Практическое занятие № 1. Цель работы. Научиться определять состав атома: структуру ядра и электронной оболочки

Тема: СТРОЕНИЕ АТОМА

Цель работы. Научиться определять состав атома: структуру ядра и электронной оболочки. На основании данных строения атома охарактеризовать положение элемента в периодической системе и его свойства.

Порядок работы

По аналогии с приведенными примерами дать характеристику элементов, указанных преподавателем.

1. СОСТАВ ЯДРА

Характеристика Al и С

По положению элемента в периодической системе элементов Д.И. Менделеева находится порядковый номер и атомная масса. По этим данным определяется состав ядра: число протонов и нейтронов (общее число нуклонов).

Таблица 5

Характеристика р-элементов

2. СТРОЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ОБОЛОЧКИ

Заполнение электронной оболочки определяется правилами квантовой механики: принципом наименьшей энергии (правило Клечковского) и правилом Паули (число электронов на уровнях и подуровнях).

Согласно правилу Клечковского заполнение электронами уровней и подуровней происходит по значению сумм главного и побочного квантовых чисел (n +). В первую очередь заполняются орбитали с меньшим значением суммы (n +). В случае равенства сумм первым заполняется подуровень с меньшим значением n.

Последовательность заполнения выражается общей формулой:

1s ® 2s ® 2p ® 3s ® 3p ® 4s ® 3d ® 4p ® 5s ® 4d и т.д.

Как видно из формулы, уровни заполняются от низшего к высшему, подуровни от s- к p-, d-подуровень заполняется после того, как заполнится s-подуровень следующего слоя (с большим квантовым числом). f – подуровень заполняется после появления одного электрона на d – подуровне следующего уровня.

Количество электронов на уровнях и подуровнях ограничивается принципом Паули (запретом Паули). В одной квантовой ячейке не может быть больше двух электронов, отличающихся спиновым квантовым числом (+1/2 и – 1/2):

Зная число ячеек, можно определить и число электронов на уровнях и подуровнях. Емкость подуровней дана в табл. 6.

Таблица 6

Емкость подуровней

	Буквенное изображение АО	Число орбиталей (АО) m = 2 + 1	Кол-во ē	Орбитали
0	s p d f			s2 p6 d10 f14

На внешнем слое не может быть больше 8 электронов.

Примеры:

²⁷₁₃Al 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹,

¹²₆C 1s² 2s² 2p²,

⁵⁶₂₆Fe 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s².

3. ПОЛОЖЕНИЕ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ

Как было изложено в предыдущем параграфе, номер периода отражает число энергетических уровней в электронной оболочке атома, т.е. совпадает с максимальным значением главного квантового числа n.

Номер группы определяется максимальным числом валентных электронов s-, p- и d – подуровней. Однако полное представление о валентности можно дать только на основании графического изображения электронов в ячейках.

У элементов главных подгрупп заполняются последними s- и р – подуровни внешнего слоя, а в побочных - d – подуровень предвнешнего слоя.

Таким образом, алюминий находится в третьем периоде, в третьей группе, главной подгруппе.

Углерод расположен во втором периоде, в четвертой группе, главной подгруппе.

Железо расположено в четвертом периоде, в восьмой группе, побочной подгруппе.

4. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ

В этом разделе необходимо ответить на следующие вопросы:

- к какой группе относится данный элемент (металл или неметалл);

- какими свойствами обладает элемент (окислительными или восстановительными);

- какая энергия (ионизации, сродство к электрону) характеризует элемент; сравнить его электроотрицательность с другими элементами;

- обосновать свойства строением электронной оболочки атома и написать уравнения процессов окисления и восстановления.

Пример. Al – металл (на внешнем слое 3 электрона); восстановитель:

Al⁰ - 3ē = Al³⁺, характеризуется низкой энергией ионизации; ЭО алюминия меньше, чем у углерода, значит Al – более сильный восстановитель.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: