Строение атома и его электронные формулы: ключевые понятия и свойства

Введение

В химии одной из основных концепций является понимание строения атома и его компонентов. В этом уроке мы рассмотрим основные аспекты строения атома, включая электронные формулы, распределение электронов и электронные конфигурации. Понимание этих концепций позволит нам лучше понять химические связи и взаимодействия между атомами. Давайте начнем с рассмотрения основных компонентов атома и их роли в его строении.

Нужна помощь в написании работы?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать работу

Строение атома

Атом – это наименьшая единица химического элемента, которая сохраняет его химические свойства. Он состоит из трех основных компонентов: электронов, протонов и нейтронов.

Электроны

Электроны – это негативно заряженные частицы, которые обращаются вокруг ядра атома. Они имеют очень маленькую массу по сравнению с протонами и нейтронами. Электроны располагаются на электронных оболочках, которые окружают ядро атома.

Протоны

Протоны – это положительно заряженные частицы, которые находятся в ядре атома. Они имеют массу, примерно равную массе нейтрона, и их количество определяет атомный номер элемента. Протоны взаимодействуют с электронами, образуя электростатическую силу притяжения, которая удерживает электроны на их орбитах вокруг ядра.

Нейтроны

Нейтроны – это нейтральные частицы, которые также находятся в ядре атома. Они имеют массу, примерно равную массе протона, и их количество может варьироваться в атомах одного и того же элемента. Нейтроны не имеют электрического заряда и не взаимодействуют с электронами.

Строение атома можно представить следующим образом: в центре находится ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а вокруг ядра движутся электроны на своих электронных оболочках.

Электронные формулы атомов

Электронная формула атома представляет собой запись, которая показывает распределение электронов по электронным оболочкам. Она помогает нам понять, какие электроны находятся на каждой оболочке и как они связаны с другими атомами.

Электронная формула атома состоит из символов элементов и чисел, которые указывают количество электронов на каждой оболочке. Обычно электронные формулы записываются в виде символа элемента, за которым следует число электронов на каждой оболочке, разделенных точками или запятыми.

Например, электронная формула атома кислорода (O) выглядит так: O: 2.6. Это означает, что на первой оболочке находится 2 электрона, а на второй оболочке – 6 электронов.

Электронные формулы атомов помогают нам понять, какие атомы могут образовывать химические связи между собой. Атомы стремятся достичь стабильной электронной конфигурации, заполнив свои оболочки электронами. Поэтому атомы могут обменивать, передавать или делить электроны, чтобы достичь этой стабильности.

Основные компоненты атома

Атом – это наименьшая единица химического элемента, которая сохраняет его химические свойства. Он состоит из трех основных компонентов:

Протоны

Протоны – это положительно заряженные частицы, которые находятся в ядре атома. Они имеют массу, равную примерно 1 атомной единице массы (а.е.м) и обозначаются символом “p+”. Количество протонов в атоме определяет его атомный номер и определяет его химические свойства. Например, атом с одним протоном – водород (H), атом с двумя протонами – гелий (He) и так далее.

Нейтроны

Нейтроны – это нейтральные частицы, которые также находятся в ядре атома. Они имеют массу, также равную примерно 1 а.е.м, но не имеют заряда. Обозначаются символом “n”. Количество нейтронов в атоме может варьироваться, и атомы одного и того же элемента могут иметь разное количество нейтронов. Например, у атома водорода нет нейтронов, у атома гелия – 2 нейтрона и так далее.

Электроны

Электроны – это отрицательно заряженные частицы, которые движутся вокруг ядра атома. Они имеют очень малую массу, примерно 1/1836 а.е.м, и обозначаются символом “e-“. Количество электронов в атоме также определяет его химические свойства. Обычно электроны располагаются на разных энергетических уровнях, называемых оболочками. На первой оболочке может находиться не более 2 электронов, на второй – не более 8 электронов и так далее.

Протоны и нейтроны составляют ядро атома, а электроны находятся вокруг ядра в электронных оболочках. Взаимодействие этих компонентов определяет химические свойства и реактивность атома.

Распределение электронов в атоме

Распределение электронов в атоме определяется электронными оболочками и подобно строению луковицы. Атом может иметь несколько электронных оболочек, обозначаемых буквами K, L, M, N и т.д. Каждая оболочка может содержать определенное количество электронов.

На первой электронной оболочке (K) может находиться не более 2 электронов. На второй оболочке (L) может находиться не более 8 электронов. На третьей оболочке (M) может находиться не более 18 электронов и так далее.

Распределение электронов в атоме происходит в соответствии с правилами заполнения электронных оболочек. Первыми заполняются оболочки с меньшей энергией, а затем оболочки с более высокой энергией.

Например, атом кислорода имеет 8 электронов. Первые два электрона заполняют первую оболочку (K), а оставшиеся шесть электронов заполняют вторую оболочку (L).

Распределение электронов в атоме имеет важное значение для химических связей и реакций. Количество электронов во внешней оболочке атома определяет его химическую активность и способность образовывать связи с другими атомами.

Правила заполнения электронных оболочек

Правила заполнения электронных оболочек определяют порядок, в котором электроны заполняют энергетические уровни атома. Существуют несколько правил, которые помогают определить, какие энергетические уровни заполняются первыми.

Правило Ауфбау

Правило Ауфбау (немецкое слово, означающее “вверх вниз”) гласит, что электроны заполняют энергетические уровни в порядке возрастания их энергии. Это означает, что сначала заполняются электроны на самом низком энергетическом уровне, а затем на следующем по возрастанию энергии и так далее.

Правило Паули

Правило Паули утверждает, что в каждом орбитале может находиться не более двух электронов, и они должны иметь противоположные спины. Это означает, что если в орбитале уже находится один электрон, то следующий электрон должен иметь противоположный спин.

Правило Гунда

Правило Гунда (или правило Маделеева-Гунда) гласит, что электроны заполняют орбитали одного энергетического уровня по одному, прежде чем начать заполнять орбитали следующего энергетического уровня. Это означает, что все орбитали на одном энергетическом уровне должны быть заполнены одним электроном, прежде чем начать заполнять орбитали на следующем энергетическом уровне.

Соблюдение этих правил позволяет определить порядок заполнения электронных оболочек атома и электронные конфигурации атомов. Электронные конфигурации атомов являются важными для понимания химических связей и реакций, так как количество электронов во внешней оболочке атома определяет его химическую активность и способность образовывать связи с другими атомами.

Электронные конфигурации атомов

Электронная конфигурация атома – это способ представления распределения электронов в энергетических оболочках атома. Она показывает, сколько электронов находится на каждом энергетическом уровне и в каждой орбитали.

Электронные конфигурации атомов определяются правилами заполнения электронных оболочек. Существуют несколько правил, которые помогают определить порядок заполнения электронов в атоме:

Принцип заполнения энергетических уровней

Согласно этому принципу, энергетические уровни заполняются по порядку возрастания их энергии. Наиболее близкий к ядру энергетический уровень имеет наименьшую энергию, а самый дальний – наибольшую.

Принцип заполнения орбиталей

Орбитали на каждом энергетическом уровне заполняются по принципу минимальной энергии. Сначала заполняются орбитали с наименьшей энергией, а затем – с более высокой энергией.

Принцип запрета Паули

Согласно этому принципу, в одной орбитали может находиться не более двух электронов с противоположными спинами. Это означает, что электроны в одной орбитали должны иметь противоположные направления магнитного момента.

Принцип Гунда

Согласно этому принципу, электроны заполняют орбитали одного энергетического уровня по принципу максимального возможного спина. Это означает, что электроны в орбиталях одного энергетического уровня должны иметь максимально возможный спин (направление магнитного момента).

Соблюдение этих правил позволяет определить электронные конфигурации атомов. Например, электронная конфигурация атома кислорода (O) равна 1s^2 2s^2 2p^4, что означает, что в атоме кислорода на первом энергетическом уровне находятся 2 электрона, на втором энергетическом уровне – 2 электрона, а на третьем энергетическом уровне – 4 электрона.

Электронные конфигурации атомов являются важными для понимания химических связей и реакций, так как количество электронов во внешней оболочке атома определяет его химическую активность и способность образовывать связи с другими атомами.

Значение электронных формул для химических связей

Электронные формулы атомов позволяют нам понять, какие электроны находятся во внешней оболочке атома и как они могут взаимодействовать с электронами других атомов. Это имеет большое значение для понимания химических связей.

Валентность атома

Электронные формулы позволяют определить валентность атома, то есть количество электронов, которые он может отдать или принять при образовании химической связи. Валентность атома определяется числом электронов во внешней оболочке. Например, у атома кислорода в электронной формуле 1s^2 2s^2 2p^4 внешняя оболочка содержит 6 электронов, поэтому валентность кислорода равна 6.

Образование ионов

Электронные формулы также позволяют предсказать, какие ионы могут образовываться при взаимодействии атомов. Если атом имеет неполную внешнюю оболочку, он может отдать или принять электроны, чтобы достичь стабильной конфигурации. Например, атом натрия имеет электронную формулу 1s^2 2s^2 2p^6 3s^1. Он имеет один электрон во внешней оболочке, поэтому может легко отдать его, образуя положительный ион Na+. Атом хлора имеет электронную формулу 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5. Он имеет семь электронов во внешней оболочке и может принять один электрон, образуя отрицательный ион Cl-.

Образование химических связей

Электронные формулы атомов также помогают понять, какие атомы могут образовывать химические связи между собой. Атомы стремятся достичь стабильной электронной конфигурации, заполнив свою внешнюю оболочку. Для этого они могут обменивать, делить или привлекать электроны друг у друга. Например, атом натрия с одним электроном во внешней оболочке может образовать ион Na+ и образовать ионную связь с атомом хлора, который может принять один электрон и образовать ион Cl-. Таким образом, образуется ионное соединение натрия и хлора – хлорид натрия (NaCl).

В целом, электронные формулы атомов играют важную роль в понимании химических связей и реакций. Они позволяют нам предсказывать, какие ионы и соединения могут образовываться, а также объяснять, почему некоторые атомы образуют связи, а другие нет.

Таблица сравнения электронных формул атомов

Заключение

В ходе лекции мы рассмотрели основные аспекты строения атома и его компонентов. Мы изучили электронные формулы атомов, а также распределение электронов в атоме и правила заполнения электронных оболочек. Электронные конфигурации атомов играют важную роль в химических связях и определяют химические свойства веществ. Понимание этих концепций поможет нам лучше понять мир химии и его приложения в реальной жизни.