Электронное строение атомов химических элементов и структура периодической таблицы

Электронное строение атомов химических элементов и структура периодической таблицы.

Химические свойства атомов элементов, в основном, связаны с электронами внешних орбиталей. Электрон — это частица, обладающая элементарным отрицательным зарядом. Его поведение характеризуется набором из четырех квантовых чисел:главного квантового числа “n”, орбитального квантового числа “l” , магнитного квантового числа “m_l” и спинового квантового числа “m_s”. Главное квантовое число “n” характеризует радиус орбитали и ее энергию. Орбитальное квантовое число “l” характеризует форму электронных орбиталей и в меньшей степени энергию . Магнитное квантовое число“m_l” определяет ориентацию орбиталей под действием внешнего магнитного поля и количество орбиталей того или иного типа» Спиновое квантовое число “m_s” оп­ределяет вращение электрона вокруг собственной оси.

Главное квантовое число может принимать значения n =1...¥, орбитальное квантовое число может прини­мать значения l =0,1,2,3... n -1. Магнитное квантовое число может принимать значения m_l = - l, 0, l Наконец, спиновое квантовое число принимает значения m_s=±1/2

Распределение электронов по орбиталям подчиняется трем правилам; правилу наименьших энергий (Клечковского), принципу запрета Паули и правилу Хунда.

В соответствии с принципом наименьших энергий элек­троны занимают в первую очередь орбитали с минимальной энергией. По возрастанию энергии орбитали можно распо­ложить в следующий ряд: 1s<2s<2p<3s<3p<4s»3d<4p... и т. д.

По принципу запрета Паули на орбитали не может на­ходиться более двух электронов, характеризующихся одина­ковым набором из четырех квантовых чисел.

По правилу Хунда на вырожденных орбиталях электроны располагаются с максимально возможным значением суммар­ного спинового квантового числа.

Электронные орбитали обозначаются обычно O, ÿ и — , а электроны ­.

На основании указанных принципов распределение электронов по электронным орбиталям в атомах любого элемента можно представить в виде элек­тронных формулnl ^x , где n - главное квантовое число указывается цифрой, l - орбитальное квантовое число указывается буквамиs, p, d, f, x - число электронов на данной орбитали.

Электронное строение атома тесно связано со структурой периодической таблицы. Каждый период начина­ется с s-элемента и заканчивается инертным газом. В периоде происходит последовательное заполнение электронами одной из электронных орбиталей. Поскольку число электронов на орбитали ограничено, начинает заполняться более высокая по энергии орбиталь. Следующий период также будет начинать­ся с s-элемента и заканчиваться инертным газом.

Элементы, у которых конфигурация внешних орбиталей одинакова, называются электронными аналогами. Они обра­зуют группу в периодической таблице.

Периодичность химических свойств элементов и их соединений связана с существованием предельной емкостиэлектронных орбиталей и периодическом воспроизведениианалогичных валентных конфигураций орбиталей на все более высоком энергетическом уровне.

СПИCOK рекомендуемой ЛИТЕРАТУРЫ

1. Г.П.Лучинский.Курс химии. М.;Высшая школа,1985.

2. Н.Л .Глинка. Общая химия. Л.: Химия, 1984-88.

Практическая работа .

Фамилия, имя, отчество студента

Шевченко Павел Александрович---------------------------------------------

--------------------------------------------

Шифр

-------------------

Электронное строение атомов химических элементов и структура периодической таблицы

1. Получите у преподавателя задание с названием элемента .

Элемент: названиеHf

символ

------------------ -----------------

2. По периодической таблице определите порядковый номер элемента Z и количество электронов в атоме химического элемента Z_е

Порядковый номер элемента Z= _72____

Количество электронов в атоме химического элемента Z e _{= _______}

3. Определите номер периода,в котором находится Ваш элемент, и все возможные значения главного квантового числа n для атомов Вашего химического элемента.

Номер периода элемента _______

Значения главного квантового числа для атомов химического

элемента n = 6

______________

*к пп.2,3*

4. Расположите в ряд все возможные орбитали атомов Вашего элемента в порядке возрастания значений главного квантового числа.

Символ элемента 1,2,3,4,5,6

Hf

_____

Ряд возможных орбиталей атомов элемента

___1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s,4p,4d,4f,5s,5p,5d,5f,5g,6s,6p,6d,6f,6g,6h

____________________________________________________

*к пп.4*

5. Расположите в ряд те же орбитали атомов Вашего элемента в соответствии с принципом наименьших энергий.

Расположение орбиталей в соответствии с принципом наименьших энергий

проведите на основании расчетных данных таблицы 1.

Таблица 1.

Орбиталь		Орбиталь
3d	6,5	5f	10,5
4s		5g	11,5
4p		6s
4d		6p
4f		6d
5s	7,5	6f
5p	8,5	6g
5d	9,5	6h

Символ элемента hf_______

Ряд возможных орбиталей атомов элемента

_1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 5f 6d 5g 6f 6g 6h

____________________________________________________

6. Дайте развернутую электронную формулу обоих элементов в соответствии с принципом наименьших энергий ( пункт 5 ).

Символ элемента _Hf

_______

Электронная формула элемента

_1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d²

_______________________________________________________

Если в электронной формуле имеются полностью заполненные d - и f- орбитали

( d¹⁰ и f ¹⁴ ), то в электронных формулах расположите эти орбитали в порядке возрастания значений их главного квантового числа n. (пункт 4 ).

Напишите окончательную электронную формулу Вашего элемента.

Символ элемента Hf

_______

Электронная формула элемента

_1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 6s² 5d² __________________________________________________________

7. Определите валентную электронную конфигурацию и тип электронного семейства Вашего элемента на основании его электронной формулы.

Символ элемента Hf________

Валентная электронная конфигурация элемента _6s² 5d²_______

Элемент относится к d____ электронному семейству.

8. Дайте графическое изображение орбиталей Вашего элемента с расположенными на них электронами.

Графическое изображение орбиталей элемента

Символ элементаHf______

­¯ ­¯ ­¯

­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ 6p

­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ 5d ­¯

4f ­¯ ­¯ ­¯ 6s

­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ 5p

4d ­¯

­¯ ­¯ ­¯ 5s

­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ 4p

3d ­¯

­¯ ­¯ ­¯ 4s

3p

­¯

3s

­¯ ­¯ ­¯

2p

­¯

2s

­¯

1s

9. Напишите значения всех четырех квантовых чисел для валентных электронов

Вашего элемента в таблицу2.

Таблица 2

10. Рассчитайте суммарные спиновые квантовые числа валентных электронов Вашего элемента.

Символ элемента _Hf______

Валентная электронная конфигурация элемента ______________

Суммарные спиновые квантовые числа валентных электронов элемента Sm_s:

для s - валентных электронов _0______________

для p - валентных электронов _______________

для d- валентных электронов __1____________

для f - валентных электронов ______________

11. Покажите процесс ионизации атомов Вашего элемента с помощью электронных формул.

Символ элемента ____Hf__ - 1 e = _Hf⁺_____катион элемента

Валентная электронная конфигурация атома элемента

_6s² 5d²____________________

Валентная электронная конфигурация катиона элемента __6s² _5d¹________________

12. Покажите процесс возбуждения атомов Вашего элемента с помощью электронных формул.

Символ элемента Hf______ + E*®символ возбужд. атома элемента__Hf*____

Валентная электронная конфигурация атома элемента _6s² 5d² _________

Валентная электронная конфигурация возбужденного атома элемента

6s¹ 5d³______________________

13. Укажите формы электронных облаков для валентных электронов Вашего элемента.

__да________	__нет_________
___нет__________	__нет______________
____________________да_____	______да________
____нет________	___нет__________
___нет_________

*****************************************************************************

ЗАДАНИЕ ПО ТЕМЕ:

“Электронное строение атомов химических элементов и структура периодической таблицы “

1. Получите у преподавателя задание с названием двух элементов .

Первый элемент: название символ

Фосфор_______ _P____

Второй элемент: название символ

Марганец _______ __Mn___

2. Определите порядковый номер элемента Z и количество электронов в атоме химического элемента Z_е

Порядковый номер первого элемента Z₁= 15_____

Количество электронов в атоме первого элемента Z e_{1 = __15_____}

Порядковый номер второго элемента Z₂ = 25_____

Количество электронов в атоме второго элемента Ze ₂= _25____

3. Определите номер периода,в котором находятся Ваши элементы и все возможные значения главного квантового числа n для атомов Ваших химических элементов.

Номер периода первого элемента 3_______

Значения главного квантового числа для атома первого химического

элемента n = _3_____

Номер периода второго элемента 4_____

Значения главного квантового числа для атома второго элемента n=4

4. Расположите в ряд все возможные орбитали атомов Ваших элементов в порядке возрастания значений главного квантового числа.

Символ первого элемента P_____

Ряд возможных орбиталей атомов первого элемента

____________1s2s2p3s3p3d___________________________________________

Символ второго элемента Mn_____

Ряд возможных орбиталей атомов второго элемента

____________________________1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f ___________________________

5. Расположите в ряд те же орбитали атомов в соответствии с принципом

наименьших энергий.

Расположение орбиталей в соответствии с принципом наименьших энергий

проведите на основании расчетных данных таблицы 1.

Таблица 1.

Орбиталь		Орбиталь
3d	6,5	5f	10,5
4s		5g	11,5
4p		6s
4d		6p
4f		6d
5s	7,5	6f
5p	8,5	6g
5d	9,5	6h

Символ первого элемента __P_____

Ряд возможных орбиталей атомов первого элемента

____________1s2s2p3s3p4s3d_________________________________________

Символ второго элемента ___Mn____

Ряд возможных орбиталей атомов второго элемента

____________1s2s2p3s3p4s3d4p4d4f_________________________________________

6. Дайте развернутую электронную формулу обоих элементов в соответствии с принципом наименьших энергий ( пункт 5 ).

Символ первого элемента P________

Электронная формула первого элемента

_______________1s²2s²2p⁶3s²3p³_________________________________________

Символ второго элемента Mn________

Электронная формула второго элемента

_____________1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁵____________________________________________

Если в электронной формуле имеются полностью заполненные d - и f- орбитали

( d¹⁰ и f ¹⁴ ), то в электронных формулах расположите эти орбитали в порядке возрастания значений их главного квантового числа n. (пункт 4 ). Напишите окончательные электронные формулы Ваших элементов.

Символ первого элемента _______

Электронная формула первого элемента

___________________________________________________________

Символ второго элемента ________

Электронная формула второго элемента

___________________________________________________________

7. Определите валентную электронную конфигурацию и тип электронного семейства Ваших элементов на основании их электронных формул.

Символ первого элемента P________

Валентная электронная конфигурация первого элемента __3s²3p³______

Первый элемент относится к p____ электронному семейству.

Символ второго элемента Mn________

Валентная электронная конфигурация второго элемента _4s²3d⁵_______

Второй элемент относится к d______ электронному семейству.

8. Дайте графическое изображение орбиталей Ваших элементов с расположенными на них электронами.

Графическое изображение орбиталей первого элемента

Символ первого элемента_P_____

­¯ ­¯ ­¯

­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ 6p

­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ 5d ­¯

4f ­¯ ­¯ ­¯ 6s

­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ 5p

4d ­¯

­¯ ­¯ ­¯ 5s

­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ 4p

3d ­¯

­¯ ­ ­¯ ­¯ 4s

3p

­¯

3s

­¯ ­¯ ­¯

2p

­¯

2s

­¯

1s

Графическое изображение орбиталей второго элемента

Символ второго элемента_Mn_____

­¯ ­¯ ­¯

­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ 6p

­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ 5d ­¯

4f ­¯ ­¯ ­¯ 6s

­¯ ­¯ ­¯ ­¯ ­¯ 5p

4d ­¯

­¯ ­¯ ­¯ 5s

­¯ ­¯ ­ ­ ­¯ ­¯ ­¯ 4p

3d ­¯

­¯ ­¯ ­¯ 4s

3p

­¯

3s

­¯ ­¯ ­¯

2p

­¯

2s

­¯

1s

9. Напишите значения всех четырех квантовых чисел для валентных электронов

Ваших элементов в таблицы 2-1 и 2-2.

Таблица 2-1

Таблица 2-2

10. Рассчитайте суммарные спиновые квантовые числа валентных электронов Ваших элементов.

Символ первого элемента _P______

Валентная электронная конфигурация первого элемента ______________

Суммарные спиновые квантовые числа валентных электронов первого элемента Sm_s:

для s - валентных электронов _______________

для p - валентных электронов _3/2______________

для d- валентных электронов ______________

для f - валентных электронов ______________

Символ второго элемента _Mn_____________

Валентная электронная конфигурация второго элемента __________

Суммарные спиновые квантовые числа для валентных электронов второго элемента Sm_s :

для s - валентных электронов __0_______

для p - валентных электронов _________

для d - валентных электронов __5/2_______

для f - валентных электронов _________

11. Покажите процесс ионизации атомов Ваших элементов с помощью электронных формул.

Символ первого элемента P______ - 1 e = __P⁺____катион элемента

Валентная электронная конфигурация атома первого элемента

_____3s²3p³________________

Валентная электронная конфигурация катиона первого элемента ______3s²3p²_____________

Символ второго элемента _Mn______ - 1e = ___Mn⁺____ катион элемента

Валентная электронная конфигурация атома второго элемента

_____4s²3d⁵______________

Валентная электронная конфигурация катиона второго элемента

_____4s²3d⁴______________

12. Покажите процесс возбуждения атомов Ваших элементов с помощью электронных формул.

Символ первого элемента _P_____ + E*®символ возбужд. атома элемента__P^*____

Валентная электронная конфигурация атома первого элемента ___3s²3p³ _______

Валентная электронная конфигурация возбужденного атома первого элемента

_______3s¹3p³4s¹_______________

Символ второго элемента _Mn_____ + E*® _____ символ возбужд. атома элемента__Mn^*____

Валентная электронная конфигурация атома второго элемента

_________4s²3d⁵__________________

Валентная электронная конфигурация возбужденного атома второго элемента

____________4s¹3d⁵4p¹_______________

13. Укажите формы электронных облаков для валентных электронов Ваших элементов.

Символ первого элемента __P______

Валентная электронная конфигурация атома первого элемента _____________________

____да____	_________
_________	_________
_______	_______
________	__________
_________

Символ второго элемента ____Mn_____

Валентная электронная конфигурация атома второго элемента _______________

___да_____	_________
_________	_________
_______	_______
________	__________
_________

*****************************************************************************

*к пп.2,3*

Порядковый номер “Z” химического элемента определяет его инвариантность, т.е. строго определенное место в периодической таблице.

Физический смысл порядкового номера: показывает количество протонов в ядре атома и количество электронов в атоме.

Номер периода. Период - горизонтальный ряд химических элементов в периодической таблице, расположенных в порядке возрастания порядкового номера. Номер периода показывает максимальное значение главного квантового числа “n”.

Например. Элемент расположен в 7 периоде. Максимальное значение главного квантового числа n = 7. В атоме элемента существуют орбитали со следующими значениями главного квантового числа: 1,2,3,4,5,6,7.

*****************************************************************************

*к пп.4*

Таблица 1.

Числовые значения орбитального квантового числа l и соответствующие им буквенные обозначения:

Таблица 2.

Возможные типы электронных орбиталей для данного значения главного квантового числа “n”

Пример. Элемент расположен в 7 периоде. Расположите в ряд все возможные электронные орбитали атомов Вашего элемента в порядке возрастания значений главного квантового числа.

Решение.

Возможные электронные орбитали данного элемента:

1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f5g6s6p6d6f6g6h7s7p7d7f7g7h7j

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: