16

1. Строение атома и периодическая система

Атомы состоят из ядра (+ заряд) и электронов (- заряд). Ядро состоит из протонов Z (+ заряд) и нейтронов N (незаряж. ч-цы). Массовое число A равно общему числу протонов Z и нейтронов N, входящих в состав ядра: A = Z + N. Атомы с одинаковым числом протонов (Z) –изотопы, а с одинаковым числом нейтронов (N)- изотоны. Изотопы: ⁴⁰₂₀Ca (20 p, 20 n) и ⁴²₂₀Ca (20 p, 22 n). Изотоны: ¹³⁶₅₄Xe (54 p, 82 n) и ¹³⁸₅₆Ba (56 p, 82 n). Массы покоя протона и нейтрона практически одинаковы (1.673·10^-27 кг и 1.675·10^-27 кг соответственно). Масса электрона меньше (9.109·10^-31 кг).

В химических реакциях атомы остаются в неизменном виде. Превращение одних элементов в другие возможно только в радиоактивных превращениях:

а) естественная радиоактивность (напр., ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He, ²¹⁰₈₂Pb → ²¹⁰₈₃Bi + e)

б) искусственная радиоактивность (напр., ²⁷₁₃Al + ⁴₂He → ³⁰₁₅P + ¹₀n, ²₁H + ³₁H → ⁴₂He + ¹₀n)

Промежуток времени, в течение которого происходит распад половины радиоактивных ядер элемента, называется периодом полураспада.

Состояние электрона в атоме характеризуют четыре квантовых числа.

Главное квантовое число n определяет «общий запас энергии электрона в атоме». Оно принимает значения чисел натурального ряда 1, 2, 3,….,∞. Совпадает с номером периода Периодической системы элементов, т.е. в электронных формулах элементов n не превышает число 7.

Орбитальное (побочное, азимутальное) квантовое число l принимает значения от 0 до (n-1). Определяет форму электронного облака..

l=0 s-состояние (s-подуровень) - форма сферы

l=1 p- состояние (p -подуровень) - форма «гантели»

l=2 d- состояние (d-подуровень) - «четырехлепестковая» форма

l=3 f- состояние (f-подуровень) - сложная многолепестковая форма

Магнитное квантовое число m определяет число орбиталей на каждом подуровне и характеризует пространственное расположение орбиталей (облаков). Оно принимает значения –l, , 0, , l. Совпадает с числом квантовых ячеек.

s- состояние (m=0, т.е. одно значение m): одна орбиталь (одна квантовая ячейка),

p- состояние (m=-1, 0, 1, т.е. три значения m): три орбитали (три квантовые ячейки),

d- состояние (m=-2, -1, 0, 1, 2, т.е. пять значений m): пять орбиталей (пять квантовых ячеек)

f- состояние (-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, т.е. семь значений m): семь орбиталей (семь квантовых ячеек)

Спин – (упрощенно) собственное вращение электрона вокруг своей оси. Спиновое квантовое число s принимает два значения: «-1/2» и «1/2». Максимальное число электронов в квантовой ячейке равно двум.

Максимальное число электронов в s- состоянии равно двум (s²), в p- состоянии равно шести (p⁶), в d- состоянии равно десяти (d¹⁰), в f- состоянии равно четырнадцати (f¹⁴).

Число орбиталей данного энергетического уровня n², емкость энергетического уровня 2n² электронов, т.е. емкость уровней по мере удаления от ядра увеличивается и составляет 2 (n=1), 8 (n=2), 18 (n=3), 32 (n=4) и т.д. электронов.

Максимальное число неспаренных электронов на s- орбиталях составляет 1, на p-орбиталях 3, на d-орбиталях 5, на f-орбиталях 7.

s- элементы (по два элемента в периодах): водород H, элементы главной подгруппы первой группы (щелочные металлы: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), гелий He. Элементы главной подгруппы второй группы Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra.

p- элементы (по шесть элементов в периодах):

во втором периоде: от B до Ne (заполнение 2p-подуровня),

в третьем периоде: от Al до Ar (заполнение 3p-подуровня),

в четвертом периоде: от Ga до Kr (заполнение 4p-подуровня),

в пятом периоде: от In до Xe (заполнение 5p-подуровня),

в шестом периоде от Tl до Rn (заполнение 6p-подуровня).

d-элементы (по десять элементов в периодах):

в четвертом периоде: от Sc до Zn (заполнение 3d-подуровня),

в пятом периоде от Y до Cd (заполнение 4d-подуровня),

в шестом периоде от La до Hg (заполнение 5d-подуровня),

в седьмом периоде от Ac- и далее (заполнение 6d-подуровня).

f- элементы (по четырнадцать в периодах):

в шестом периоде от Ce до Lu (заполнение 4f-подуровня),

в седьмом периоде от Th до Lr (заполнение 5f подуровня).

В периоде с увеличением порядкового номера элементов металлические свойства ослабевают, в главных подгруппах - усиливаются.

Электронные формулы атомов элементов (примеры).

s- элементы: цезий Cs 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁶6s¹,

бериллий Be 1s²2s²,

барий Ba 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁶6s²

p- элементы: бор B 1s²2s²2p¹, теллур Te 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁴

d-элементы: скандий Sc 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²

хром Cr 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹ («провал» электрона)

марганец Mn 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²

кобальт Co 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²

никель Ni 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²

цинк Zn 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²

цирконий Zr 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d²5s²

палладий Pd 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s⁰ (двойной «провал» электронов)

f- элементы: церий Ce 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f²5s²5p⁶6s²