Инфоурок / Химия / Конспекты / Лекция по химии №1
Обращаем Ваше внимание: Министерство образования и науки рекомендует в 2017/2018 учебном году включать в программы воспитания и социализации образовательные события, приуроченные к году экологии (2017 год объявлен годом экологии и особо охраняемых природных территорий в Российской Федерации).

Учителям 1-11 классов и воспитателям дошкольных ОУ вместе с ребятами рекомендуем принять участие в международном конкурсе «Законы экологии», приуроченном к году экологии. Участники конкурса проверят свои знания правил поведения на природе, узнают интересные факты о животных и растениях, занесённых в Красную книгу России. Все ученики будут награждены красочными наградными материалами, а учителя получат бесплатные свидетельства о подготовке участников и призёров международного конкурса.

ПРИЁМ ЗАЯВОК ТОЛЬКО ДО 21 ОКТЯБРЯ!

Конкурс "Законы экологии"

Лекция по химии №1

библиотека
материалов

Лекция по общей химии №1

Конспект лекции по общей химии составлен в соответствии с программой учебной дисциплины Химия, которая является частью программы среднего (полного) общего образования, реализуемого в рамках СПО с учетом профиля получаемого профессионального образования.


Конспект лекций по органической химии предназначен для использования учащимися с целью самостоятельного изучения предмета, коррекции знаний, при повторении и подготовке к итоговой контрольной работе.

Тема: Атом как сложная частица. Электронная конфигурация атома.

1.Атом – сложная частица. Состояние электронов в атоме.

1.1Атом – сложная частица.

Атом электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов.

Электроны, протоны и нейтроны называют элементарными частицами. Каковы же свойства этих частиц?

Корпускулярно-волновые свойства микромира. Элементарные частицы, а также построенные из них атомные ядра, атомы и молекулы имеют ничтожно малые массы и размеры и поэтому обладают своими особыми свойствами не похожими на те, которые имеют объекты окружающего нас макромира. Они образуют свой, специфический мир – микромир, который живет по особым законам, диктуемым квантовой механикой – наукой о строении и свойствах элементарных частиц, ядер, атомов и молекул.

Квантовая механика характеризует частицы микромира как объекты с двойственной природой – корпускулярно-волновым дуализмом: они являются одновременно и частицами (корпускулами), и волнами.

Электрон – частица, определяющая наиболее характерные химические свойства атомов и молекул. Двойственная природа электрона может быть подтверждена на опыте. Если электроны, испускаемые источником, например катодом, пропускать через маленькие отверстия в пластинке, поставленной на их пути, то они, попадая на фотопластинку, вызывают ее почернение. После проявления фотопластинки на ней можно увидеть совокупность чередующихся светлых и темных колец, то есть дифракционную картину (рис.1). hello_html_33999d3.jpg

Рисунок 1.

Электронограммы газов (слева) и кристаллов (справа).
Центральное пятно обусловлено нерассеянным пучком электронов,
а кольца – электронами, рассеянными под разными углам

Дифракционная картина включает в себя как собственно дифракцию – огибание волной препятствия, так и интерференцию, то есть наложение волн друг на друга. Эти явления доказывают наличие у электрона волновых свойств, так как только волны способны огибать препятствия и налагаться друг на друга в местах их встречи. Однако, попадая на фотослой, электрон дает почернение лишь в одном месте, что свидетельствует о наличии у него корпускулярных свойств. Будь он только волной, он более или менее равномерно засвечивал бы всю пластинку.

1.2 Состояние электронов в атоме

Электрон в атоме не имеет траектории движения, то есть можно говорить лишь о вероятности нахождения его в пространстве вокруг ядра. Он может находиться в любой части этого пространства, окружающего ядро, и совокупность различных положений его рассматривают как электронное облако с определенной плотностью отрицательного заряда. hello_html_5286d511.jpg Рисунок 2. Электронное облако атома водорода


На рисунке 2.показан «разрез» такой электронной плотности в атоме водорода, проходящий через ядро, а штриховой линией ограничена сфера, внутри нее вероятность обнаружения электрона составляет 90 %. Ближайший к ядру контур охватывает область пространства, в которой вероятность обнаружения электрона ~10 %, вероятность же обнаружения электрона внутри второго от ядра контура составляет ~ 20%, внутри третьего – ~30 % и т. д.

Область вероятности обнаружения электрона не имеет четких границ. Однако можно выделить пространство, где вероятность нахождения электрона будет максимальной.

Пространство вокруг атомного ядра, в котором наиболее наиболее вероятно нахождение электрона, называется орбиталью.

hello_html_m68014a6f.jpg Рисунок 3 Форма s-, p- и d-орбиталей



В нем заключено приблизительно 90 % электронного облака, и это означает, что около 90 % времени электрон находится в этой части пространства. По форме различают 4 известных ныне типа орбиталей, которые обозначают латинскими буквами s, p, d и f. Графическое изображение некоторых форм электронных орбиталей представлено на рисунке 3.

Важнейшей характеристикой движения электрона на определенной орбитали является энергия его связи с ядром.



Электроны, обладающие близкими значениями энергии, образуют единый электронный слой или энергетический уровень. Энергетические уровни нумеруют, начиная от ядра: 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7.

Целое число n, обозначающее номер энергетического уровня, называют главным квантовым числом.

Число энергетических уровней (электронных слоев) в атоме равно номеру периода в системе Д. И. Менделеева, к которому принадлежит химический элемент: у атомов элементов первого периода – один энергетический уровень, второго периода – два, седьмого периода – семь.

Наибольшее число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле

N = 2n2,

где N – максимальное число электронов; n – номер уровня или главное квантовое число. Следовательно, на первом, ближайшем к ядру энергетическом уровне может находиться не более двух электронов;

  • на втором – не более 8;

  • на третьем – не более 18;

  • на четвертом – не более 32.

А как, в свою очередь, устроены энергетические уровни (электронные слои)?Начиная со второго энергетического уровня (n = 2), каждый из уровней подразделяется на подуровни (подслои), несколько отличающиеся друг от друга энергией связи с ядром.

Число подуровней равно значению главного квантового числа: первый энергетический уровень имеет один подуровень; второй – два; третий – три; четвертый – четыре подуровня. Подуровни, в свою очередь, образованы орбиталями.Подуровни принято обозначать латинскими буквами, равно как и форму орбиталей, из которых они состоят: s, p, d, f.

  • s-Подуровень – первый, ближайший к ядру атома подуровень каждого энергетического уровня, состоит из одной s-орбитали;

  • р-подуровень – второй подуровень каждого, кроме первого, энергетического уровня, состоит из трех p-орбиталей;

  • d-подуровень – третий подуровень каждого, начиная с третьего, энергетического уровня, состоит из пяти d-орбиталей;

f-подуровень каждого, начиная с четвертого, энергетического уровня, состоит из семи f-орбиталей.



2. Электронные конфигурации атомов химических элементов

Швейцарский физик В. Паули в 1925 г. установил, что в атоме на одной орбитали может находиться не более двух электронов, имеющих противоположные (антипараллельные) спины (в переводе с английского "веретено"), Этот принцип носит название принципа Паули.

Если на орбитали находится один электрон, то он называется неспаренным, если два, то это спаренные электроны, то есть электроны с противоположными спинами

hello_html_m5291fdcc.jpg


Рисунок 1.

Схема подразделения энергетических уровней на подуровни

На рисунке 1 показана схема подразделения энергетических уровней на подуровни.

s–Орбиталь, как вы уже знаете, имеет сферическую форму.

Электрон атома водорода (n = 1) располагается на этой орбитали и неспарен. Поэтому его электронная формула или электронная конфигурация будет записываться так: 1s1. В электронных формулах номер энергетического уровня обозначается цифрой, стоящей перед буквой (1 ...), латинской буквой обозначают подуровень (тип орбитали), а цифра, которая записывается справа вверху от буквы (как показатель степени), показывает число электронов на подуровне.

Для атома гелия He, имеющего два спаренных электрона на одной s-орбитали, эта формула: 1s2.

Электронная оболочка атома гелия завершена и очень устойчива. Гелий – это благородный газ.

На втором энергетическом уровне (n = 2) имеется четыре орбитали: одна s и три p. Электроны s-орбитали второго уровня (2s-opбитали) обладают более высокой энергией, так как находятся на большем расстоянии от ядра, чем электроны 1s-орбитали (n = 2)

p-Орбиталь имеет форму гантели или объемной восьмерки. Все три p-орбитали расположены в атоме взаимно перпендикулярно вдоль пространственных координат, проведенных через ядро атома. Следует подчеркнуть еще раз, что каждый энергетический уровень (электронный слой), начиная с n = 2, имеет три p-орбитали. С увеличением значения n электроны занимают p-орбитали, расположенные на больших расстояниях от ядра и направленные по осям х, у, z.



У элементов второго периода (n = 2) заполняется сначала одна s-орбиталь, а затем три p-орбитали. Электронная формула Li: 1s22s1. Электрон 2s1 слабее связан с ядром атома, поэтому атом лития может легко отдавать его (как вы, очевидно, помните, этот процесс называется окислением), превращаясь в ион Li+.

В атоме бериллия Be0 четвертый электрон также размещается на 2s-орбитали: 1s22s2. Два внешних электрона атома бериллия легко отрываются – Ве0 при этом окисляется в катион Ве2+.

У атома бора пятый электрон занимает 2p-орбиталь: 1s22s22p1. Далее у атомов C, N, О, F идет заполнение 2p-орбиталей, которое заканчивается у благородного газа неона: 1s22s22p6.

У элементов третьего периода заполняются соответственно 3s- и 3р-орбитали. Пять d-орбиталей третьего уровня при этом остаются свободными:

  • 11Na 1s22s22p63s1;

  • 17Cl 1s22s22p63p5;

  • 18Ar 1s22s22p63s23p6.

Иногда в схемах, изображающих распределение электронов в атомах, указывают только число электронов на каждом энергетическом уровне, то есть записывают сокращенные электронные формулы атомов химических элементов, в отличие от приведенных выше полных электронных формул, например: 11Na 2, 8, 1; 17Cl 2, 8, 7; 18Ar 2, 8, 8.

У элементов больших периодов (четвертого и пятого) первые два электрона занимают соответственно 4s- и 5s-орбитали: 19K 2, 8, 8, 1; 38Sr 2, 8, 18, 8, 2. Начиная с третьего элемента каждого большого периода, последующие десять электронов поступят на предыдущие 3d- и 4d-орбитали соответственно (у элементов побочных подгрупп): 23V 2, 8, 11, 2; 26Fe 2, 8, 14, 2; 40Zr 2, 8, 18, 10, 2; 43Tr 2, 8, 18, 13, 2. Как правило, тогда, когда будет заполнен предыдущий d-подуровень, начнет заполняться внешний (соответственно 4р- и 5р-) p-подуровень: 33As 2, 8, 18, 5; 52Те 2, 8, 18, 18, 6.

У элементов больших периодов – шестого и незавершенного седьмого – электронные уровни и подуровни заполняются электронами, как правило, так: первые два электрона поступят на внешний s-подуровень: 56Ва 2, 8, 18, 18, 8, 2; 87Fr 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1; следующий один электрон (у La и Ac) на предыдущий d-подуровень: 57La 2, 8, 18, 18, 9, 2 и 89Ас 2,8,18, 32, 18, 9, 2.

Затем последующие 14 электронов поступят на третий снаружи энергетический уровень на 4f- и 5f-орбитали соответственно у лантаноидов и актиноидов:

  • 64Gd 2, 8, 18, 25, 9, 2 и



  • 92U 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2.

Затем снова начнет застраиваться второй снаружи энергетический уровень (d-подуровень): у элементов побочных подгрупп: 73Та 2, 8, 18, 32, 11, 2; 104Rf 2, 8, 18, 32, 32, 10, 2, – и, наконец, только после полного заполнения десятью электронами d-подуровня будет снова заполняться внешний p-подуровень:

  • 86Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8.

Очень часто строение электронных оболочек атомов изображают с помощью энергетических или квантовых ячеек – записывают так называемые графические электронные формулы. Для этой записи используют следующие обозначения: каждая квантовая ячейка обозначается клеткой, которая соответствует одной орбитали; каждый электрон обозначается стрелкой, соответствующей направлению спина. При записи графической электронной формулы следует помнить два правила: принцип Паули, согласно которому в ячейке (орбитали) может быть не более двух электронов, но с антипараллельными спинами, и правило Ф. Хунда, согласно которому электроны занимают свободные ячейки (орбитали), располагаются в них сначала по одному и имеют при этом одинаковое значение спина, а лишь затем спариваются, но спины при этом по принципу Паули будут уже противоположно направленными.

В заключение еще раз рассмотрим отображение электронных конфигураций атомов элементов первого и второго периодов системы Д. И. Менделеева.

Элементы первого периода



hello_html_m39d3ea49.jpg



Схемы электронного строения атомов показывают распределение электронов по электронным слоям (энергетическим уровням).

hello_html_55d4cac3.jpg



Электронные формулы атомов показывают распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням.

hello_html_m6570f6df.jpg



Графические электронные формулы атомов показывают распределение электронов не только по уровням и подуровням, но и по орбиталям.



hello_html_d47db95.jpg

В атоме гелия первый электронный слой завершен – в нем 2 электрона.

Водород и гелий – s-элементы, у этих атомов заполняется электронами s-opбиталь.

Элементы второго периода

У всех элементов второго периода первый электронный слой заполнен и электроны заполняют s- и р-орбитали второго электронного слоя в соответствии с принципом наименьшей энергии (сначала s-, а затем p-) и правилами Паули и Хунда (табл. 1).

В атоме неона второй электронный слой завершен – в нем 8 электронов.

Таблица 1. Строение электронных оболочек атомов элементов второго периода





LiBes-элементы.

BCNOFNe – p-элементы, у этих атомов заполняются электронами p-орбитали.



Самые низкие цены на курсы переподготовки

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 50% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок", но в дипломе форма обучения не указывается.

Начало обучения ближайшей группы: 18 октября. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (10% в начале обучения и 90% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru

Общая информация

Номер материала: ДБ-195365

Похожие материалы