1.1.1. Строение электронных оболочек атомов химических элементов.
Химия — наука о веществах, их свойствах и превращениях.
Химическими веществами называют то, из чего состоит окружающий нас мир.
Свойства каждого химического вещества делятся на два типа: это химические, которые характеризуют его способность образовывать другие вещества, и физические, которые объективно наблюдаются и могут быть рассмотрены в отрыве от химических превращений. Так, например, физическими свойствами вещества являются его агрегатное состояние (твердое, жидкое или газообразное), теплопроводность, теплоемкость, растворимость в различных средах (вода, спирт и др.), плотность, цвет, вкус и т.д.
Превращения одних химических веществ в другие вещества называют химическими явлениями или химическими реакциями. Следует отметить, что существуют также и физические явления, которые, очевидно, сопровождаются изменением каких-либо физических свойств вещества без его превращения в другие вещества. К физическим явлениям, например, относятся плавление льда, замерзание или испарение воды и др.
О том, что в ходе какого-либо процесса имеет место химическое явление, можно сделать вывод, наблюдая характерные признаки химических реакций, такие как изменение цвета, образование осадка, выделение газа, выделение теплоты и (или) света.
Так, например, вывод о протекании химических реакций можно сделать, наблюдая:
— образование осадка при кипячении воды, называемого в быту накипью;
— выделение тепла и света при горении костра;
— изменение цвета среза свежего яблока на воздухе;
— образование газовых пузырьков при брожении теста и т.д.
Мельчайшие частицы вещества, которые в процессе химических реакций практически не претерпевают изменений, а лишь по-новому соединяются между собой, называются атомами.
Сама идея о существовании таких единиц материи возникла еще в древней Греции в умах античных философов, что собственно и объясняет происхождение термина «атом», поскольку «атомос» в буквальном переводе с греческого означает «неделимый».
Тем не менее, вопреки идее древнегреческих философов, атомы не являются абсолютным минимумом материи, т.е. сами имеют сложное строение.
Каждый атом состоит из так называемых субатомных частиц – протонов, нейтронов и электронов, обозначаемых соответственно символами p+, no и e−. Надстрочный индекс в используемых обозначениях указывает на то, что протон имеет единичный положительный заряд, электрон – единичный отрицательный заряд, а нейтрон заряда не имеет.
Что касается качественного устройства атома, то у каждого атома все протоны и нейтроны сосредоточены в так называемом ядре, вокруг которого электроны образуют электронную оболочку.
Протон и нейтрон обладают практически одинаковыми массами, т.е. mp ≈ mn , а масса электрона почти в 2000 раз меньше массы каждого из них, т.е. mp/me ≈ mn/me ≈ 2000.
Поскольку фундаментальным свойством атома является его электронейтральность, а заряд одного электрона равен заряду одного протона, из этого можно сделать вывод о том, что количество электронов в любом атоме равно количеству протонов.
Так, например, в таблице ниже представлен возможный состав атомов:
атом1 | атом2 | атом3 | атом4 | |
ядро | 1p+ | 1p+, 1n0 | 4p+, 3n0 | 4p+, 4n0 |
оболочка | 1e− | 1e− | 4e− | 4e− |
Вид атомов с одинаковым зарядом ядер, т.е. с одинаковым числом протонов в их ядрах, называют химическим элементом. Таким образом, из таблицы выше можно сделать вывод о том, что атом1 и атом2 относятся в одному химическому элементу, а атом3 и атом4 — к другому химическому элементу.
Каждый химический элемент имеет свое название и индивидуальный символ, который читается определенным образом. Так, например, самый простой химический элемент, атомы которого содержат в ядре только один протон, имеет название «водород» и обозначается символом «Н», что читается как «аш», а химический элемент с зарядом ядра +7 (т.е. содержащий 7 протонов) — «азот», имеет символ «N» , который читается как «эн».
Как можно заметить из представленной выше таблицы, атомы одного химического элемента могут отличаться количеством нейтронов в ядрах.
Атомы, относящиеся к одному химическому элементу, но имеющие разное количество нейтронов и, как следствие массу, называют изотопами.
Так, например, химический элемент водород имеет три изотопа – 1Н, 2Н и 3Н. Индексы 1, 2 и 3 сверху от символа Н означают суммарное количество нейтронов и протонов. Т.е. зная, что водород – это химический элемент, который характеризуется тем, что в ядрах его атомов находится по одному протону, можно сделать вывод о том, что в изотопе 1Н вообще нет нейтронов (1-1=0), в изотопе 2Н – 1 нейтрон (2-1=1) и в изотопе 3Н – два нейтрона (3-1=2). Поскольку, как уже было сказано, нейтрон и протон имеют одинаковые массы, а масса электрона по сравнению с ними пренебрежимо мала, это значит, что изотоп 2Н практически в два раза тяжелее изотопа 1Н, а изотоп 3Н — и вовсе в три раза. В связи с таким большим разбросом масс изотопов водорода изотопам 2Н и 3Н даже были присвоены отдельные индивидуальные названия и символы, что не характерно больше ни для одного другого химического элемента. Изотопу 2Н дали название дейтерий и присвоили символ D, а изотопу 3Н дали название тритий и присвоили символ Т.
Если принять массу протона и нейтрона за единицу, а массой электрона пренебречь, фактически верхний левый индекс помимо суммарного количества протонов и нейтронов в атоме можно считать его массой, в связи с чем этот индекс называют массовым числом и обозначают символом А. Поскольку за заряд ядра любого атома отвечают протоны, а заряд каждого протона условно считается равным +1, количество протонов в ядре называют зарядовым числом (Z). Обозначив количество нейтронов в атоме буквой N, математически взаимосвязь между массовым числом, зарядовым числом и количеством нейтронов можно выразить как:
Согласно современным представлениям, электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу. Он обладает свойствами как частицы, так и волны. Подобно частице, электрон имеет массу и заряд, но в то же время поток электронов, подобно волне, характеризуется способностью к дифракции.
Для описания состояния электрона в атоме используют представления квантовой механики, согласно которым электрон не имеет определенной траектории движения и может находиться в любой точке пространства, но с разной вероятностью.
Область пространства вокруг ядра, где наиболее вероятно нахождение электрона, называется атомной орбиталью.
Атомная орбиталь может обладать различной формой, размером и ориентацией. Также атомную орбиталь называют электронным облаком.
Графически одну атомную орбиталь принято обозначать в виде квадратной ячейки:
Квантовая механика имеет крайне сложный математический аппарат, поэтому в рамках школьного курса химии рассматриваются только лишь следствия квантово-механической теории.
Согласно этим следствиям, любую атомную орбиталь и находящийся на ней электрон полностью характеризуют 4 квантовых числа.
- Главное квантовое число – n — определяет общую энергию электрона на данной орбитали. Диапазон значений главного квантового числа – все натуральные числа, т.е. n = 1,2,3,4, 5 и т.д.
- Орбитальное квантовое число — l – характеризует форму атомной орбитали и может принимать любые целочисленные значения от 0 до n-1, где n, напомним, — это главное квантовое число.
Орбитали с l = 0 называют s-орбиталями. s-Орбитали имеют сферическую форму и не обладают направленностью в пространстве:
Орбитали с l = 1 называются p-орбиталями. Данные орбитали обладают формой трехмерной восьмерки, т.е. формой, полученной вращением восьмерки вокруг оси симметрии, и внешне напоминают гантель:
Орбитали с l = 2 называются d-орбиталями, а с l = 3 – f-орбиталями. Их строение намного более сложное.
3) Магнитное квантовое число – ml – определяет пространственную ориентацию конкретной атомной орбитали и выражает проекцию орбитального момента импульса на направление магнитного поля. Магнитное квантовое число ml соответствует ориентации орбитали относительно направления вектора напряженности внешнего магнитного поля и может принимать любые целочисленные значения от –l до +l, включая 0, т.е. общее количество возможных значений равно (2l+1). Так, например, при l = 0 ml = 0 (одно значение), при l = 1 ml = -1, 0, +1 (три значения), при l = 2 ml = -2, -1, 0, +1, +2 (пять значений магнитного квантового числа) и т.д.
Так, например, p-орбитали, т.е. орбитали с орбитальным квантовым числом l = 1, имеющие форму «трехмерной восьмерки», соответствуют трем значениям магнитного квантового числа (-1, 0, +1), что, в свою очередь, соответствует трем перпендикулярным друг другу направлениям в пространстве.
4) Спиновое квантовое число (или просто спин) — ms — условно можно считать отвечающим за направление вращения электрона в атоме, оно может принимать значения . Электроны с разными спинами обозначают вертикальными стрелками, направленными в разные стороны: ↓ и ↑.
Совокупность всех орбиталей в атоме, имеющих одно и то же значение главного квантового числа, называют энергетическим уровнем или электронной оболочкой. Любой произвольный энергетический уровень с некоторым номером n состоит из n2 орбиталей.
Множество орбиталей с одинаковыми значениями главного квантового числа и орбитального квантового числа представляет собой энергетический подуровень.
Каждый энергетический уровень, которому соответствует главное квантовое число n, содержит n подуровней. В свою очередь, каждый энергетический подуровень с орбитальным квантовым числом l, состоит из (2l+1) орбиталей. Таким образом, s-подуровень состоит из одной s-орбитали, p-подуровень – трех p-орбиталей, d-подуровень – пяти d-орбиталей, а f-подуровень — из семи f-орбиталей. Поскольку, как уже было сказано, одна атомная орбиталь часто обозначается одной квадратной ячейкой, то s-, p-, d- и f-подуровни можно графически изобразить следующим образом:
Каждой орбитали соответствует индивидуальный строго определенный набор трех квантовых чисел n, l и ml.
Распределение электронов по орбиталям называют электронной конфигурацией.
Заполнение атомных орбиталей электронами происходит в соответствии с тремя условиями:
- Принцип минимума энергии: электроны заполняют орбитали, начиная с подуровня с наименьшей энергией. Последовательность подуровней в порядке увеличения их энергий выглядит следующим образом: 1s<2s<2p<3s<3p<4s≤3d<4p<5s≤4d<5p<6s…;
Для того чтобы проще запомнить данную последовательность заполнения электронных подуровней, весьма удобна следующая графическая иллюстрация:
- Принцип Паули: на каждой орбитали может находиться не более двух электронов.
Если на орбитали находится один электрон, то он называется неспаренным, а если два, то их называют электронной парой.
- Правило Хунда: наиболее устойчивое состояние атома является такое, при котором в пределах одного подуровня атом обладает максимально возможным числом неспаренных электронов. Такое наиболее устойчивое состояние атома называется основным состоянием.
Фактически вышесказанное означает то, что, например, размещение 1-го, 2-х, 3-х и 4-х электронов на трех орбиталях p-подуровня будет осуществляться следующим образом:
Заполнение атомных орбиталей от водорода, имеющего зарядовое число равное 1, до криптона (Kr) с зарядовым числом 36 будет осуществляться следующим образом:
Подобное изображение порядка заполнения атомных орбиталей называется энергетической диаграммой. Исходя из электронных диаграмм отдельных элементов, можно записать их так называемые электронные формулы (конфигурации). Так, например, элемент с 15ю протонами и, как следствие, 15ю электронами, т.е. фосфор (P), будет иметь следующий вид энергетической диаграммы:
При переводе в электронную формулу атома фосфора примет вид:
15P = 1s22s22p63s23p3
Цифрами нормального размера слева от символа подуровня показан номер энергетического уровня, а верхними индексами справа от символа подуровня показано количество электронов на соответствующем подуровне.
Ниже приведены электронные формул первых 36 элементов периодической системы Д.И. Менделеева.
период | № элемента | символ | название | электронная формула |
I | 1 | H | водород | 1s1 |
2 | He | гелий | 1s2 | |
II | 3 | Li | литий | 1s22s1 |
4 | Be | бериллий | 1s22s2 | |
5 | B | бор | 1s22s22p1 | |
6 | C | углерод | 1s22s22p2 | |
7 | N | азот | 1s22s22p3 | |
8 | O | кислород | 1s22s22p4 | |
9 | F | фтор | 1s22s22p5 | |
10 | Ne | неон | 1s22s22p6 | |
III | 11 | Na | натрий | 1s22s22p63s1 |
12 | Mg | магний | 1s22s22p63s2 | |
13 | Al | алюминий | 1s22s22p63s23p1 | |
14 | Si | кремний | 1s22s22p63s23p2 | |
15 | P | фосфор | 1s22s22p63s23p3 | |
16 | S | сера | 1s22s22p63s23p4 | |
17 | Cl | хлор | 1s22s22p63s23p5 | |
18 | Ar | аргон | 1s22s22p63s23p6 | |
IV | 19 | K | калий | 1s22s22p63s23p64s1 |
20 | Ca | кальций | 1s22s22p63s23p64s2 | |
21 | Sc | скандий | 1s22s22p63s23p64s23d1 | |
22 | Ti | титан | 1s22s22p63s23p64s23d2 | |
23 | V | ванадий | 1s22s22p63s23p64s23d3 | |
24 | Cr | хром | 1s22s22p63s23p64s13d5 здесь наблюдается проскок одного электрона с s на d подуровень | |
25 | Mn | марганец | 1s22s22p63s23p64s23d5 | |
26 | Fe | железо | 1s22s22p63s23p64s23d6 | |
27 | Co | кобальт | 1s22s22p63s23p64s23d7 | |
28 | Ni | никель | 1s22s22p63s23p64s23d8 | |
29 | Cu | медь | 1s22s22p63s23p64s13d10 здесь наблюдается проскок одного электрона с s на d подуровень | |
30 | Zn | цинк | 1s22s22p63s23p64s23d10 | |
31 | Ga | галлий | 1s22s22p63s23p64s23d104p1 | |
32 | Ge | германий | 1s22s22p63s23p64s23d104p2 | |
33 | As | мышьяк | 1s22s22p63s23p64s23d104p3 | |
34 | Se | селен | 1s22s22p63s23p64s23d104p4 | |
35 | Br | бром | 1s22s22p63s23p64s23d104p5 | |
36 | Kr | криптон | 1s22s22p63s23p64s23d104p6 |
Как уже было сказано, в основном своем состоянии электроны в атомных орбиталях расположены согласно принципу наименьшей энергии. Тем не менее, при наличии пустых p-орбиталей в основном состоянии атома, нередко, при сообщении ему избыточной энергии атом можно перевести в так называемое возбужденное состояние. Так, например, атом бора в основном своем состоянии имеет электронную конфигурацию и энергетическую диаграмму следующего вида:
5B = 1s22s22p1
А в возбужденном состоянии (*), т.е. при сообщении некоторой энергии атому бора, его электронная конфигурация и энергетическая диаграмма будут выглядеть так:
5B* = 1s22s12p2
В зависимости от того, какой подуровень в атоме заполняется последним, химические элементы делят на s, p, d или f.
Нахождение s, p, d и f-элементов в таблице Д.И. Менделеева:
- У s-элементов последний заполняемый s-подуровень. К данным элементам относятся элементы главных (слева в ячейке таблицы) подгрупп I и II групп.
- У p-элементов заполняется p-подуровень. К p-элементам относят последние шесть элементов каждого периода, кроме первого и седьмого, а также элементы главных подгрупп III-VIII групп.
- d-Элементы расположены между s – и p-элементами в больших периодах.
- f-Элементы называют лантаноидами и актиноидами. Они вынесены вниз таблицы Д.И. Менделеева.
Электронные конфигурации простых ионов
Ионами называют частицы, имеющие либо положительный, либо отрицательный заряд. Ионы бывают простые и сложные. Простые ионы образованы одним химическим элементом, сложные – двумя или более элементами.
Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно заряженные ионы – анионами. Заряд иона обозначают надстрочным индексом, сначала указывая величину заряда, затем его знак. При этом в случае, если заряд иона по модулю равен единице, пишут только знак (+ или -).
Примеры простых ионов: Na+, Ca2+, Al3+, S2-, I— и т.д.
Примеры сложных ионов: SO42-, NO3—, [AlF6]3- и т.д.
Рассмотрим детальнее простые ионы. Откуда у них может возникнуть заряд? Вспомним тот факт, что любой атом является электронейтральной частицей вследствие того, что количество отрицательно заряженных электронов в его оболочках равно количеству положительно заряженных протонов в его ядре.
Если мы «удалим» у атома часть электронов, то получим часть некомпенсированных положительных зарядов. При удалении части электронов у атома получим катион, при присоединении одного или нескольких электронов к атому получим анион.
Например, катион натрия Na+, от атома натрия Na0 отличает то, что частица Na+ содержит в себе на один электрон меньше чем, атом натрия. Для того чтобы записать электронную конфигурацию катиона натрия Na+, сначала вспомним, сколько электронов имеет атом натрия. Сделать мы это можем, взглянув на порядковый номер химического элемента в таблице Д.И. Менделеева. Натрий имеет порядковый номер 11, следовательно, его атом содержит 11 электронов, тогда катион натрия будет иметь на один электрон меньше, то есть 10 электронов.
Далее распределим 10 электронов по энергетическим подуровням, исходя из всех тех же принципов, что использовались для записи электронных конфигураций атомов:
Аналогично попробуем записать электронно-графическую формулу сульфид-иона S2-. В таблице Д.И. Менделеева сера имеет порядковый номер, равный 16. Это значит, что атом серы S0 содержит 16 электронов. Отрицательный заряд иона серы равный 2- указывает на то, что у этого иона на два электрона больше, чем у атома серы, то есть 18 электронов. Тогда электронно-графическая формула и обычная электронная формула сульфид-иона S2- будут иметь вид:
Мы поняли, как записать электронно-графическую (или обычную электронную) формулу иона, зная точное его обозначение. Однако, для того чтобы успешно сдать ЕГЭ, нам нужно уметь самим определять заряды ионов, которые склонны образовывать те или иные химические элементы. Причем уметь определять заряд наиболее устойчивых ионов мы обязаны только для элементов главных подгрупп.
Все очень просто, если учитывать, что атомы элементов главных подгрупп «хотят» получить электронную конфигурацию, как у ближайшего к ним по номеру в таблице атома благородного газа.
Например, определим, какой наиболее устойчивый ион образует магний. Смотрим в таблицу Д.И. Менделеева и видим, что ближайший по значению порядкового номера к нему благородный газ – неон. Атом неона содержит 10 электронов, значит и катион магния будет содержать 10 электронов, в то время как у обычного атома магния 12 электронов. Значит наиболее устойчивый катион магния будет иметь заряд 2+ (от 12 отнимаем 10), то есть мы можем обозначить его как Mg2+.
Установим формулу наиболее устойчивого иона хлора. Для этого снова смотрим в таблицу Д.И. Менделеева и видим, что ближайший по порядковому номеру благородный химический элемент — аргон. Атом аргона имеет 18 электронов, а атом хлора – 17 электронов. То есть наиболее устойчивый ион хлора содержит один «избыточный» электрон по сравнению с нейтральным атомом хлора. Таким образом, формулу наиболее устойчивого иона хлора можно записать как Cl—.
Также есть еще один простой способ установления формул наиболее устойчивых ионов химических элементов, который заключается в том, чтобы попытаться найти их в ряду катионов и анионов таблицы растворимости. Если мы не находим анион соответствующего элемента, можно посмотреть на заряд его «родственника» по подгруппе. Например, в таблице растворимости мы не найдем ион кислорода, однако, в той же подгруппе, что и кислород, расположена сера, обозначение аниона которой мы легко находим в таблице растворимости – S2-. Следовательно, и наиболее устойчивый ион кислорода мы можем записать как O2-.
Тест по теме «Строение атома»
Тема «Строение атома»
Часть А. Тестовые задания с выбором одного ответа
1 Электронная формула внешнего энергетического уровня атома серы
А) 3s23p2 В) 3s23p4С) 3s13p4 D) 4s24p4 E) 4s24p4 F)3s33p4 G)4s24p2 H)3s23p6
2. Порядковый номер элемента в Периодической системе указывает на
A) заряд ядра атома
В) число электронов в наружном слое атома
С) число электронных слоев в атоме
D) значение электроотрицательности элемента
Е) число энергетических подуровней на электронном слое
F) значение атомной массы элемента
G) число нейтронов в атоме
H) максимальную валентность элемента в соединениях с кислородом
3. Ряд чисел 2,8,5 соответствует распределению электронов по энергетическим уровням атома
А) алюминияВ) фосфораС) азотаD) хлора Е) сера F) аргон G) кремний H) магний
4. Электронная формула атома 1s22s22p63s23p2. Химический знак и формула водородного соединения этого элемента
А) C и CH4В) Si и SiH4С) О и Н2ОD) Cl и HCl
Е) S и H2S F) P и PH3 G) N и NH3 H) F и HF
5. Пара элементов, имеющих сходное строение внешнего и предвнешнего энергетических уровней:
А) В и Si В) S и Se С) К и Са D) Na и K Е) Мn и Fe F) G) H)
6. Является s-элементом
А) барий В) марганец С) сера D) углерод Е) цинк F) кремний G) кислород H)азот
7. Элемент с электронной формулой 1s22s22p63s23p3 образует высший оксид, соответствующий формуле
А) Э2О В) Э2О3 С) ЭО2 D) ЭО Е) Э2О5 F) ЭО3 G) Э2О7 H) ЭО4
8. Атом неона Ne, катион натрия Na+ и анион фтора F— имеют одинаковое
A) число протонов B)число электронов C) значение максимальной валентности D) число нейтронов E) энергетических подуровней F) значение максимальной степени окисления
G) значение атомной массы H) значение электроотрицательности
9. Число протонов, нейтронов и электронов в атоме 40Ar соответственно равно
A) 18, 22, 18 B) 40, 18, 40 C) 22, 18, 40 D) 18, 40, 18 E) 22, 40, 22 F) 18, 22, 40 G) 40, 22, 18 H) 22,18,18
10. Распределение электронов в атоме элемента четвертого периода IА группы соответствует ряду чисел
А) 2,8,8,2 В) 2,8,8,1 С) 2,8,18,2 D) 2,8,18,1 Е) 2,8,18,3 F) 2,8,18,3 G)2,8,18,1 H) 2,8,18,2
11. В четвертом электронном слое содержит пять электронов атом
А) V B) Р C) As D) Sn E) Zr F) Сu G) Sb H) N
12. Одинаковое число электронов и нейтронов в
A) атоме Ве B) ионе S2- C) ионе F— D) атоме Cr E) атоме S F) Ar G) Li H) Na
13 Атом кислорода и атом серы сходны по
A) числу электронов на внешнем слое B) значению максимальной степени окисления C) числу энергетических уровней D) числу нейтронов в ядре E) числу электронов в атоме F) заряду ядра
G) значению атомной массы H) значению электроотрицательности
14. В ядре атома элемента с электронной формулой 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 число протонов равно
A) 18 B) 10 C) 14 D) 12 E) 16 F) 24 G) 15 H)2
15. Атом металла, высший оксид которого Ме2О3, имеет электронную формулу внешнего энергетического уровня
A) ns2nр1 B) ns2nр2C) ns2np3 D) ns2np E) ns2np F) ns1np2
16. Ниже приведена томная модель атома химического элемента. Укажите данный элемент.
A) Mg B) Na C) Al D) Ar E) Cl F) P G) Si H) S
17. У атома серы число электронов на внешнем энергетическом уровне и заряд ядра равны соответственно
А) 4 и + 16 В) 6 и + 32 С) 4 и + 32 D) 6 и + 16 E) 4 и 16 F) 16 и +4 G) 3 и +32 H) 3 и +6
18. Одинаковое электронное строение имеют частицы
А) Na0 и Na+В) Na+ и F— С) Na0 и K0 D) Cr2+ и Сr3+
E) Na0 и F— F) Na0 и K+ G) K0 и Cl0 H)K0 и Cl—
19. Является p-Элементом является
А) натрий B
20. Формула высшего оксида элемента, электронная формула которого 1s22s22p63s23p3
А) B2O3 В) N2O5C) P2O5 D) Al2O3 E) As2O5 F) SO3 G) P2O3 H) SiO3
21. В пятом электронном слое содержит четыре электрона атом
А) V B) Sb C) As D) Sn E) Zr F) Si G) Pb H) Sr
Часть В. Задания с выбором нескольких правильных ответов.
Состав аниона серы
А) протонов 32 В) электронов 18 С) нейтронов 16 D) электронов 16 Е) электронов 32
2. Относятся к s- элементам
А) Zn В) Na С) Mg D) S Е) Li F) C G)Zn H) Cu
3. На внешнем энергетическом уровне пять электрон у
A) N B) Cl C) Si D) C E) Н F) Na G) P H) As
4. Атомы углерода и кремния различаются между собой
A) относятся к р-элементам
B) числом валентных электронов
C) относятся к неметаллам
D) числом вакантных орбиталей на внешнем энергетическом уровне
E) зарядом ядра
F) количеством электронов на последнем энергетическом уровне
G) значением максимальной валентности
H) числом энергетических уровней
5. Порядковый номер элемента в Периодической системе указывает на
A) заряд ядра атома
В) число электронов в наружном слое атома
С) число электронов в атоме
D) число нейтронов в атоме
Е) число энергетических подуровней на электронном слое
F) число протонов
G) максимальную валентность элемента в соединениях с кислородом
H) число электронных слоев в атоме
6. На последнем энергетическом уровне находится 8 электронов у
А) aтом аргона Ar B) атом кальция С) атом калия K D) анион хлора Сl—
Е) атом калия К F)
7. Электронная формула 1s22s22р6 соответствует
А) атому неона B) аниону кислорода C) атому кислорода D) аниону фтора
E) атому фтора F) атом кислорода G) атому натрия H) аниону хлора
8. Атом данного металла имеет электронную формулу внешнего энергетического уровня ns2np1
A) В B) O C) P D) As E) Аl F) C G) Ga H)Si
9. В реакциях элемент отдает один электрон
А) Li В) Zn С) Cl D) Rb Е) Na F) Аl G) Ca H) F
10. Двухэлектронную внешнюю оболочку имеет ион
А) S6+ В) S2-С) Br5+D) S4+Е) С2+ F) Sn4+ G) С4+ H) Br—
11. Является p- элементом
А) S В) Na С) Ca D) P Е) O F) K G) Zn H) Li
12. В реакциях элемент принимает один электрон
А) Li В) Zn С) Cl D) Rb Е) Вr F) K G) Ca H) F
13. Атом элемента, максимальная степень окисления которого + 4, в основном состоянии может иметь электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня:
А) 3s23p4 В) 2s22p2 С) 2s22p4 D)3s23p2 Е) 2s22p6 F) 3s23p4 G) 4s24p2 H) 2s22p5
14. Частицы в паре имеют одинаковую электронную структуру
А) F— и Na+ В) F и Na+ С) Mg и Ca D) Mg2+ и Si2+
Е) F— и Na F) Mgи Si4+ G) H) Mg и Si2+H) K и Cl—
15. На s-подуровне находится 2 электрона (основное состояние) у
А) Са В) S С) Na D) Mg Е) Li F)К G) Rb H) H
16. Состав аниона фтора
А) протонов 19
В) электронов 10
С) нейтронов 10
D) электронов 16
Е) электронов 19
F) протонов 9
G) нейтронов 19
H) протонов 18
17. Относятся к d- элементам
А) Ag В) Zn С) K D) Cu Е) Na F) C G) S H) Cl
18. На внешнем энергетическом уровне 4 электрона у
A) N B) Cl C) Si D) C E) Н F) Na G) P H) Sn
19. Атомы азота и фосфора различаются между собой
A) значением максимальной валентности
B) числом валентных электронов
C) относятся к неметаллам
D) числом вакантных орбиталей на внешнем энергетическом уровне
E) зарядом ядра
F) количеством электронов на последнем энергетическом уровне
G) относятся к р-элементам
H) числом энергетических уровней
20. Порядковый номер элемента в Периодической системе указывает на:
A) число нейтронов в атоме
В) заряд ядра атома
С) число электронов в атоме
D) число протонов
Е) число энергетических подуровней на электронном слое
F) число электронов в наружном слое атома
G) число электронных слоев в атоме
H) максимальную валентность элемента в соединениях с кислородом
21 . Имеет 18 электронов
А) атом кальция B) атом фтора F С) атом калия К D) анион хлора Сl—
Е) катион калия K+ F)катион кальция Са2+ G) атом хлора H) анион фтора F—
22. Электронная формула 1s22s22р6 3 s23р6 соответствует
А) атому аргона B) аниону кислорода C) атому кислорода D) катиону кальция
E) атому фтора F) катиону калия G) атому натрия H) атому хлора
23 . Атом данного металла имеет электронную формулу внешнего энергетического уровня ns2np3
A) В B) O C) P D) As E) Аl F) N G) Ga H)Si
24. Данные элементы при взаимодействии отдают два электрона
А) Li В) Zn С) Cl D) Rb Е) Mg F) K G) Ca H) F
25. Двухэлектронную внешнюю оболочку имеет ион
А) S6+В) Br5+ С) S2- D) S4+ Е) С4+ F) Sn4+G) С2+ H) Br—
26. Данные химические элементы относятся к s — элементам
А) S В) Р С) Ca D) Аl Е) O F) K G) C H) Li
27. Данные элементы при взаимодействии принимают один электрон
А) Li В) Zn С) Cl D) Rb Е) Вr F) K G) Ca H) F
28. Атом элемента, максимальная степень окисления которого + 4, в основном состоянии может иметь электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня:
А) 3s23p4 В) 2s22p2 С) 2s22p4 D)3s23p2 Е) 2s22p6 F) 3s23p4 G) 4s24p2 H) 2s22p5
29. Частицы в паре имеют одинаковую электронную структуру
А) F— и Na+ В) F и Na+ С) Mg и Ca D) Mg2+ и Si2+
Е) F— и Na F) Mgи Si4+ G) Mg и Si2+H) K и Cl—
30. На s-подуровне находится 1 электрона (основное состояние)
А) Са В) S С) Na D) Mg Е) Li F) Ва G) Rb H) H
Часть С. Тестовые задания на соотнесение.
Установите соответствие элементом и его электронной формулой
Элемент
Электронная формула
Берилий
Натрий
Хлор
А) 1s22s22p3
В) 1s22s2
С) 1s22s22p63s23p5D) 1s22s1
E) 1s22s22p63s¹F) 1s22s22p63s23p6
Установите соответствие между энергетическим подуровнем и числом орбиталей на нем:
Энергетический подуровень
Число орбиталей
1) s -подуровень
2) p-подуровень
3) d -подуровень
А) 2
В) 7
С) 1D) 3
E) 5
F) 4
Установите соответствие между ионом и его электронной формулой:
Ион
Электронная формула
1) Ca2+
2) O2-
3) Rb+
А) 1s22s22р63s23р6 4s23d104 р65s1
В) 1s22s22р63s23р64s2
С) 1s22s22р63s23р6
D) 1s22s22р6
E) 1s22s22р4
F) 1s22s22р63s23р6 4s23d104 р6
Установите соответствие между атомом элемента и количеством электронов, которые он отдает или принимает для завершения внешней электронной оболочки:
Атом элемента | Количество электронов |
| А) отдает 1 электрон В) отдает 2 электронa D) принимает 1 электрон E) принимает 2 электронa F) принимает 3 электронa |
Установите соответствие элементом и его электронной формулой
Элемент
Электронная формула
Алюминий
Калий
3) Сера
А) 1s22s22p63s23p64s1
В) 1s22s22p63s23p6
С) 1s22s22p63s23p4
D) 1s22s22p63s23p3
E) 1s22s22p63s23p1
F) 1s22s22p63s23p64s2Установите соответствие между энергетическим подуровнем и числом орбиталей на нем:
Энергетический подуровень
Число орбиталей
1) s -подуровень
2) p-подуровень
3) d -подуровень
А) 1
В) 2
С) 3D) 5
E) 7
F) 14
Установите соответствие между ионом и его электронной формулой
Ион | Электронная формула |
1) Cl— 2) F— 3) C+2 | А) 1s22s22р2 С) 1s22s22р63s23р6 D) 1s22s22р63s23р5 E) 1s22s2 |
8. Установите соответствие между атомом элемента и количеством электронов, которые он отдает
или принимает для завершения внешней электронной оболочки:
Атом элемента | Количество электронов |
| А) отдает 1 электрон В) принимает 1 электрона С) отдает 2 электронa D) принимает 2 электронa E) отдает 3 электронa F) принимает 3 электронa |
КЛЮЧ
Часть А. Тестовые задания с выбором одного ответа | |
1 | B |
2 | A |
3 | B |
4 | B |
5 | D |
6 | A |
7 | E |
8 | B |
9 | A |
10 | B |
11 | C |
12 | E |
13 | А |
14 | С |
15 | С |
16 | C |
17 | D |
18 | B |
19 | B |
20 | C |
21 | D |
Часть В. Задания с выбором нескольких правильных ответов. | |
1 | B C F |
2 | B C E |
3 | A H G |
4 | D E H |
5 | A C F |
6 | A D F |
7 | A B D |
8 | A E G |
9 | A D E |
10 | C D E |
11 | A D E |
12 | C E H |
13 | B D G |
14 | A G H |
15 | A B D |
16 | B C F |
17 | A B D |
18 | C D H |
19 | D E H |
20 | B C D |
21 | D E F |
22 | A D F |
23 | C D F |
24 | B E G |
25 | B D G |
26 | C F H |
27 | C E H |
28 | B D G |
29 | A G H |
30 | C E H |
Часть С. Тестовые задания на соотнесение. | |
1 | 1-B 2- Е, 3- С |
2 |
|
3 | 1- C 2- D 3- F |
4 | 1- A 2- E 3-C |
5 | 1-E 2-A 3-C |
6 | 1-A 2-C 3-D |
7 | 1-C 2-F 3-E |
8 |
|
Тренировочные тесты по теме «Строение атома»
Тренировочные упражнения по теме «Строение атома» в формате ЕГЭ по химии (тренажер задания 1 ЕГЭ по химии).
Внимание! Перед выполнением тестов я рекомендую внимательно изучить теорию по теме «Строение атома» (теория для решения задания 1 ЕГЭ по химии).
Для выполнения задания используйте представленный в каждом задании ряд химических элементов. Ответом в задании является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в каждом ряду. |
Задание 1 | 1) Sn 2) Fe 3) C 4) Pb 5) Cr |
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют валентные электроны как на s-, так и на d-подуровнях. |
Задание 2 | 1) B 2) Cs 3) Fe 4) Cr 5) Pb |
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют на внешнем энергетическом уровне один электрон |
Задание 3 | 1) Ca 2) C 3) Fe 4) Pb 5) K |
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют на внешнем энергетическом уровне ровно два электрона. |
Задание 4 | 1) Si 2) Br 3) Fe 4) N 5) Al |
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют на внешнем энергетическом уровне один неспаренный электрон. |
Задание 5 | 1) Ba 2) Sn 3) Ti 4) S 5) Ca |
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют на внешнем энергетическом уровне два неспаренных электрона. |
Задание 6 | 1) V 2) Cl 3) As 4) P 5) Nb |
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют электронную формулу внешнего энергетического уровня ns2np3 . |
Задание 7 | 1) Ca 2) F 3) S 4) N 5) Fe |
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов образуют положительный или отрицательный ион с электронной конфигурацией аргона. |
Задание 8 | 1) Al 2) Ca 3) He 4) H 5) F |
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов образуют положительный или отрицательный ион с электронной конфигурацией неона. |
Задание 9 | 1) Cr 2) Br 3) F 4) S 5) Li |
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют электронную формулу внешнего энергетического уровня ns1. |
Задание 10 | 1) Sc 2) F 3) Br 4) Sr 5) Cl |
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют восемь электронов на предвнешнем энергетическом уровне. |
Номер задания | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
Ответ | 25 | 24 | 13 | 25 | 24 | 34 | 13 | 15 | 15 | 45 |
Скачать тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Строение атома» (задание 1 ЕГЭ по химии) ( с ответами)
Калий, свойства атома, химические и физические свойства
Калий, свойства атома, химические и физические свойства.
K 19 Калий
39,0983(1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
Калий — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 19. Расположен в 1-й группе (по старой классификации — главной подгруппе первой группы), четвертом периоде периодической системы.
Атом и молекула калия. Формула калия. Строение калия
Изотопы и модификации калия
Свойства калия (таблица): температура, плотность, давление и пр.
Физические свойства калия
Химические свойства калия. Взаимодействие калия. Реакции с калием
Получение калия
Применение калия
Таблица химических элементов Д.И. Менделеева
Атом и молекула калия. Формула калия. Строение калия:
Калий (лат. Kalium, от араб. аль-кали – «поташ») – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением K и атомным номером 19. Расположен в 1-й группе (по старой классификации – главной подгруппе первой группы), четвертом периоде периодической системы.
Калий – металл. Относится к группе щелочных металлов.
Как простое вещество калий при нормальных условиях представляет собой мягкий металл серебристо-белого цвета.
Молекула калия одноатомна.
Химическая формула калия K.
Электронная конфигурация атома калия 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1. Потенциал ионизации (первый электрон) атома калия равен 418,81 кДж/моль (4,34066369(9) эВ).
Строение атома калия. Атом калия состоит из положительно заряженного ядра (+19), вокруг которого по четырем оболочкам движутся 19 электронов. При этом 18 электронов находятся на внутреннем уровне, а 1 электрон – на внешнем. Поскольку калий расположен в четвертом периоде, оболочек всего четыре. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая и третья – внутренние оболочки представлена s- и р-орбиталями. Четвертая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внешнем энергетическом уровне атома калия – на 4s-орбитали находится один неспаренный электрон. В свою очередь ядро атома калия состоит из 19 протонов и 20 нейтронов. Калий относится к элементам s-семейства.
Радиус атома калия (вычисленный) составляет 243 пм.
Атомная масса атома калия составляет 39,0983(1) а. е. м.
Калий – седьмой по распространённости элемент в земной коре. Содержание его в земной коре составляет 1,5 %, в океанах и морях – 0,042 %.
Калий очень легко вступает в химические реакции.
Изотопы и модификации калия:
Свойства калия (таблица): температура, плотность, давление и пр.:
Подробные сведения на сайте ChemicalStudy.ru
100 | Общие сведения | |
101 | Название | Калий |
102 | Прежнее название | |
103 | Латинское название | Kalium |
104 | Английское название | Potassium |
105 | Символ | K |
106 | Атомный номер (номер в таблице) | 19 |
107 | Тип | Металл |
108 | Группа | Щелочной металл |
109 | Открыт | Хемфри Дэви, Великобритания, 1807 г. |
110 | Год открытия | 1807 г. |
111 | Внешний вид и пр. | Мягкий, серебристо-белый металл |
112 | Происхождение | Природный материал |
113 | Модификации | |
114 | Аллотропные модификации | |
115 | Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга | |
116 | Конденсат Бозе-Эйнштейна | 39K, 41K |
117 | Двумерные материалы | |
118 | Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) | 0 % |
119 | Содержание в земной коре (по массе) | 1,5 % |
120 | Содержание в морях и океанах (по массе) | 0,042 % |
121 | Содержание во Вселенной и космосе (по массе) | 0,0003 % |
122 | Содержание в Солнце (по массе) | 0,0004 % |
123 | Содержание в метеоритах (по массе) | 0,07 % |
124 | Содержание в организме человека (по массе) | 0,2 % |
200 | Свойства атома | |
201 | Атомная масса (молярная масса) | 39,0983(1) а. е. м. (г/моль) |
202 | Электронная конфигурация | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 |
203 | Электронная оболочка | K2 L8 M8 N1 O0 P0 Q0 R0
|
204 | Радиус атома (вычисленный) | 243 пм |
205 | Эмпирический радиус атома* | 220 пм |
206 | Ковалентный радиус* | 203 пм |
207 | Радиус иона (кристаллический) | K+ 151 (4) пм, 152 (6) пм, 165 (8) пм, 178 (12) пм (в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле) |
208 | Радиус Ван-дер-Ваальса | 275 пм |
209 | Электроны, Протоны, Нейтроны | 19 электронов, 19 протонов, 20 нейтронов |
210 | Семейство (блок) | элемент s-семейства |
211 | Период в периодической таблице | 4 |
212 | Группа в периодической таблице | 1-ая группа (по старой классификации – главная подгруппа 1-ой группы) |
213 | Эмиссионный спектр излучения | |
300 | Химические свойства | |
301 | Степени окисления | -1, 0, +1 |
302 | Валентность | I |
303 | Электроотрицательность | 0,82 (шкала Полинга) |
304 | Энергия ионизации (первый электрон) | 418,81 кДж/моль (4,34066369(9) эВ) |
305 | Электродный потенциал | K+ + e– → K, Eo = -2,924 В |
306 | Энергия сродства атома к электрону | 42,4 кДж/моль |
400 | Физические свойства | |
401 | Плотность* | 0,862 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело), 0,828 г/см3 (при температуре плавления 63,5 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость) |
402 | Температура плавления* | 63,5 °C (336,7 K, 146,3 °F) |
403 | Температура кипения* | 759 °C (1032 K, 1398 °F) |
404 | Температура сублимации | |
405 | Температура разложения | |
406 | Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом | |
407 | Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* | 2,33 кДж/моль |
408 | Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* | 76,9 кДж/моль |
409 | Удельная теплоемкость при постоянном давлении | |
410 | Молярная теплоёмкость | 29,6 Дж/(K·моль) |
411 | Молярный объём | 45,3 см³/моль |
412 | Теплопроводность | 102,5 Вт/(м·К) (при стандартных условиях), 79,0 Вт/(м·К) (при 300 K) |
500 | Кристаллическая решётка | |
511 | Кристаллическая решётка #1 | |
512 | Структура решётки | Кубическая объёмно-центрированная
|
513 | Параметры решётки | 5,332 Å |
514 | Отношение c/a | |
515 | Температура Дебая | 100 К |
516 | Название пространственной группы симметрии | Im_ 3m |
517 | Номер пространственной группы симметрии | 229 |
900 | Дополнительные сведения | |
901 | Номер CAS | 7440-09-7 |
Примечание:
205* Эмпирический радиус атома калия согласно [1] и [3] составляет 227 пм и 235 пм соответственно.
206* Ковалентный радиус калия согласно [1] составляет 203±12 пм.
401* Плотность калия согласно [3] составляет 0,856 г/см3 (при 0 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело), согласно [4] 0,826 г/см3 (при 64 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость).
402* Температура плавления калия согласно [3] и [4] составляет 63,65 °C (336,8 K, 146,57 °F) и 63,55 °C (336,7 K, 146,39 °F) соответственно.
403* Температура кипения калия согласно [3] и [4] составляет 773,85 °C (1047 K, 1424,93 °F) и 776 °C (1049,15 K, 1428,8 °F) соответственно.
407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) калия согласно [4] составляет 2,38 кДж/моль.
408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) калия согласно [4] составляет 79,2 кДж/моль.
Физические свойства калия:
Химические свойства калия. Взаимодействие калия. Реакции с калием:
Получение калия:
Применение калия:
Таблица химических элементов Д.И. Менделеева
- 1. Водород
- 2. Гелий
- 3. Литий
- 4. Бериллий
- 5. Бор
- 6. Углерод
- 7. Азот
- 8. Кислород
- 9. Фтор
- 10. Неон
- 11. Натрий
- 12. Магний
- 13. Алюминий
- 14. Кремний
- 15. Фосфор
- 16. Сера
- 17. Хлор
- 18. Аргон
- 19. Калий
- 20. Кальций
- 21. Скандий
- 22. Титан
- 23. Ванадий
- 24. Хром
- 25. Марганец
- 26. Железо
- 27. Кобальт
- 28. Никель
- 29. Медь
- 30. Цинк
- 31. Галлий
- 32. Германий
- 33. Мышьяк
- 34. Селен
- 35. Бром
- 36. Криптон
- 37. Рубидий
- 38. Стронций
- 39. Иттрий
- 40. Цирконий
- 41. Ниобий
- 42. Молибден
- 43. Технеций
- 44. Рутений
- 45. Родий
- 46. Палладий
- 47. Серебро
- 48. Кадмий
- 49. Индий
- 50. Олово
- 51. Сурьма
- 52. Теллур
- 53. Йод
- 54. Ксенон
- 55. Цезий
- 56. Барий
- 57. Лантан
- 58. Церий
- 59. Празеодим
- 60. Неодим
- 61. Прометий
- 62. Самарий
- 63. Европий
- 64. Гадолиний
- 65. Тербий
- 66. Диспрозий
- 67. Гольмий
- 68. Эрбий
- 69. Тулий
- 70. Иттербий
- 71. Лютеций
- 72. Гафний
- 73. Тантал
- 74. Вольфрам
- 75. Рений
- 76. Осмий
- 77. Иридий
- 78. Платина
- 79. Золото
- 80. Ртуть
- 81. Таллий
- 82. Свинец
- 83. Висмут
- 84. Полоний
- 85. Астат
- 86. Радон
- 87. Франций
- 88. Радий
- 89. Актиний
- 90. Торий
- 91. Протактиний
- 92. Уран
- 93. Нептуний
- 94. Плутоний
- 95. Америций
- 96. Кюрий
- 97. Берклий
- 98. Калифорний
- 99. Эйнштейний
- 100. Фермий
- 101. Менделеевий
- 102. Нобелий
- 103. Лоуренсий
- 104. Резерфордий
- 105. Дубний
- 106. Сиборгий
- 107. Борий
- 108. Хассий
- 109. Мейтнерий
- 110. Дармштадтий
- 111. Рентгений
- 112. Коперниций
- 113. Нихоний
- 114. Флеровий
- 115. Московий
- 116. Ливерморий
- 117. Теннессин
- 118. Оганесон
Таблица химических элементов Д.И. Менделеева
Источники:
- https://en.wikipedia.org/wiki/Potassium
- https://de.wikipedia.org/wiki/Kalium
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Калий
- http://chemister.ru/Database/properties.php?dbid=1&id=229
- https://chemicalstudy.ru/kaliy-svoystva-atoma-himicheskie-i-fizicheskie-svoystva/
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com
карта сайта
калий атомная масса степень окисления валентность плотность температура кипения плавления физические химические свойства структура теплопроводность электропроводность кристаллическая решетка
атом нарисовать строение число протонов в ядре строение электронных оболочек электронная формула конфигурация схема строения электронной оболочки заряд ядра состав масса орбита уровни модель радиус энергия электрона переход скорость спектр длина волны молекулярная масса объем атома
электронные формулы сколько атомов в молекуле калия
сколько электронов в атоме свойства металлические неметаллические термодинамические
Коэффициент востребованности 1 765
№ эл-та | Химический знак | Название элемента | Электронная формула |
1 | H | водород | 1s 1 |
2 | He | гелий | 1s 2 |
II период | |||
3 | Li | литий | 1s 22s 1 |
4 | Be | бериллий | 1s 22s 2 |
5 | B | бор | 1s 22s 22p 1 |
6 | C | углерод | 1s 22s 22p 2 |
7 | N | азот | 1s 22s 22p 3 |
8 | O | кислород | 1s 22s 22p 4 |
9 | F | фтор | 1s 22s 22p 5 |
10 | Ne | неон | 1s 22s 22p 6 |
III период | |||
11 | Na | натрий | 1s 22s 22p 63s 1 |
12 | Mg | магний | 1s 22s 22p 63s 2 |
13 | Al | алюминий | 1s 22s 22p 63s 23p1 |
14 | Si | кремний | 1s 22s 22p 63s 23p2 |
15 | P | фосфор | 1s 22s 22p 63s 23p3 |
16 | S | сера | 1s 22s 22p 63s 23p4 |
17 | Cl | хлор | 1s 22s 22p 63s 23p5 |
18 | Ar | аргон | 1s 22s 22p 63s 23p6 |
IV период | |||
19 | K | калий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 1 |
20 | Ca | кальций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 2 |
21 | Sc | скандий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d1 |
22 | Ti | титан | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d2 |
23 | V | ванадий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d3 |
24 | Cr | хром | 1s 22s 22p 63s 23p64s 13d5 |
25 | Mn | марганец | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d5 |
26 | Fe | железо | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d6 |
27 | Co | кобальт | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d7 |
28 | Ni | никель | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d8 |
29 | Cu | медь | 1s 22s 22p 63s 23p64s 13d10 |
30 | Zn | цинк | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d10 |
31 | Ga | галлий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p1 |
32 | Ge | германий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p2 |
33 | As | мышьяк | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p3 |
34 | Se | селен | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p4 |
35 | Br | бром | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p5 |
36 | Kr | криптон | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p6 |
V период | |||
37 | Rb | рубидий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s1 |
38 | Sr | стронций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s2 |
39 | Y | иттрий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d1 |
40 | Zr | цирконий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d2 |
41 | Nb | ниобий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d4 |
42 | Mo | молибден | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d5 |
43 | Tc | технеций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d5 |
44 | Ru | рутений | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d7 |
45 | Rh | родий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d8 |
46 | Pd | палладий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s04d10 |
47 | Ag | серебро | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d10 |
48 | Cd | кадмий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d10 |
49 | In | индий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p1 |
50 | Sn | олово | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p2 |
51 | Sb | сурьма | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s224d105p3 |
52 | Te | теллур | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p4 |
53 | I | йод | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p5 |
54 | Xe | ксенон | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p6 |
VI период | |||
55 | Cs | цезий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s1 |
56 | Ba | барий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s2 |
57 | La | лантан | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s25d1 |
58 | Ce | церий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f2 |
59 | Pr | празеодим | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f3 |
60 | Nd | неодим | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f4 |
61 | Pm | прометий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f5 |
62 | Sm | самарий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f6 |
63 | Eu | европий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f7 |
64 | Gd | гадолиний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f75d1 |
65 | Tb | тербий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f9 |
66 | Dy | диспрозий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f10 |
67 | Ho | гольмий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f11 |
68 | Er | эрбий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f12 |
68 | Tm | тулий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f13 |
70 | Yb | иттербий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f14 |
71 | Lu | лютеций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d1 |
72 | Hf | гафний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d2 |
73 | Ta | тантал | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d3 |
74 | W | вольфрам | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d4 |
75 | Re | рений | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d5 |
76 | Os | осмий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d6 |
77 | Ir | иридий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d7 |
78 | Pt | платина | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s14f145d9 |
79 | Au | золото | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s14f145d10 |
80 | Hg | ртуть | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d10 |
81 | Tl | таллий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p1 |
82 | Pb | свинец | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p2 |
83 | Bi | висмут | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p3 |
84 | Po | полоний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p4 |
85 | At | астат | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p5 |
86 | Rn | радон | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d105p66s24f145d106p6 |
VII период | |||
87 | Fr | франций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s1 |
88 | Ra | радий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s2 |
89 | Ac | актиний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s26d1 |
90 | Th | торий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s26d25f0 |
91 | Pa | протактиний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f26d1 |
92 | U | уран | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f36d1 |
93 | Np | нептуний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f46d1 |
94 | Pu | плутоний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f56d1 |
95 | Am | америций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f7 |
96 | Cm | кюрий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f76d1 |
97 | Bk | берклий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f86d1 |
98 | Cf | калифорний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f10 |
99 | Es | эйнштейний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f11 |
100 | Fm | фермий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f12 |
101 | Md | менделеевий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f13 |
102 | No | нобелий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f14 |
103 | Lr | лоуренсий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d1 |
104 | Rf | резерфордий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d2 |
105 | Db | дубний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d3 |
106 | Sg | сиборгий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d4 |
107 | Bh | борий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d5 |
108 | Hs | хассий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d6 |
109 | Mt | мейтнерий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d7 |
Обозначения элементов: | |||
s-элементы | p-элементы | d-элементы | f-элементы |
Строение атома. Строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева
У нас вышел новый курс, где всё объясняется ещё проще. Подробннее по ссылке
Атом — электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В центре атома находится положительно заряженное ядро. Оно занимает ничтожную часть пространства внутри атома, в нём сосредоточены весь положительный заряд и почти вся масса атома.
Ядро состоит из элементарных частиц — протона и нейтрона; вокруг атомного ядра по замкнутым орбиталям движутся электроны.
Протон (р) — элементарная частица с относительной массой 1,00728 атомной единицы массы и зарядом +1 условную единицу. Число протонов в атомном ядре равно порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева.
Нейтрон (n) — элементарная нейтральная частица с относительной массой 1,00866 атомной единицы массы (а. е. м.).
Число нейтронов в ядре N определяют по формуле:
где А — массовое число, Z — заряд ядра, равный числу протонов (порядковому номеру).
Обычно параметры ядра атома записывают следующим образом: слева внизу от символа элемента ставят заряд ядра, а вверху — массовое число, например:
Эта запись показывает, что заряд ядра (следовательно, и число протонов) для атома фосфора равен 15, массовое число равно 31, а число нейтронов равно 31 – 15 = 16. Так как массы протона и нейтрона очень мало отличаются друг от друга, то массовое число приблизительно равно относительной атомной массе ядра.
Электрон ( е–) — элементарная частица с массой 0,00055 а. е. м. и условным зарядом –1. Число электронов в атоме равно заряду ядра атома (порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева).
Электроны движутся вокруг ядра по строго определённым орбиталям, образуя так называемое электронное облако.
Область пространства вокруг атомного ядра, где наиболее (90 и более %) вероятно нахождение электрона, определяет форму электронного облака.
Электронное облако s-электрона имеет сферическую форму; на s-энергетическом подуровне может максимально находиться два электрона.
Электронное облако p-электрона имеет гантелеобразную форму; на трёх p-орбиталях максимально может находиться шесть электронов.
Орбитали изображают в виде квадрата, сверху или снизу которого пишут значения главного и побочного квантовых чисел, описывающих данную орбиталь. Такую запись называют графической электронной формулой, например:
В этой формуле стрелками обозначают электрон, а направление стрелки соответствует направлению спина — собственного магнитного момента электрона. Электроны с противоположными спинами ↑↓ называют спаренными.
Электронные конфигурации атомов элементов можно представить в виде электронных формул, в которых указывают символы подуровня, коэффициент перед символом подуровня показывает его принадлежность к данному уровню, а степень у символа — число электронов данного подуровня.
В таблице 1 приведено строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Химические элементы, в атомах которых s-подуровень внешнего уровня пополняется одним или двумя электронами, называют s-элементами. Химические элементы, в атомах которых заполняется p-подуровень (от одного до шести электронов), называют p-элементами.
Число электронных слоёв в атоме химического элемента равно номеру периода.
В соответствии с правилом Хунда электроны располагаются на однотипных орбиталях одного энергетического уровня таким образом, чтобы суммарный спин был максимален. Следовательно, при заполнении энергетического подуровня каждый электрон прежде всего занимает отдельную ячейку, а только после этого начинается их спаривание. Например, у атома азота все p-электроны будут находиться в отдельных ячейках, а у кислорода начнётся их спаривание, которое полностью закончится у неона.
Изотопами называют атомы одного и того же элемента, содержащие в своих ядрах одинаковое число протонов, но различное число нейтронов.
Изотопы известны для всех элементов. Поэтому атомные массы элементов в периодической системе являются средним значением из массовых чисел природных смесей изотопов и отличаются от целочисленных значений. Таким образом, атомная масса природной смеси изотопов не может служить главной характеристикой атома, а следовательно, и элемента. Такой характеристикой атома является заряд ядра, определяющий число электронов в электронной оболочке атома и её строение.
Рассмотрим несколько типовых заданий по этому разделу.
Пример 1. Атом какого элемента имеет электронную конфигурацию 1s22s22p63s23p64s1?
- Li
- Na
- K
- Cl
На внешнем энергетическом уровне у данного элемента находится один 4s-электрон. Следовательно, этот химический элемент находится в четвёртом периоде первой группе главной подгруппе. Этот элемент — калий.
К этому ответу можно прийти по-другому. Сложив общее количество всех электронов, получим 19. Общее число электронов равно порядковому номеру элемента. Под номером 19 в периодической системе находится калий.
Пример 2. Химическому элементу соответствует высший оксид RO2. Электронной конфигурации внешнего энергетического уровня атома этого элемента соответствует электронная формула:
- ns2np4
- ns2np2
- ns2np3
- ns2np6
По формуле высшего оксида (смотрите на формулы высших оксидов в Периодической системе) устанавливаем, что этот химический элемент находится в четвёртой группе главной подгруппы. У этих элементов на внешнем энергетическом уровне находятся четыре электрона — два s и два p. Следовательно, правильный ответ 2.
Тренировочные задания1. Общее число s-электронов в атоме кальция равно
1) 20
2) 40
3) 8
4) 6
2. Число спаренных p-электронов в атоме азота равно
1) 7
2) 14
3) 3
4) 4
3. Число неспаренных s-электронов в атоме азота равно
1) 7
2) 14
3) 3
4) 4
4. Число электронов на внешнем энергетическом уровне атома аргона равно
1) 18
2) 6
3) 4
4) 8
5. Число протонов, нейтронов и электронов в атоме 94Be равно
1) 9, 4, 5
2) 4, 5, 4
3) 4, 4, 5
4) 9, 5, 9
6. Распределение электронов по электронным слоям 2; 8; 4 — соответствует атому, расположенному в(во)
1) 3-м периоде, IА группе
2) 2-м периоде, IVА группе
3) 3-м периоде, IVА группе
4) 3-м периоде, VА группе
7. Химическому элементу, расположенному в 3-м периоде VA группе соответствует схема электронного строения атома
1) 2, 8, 6
2) 2, 6, 4
3) 2, 8, 5
4) 2, 8, 2
8. Химический элемент с электронной конфигурацией 1s22s22p4 образует летучее водородное соединение, формула которого
1) ЭН
2) ЭН2
3) ЭН3
4) ЭН4
9. Число электронных слоёв в атоме химического элемента равно
1) его порядковому номеру
2) номеру группы
3) числу нейтронов в ядре
4) номеру периода
10. Число внешних электронов в атомах химических элементов главных подгрупп равно
1) порядковому номеру элемента
2) номеру группы
3) числу нейтронов в ядре
4) номеру периода
11. Два электрона находятся во внешнем электронном слое атомов каждого из химических элементов в ряду
1) He, Be, Ba
2) Mg, Si, O
3) C, Mg, Ca
4) Ba, Sr, B
12. Химический элемент, электронная формула которого 1s22s22p63s23p64s1, образует оксид состава
1) Li2O
2) MgO
3) K2O
4) Na2O
13. Число электронных слоев и число p-электронов в атоме серы равно
1) 2, 6
2) 3, 4
3) 3, 16
4) 3, 10
14. Электронная конфигурация ns2np4 соответствует атому
1) хлора
2) серы
3) магния
4) кремния
15. Валентные электроны атома натрия в основном состоянии находятся на энергетическом подуровне
1) 2s
2) 2p
3) 3s
4) 3p
16. Атомы азота и фосфора имеют
1) одинаковое число нейтронов
2) одинаковое число протонов
3) одинаковую конфигурацию внешнего электронного слоя
4) одинаковое число электронов
17. Одинаковое число валентных электронов имеют атомы кальция и
1) калия
2) алюминия
3) бериллия
4) бора
18. Атомы углерода и фтора имеют
1) одинаковое число нейтронов
2) одинаковое число протонов
3) одинаковое число электронных слоёв
4) одинаковое число электронов
19. У атома углерода в основном состоянии число неспаренных электронов равно
1) 1
3) 3
2) 2
4) 4
20. В атоме кислорода в основном состоянии число спаренных электронов равно
1) 2
3) 4
2) 8
4) 6
Ответы
Хотите ещё проще? Мы создали новый курс, где максимум за 7 дней вы овладете химией с нуля. Подробннее по ссылке
Полупроводники, строение атома и электропроводность
Планетарная модель атома
Для того чтобы лучше понять особенности природы полупроводников, стоит немного вспомнить электронное строение атома. Для этого рассмотрим планетарную модель атома, предложенную датским физиком Н. Бором в 1913 году. Согласно этой модели, в центре атома находится ядро, состоящее из протонов и нейтронов. Вокруг ядра вращаются электроны. Их количество определяет химические свойства элемента и название вещества. Например, у водорода (H) всего один электрон, у полупроводника кремния (Si) — 14 электронов.
Носители электрического заряда в атоме
Каждый протон несет частицу положительного электрического заряда. Электрон является носителем отрицательного электрического заряда, равного по силе заряду протона. Нейтроны не несут заряда, и остаются электрически нейтральными.
В обычном состоянии количество протонов и электронов одинаково, и такой атом электрически нейтрален. Когда у химического элемента не хватает одного электрона, тогда его называют положительно заряженным ионом. При избытке электронов, атом становится отрицательно заряженным ионом.
Электронная оболочка атома
Область пространства вероятного местонахождения электрона называется электронная оболочка. Атом может иметь до семи электронных оболочек, именуемых латинскими буквами K (ближайшая оболочка к ядру), L, M, N, O, P и Q. На таблице ниже указано максимально возможное количество электронов на каждой оболочке.
Электронная оболочка |
Максимальное число электронов |
K | 2 |
L | 8 |
M | 18 |
N | 32 |
O | 50 |
P | 72 |
Q | 98 |
Электроны, которые находятся дальше всего от ядра атома, располагаются на внешней электронной оболочке и называются валентными электронами. С их помощью атом взаимодействует с соседними химическими элементами.
Электропроводность материалов
Электрические свойства материала напрямую зависят от количества валентных электронов у их атомов. Чем их меньше, тем слабее связь каждого валентного электрона с ядром атома. Следовательно, такой материал лучше проводит электрический ток, потому что его атомы «охотнее» расстаються со своими электронами. Самые лучшие проводники — это химические элементы с одним электроном на внешней оболочке. Например, такие как золото (Au) или медь (Cu).
Соответственно, чем больше заполнена внешняя электронная оболочка, тем больше энергии требуется на разрыв связей между ядром атома и валентными электронами. Самые лучшие диэлектрики (материалы, практически не проводящие электричество) — это химические элементы с завершенной валентной оболочкой. Типичными их представителями являются, так называемые, благородные газы. Например неон (Ne) или аргон (Ar).
У полупроводников внешняя электронная оболочка заполнена наполовину. Следовательно, эти материалы не могут быть хорошими проводниками, как и диэлектриками. Полупроводники интерессны именно тем, что способны значительно менять свои электрические свойства в зависимости от температуры, или примесей других химических элементов.
В следующем разделе речь пойдет о том, как полупроводники специально «загрязняют» примесями, чтобы повлиять на их электропроводность. Также рассмотрим принципы действия дырочного и электронного типа проводимостей.
Структура атома
Обзор атомной структуры
Атомы состоят из частиц, называемых протонами, нейтронами и электронами, которые отвечают за массу и заряд атомов.
Цели обучения
Обсудить электронные и структурные свойства атома
Основные выводы
Ключевые моменты
- Атом состоит из двух областей: ядра, которое находится в центре атома и содержит протоны и нейтроны, и внешней области атома, которая удерживает свои электроны на орбите вокруг ядра.
- Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу, около 1,67 × 10-24 грамма, которую ученые определяют как одну атомную единицу массы (а.е.м.) или один Дальтон.
- Каждый электрон имеет отрицательный заряд (-1), равный положительному заряду протона (+1).
- Нейтроны — это незаряженные частицы, находящиеся в ядре.
Ключевые термины
- атом : наименьшее возможное количество вещества, которое все еще сохраняет свою идентичность как химический элемент, состоящее из ядра, окруженного электронами.
- протон : положительно заряженная субатомная частица, составляющая часть ядра атома и определяющая атомный номер элемента. Он весит 1 а.е.м.
- нейтрон : субатомная частица, составляющая часть ядра атома. Это бесплатно. По массе он равен протону или весит 1 а.е.м.
Атом — это наименьшая единица вещества, которая сохраняет все химические свойства элемента. Атомы объединяются в молекулы, которые затем взаимодействуют с образованием твердых тел, газов или жидкостей.Например, вода состоит из атомов водорода и кислорода, которые объединились в молекулы воды. Многие биологические процессы посвящены расщеплению молекул на составляющие их атомы, чтобы из них можно было собрать более полезную молекулу.
Атомные частицы
Атомы состоят из трех основных частиц: протонов, электронов и нейтронов. Ядро (центр) атома содержит протоны (положительно заряженные) и нейтроны (без заряда). Внешние области атома называются электронными оболочками и содержат электроны (отрицательно заряженные).Атомы имеют разные свойства в зависимости от расположения и количества их основных частиц.
Атом водорода (H) содержит только один протон, один электрон и не содержит нейтронов. Это можно определить, используя атомный номер и массовое число элемента (см. Понятие атомных номеров и массовых чисел).
Структура атома : Изображенные здесь элементы, такие как гелий, состоят из атомов. Атомы состоят из протонов и нейтронов, расположенных внутри ядра, а электроны находятся на орбиталях, окружающих ядро.
Атомная масса
Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу, примерно 1,67 × 10 -24 граммов. Ученые определяют это количество массы как одну атомную единицу массы (а.е.м.) или один дальтон. Протоны схожи по массе, но заряжены положительно, а нейтроны не имеют заряда. Следовательно, количество нейтронов в атоме существенно влияет на его массу, но не на его заряд.
Электроны намного меньше по массе, чем протоны, их вес составляет всего 9 единиц.11 × 10 -28 граммов, или примерно 1/1800 атомной единицы массы. Следовательно, они не вносят большой вклад в общую атомную массу элемента. При рассмотрении атомной массы принято игнорировать массу любых электронов и вычислять массу атома, исходя только из числа протонов и нейтронов.
Электроны вносят большой вклад в заряд атома, поскольку каждый электрон имеет отрицательный заряд, равный положительному заряду протона. Ученые определяют эти обвинения как «+1» и «-1».В незаряженном нейтральном атоме количество электронов, вращающихся вокруг ядра, равно количеству протонов внутри ядра. В этих атомах положительный и отрицательный заряды нейтрализуют друг друга, в результате чего получается атом без чистого заряда.
Протоны, нейтроны и электроны : Протоны и нейтроны имеют массу 1 а.е.м. и находятся в ядре. Однако протоны имеют заряд +1, а нейтроны не заряжены. Электроны имеют массу примерно 0 а.е.м., вращаются вокруг ядра и имеют заряд -1.
Изучение свойств электрона : Сравните поведение электронов с поведением других заряженных частиц, чтобы обнаружить такие свойства электронов, как заряд и масса.
Объем атомов
С учетом размеров протонов, нейтронов и электронов большая часть объема атома — более 99 процентов — фактически является пустым пространством. Несмотря на все это пустое пространство, твердые объекты не проходят сквозь друг друга. Электроны, окружающие все атомы, заряжены отрицательно и заставляют атомы отталкиваться друг от друга, не позволяя атомам занимать одно и то же пространство.Эти межмолекулярные силы не позволяют вам провалиться сквозь такой предмет, как стул.
Интерактивное: создайте атом : создайте атом из протонов, нейтронов и электронов и посмотрите, как изменяются элемент, заряд и масса. Тогда сыграйте в игру, чтобы проверить свои идеи!
Атомный номер и массовое число
Атомный номер — это количество протонов в элементе, а массовое число — это количество протонов плюс количество нейтронов.
Цели обучения
Определите соотношение между массовым числом атома, его атомным номером, его атомной массой и количеством субатомных частиц
Основные выводы
Ключевые моменты
- Нейтральные атомы каждого элемента содержат равное количество протонов и электронов.
- Число протонов определяет атомный номер элемента и используется, чтобы отличить один элемент от другого.
- Число нейтронов варьируется, в результате чего образуются изотопы, которые представляют собой разные формы одного и того же атома, которые различаются только количеством нейтронов, которыми они обладают.
- Вместе количество протонов и количество нейтронов определяют массовое число элемента.
- Поскольку изотопы элемента имеют несколько разные массовые числа, атомная масса рассчитывается путем получения среднего массовых чисел для его изотопов.
Ключевые термины
- массовое число : сумма числа протонов и числа нейтронов в атоме.
- атомный номер : количество протонов в атоме.
- атомная масса : Средняя масса атома с учетом всех его естественных изотопов.
Атомный номер
Нейтральные атомы элемента содержат равное количество протонов и электронов. Число протонов определяет атомный номер элемента (Z) и отличает один элемент от другого. Например, атомный номер углерода (Z) равен 6, потому что у него 6 протонов. Количество нейтронов может изменяться для получения изотопов, которые представляют собой атомы одного и того же элемента, имеющие разное количество нейтронов.Число электронов также может быть различным в атомах одного и того же элемента, в результате чего образуются ионы (заряженные атомы). Например, железо Fe может существовать в нейтральном состоянии или в ионных состояниях +2 и +3.
Массовое число
Массовое число элемента (A) — это сумма количества протонов и количества нейтронов. Небольшой вклад массы электронов не учитывается при вычислении массового числа. Это приближение массы можно использовать, чтобы легко вычислить, сколько нейтронов имеет элемент, просто вычтя количество протонов из массового числа.Протоны и нейтроны весят около одной атомной единицы массы или а.е.м. Изотопы одного и того же элемента будут иметь одинаковый атомный номер, но разные массовые числа.
Атомный номер, химический символ и массовое число : углерод имеет атомный номер шесть и два стабильных изотопа с массовыми числами двенадцать и тринадцать соответственно. Его средняя атомная масса 12,11.
Ученые определяют атомную массу, вычисляя среднее значение массовых чисел естественных изотопов.Часто полученное число содержит десятичную дробь. Например, атомная масса хлора (Cl) составляет 35,45 а.е.м., потому что хлор состоит из нескольких изотопов, некоторые (большинство) с атомной массой 35 а.е.м. (17 протонов и 18 нейтронов), а некоторые с атомной массой 37 а.е.м. (17 протонов и 20 нейтронов).
Зная атомный номер (Z) и массовое число (A), вы можете найти количество протонов, нейтронов и электронов в нейтральном атоме. Например, атом лития (Z = 3, A = 7 а.е.м.) содержит три протона (находится из Z), три электрона (поскольку количество протонов равно количеству электронов в атоме) и четыре нейтрона (7 — 3 = 4).
Изотопы
Изотопы — это различные формы элементов, которые имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов.
Цели обучения
Обсудить свойства изотопов и их использование в радиометрическом датировании
Основные выводы
Ключевые моменты
- Изотопы — это атомы одного и того же элемента, содержащие одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов.
- Несмотря на разное количество нейтронов, изотопы одного и того же элемента имеют очень похожие физические свойства.
- Некоторые изотопы нестабильны и подвергаются радиоактивному распаду, чтобы превратиться в другие элементы.
- Предсказуемый период полураспада различных распадающихся изотопов позволяет ученым датировать материал на основе его изотопного состава, например, с помощью датирования углерода-14.
Ключевые термины
- изотоп : Любая из двух или более форм элемента, в которых атомы имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов в их ядрах.
- период полураспада : время, необходимое половине исходной концентрации изотопа, чтобы вернуться в более стабильную форму.
- радиоактивные изотопы : атом с нестабильным ядром, характеризующийся избыточной доступной энергией, который подвергается радиоактивному распаду и чаще всего создает гамма-лучи, альфа- или бета-частицы.
- радиоуглеродное датирование : Определение возраста объекта путем сравнения отношения обнаруженной в нем концентрации 14C к количеству 14C в атмосфере.
Что такое изотоп?
Изотопы — это различные формы элементов, которые имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов. Некоторые элементы, такие как углерод, калий и уран, содержат несколько изотопов природного происхождения. Изотопы определяются сначала их элементом, а затем суммой присутствующих протонов и нейтронов.
- Углерод-12 (или 12 C) содержит шесть протонов, шесть нейтронов и шесть электронов; следовательно, он имеет массовое число 12 а.е.м. (шесть протонов и шесть нейтронов).
- Углерод-14 (или 14 C) содержит шесть протонов, восемь нейтронов и шесть электронов; его атомная масса 14 а.е.м. (шесть протонов и восемь нейтронов).
Хотя масса отдельных изотопов различна, их физические и химические свойства в основном не меняются.
Изотопы действительно различаются по стабильности. Углерод-12 ( 12 C) — самый распространенный изотоп углерода, составляющий 98,89% углерода на Земле. Углерод-14 ( 14 C) нестабилен и встречается только в следовых количествах.Нестабильные изотопы чаще всего испускают альфа-частицы (He 2+ ) и электроны. Также могут испускаться нейтроны, протоны и позитроны, а электроны могут быть захвачены для достижения более стабильной атомной конфигурации (более низкого уровня потенциальной энергии) посредством процесса, называемого радиоактивным распадом. Созданные новые атомы могут находиться в состоянии высокой энергии и испускать гамма-лучи, которые понижают энергию, но сами по себе не превращают атом в другой изотоп. Эти атомы называются радиоактивными изотопами или радиоизотопами.
Радиоуглеродное датирование
Углерод обычно присутствует в атмосфере в виде газообразных соединений, таких как диоксид углерода и метан. Углерод-14 ( 14 C) — это встречающийся в природе радиоактивный изотоп, который создается из атмосферного 14 N (азота) путем добавления нейтрона и потери протона, вызванной космическими лучами. Это непрерывный процесс, поэтому в атмосфере всегда образуется больше 14 C. После производства 14 C часто соединяется с кислородом атмосферы с образованием диоксида углерода.Образовавшийся таким образом углекислый газ диффундирует в атмосфере, растворяется в океане и попадает в организм растений посредством фотосинтеза. Животные поедают растения, и в конечном итоге радиоуглерод распространяется по биосфере.
В живых организмах относительное количество 14 C в их теле примерно равно концентрации 14 C в атмосфере. Когда организм умирает, он больше не поглощает 14 C, поэтому соотношение между 14 C и 12 C будет снижаться, поскольку 14 C постепенно уменьшается до 14 N.Этот медленный процесс, который называется бета-распадом, высвобождает энергию за счет испускания электронов из ядра или позитронов.
Примерно через 5730 лет половина начальной концентрации 14 C будет преобразована обратно в 14 N. Это называется периодом полураспада или временем, которое требуется для получения половины исходной концентрации вещества. изотоп, чтобы вернуться в более стабильную форму. Поскольку период полураспада 14 C длинный, он используется для датирования ранее живых объектов, таких как старые кости или дерево.Сравнивая отношение концентрации 14 C, обнаруженной в объекте, к количеству 14 C в атмосфере, можно определить количество изотопа, который еще не распался. На основе этого количества можно точно рассчитать возраст материала, если предполагается, что возраст материала составляет менее 50 000 лет. Этот метод называется радиоуглеродным датированием, или сокращенно углеродным датированием.
Применение углеродного датирования : Возраст углеродсодержащих останков менее 50 000 лет, таких как этот карликовый мамонт, можно определить с помощью углеродного датирования.
Другие элементы имеют изотопы с разным периодом полураспада. Например, 40 K (калий-40) имеет период полураспада 1,25 миллиарда лет, а 235 U (уран-235) имеет период полураспада около 700 миллионов лет. Ученые часто используют эти другие радиоактивные элементы для датирования объектов, возраст которых превышает 50 000 лет (предел углеродного датирования). Используя радиометрическое датирование, ученые могут изучать возраст окаменелостей или других останков вымерших организмов.
Калий — Информация об элементе, свойства и использование
Расшифровка:
Химия в ее элементе: калий
(Promo)
Вы слушаете Химию в ее стихии, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.
(Конец промо)
Крис Смит
Здравствуйте, на этой неделе рассказывается история о первом выделенном щелочном металле, почему это вообще щелочной металл и почему его символ начинается с буквы K. Вот Питер Уотерс.
Питер Уотерс
Калий — единственный элемент, названный в честь кухонной утвари. Он был назван в 1807 году Хамфри Дэви в честь соединения, из которого он выделил металл, калий или гидроксид калия.
В выдержке из 1730-х годов голландского химика Германа Бурхаве описывается, как калий получил свое название:
«Калий или горшечная зола ежегодно в большом количестве привозится торговыми судами из Корланда (ныне часть Латвии и Литвы), Россия. Он готовится там из древесины зеленой пихты, сосны, дуба и т. в кипящей воде, и когда верхний ликер, содержащий соль, очищается, т.е.е. освобожденный от примесей, при стоянии он сливается прозрачным. Затем его немедленно помещают в большие медные горшки и варят там в течение трех дней, с помощью которых они добывают соль, которую они называют потасом (что означает горшечный пепел), поскольку она таким образом была сделана в горшках. .
Еще раньше, в 16 веке, Конрад Геснер сообщает нам, что «Из херба по имени Кали, лань сертайне готовят соль»
Он описывает это растение, Кали , латинское название которого Salsola kali , но больше широко известный как Saltwort:
« Kali состоит из двух Cubites heygth, не имеет колючек или шипов и иногда очень красный, соленый на вкус, с глубоким запахом, найденный и собранный в соленых местах: из которых , можно купить соль щелочи »
Его метод производства этой соли щелочи очень похож на тот, который описал Бургаве, причем оба процесса фактически дают нечистую смесь того, что мы сейчас назвали бы карбонатом калия и натрия; метод древесной золы, дающий больше карбоната калия, поташа, соленых трав, дающих больше карбоната натрия, соды.Однако именно от травы кали мы обязаны словом, которое описывает оба — ал-кали или щелочь; префикс «al» — это просто арабский определенный артикль «the».
Неочищенный калий можно сделать более едким или «чистым» путем обработки его раствора известковой водой, гидроксидом кальция. Растворы карбоната калия и гидроксида кальция вступают в реакцию с небольшой химической заменой партнеров: нерастворимый карбонат кальция или мел выпадает в осадок, оставляя раствор гидроксида калия. Именно из этого чистого гидроксида Дэви впервые выделил металлический калий.Для этого он использовал относительно новую силу электричества.
После безуспешной попытки электролиза водных растворов поташа, во время которой ему удалось только разбить воду, он решил, что ему нужно избавиться от воды и попытаться электролизовать расплавленный гидроксид калия. Он сделал это шестого октября 1807 года, используя большую вольтовскую сваю, которую он построил в Королевском институте в Лондоне. Его младший двоюродный брат, Эдмунд Дэви, помогал Хамфри в то время, и он рассказывает, как, когда Хамфри впервые увидел, что «крошечные шарики калия прорвались сквозь корку поташа и загорелись при входе в атмосферу, он не смог сдержать свою радость». .
Дэви имел полное право восхищаться этим удивительным новым металлом: он выглядел так же, как другие яркие, блестящие металлы, но его плотность была меньше, чем у воды. Это означало, что металл будет плавать в воде — по крайней мере, так будет, если он не взорвется при контакте с водой. Калий настолько реактивен, что даже прореагирует и прожигает дыру во льду. Это был первый выделенный щелочной металл, но Дэви продолжил выделение натрия, кальция, магния и бария.
В то время как Дэви назвал свой новый металл калием в честь поташа, Берцелиус, шведский химик, который изобрел международную систему химических символов, используемых ныне химиками во всем мире, предпочел для металла название калий, лучше отражающее его истинное происхождение, думал он. . Следовательно, из-за небольшой соленой травы мы теперь получаем символ K для элемента зола, калия.
Крис Смит
Кембриджский химик Питер Уотерс. В следующий раз красиво, но смертельно — вот название игры.
Bea Perks
Мышьяк получил свое название от персидского слова, обозначающего желтый пигмент, ныне известный как арипимент. Для увлеченных лексикографов, очевидно, персидское слово Зарних, о котором идет речь, впоследствии было заимствовано греками для своего слова арсеникон, что означает мужской род или могущественный. Что касается пигментации, то обои Наполеона незадолго до его смерти, как сообщается, имели так называемый зеленый цвет Шееле, который источал пары мышьяка, когда становился влажным.
Крис Смит
Настолько мощно это или нет, но облизывать обои в квартирах Наполеона определенно не стоит.Это Беа Перкс, которая будет с нами в следующий раз, чтобы рассказать нам смертельную историю о мышьяке. Надеюсь, вы присоединитесь к нам. Я Крис Смит, спасибо за внимание и до свидания.
(Промо)
(Окончание промо)
Строение атома | Атом
В результате работы, проделанной предыдущими учеными над атомными моделями, ученые теперь имеют хорошее представление о том, как выглядит атом. Эти знания важны, потому что они помогают нам понять, почему материалы имеют разные свойства и почему одни материалы связываются с другими.Давайте теперь ближе познакомимся с микроскопической структурой атома (как атом выглядит внутри).
До сих пор мы обсуждали, что атомы состоят из положительно заряженного ядра , окруженного одним или несколькими отрицательно заряженными электронами . Эти электроны вращаются вокруг ядра.
Прежде чем мы рассмотрим некоторые полезные концепции, нам сначала нужно понять, что такое электроны, протоны и нейтроны.
Электрон (ESABA)
Электрон — очень крошечная частица.{- \ text {19}} \) \ (\ text {C} \)).
Ядро (ESABB)
В отличие от электрона, ядро может быть разбито на более мелкие строительные блоки, называемые протонами и нейтронами . Вместе протоны и нейтроны называются нуклонами .
Ученые считают, что электрон можно рассматривать как точечную частицу или элементарную частицу , что означает, что он не может быть разбит на что-либо меньшее.
Протон
Электрон несет одну единицу из отрицательных электрических зарядов (т.е.{- \ text {19}} \)
Таблица 4.2: Сводка частиц внутри атома.
Атомный номер и атомное массовое число (ESABC)
Химические свойства элемента определяются зарядом его ядра, т. Е. Числом протонов . Это число называется атомным номером и обозначается буквой Z .
- Атомный номер (Z)
Число протонов в атоме.
Вы можете найти атомный номер в периодической таблице Менделеева (см. Периодическую таблицу в начале книги). Атомный номер является целым числом от 1 до 118.
Масса атома зависит от того, сколько нуклонов содержит его ядро. Количество нуклонов, то есть общее количество протонов плюс нейтронов, называется атомным массовым числом и обозначается буквой A .
В настоящее время элемент 118 — это наивысший атомный номер элемента.Элементы с высокими атомными номерами (примерно от 93 до 118) не существуют долго, поскольку они распадаются в течение нескольких секунд после образования. Ученые считают, что после элемента 118 может быть «остров стабильности», на котором встречаются элементы с более высоким атомным номером, которые не распадаются за секунды.
Нуклид — это особый вид атома или ядра, характеризующийся количеством протонов и нейтронов в атоме. Чтобы быть абсолютно правильным, когда мы представляем атомы, как здесь, мы должны называть их нуклидами.{56} \ text {Fe} \), где атомный номер \ (Z = 26 \), а массовое число \ (A = 56 \). Количество нейтронов — это просто разница \ (N = A — Z = 30 \).
Не путайте обозначения, которые мы использовали здесь, с тем, как эта информация отображается в периодической таблице. В периодической таблице атомный номер обычно появляется в верхнем левом углу блока или непосредственно над символом элемента. Число под символом элемента — это его относительная атомная масса . Это не совсем то же самое, что атомное массовое число.Это будет объяснено в разделе «Изотопы». Пример железа показан ниже.
Для нейтрального атома количество электронов равно количеству протонов, так как заряд на атоме должен уравновешиваться. Но что произойдет, если атом получит или потеряет электроны? Означает ли это, что атом по-прежнему будет частью того же элемента? Изменение количества электронов в атоме не меняет его тип. Однако заряд атома изменится. Изменился нейтралитет атома.{23} \ text {Na} \)
Найдите количество электронов
Натрий нейтрален, поэтому у него такое же количество электронов, как и у протонов. Число электронов \ (\ text {11} \).
Найти \ (A \)
Из периодической таблицы мы видим, что \ (A = 23 \).
Вычислить количество нейтронов
Мы знаем \ (A \) и \ (Z \), поэтому можем найти \ (N \): \ (N = A — Z = 23-11 = 12 \). {23} \ text {Na} \).Число протонов — 11, число нейтронов — 12, число электронов — 11.
5.3: Диаграммы Льюиса — Химия LibreTexts
Льюис использовал простые диаграммы (теперь называемые диаграммами Льюиса ), чтобы отслеживать, сколько электронов присутствовало во внешней или валентной оболочке данного атома. Ядро атома, то есть ядро вместе с внутренними электронами, представлено химическим символом, и только валентные электроны нарисованы в виде точек, окружающих химический символ.Таким образом, три атома, показанные на Рисунке 1 для электронов и валентности, могут быть представлены следующими диаграммами Льюиса:
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \) На рисунке выше показаны электронные оболочки He (гелий), Cl (хлор) и K (калий), а также их точечная структура Льюиса ниже. Обратите внимание на то, что и электронная оболочка, и структура точек Льюиса имеют одинаковое количество валентных электронов. Точечная структура Льюиса игнорирует ядро и все невалентные электроны, отображая только валентные электроны атома.Если атом представляет собой атом благородного газа, возможны две альтернативные процедуры. Либо мы можем рассматривать атом как имеющий электроны с нулевой валентностью, либо мы можем рассматривать самую внешнюю заполненную оболочку как валентную оболочку. Таким образом, первые три благородных газа можно записать как:
Пример \ (\ PageIndex {1} \): Lewis Structures
Нарисуйте диаграммы Льюиса для атома каждого из следующих элементов: Li, N, F, Na
Решение
Из таблицы Менделеева на лицевой стороне обложки мы находим, что у Ли атомный номер 3.Таким образом, он содержит три электрона, на один больше, чем благородный газ He. Это означает, что внешняя, или валентная, оболочка содержит только один электрон, а диаграмма Льюиса равна
.По тем же соображениям у N семь электронов, на пять больше, чем у He, а у F девять электронов, на семь больше, чем у He, что дает
Na имеет на девять электронов больше, чем He, но восемь из них находятся в ядре, что соответствует восьми электронам на внешней оболочке Ne. Поскольку у Na всего на 1 электрон больше, чем у Ne, его диаграмма Льюиса равна
.Обратите внимание на предыдущий пример, что диаграммы Льюиса для щелочных металлов идентичны, за исключением их химических символов.Это хорошо согласуется с очень похожим химическим поведением щелочных металлов. Точно так же диаграммы Льюиса для всех элементов в других группах, таких как щелочноземельные металлы или галогены, выглядят одинаково.
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \) Изображение выше демонстрирует, что для элементов в одной и той же группе (например, щелочноземельных металлов, показанных выше), точечная структура Льюиса будет такой же, за исключением, конечно, другого имени элемента. На изображении выше вы видите, что каждый щелочноземельный металл имеет 2 валентных электрона, каждый из которых представлен точкой в структуре точек Льюиса.Диаграммы Льюиса также могут использоваться для предсказания валентностей элементов. Льюис предположил, что количество валентностей атома равно количеству электронов в его валентной оболочке или количеству электронов, которые должны быть добавлены к валентной оболочке, чтобы получить структуру электронной оболочки следующего благородного газа. В качестве примера этой идеи рассмотрим элементы Be и O. Их диаграммы Льюиса и диаграммы благородных газов He и Ne равны
.Сравнивая Be с He, мы видим, что первый имеет еще два электрона и, следовательно, должен иметь валентность 2.Можно ожидать, что элемент O будет иметь валентность 6 или валентность 2, поскольку у него шесть валентных электронов — на два меньше, чем у Ne. Используя правила валентности, разработанные таким образом, Льюис смог учесть регулярное увеличение и уменьшение индексов соединений в таблице, приведенной в разделе Валентности и воспроизведенной здесь. Кроме того, ему удалось найти более 50 процентов формул в таблице. (Те, кто согласны с его идеями, выделены цветом в таблице. Вы можете обратиться к этой таблице сейчас и убедиться, что некоторые из указанных формул соответствуют правилам Льюиса.Успех Льюиса в этой связи ясно показал, что электроны были наиболее важным фактором, удерживающим атомы вместе при образовании молекул.
Несмотря на эти успехи, в теориях Льюиса также встречаются трудности, особенно в отношении элементов, помимо кальция в периодической таблице. Элемент Br ( Z = 35), например, имеет на 17 электронов больше, чем благородный газ Ar ( Z = 18). Это приводит нас к выводу, что Br имеет 17 валентных электронов, что затрудняет объяснение того, почему Br так похож на Cl и F, хотя эти два атома имеют только семь валентных электронов.
Элемент | Атомный вес | Водородные соединения | Кислородные соединения | Соединения хлора |
---|---|---|---|---|
Водород | 1,01 | H 2 | H 2 O, H 2 O 2 | HCl |
Гелий | 4.00 | Не сформировано | Не сформировано | Не сформировано |
Литий | 6,94 | LiH | Li 2 O, Li 2 O 2 | LiCl |
Бериллий | 9,01 | BeH 2 | BeO | BeCl 2 |
Бор | 10.81 | В 2 В 6 | B 2 O 3 | BCl 3 |
Углерод | 12,01 | CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 | CO 2 , CO, C 2 O 3 | CCl 4 , C 2 Класс 6 |
Азот | 14.01 | NH 3 , N 2 H 4 , HN 3 | N 2 O, NO, NO 2 , N 2 O 5 | NCl 3 |
Кислород | 16,00 | H 2 O, H 2 O 2 | О 2 , О 3 | |
Фтор | 19.00 | HF | ИЗ 2 , О 2 Ф 2 | ClF, ClF 3 , ClF 5 |
Неон | 20,18 | Не сформировано | Не сформировано | Не сформировано |
Натрий | 22,99 | NaH | Na 2 O, Na 2 O 2 | NaCl |
Магний | 24.31 | мг H 2 | MgO | MgCl 2 |
Алюминий | 26,98 | AlH 3 | Al 2 O 3 | AlCl 3 |
Кремний | 28,09 | SiH 4 , Si 2 H 6 | SiO 2 | SiCl 4 , Si 2 Cl 6 |
фосфор | 30.97 | PH 3 , P 2 H 4 | P 4 O 10 , P 4 O 6 | PCl 3 , PCl 5 , P 2 Класс 4 |
сера | 32,06 | H 2 S, H 2 S 2 | SO 2 , SO 3 | S 2 Класс 2 , SCl 2 , SCl 4 |
Хлор | 35.45 | HCl | Cl 2 O, ClO 2 , Cl 2 O 7 | Класс 2 |
Калий | 39,10 | КН | К 2 , К 2 O 2 , КО 2 | KCl |
Аргон | 39,95 | Не сформировано | Не сформировано | Не сформировано |
Кальций | 40.08 | CaH 2 | CaO, CaO 2 | CaCl 2 |
Скандий | 44,96 | Относительно нестабильно | Sc 2 O 3 | ScCl 3 |
Титан | 47,90 | TiH 2 | TiO 2 , Ti 2 O 3 , TiO | TiCl 4 , TiCl 3 , TiCl 2 |
Ванадий | 50.94 | VH 2 | V 2 O 5 , V 2 O 3 , VO 2 , VO | VCl 4 , VCl 3 , VCl 2 |
Хром | 52,00 | CrH 2 | Cr 2 O 3 , CrO 2 , CrO 3 | CrCl 3 , CrCl 2 |
атомов, молекул и соединений | Маноа.hawaii.edu/ExploringOurFluidEarth
Химические структуры
Свойства элементов и соединений определяются их структурой. Простейшей структурной единицей элемента является атом. Атомы очень маленькие. Сто миллионов (100000000) атомов водорода, поставленных рядом, имеют длину всего один сантиметр!
Некоторые элементы имеют одноатомных атомов , что означает, что они состоят из одного ( mon- ) атома ( -атомное ) в их молекулярной форме.Гелий (He, см. Рис. 2.8) является примером одноатомного элемента. Другие элементы содержат два или более атомов в своей молекулярной форме (рис. 2.8). Например, молекулы водорода (H 2 ), кислорода (O 2 ) и хлора (Cl 2 ) содержат по два атома каждая. Другая форма кислорода, озон (O 3 ), имеет три атома, а сера (S 8 ) имеет восемь атомов. Все элементарные молекулы состоят из атомов одного элемента.
Молекулы соединений содержат атомы двух или более различных элементов.Например, вода (H 2 O) имеет три атома, два атома водорода (H) и один атом кислорода (O). Метан (CH 4 ), обычный парниковый газ, состоит из пяти атомов: одного углерода (C) и четырех атомов водорода (H, см. Рис. 2.9).
Электростатические силы
Электростатические силы удерживают атомы в молекулах. Электростатические силы, удерживающие атомы вместе в молекулах, представляют собой силы того же типа, которые вызывают статическое электричество.Распространенные примеры статического электричества — это когда кто-то получает электрический ток, когда тянется к дверной ручке, или когда волосы ребенка вздымаются, когда он спускается с пластиковой горки (рис. 2.10).
Деятельность
Определите, как взаимодействует заряженная материя.
Части атомов
Частицы, составляющие атом, называются субатомными частицами ( sub — означает «меньший размер»). Эти частицы —
- протон (p + ), который заряжен положительно (+);
- электрон (е — ), который отрицательно (-) заряжен; и
- нейтрон (n 0 ), у которого нет заряда, он нейтрален (0).
Протоны и нейтроны занимают ядро , или центр атома. Электроны существуют в областях, называемых оболочками , вне ядра атома (рис. 2.11).
Электростатические силы удерживают атомы вместе в молекулах — как два атома водорода, удерживаемые вместе в газе h3. Электростатические силы также удерживают электроны и протоны вместе в атоме. Притяжение между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными протонами в атоме придает атому его структуру.Сильная сила удерживает нейтроны и протоны вместе в ядре. Эта сила получила свое название, потому что она достаточно сильна, чтобы преодолеть силу отталкивания положительно заряженных протонов. Количество электронов и протонов в атоме определяет его химические свойства. Химические свойства включают особые способы реакции атомов и молекул, а также энергию, которую они выделяют или используют в этих реакциях.
Размер субатомных частиц
Сто миллионов (100 000 000) атомов водорода, поставленных рядом, равняются примерно сантиметру.Протоны и нейтроны имеют примерно одну тысячную (1/1000) диаметра атома водорода. Это означает, что потребуется около ста миллиардов (100000000000) протонов или нейтронов, поставленных рядом, чтобы равняться сантиметру. Электроны составляют примерно одну тысячную (1/1000) диаметра протона или нейтрона. Это означает, что потребуется сто триллионов (100 000 000 000 000) электронов, поставленных бок о бок, чтобы равняться сантиметру!
Нейтральные атомы
Субатомные частицы в атоме определяют свойства атома.Некоторые атомы существуют в природе как нейтральные или незаряженные атомы. Один незаряженный атом имеет равное количество протонов (+) и электронов (-). Незаряженный атом электрически нейтрален, потому что электроны и протоны имеют противоположные заряды равных размеров. Когда количество протонов и электронов в атоме одинаково, заряды компенсируются или противодействуют друг другу.
Протоны и нейтроны
Каждый атом определенного элемента имеет одинаковое количество протонов. Атомный номер равен количеству протонов в элементе.В периодической таблице атомный номер обычно указывается как целое число над символом элемента (см. Рис. 2.13). Например, водород (H) имеет атомный номер один (1). Это означает, что у атома водорода есть один протон. Если атом водорода нейтрален, он также должен иметь один электрон. Атом кислорода (O) имеет атомный номер восемь (8). Это означает, что у нейтрального атома кислорода восемь протонов и восемь электронов. Элемент Actium (Ac) имеет атомный номер 89, поэтому у него 89 протонов и 89 электронов в нейтральном атоме.Таблица 2.2 показывает атомный номер, атомный символ, атомную структуру и количество протонов, нейтронов и электронов для первых трех элементов.
Водород | Гелий | Литий | |
Атомный номер | 1 | 2 | 3 |
Атомный символ | H | He | Ли |
Число протонов | 1 | 2 | 3 |
Число электронов | 1 | 2 | 3 |
Количество нейтронов | 0 | 2 | 4 |
Атомная структура |
Нейтроны влияют на массу атома и играют роль в стабильности атомов.В отличие от протонов, количество нейтронов в элементах разное. Например, у большинства атомов водорода нет нейтронов, но у некоторых есть один нейтрон, а у некоторых редких атомов водорода есть два нейтрона. У большинства атомов гелия есть два нейтрона, но у некоторых есть три нейтрона.
Периоды, группы и периодическая таблица
Периодическая таблица (рис. 2.12) — широко используемый метод организации элементов, который предоставляет полезную информацию об элементах и их поведении.На рис. 2.12 элементы синего цвета — это металлы, а элементы желтого — неметаллы. На рис. 2.13 запись для водорода показывает расположение атомного номера, символа элемента, имени элемента и атомного веса.
Периодическая таблица Менделеева имеет три характерные особенности. Во-первых, таблица Менделеева выстроена в горизонтальные ряды, которые называются периодами , . Есть семь периодов. В периоде 1 есть два элемента: водород (H) и гелий (He).Второй и третий периоды содержат восемь элементов, четвертый и пятый периоды содержат 18 элементов, а шестой и седьмой периоды содержат 32 элемента.
Во-вторых, все элементы перечислены последовательно в соответствии с их атомными номерами. Атомный номер соответствует количеству протонов и находится над символом элемента. Например, на рисунке 2.13 атомный номер водорода равен 1, что соответствует H
.В-третьих, периодическая таблица состоит из столбцов элементов, которые реагируют одинаково.Эти столбцы называются группами . Номер группы находится вверху столбца. Группы 1–12 содержат только металлы, группы 13–16 содержат как металлы, так и неметаллы, а группы 17 и 18 содержат только неметаллы. Единственное исключение — водород. Хотя технически это неметалл, водород обладает свойствами как металлов, так и неметаллов, и его часто помещают в группу 1. Две длинные строки в нижней части периодической таблицы являются исключением. Элементы в каждой из этих строк ведут себя одинаково, поэтому считаются группами.Эти две группы расположены не столбцами, а строками.
Металлы и неметаллы
Металлы — это элементы, проводящие тепло и электричество. Металлы обычно ковкие, их можно гнуть или формовать без разрушения, а — блестящие, или блестящие. Большинство металлов имеют серебристый цвет (рис. 2.14 A – C), хотя некоторые нет, как медь (Cu, рис. 2.14 D). Большинство металлов твердые при комнатной температуре. Единственным исключением является ртуть (Hg), которая при комнатной температуре является жидкостью (рис.2.14 А). Элементы группы 1, включая литий (Li), натрий (Na, рис. 2.14 B), калий (K, рис. 2.14 C) и рубидий (Rb), являются металлами. Эти металлические элементы Группы 1 обладают аналогичными реакционными свойствами. На рис. 2.12 металлы показаны синим цветом.
Неметаллы плохо проводят тепло и электричество; они не блестящие и существуют в природе в виде твердых тел, жидкостей или газов. В твердом состоянии неметаллы имеют тенденцию быть хрупкими, например сера, которая расслаивается, а не изгибается, как металл (рис.2,15 А). Элементы группы 17, включая фтор (F 2 ), хлор (Cl 2 , рис. 2.15 B), бром (Br 2 , рис. 2.15 C) и йод (I 2 , рис. 2.15 D), все неметаллы. Неметаллы в Группе 17 все двухатомные (два атома) в своей элементарной форме и имеют аналогичные реакционные свойства. На рис. 2.12 неметаллы показаны желтым цветом.
См. Таблицу 2.3, где представлена сводка свойств металлов и неметаллов.
Металлы | Неметаллы | |
Физические свойства | Хороший проводник тепла и электричества | Плохой проводник тепла и электричества |
Податливый — можно бить или деформировать без трещин; податливый | Хрупкий | |
Дуктильный — может быть превращен в проволоку | Неэластичный | |
Блестящий | Не блестящий, может быть непрозрачным или прозрачным | |
Твердое вещество при комнатной температуре (кроме Hg и некоторых других металлов, находящихся в жидком состоянии при комнатной температуре или близкой к ней) | Твердое, жидкое или газообразное при комнатной температуре | |
Химические свойства | Обычно имеют 1-3 валентных электрона | Обычно имеют 4-8 валентных электронов |
Имеют тенденцию терять валентные электроны | Накапливают электроны |
Другие организационные особенности Периодической таблицы
Есть и другие организационные особенности таблицы Менделеева.Большинство периодов имеют первый элемент периода в группе 1 и последний элемент в группе 18. Исключением является первый период. На рис. 2.12 водород (H) находится в группе 1. Иногда водород (H) помещается в группу 17, выше фтора (F), потому что он имеет свойства, аналогичные неметаллам в этой группе; например, в элементарном состоянии водород существует в виде двухатомного газа h3. Иногда водород помещают в группы 1 и 17.
Группы элементов имеют похожие свойства.Свойства некоторых групп настолько уникальны или важны, что группы называются специальными именами. Последняя группа, группа 18, включает гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радон (Rn). Элементы этой группы называются благородными газами. Благородные газы редко вступают в реакцию с другими элементами. Благородные газы имеют множество применений, например, они используются в неоновых вывесках (рис. 2.16).
Группа 1 часто называется щелочными металлами, группа 2 — щелочноземельными металлами, а группа 17 — галогенами.Две группы, расположенные в нижней части таблицы Менделеева в строках, называются серией лантаноидов, редкоземельных элементов (верхняя строка) и серией актинидов (нижняя строка).
2.1 Атомы, изотопы, ионы и молекулы: строительные блоки
Химики-фармацевты отвечают за разработку новых лекарств и пытаются определить механизм действия как старых, так и новых лекарств. Они участвуют на каждом этапе процесса разработки лекарств.Наркотики можно найти в естественной среде или синтезировать в лаборатории. Во многих случаях потенциальные лекарственные средства, обнаруженные в природе, химически изменяются в лаборатории, чтобы сделать их более безопасными и эффективными, а иногда синтетические версии лекарств заменяют те, которые встречаются в природе.
После первоначального открытия или синтеза лекарства, химик затем разрабатывает это лекарство, возможно, химически изменяя его, проверяя, является ли лекарство токсичным, а затем разрабатывает методы для эффективного крупномасштабного производства.Затем начинается процесс утверждения препарата для использования человеком. В Соединенных Штатах одобрение лекарств обрабатывается Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) и включает серию крупномасштабных экспериментов с участием людей, чтобы убедиться, что лекарство не является вредным и эффективно лечит состояние, которое оно нацелено на лечение. Этот процесс часто занимает несколько лет и требует участия врачей и ученых, помимо химиков, для завершения тестирования и получения одобрения.
Примером лекарства, которое было первоначально обнаружено в живом организме, является паклитаксел, противораковое лекарство.Этот препарат был обнаружен в коре тихоокеанского тиса. Другой пример — аспирин, первоначально выделенный из коры ивового дерева. Поиск лекарств часто означает тестирование сотен образцов растений, грибов и других форм жизни на предмет обнаружения в них каких-либо биологически активных соединений. Иногда традиционная медицина может дать подсказки современной медицине о том, где можно найти активное соединение. Например, использование коры ивы для изготовления лекарств известно на протяжении тысячелетий, начиная с Древнего Египта.Однако только в конце 1800-х годов молекула аспирина, известная как ацетилсалициловая кислота, была очищена и продана для использования человеком.
Иногда обнаруживается, что лекарства, разработанные для одного применения, обладают непредвиденными эффектами, которые позволяют использовать эти лекарства другими, несвязанными способами. Например, препарат миноксидил изначально был разработан для лечения высокого кровяного давления. При тестировании на людях было замечено, что у людей, принимающих препарат, вырастают новые волосы. Со временем препарат стал продаваться мужчинам и женщинам с облысением для восстановления выпавших волос.
Карьера химика-фармацевта может включать детективную работу, эксперименты и разработку лекарств, все с целью сделать людей более здоровыми.
|