Что такое электроны в химии
Перейти к содержимому

Что такое электроны в химии

  • автор:

2. Строение атома

Атом — это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и электронной оболочки.

В состав ядра входят нуклоны, или ядерные частицы. Это протоны и нейтроны. Электронная оболочка образована электронами. Протоны, нейтроны и электроны называют элементарными частицами атома.

Нуклоны в ядре удерживаются ядерным взаимодействием, энергия которого намного больше энергии химической связи. Поэтому в химических реакциях ядра не разрушаются.

Протон (\(p\)) — это частица с относительным зарядом \(+1\) и относительной массой \(1\).
Нейтрон (\(n\)) не имеет заряда, а его относительная масса тоже равна \(1\).
Электрон ( e − ) имеет заряд \(-1\), а его масса в \(1837\) раз меньше массы протона и нейтрона.
Строение атома можно охарактеризовать по положению химического элемента в периодической системе.

Порядковый номер элемента равен заряду ядра, числу протонов в ядре и числу электронов в его электронной оболочке.

Учитывая, что масса атома в основном сосредоточена в ядре и масса каждого нуклона равна \(1\), можно определить число нейтронов. Для этого от массового числа нужно отнять число протонов (порядковый номер).

порядковый номер радия Ra \(88\), относительная атомная масса равна \(226\). Значит, в атоме содержится \(88\) протонов и \(88\) электронов, а число нейтронов равно \(226 — 88 = 138\).

Число нейтронов в атомах одного элемента непостоянно. Поэтому атомы одного химического элемента могут различаться своими массами и существуют в виде разных нуклидов (изотопов).

Изотопы (нуклиды) — разновидности атомов с одинаковым зарядом ядра, но разными массами.

Изотопы с одинаковым зарядом ядра составляют химический элемент. Их обозначают, указывая справа вверху от символа элемента массовое число. Справа внизу часто записывают также протонное число (порядковый номер): O 8 16 , O 8 17 .

Большинство химических элементов в природе представлено несколькими разновидностями атомов. Всего их известно более \(2500\).

водород в природе представлен тремя изотопами. Ядро самого лёгкого изотопа (протия) состоит только из одного протона. В ядре дейтерия один протон и один нейтрон, а в ядре трития один протон и два нейтрона.

Frame 605.png

Рис. \(1\). Изотопы водорода

Указанная в периодической системе относительная атомная масса — это средняя масса всех существующих в природе изотопов данного элемента. Когда мы её округляем до целых, то получаем массу самого распространённого изотопа.

Химические элементы

Химический элемент — совокупность атомов с одним и тем же зарядом ядра, числом протонов в ядре и электронов в электронной оболочке. Закономерную связь химических элементов отражает периодическая таблица Д.И. Менделеева.

Химический элемент

  • Обозначение химического элемента
  • Русское наименование
  • Порядковый номер = заряд атома = число электронов = число протонов
  • Атомная масса
  • Распределение электронов по энергетическим уровням
  • Электронная конфигурация внешнего уровня

Надо заметить, что на экзамене часто из карточки элемента скрывают распределение электронов и конфигурацию внешнего уровня. Тем не менее, если вы успешно освоили предыдущую тему, то для вас не составит труда написать электронную конфигурацию атома зная его порядковый номер в таблице Д.И. Менделеева (номер уж точно не тронут!))

Протоны, нейтроны и электроны

Вы уже знаете, что порядковый номер элемента в периодической таблице Д.И. Менделеева равен числу протонов, а число протонов равно числу электронов.

Протоны, нейтроны и электроны

Для того чтобы найти число нейтронов в атоме алюминия, необходимо вычесть из атомной массы число протонов:

Получается, что в атоме алюминия 14 нейтронов. Посчитайте число нейтронов, электронов и протонов самостоятельно для атомов бериллия, кислорода, меди. Решение вы найдете ниже.

Протоны, нейтроны и электроны

Если вы поняли суть и научились считать протоны, нейтроны и электроны, самое время приступать к следующей теме.

Изотопы

Изотопы (греч. isos — одинаковый + topos — место) — общее название разновидностей одного и того же химического элемента, имеющих одинаковый заряд ядра (число протонов), но разное число нейтронов.

Вероятно, вы не задумывались, но вся таблица Д.И. Менделеева и представленные в ней химические элементы — это самые распространенные на земле изотопы.

Лучше всего объяснить, что такое изотопы наглядным примером. Широко известны три изотопа водорода: протий, дейтерий и тритий.

Изотопы водорода

В таблице Д.И. Менделеева представлен самый распространенный из трех — протий. Он содержит 1 протон и 1 электрон, нейтроны отсутствуют. У дейтерия 1 протон, 1 нейтрон и 1 электрон. У трития 1 протон, 2 нейтрона, 1 электрон.

Теперь очевидно, что изотопы — атомы одного и того же химического элемента, различающиеся числом нейтронов.

Рассмотрим пример с изотопами лития. Самостоятельно посчитайте количество нейтронов у каждого изотопа. Найдите тот, который включен в таблицу Д.И. Менделеева.

Изотопы лития

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2024

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Блиц-опрос по теме Химические элементы

1. Состояние электронов в атоме. Электронные орбитали

Электрон — это очень маленькая частица, которая движется с огромной скоростью. Для описания движения электрона нельзя применить законы механики. Когда характеризуют движение электрона, то говорят о вероятности его нахождения в той или иной области пространства.

Электроны занимают в атоме пространство вокруг ядра и перемещаются в нём с большой скоростью в разных направлениях. Говорят, что они образуют электронное облако.

Пространство, занятое электронами, огромно по сравнению с объёмом ядра. Но это не означает, что каждый электрон может находиться в любой точке пространства. Оказалось, что электроны передвигаются только в ограниченных объёмах. Эти объёмы назвали электронными слоями или энергетическими уровнями. Число таких уровней совпадает с номером периода, в котором химический элемент располагается в периодической системе. На каждом уровне может разместиться только определённое количество электронов.

Для любого электрона можно выделить область пространства, где он бывает с вероятностью не менее \(90\) %. Такую область пространства называют атомной или электронной орбиталью. Орбитали различаются формой и размерами.

Орбитали различной формы обозначают буквами: \(s\), \(p\), \(d\), \(f\). Так, \(s\)-орбиталь шарообразная, а \(p\)-орбиталь напоминает объёмную восьмёрку или гантель. У \(d\)- и \(f\)-орбиталей более сложная форма.

Рис. \(1\). \(s\)-орбиталь
Рис. \(2\). \(p\)-орбиталь

На одной орбитали не может быть более двух электронов. Если там два электрона, то они называются спаренными.

Энергетические уровни принято нумеровать, начиная с самого близкого к ядру. Номер обозначают числом (\(1\), \(2\), \(3\)… \(7\)).

На энергетических уровнях выделяют подуровни, образованные орбиталями одного вида. На первом энергетическом уровне всего один подуровень, на втором — два и т. д. Подуровни обозначают теми же буквами, что и орбитали: \(s\), \(p\), \(d\), \(f\).

Число орбиталей на подуровнях: \(s\)-орбиталь — \(1\), \(p\)-орбителей — \(3\), \(d\)-орбиталей — \(5\), а \(f\)-орбиталей — \(7\).

Удобно показывать распределение электронов по орбиталям с помощью графических схем. Орбиталь в таких схемах принято рисовать в виде квадрата, а электрон — в виде стрелки. Орбитали первых четырёх энергетических уровней можно показать следующим образом.

1. Состояние электрона в атоме

Для описания состояния электрона оценивается вероятность его нахождения в околоядерной области пространства и используются понятия « электронное облако », « электронная орбиталь ».

Электронное облако — модель движения электрона в атоме; область пространства, в каждой точке которой может находиться данный электрон.

Рис. \(1\). Электронное облако

Электронная орбиталь — область околоядерного пространства, в которой вероятность нахождения электрона более \(90\) %.

Электронные орбитали имеют разную форму . В атоме водорода орбиталь единственного электрона имеет форму шара. Это \(s\) — орбиталь .

Рис. \(2\). \(s\)-орбиталь
В атомах других элементов электроны могут находиться на гантелеобразных \(p\) — орбиталях .

6.png

Рис. \(3\). \(p\) -орбиталь
Известны и более сложные по форме орбитали.

Электронные орбитали различаются размерами . Размер зависит от энергии электрона. Чем больше энергия электрона, тем больше по размеру его орбиталь, и тем дальше он находится от ядра.

Обрати внимание!
Чем дальше электрон от ядра, тем больше его энергия и слабее связь с ядром.

На одной орбитали может содержаться не более двух электронов . Два электрона на одной орбитали называют спаренными. Если на орбитали находится один электрон, то он неспаренный.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *