Строение электронных оболочек атомов

Введение

Изучение строения электронных оболочек атомов является важной темой в химии и географии. Это помогает понять, как атомы взаимодействуют друг с другом и как это влияет на свойства веществ. В этом учебном материале мы рассмотрим основные понятия, связанные со строением электронных оболочек атомов, и объясним, как они влияют на химические и физические свойства элементов.

Основные понятия

Прежде чем перейти к изучению электронных оболочек, необходимо понимать основные понятия, связанные с атомами и их структурой. Атом — это наименьшая частица химического элемента, которая сохраняет его химические свойства. Атомы состоят из ядра, содержащего протоны и нейтроны, и электронов, вращающихся вокруг ядра. Протоны имеют положительный заряд, а электроны — отрицательный. Нейтроны не имеют заряда.

Электроны расположены на энергетических уровнях, которые называются электронными оболочками. Электронное облако — это область пространства, в которой вероятность обнаружения электрона максимальна.

Каждая электронная оболочка может содержать определенное количество электронов. Первая оболочка может содержать только два электрона, вторая — восемь, третья — восемнадцать и так далее.

Электронные оболочки обозначаются буквами K, L, M, N и т.д., где K — первая оболочка, L — вторая, M — третья и так далее. Каждая оболочка разделена на подоболочки, которые обозначаются цифрами от 1 до 4.

На каждой подоболочке может находиться определенное количество электронов:

• s-подоболочка — 2 электрона;
• p-подоболочка — 6 электронов;
• d-подоболочка — 10 электронов;
• f-подоболочка — 14 электронов.

В зависимости от количества электронов на внешней оболочке, атомы могут проявлять различные химические свойства. Например, атомы с полным внешним уровнем электронов являются инертными газами и не вступают в химические реакции. Атомы с неполным внешним уровнем могут образовывать химические связи с другими атомами.

Количество электронов на внешнем уровне определяет валентность элемента. Валентность — это способность атома образовывать определенное количество химических связей. Например, атом водорода имеет один электрон на внешнем уровне и может образовывать одну химическую связь. Атом кислорода имеет шесть электронов на внешнем уровне и может образовывать две химические связи.

Примеры

Рассмотрим несколько примеров, чтобы лучше понять, как строение электронных оболочек влияет на химические свойства элементов.

1. Алюминий (Al)

Алюминий имеет 13 электронов, из которых 3 электрона находятся на внешнем уровне. Это означает, что алюминий может образовывать три химические связи. Он является металлом, который широко используется в промышленности.

2. Кислород (O)

Кислород имеет 8 электронов, из которых два находятся на внешнем уровне. Кислород является неметаллом и образует две химические связи. Кислород играет важную роль в жизни живых организмов, так как он необходим для дыхания.

3. Галогены (F, Cl, Br, I)

Галогены — это элементы седьмой группы периодической таблицы. Они имеют семь электронов на внешнем уровне, что делает их очень реактивными. Галогены легко образуют химические связи и используются в различных отраслях промышленности.

Вопросы

После изучения материала у вас могут возникнуть следующие вопросы:

• Как определить количество электронов на каждом уровне?
• Как рассчитать валентность элемента?
• Какие свойства элементов зависят от строения их электронных оболочек?

Решение

Для определения количества электронов на каждом уровне необходимо знать атомный номер элемента. Атомный номер — это количество протонов в ядре атома. Зная атомный номер, можно определить количество электронов по формуле:

N = Z, где N — количество электронов, а Z — атомный номер.

Например, у атома водорода (H) атомный номер равен 1. Значит, у него есть один электрон. У атома кислорода (O) атомный номер равен 8. Значит, у него восемь электронов.

Для расчета валентности элемента можно использовать следующую формулу:

V = N — A, где V — валентность, N — количество электронов на внешнем уровне, A — количество электронов на предпоследнем уровне.

Например, у алюминия (Al) на внешнем уровне три электрона, а на предпоследнем — восемь. Значит, валентность алюминия равна трем.

Свойства элементов, зависящие от строения электронных оболочек:

• Химические свойства — элементы с неполным внешним уровнем электронов могут образовывать химические связи с другими элементами.
• Физические свойства — элементы с полным внешним уровнем электронов обычно являются инертными и не образуют химических связей.

Эти свойства определяют, как элементы будут взаимодействовать друг с другом. Например, металлы обычно образуют положительные ионы, а неметаллы — отрицательные. Это связано с тем, что металлы имеют один или несколько электронов на внешнем уровне, а неметаллы имеют полный внешний уровень электронов.

Строение электронных оболочек — это сложная и интересная тема, которая имеет большое значение для понимания химических и физических свойств элементов. Изучение этой темы поможет вам лучше понять, почему элементы ведут себя так, как они ведут, и как они взаимодействуют друг с другом.