Вопрос№8. Электронные структуры и электронные формулы атомов.

Распределение электронов в атоме по энергетическим уровням и подуровням изображают в виде электронных формул.

Каждый электрон в атоме занимает свободную орбиталь с наиболее низкой энергией. Уровни заполняются от первого к седьмому, а подуровни – в последовательности s – p – d – f.

Орбиталь с минимальной энергией – это 1s-орбиталь. У атома водорода она занята его единственным электроном. Поэтому электронная формула атома водорода имеет вид 1s¹.

Поскольку на одной орбитали могут находится два электрона, то оба электрона атома гелия размещаются на 1s-орбитали. Следовательно, электронная формула атома гелия 1s². И так далее.

Очень часто структуру электронных оболочек изображают с помощью ячеек – это так называемые графические электронные формулы.

В качестве примера приведем схему распределения электронов в атоме углерода:

Вопрос№9. Строение атомных ядер. Изотопы. Применение изотопов в биологии.

В настоящее время в ядре атома открыто большое число элементарных частиц. Важнейшими из них являются протоны (p) и нейтроны (n). Элементарные частицы характеризуются определенной массой и зарядом. Протон обладает массой 1,0073 а.е.м. и зарядом +1. Масса нейтрона 1,0087 а.е.м., а его заряд - ноль. Можно сказать, что массы протона и нейтрона почти одинаковы.

Вскоре после открытия нейтрона Д. Д. Иваненко и Е. Н. Гапон создали протонно-нейтронную теорию строения ядра. Согласно этой теории ядра всех атомов, кроме ядра атома водорода, состоят из Z протонов и (A-Z) нейтронов, где Z – порядковый номер элемента, A – массовое число.

Массовое число A указывает суммарное число протонов Z и нейтронов N в ядре атома, т.е

A=Z+N

Силы, удерживающие протоны и нейтроны в ядре, называются ядерными. Это чрезвычайно большие силы, действующие на очень коротких расстояниях и превосходящие силы отталкивания. В ядре сосредоточена почти вся масса атома. Массой электрона по сравнению с массой ядра можно практически пренебречь. Свойства ядра определяются главным образом числом протонов и нейтронов, т.е. составом ядра. Например, в ядре атома кислорода¹⁶₈ O содержится 8 протонов и 16-8=8 нейтронов, что кратко записывается так: (8р, 8n) и т.д.

Исследования показали, что в природе существуют атомы одного и того же элемента с разной массой. Так, встречаются атомы хлора с массой 35 и 37. Ядра этих атомов содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.

Разновидности атомов одного элемента, обладающие одинаковыми зарядами ядер, но разными массовыми числами, называются изотопами.

Каждый изотоп характеризуется двумя величинами: массовым числом и порядковым номером и обозначается символом соответствующего элемента. Например, изотоп углерода с массовым числом 12 записывается так: ¹²₆С, или ¹²С, или словами: «углерод-12». Изотопы известны для всех химических элементов. Так, кислород имеет изотопы с массовыми числами 16, 17, 18. Изотопы аргона: 36, 38, 40. Изотопы калия: 39, 40, 41.