Строение атома: электронные формулы, электронные орбитали

На предыдущем уроке вы познакомились с первой частью темы о строении электронных оболочек. Вы узнали, что собой представляют электронные оболочки атомов, что такое электронные слои и как они заполняются.

Данный урок представляет вторую часть темы о строении электронных оболочек. Здесь информация будет посвящена электронным формулам и электронным орбиталям.

Электронные формулы

Электронная формула — это формула расположения электронов по различным электронным оболочкам атома химического элемента.

Ядро атома водорода имеет заряд $+1$, т. е. содержит только один протон, соответственно и один электрон на одном энергетическом уровне.

Это можно записать с помощью электронной формулы: $_1Н 1ē$, где нижний индекс — число протонов в ядре, а запись $1ē$ — число электронов.

Следующим элементом первого периода является гелий. Ядро атома гелия имеет заряд $+2$. У него на первом энергетическом уровне имеются уже два электрона $_2Не 2ē$.

Первый энергетический уровень может вместить только два электрона, поэтому он полностью завершен. Потому первый период таблицы химических элементов Д. И. Менделеева состоит только из двух элементов.

У атома лития, элемента второго периода, появляется дополнительный энергетический уровень, туда и «отправляется» третий электрон $_3Li 2ē, 1ē$.

У атома бериллия на второй уровень «попадает» еще один электрон $_4Be 2ē, 2ē$.

У атома бора на внешнем уровне — три электрона, а у атому углерода — четыре; атом фтора имеет семь электронов на внешнем уровне, а атом неона — восемь электронов $_{10}Ne 2ē, 8ē$.

На втором уровне может поместиться только восемь электронов, поэтому он у неона завершен.

Натрий — элемент третьего периода, у него появляется еще один, третий энергетический уровень, и на нем находится один электрон $_{11}Na 2ē, 8ē, 1ē$.

Обратите внимание: натрий — элемент третьего периода, поэтому его атом содержит три энергетических уровня. Также это элемент I группы главной подгруппы, поэтому на внешнем энергетическом уровне у него один электрон!

Предлагаем также рассмотреть строение энергетических уровней атома серы, элемента VIA группы третьего периода $_{16}S 2ē, 8ē, 6ē$.

Завершающим в третьем периоде является атом аргона $_{18}Ar 2ē, 8ē, 8ē$.

Атомы химических элементов четвертого периода соответственно имеют четвертый уровень, на котором у атома калия, например, находится один электрон.

Показать ответ

Скрыть ответ

Показать ответ

Скрыть ответ

Строение электронных оболочек азота и фосфора схожи количеством электронов на внешнем энергетическом уровне. Однако, у азота два уровня, а у фосфора — три.

У фосфора и серы одинаковое количество энергетических уровней — по три, но различное количество электроном на внешнем энергетическом уровне: у фосфора — пять, а у серы — шесть.

Электронные орбитали

Теперь, когда у вас имеются элементарные представления о строении атомов первого и второго периодов таблицы химических элементов Д. И. Менделеева, введем уточнения, которые приблизят вас к более правильному и корректному взгляду на строение атома.

Аналогично тому, как быстро движущаяся игла татуировочной машинки, прокалывая кожу, вырисовывает на ней рисунок, так же неизмеримо быстро движущийся в пространстве вокруг атомного ядра электрон «рисует» изображение электронного облака, только не плоское, а объемное.

Электронные облака называют орбиталями. Электронные орбитали отличаются размерами, это зависит от энергии. Чем меньше запас энергии электрона, тем сильнее он притягивается к ядру и тем меньше по размеру его орбиталь.

Электронная орбиталь (электронное облако) — это пространство вокруг ядра атома, где наиболее вероятно может находиться данный электрон.

Быть может, эти электроны -  
Миры, где пять материков,
Искусства, званья, войны, троны
И память сорока веков.

Еще, быть может, каждый атом -  
Вселенная, где сто планет;
Там все, что здесь, в объеме сжатом,
Но также то, чего здесь нет.

{"questions":[{"content":"Быстро движущийся в пространстве вокруг атомного ядра электрон «рисует» объемное изображение [[fill_choice_big-1]]","widgets":{"fill_choice_big-1":{"type":"fill_choice_big","options":["электронного облака","ядра","атома"],"answer":0}},"explanation":"Быстро движущийся в пространстве вокруг атомного ядра электрон «рисует» объемное изображение электронного облака."},{"content":"Составьте корректное предложение: [[sentence-14]]","widgets":{"sentence-14":{"type":"sentence","words":["Электронная орбиталь — это","пространство","вокруг","ядра","атома,","где наиболее вероятно","может находиться","данный электрон."],"extra":["не может"]}}}]}

Электронные орбитали имеют разную форму. Каждый энергетический уровень в атоме начинается с $s$-орбитали сферической формы. На втором и последующих уровнях после s-орбитали появляются $p$-орбитали гантелеобразной формы.

P-орбиталей три. Любую из этих орбиталей занимают не более двух электронов. Соответственно, на $s$-орбитали их может быть только два, а на трех $p$-орбиталях — шесть.

{"questions":[{"content":"Рассортируйте по группам: [[grouper-147]]","widgets":{"grouper-147":{"type":"grouper","labels":["$S$-орбиталь","$P$-орбиталь"],"items":[["имеет сферическую форму","вмещает два электрона"],["имеет гантелеобразную форму","их три штуки","вмещает шесть электронов"]]}}}]}

Полная запись электронных формул

Более полные электронные формулы строения атомов записывают следующим образом:

а) энергетический уровень обозначают в виде коэффициента арабской цифрой;

б) далее буквами $s$ и $p$ обозначают орбиталь;

в) число электронов каждой орбитали записывают в виде верхнего индекса справа над буквой.

Например, электронные формулы атомов первого периода:

$H$ — $1s^1$; $He$ — $1s^2$.

И электронные формулы атомов второго периода:

$Li$ — $1s^22s^1$; $Be$ — $1s^22s^2$; $B$ — $1s^22s^22p^1$; $C$ — $1s^22s^22p^2$; $N$ — $1s^22s^22p^3$; $O$ — $1s^22s^22p^4$; $F$ — $1s^22s^22p^5$; $Ne$ — $1s^22s^22p^6$.

Если элементы имеют сходные по строению внешние энергетические уровни, то и их свойства будут подобны.

К примеру, неон и аргон содержат на внешнем уровне по восемь электронов, поэтому они инертны, то есть практически не вступают в химические реакции. В свободном виде неон и аргон — это газы, их молекулы одноатомны.

Литий, натрий и калий содержат на внешнем уровне по одному электрону и обладают сходными свойствами, поэтому они помещены в одну группу Периодической системы Д. И. Менделеева.

Одинаковое строение внешних энергетических уровней периодически повторяется, с этим связано периодическое повторение свойств химических элементов. Эта закономерность отражается в названии Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

{"questions":[{"content":"Какую закономерность отражает Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева?[[fill_choice_big-272]]","widgets":{"fill_choice_big-272":{"type":"fill_choice_big","options":["Одинаковое строение внешних энергетических уровней периодически повторяется, с этим связано периодическое повторение свойств химических элементов.","Одинаковое строение внешних энергетических уровней никогда не повторяется, с этим связано периодическое повторение свойств химических элементов."],"answer":0}}}]}

Показать ответ

Скрыть ответ

а) Элемент находится во втором периоде в восьмой группе. Эту информацию можно получить исходя из того, что у элемента два энергетических уровня и 8 электронов на внешнем уровне. Соответственно, это неон $Ne$.

б) Этот элемент кремний $Si$. У атома химического элемента три энергетических уровня, следовательно, он располагается в третьем периоде. Четыре электрона на внешнем уровне указывают на то, что элемент находится в четвертой группе, в главной подгруппе.