IV, V
Теллур Te (теллур) 52 127,60 -II, +IV, VI
Титан Ti (титан) 22 47,867 +III, IV
Торий Th (торий) 90 232,038 +IV
Углерод C (цэ) 6 12,011 -IV, +II, IV
Уран U (уран) 92 238,029 +III, IV, VI
Фосфор P (пэ) 15 30,974 -III, +I, III, V
Фтор F (фтор) 9 18,998 -I
Хлор Cl (хлор) 17 35,453 -I, +I, V, VII
Хром Cr (хром) 24 51,996 +II, III, VI
Цезий Cs (цезий) 55 132,905 +I
Цинк Zn (цинк) 30 65,39 +II
Цирконий Zr (цирконий) 40 91,224 +IV

Все атомы одного элемента имеют одно и то же число протонов в ядре и число электронов в оболочке. Так, в атоме элемента водород Н находится 1р+ в ядре и на периферии 1е-; в атоме элемента кислород О находится 8р+ в ядре и 8е- в оболочке; атом элемента алюминий Аl содержит 13р+ в ядре и 13е- в оболочке.

Атомы одного элемента могут различаться числом нейтронов в ядре, такие атомы называются изотопами. Так, у элемента водород Н три изотопа: водород-1 (специальное название и символ протий 1H) с 1 р+ в ядре и 1е- в оболочке; водород-2 (дейтерий 2Н, или D) с 1р+ и 1n0 в ядре и 1е- в оболочке; водород-3 (тритий 3Н, или Т) с 1р+ и 2n0 в ядре и 1е- в оболочке. В символах 1Н, 2Н и 3Н верхний индекс указывает массовое число – сумму чисел протонов и нейтронов в ядре. Другие примеры:

Элемент кислород O Элемент углерод C
Кислород-16 16O 8p+, 8n0, 8e- Углерод-12 12С 6p+, 6n0, 6e-
Кислород-17 17O 8p+, 9n0, 8e- Углерод-13 13С 6p+, 7n0, 6e-
Кислород-18 18O 8p+, 10n0, 8e-    

Электронную формулу атома любого химического элемента в соответствии с его расположением в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева можно определить по табл. 2.

Таблица 2

Период Элемент Электронная формула атома
1 1H 1s1
2He 1s2
2 3Li 1s22s1
4Be 1s22s2
5B 1s22s22p1
6C 1s22s22p2
7N 1s22s22p3
8O 1s22s22p4
9F 1s22s22p5
10Ne 1s22s22p6
3 11Na [Ne]3s1
12Mg [Ne]3s2
13Al [Ne]3s23p1
14Si [Ne]3s23p2
15P [Ne]3s23p3
16S [Ne]3s23p4
17Cl [Ne]3s23p5
18Ar [Ne]3s23p6
4 19K [Ar]4s1
20Ca [Ar]4s2
21Sc [Ar]3d14s2
22Ti [Ar]3d24s2
23V [Ar]3d34s2
24Cr [Ar]3d54s1
25Mn [Ar]3d54s2
26Fe [Ar]3d64s2
27Co [Ar]3d74s2
28Ni [Ar]3d84s2
29Cu [Ar]3d104s1
30Zn [Ar, 3d10]4s2
31Ga [Ar, 3d10]4s24p1
32Ge [Ar, 3d10]4s24p2
33As [Ar, 3d10]4s24p3
34Se [Ar, 3d10]4s24p4
35Br [Ar, 3d10]4s24p5
36Kr [Ar, 3d10]4s24p6
Период Элемент Электронная формула атома
5 37Rb [Kr]5s1
38Sr [Kr]5s2
39Y [Kr]4d15s2
40Zr [Kr]4d25s2
41Nb [Kr]4d45s1
42Mo [Kr]4d55s1
43Tc [Kr]4d55s2
44Ru [Kr]4d75s1
45Rh [Kr]4d85s1
46Pd [Kr]4d10
47Ag [Kr]4d105s1
48Cd [Kr, 4d10]5s2
49In [Kr, 4d10]5s25p1
50Sn [Kr, 4d10]5s25p2
51Sb [Kr, 4d10]5s25p3
52Te [Kr, 4d10]5s25p4
53I [Kr, 4d10]5s25p5
54Xe [Kr, 4d10]5s25p6
6 55Cs [Xe]6s1
56Ba [Xe]6s2
57La [Xe]5d16s2
58Ce [Xe]4f1-25d1-06s2
59Pr [Xe]4f36s2
60Nd [Xe]4f46s2
61Pm [Xe]4f56s2
62Sm [Xe]4f66s2
63Eu [Xe]4f76s2
64Gd [Xe]4f75d16s2
65Tb [Xe]4f8-95d1-06s2
66Dy [Xe]4f106s2
67Ho [Xe]4f116s2
68Er [Xe]4f126s2
69Tm [Xe]4f136s2
70Yb [Xe]4f146s2
71Lu [Xe, 4f14]5d16s2
72Hf [Xe, 4f14]5d26s2
Период Элемент Электронная формула атома
6 73Ta [Xe, 4f14]5d36s2
74W [Xe, 4f14]5d46s2
75Re [Xe, 4f14]5d56s2
76Os [Xe, 4f14]5d66s2
77Ir [Xe, 4f14]5d76s2
78Pt [Xe, 4f14]5d96s1
79Au [Xe, 4f14]5d106s1
80Hg [Xe, 4f14, 5d10]6s2
81Tl [Xe, 4f14, 5d10]6s26p1
82Pb [Xe, 4f14, 5d10]6s26p2
83Bi [Xe, 4f14, 5d10]6s26p3
84Po [Xe, 4f14, 5d10]6s26p4
85At [Xe, 4f14, 5d10]6s26p5
86Rn [Xe, 4f14, 5d10]6s26p6
7 87Fr [Rn]7s1
88Ra [Rn]7s2
89Ac [Rn]6d17s2
90Th [Rn]6d27s2
91Pa [Rn]5f1-26d2-17s2
92U [Rn]5f36d17s2
93Np [Rn]5f4-56d1-07s2
94Pu [Rn]5f67s2
95Am [Rn]5f77s2
96Cm [Rn]5f76d17s2
97Bk [Rn]5f8-96d1-07s2
98Cf [Rn]5f107s2
99Es [Rn]5f117s2
100Fm [Rn]5f127s2
101Md [Rn]5f137s2
102No [Rn]5f147s2
103Lr [Rn, 5f14]6d17s2
104Rf [Rn, 5f14]6d27s2
105Db
[Rn, 5f14]6d37s2
106Sg [Rn, 5f14]6d47s2
107Bh [Rn, 5f14]6d57s2
108Hs [Rn, 5f14]6d67s2
109Mt [Rn, 5f14]6d77s2

Электронная оболочка любого атома делится на энергетические уровни (1, 2, 3-й и т. д.), уровни делятся на подуровни (обозначаются буквами s, р, d, f). Подуровни состоят из атомных орбиталей – областей пространства, где вероятно пребывание электронов. Орбитали обозначаются как 1s (орбиталь 1-го уровня s-подуровня), 2s, 2р, 3s, 3р, 3d, 4s… Число орбиталей в подуровнях:

Подуровень s p d f
Число орбиталей 1 3 5 7

Заполнение атомных орбиталей электронами происходит в соответствии с тремя условиями:

  1. принцип минимума энергии
    Электроны заполняют орбитали, начиная с подуровня с меньшей энергией.

    Последовательность нарастания энергии подуровней: 
    1s < 2c < 2p < 3s < 3p < 4s ≤ 3d < 4p < 5s ≤ 4d < 5p < 6s…
  2. правило запрета (принцип Паули)
    В каждой орбитали может разместиться не более двух электронов.
    Один электрон на орбитали называется неспаренным, два электрона – электронной парой:
  3.  принцип максимальной мультиплетности (правило Хунда)
    В пределах подуровня электроны сначала заполняют все орбитали наполовину, а затем – полностью.

Каждый электрон имеет свою собственную характеристику – спин (условно изображается стрелкой вверх или вниз). Спины электронов складываются как вектора, сумма спинов данного числа электронов на подуровне должна быть максимальной (мультиплетность):

Заполнение электронами уровней, подуровней и орбиталей атомов элементов от Н (Z = 1) до Kr (Z = 36) показано на энергетической диаграмме (номера отвечают последовательности заполнения и совпадают с порядковыми номерами элементов):

Из заполненных энергетических диаграмм выводятся электронные формулы атомов элементов. Число электронов на орбиталях данного подуровня указывается в верхнем индексе справа от буквы (например, 3d5 – это 5 электронов на Зd-подуровне); вначале идут электроны 1-го уровня, затем 2-го, 3-го и т. д. Формулы могут быть полными и краткими, последние содержат в скобках символ соответствующего благородного газа, чем передается его формула, и, сверх того, начиная с Zn, заполненный внутренний d-подуровень. Примеры:

1H = 1s1

2Не = 1s2

3Li = 1s22s1 = [2He]2s1

8O = 1s22s22p4 = [2He]2s22p4

13Al = 1s22s22p63s23p1 = [10Ne]3s23p1

17Cl = 1s22s22p63s23p5 = [10Ne]3s23p5

2OСа = 1s22s22p63s23p4s2 = [18Ar]4s2

21Sc = 1s22s22p63s23p63d14s2 = [18Ar]3d14s2

25Mn = 1s22s22p63s23p63d54s2 = [18Ar]3d54s2

26Fe = 1s22s22p63s23p63d64s2 = [18Ar]3d64s2

30Zn = 1s22s22p63s23p63d104s2 = [18Ar, 3d10]4s2

33As = 1s22s22p63s23p63d104s24p3 = [18Ar, 3d10]4s24p3

36Kr = 1s22s22p63s23p63d104s24p6 = [18Ar, 3d10]4s24p6

Электроны, вынесенные за скобки, называются валентными. Именно они принимают участие в образовании химических связей.

Исключение составляют:

24Cr = 1s22s22p63s23p63d54s1 = [18Аr]Зd54s1 (а не 3d44s2!),

29Cu = 1s22s22p63s23p63d104s1 = [18Ar]3d104s1 (а не 3d94s2!).

"ПросветOnline"

Современная эффективная онлайн система подготовки к ОГЭ, ЕГЭ, вступительным испытаниям в ВУЗах по химии, биологии и английскому языку.

Контакты

Присоединяйтесь к нам!

Подпишитесь на наши новости:
©2020 Онлайн школа "ПросветOnline". All Rights Reserved. Разработка и поддержка: Сластёнов С. Н. | Powered by Yii Framework

Поиск