"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Электронное строение атома помогает объяснить, почему элементы занимают определённые места в периодической таблице и по-разному вступают в реакции. Электроны расположены вокруг ядра на энергетических уровнях, а электроны внешнего уровня участвуют в образовании химических связей. Атомы могут отдавать, присоединять или обобществлять электроны, становясь устойчивее. Понимая эти изменения, можно увидеть, как из атомов образуются ионы и вещества.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Атом — частица, состоящая из ядра и электронной оболочки. В ядре находятся протоны и нейтроны, а вокруг него — электроны. В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов, поэтому положительный и отрицательный заряды уравновешиваются; это помогает отличать нейтральный атом от иона.
Электронная оболочка — область вокруг ядра, в которой находятся электроны. Они распределены по энергетическим уровням — областям с разной энергией. Такое представление нужно, чтобы описывать строение атомов и понимать, какие электроны могут участвовать в химических взаимодействиях.
Валентные электроны — электроны внешнего энергетического уровня, участвующие в образовании химических связей. Именно с ними атом чаще всего взаимодействует с другими атомами. Их число и расположение помогают объяснить характерные свойства элемента.
Химическая связь — взаимодействие, которое удерживает атомы или ионы вместе. Она возникает, когда электроны переходят от одной частицы к другой или становятся общими для нескольких атомов. Понятие связи позволяет объяснить, как отдельные атомы объединяются в вещества.
Порядковый номер элемента показывает заряд его ядра, то есть число протонов. В нейтральном атоме число электронов такое же, как число протонов, поэтому по номеру можно определить и электронное строение. Периодическая таблица упорядочивает элементы по этому номеру, а положение элемента помогает судить о распределении электронов по уровням и свойствах атома.
Электроны не располагаются на произвольном расстоянии от ядра: их состояния различаются по энергии и образуют уровни. Уровни заполняются последовательно, начиная с тех, которые соответствуют более низкой энергии. Поэтому число занятых уровней показывает, сколько электронных слоёв использует атом; оно связано с номером периода элемента.
Внешний уровень важен потому, что именно его электроны легче всего участвуют во взаимодействиях с другими атомами. У элементов одной группы главных подгрупп внешние уровни устроены сходным образом и содержат одинаковое число электронов. Значит, таким атомам часто требуется похожее изменение электронного строения, что и объясняет сходство их химических свойств.
При образовании связи атомы могут перейти в более устойчивое электронное состояние. Один атом отдаёт электроны, другой присоединяет их, либо несколько атомов обобществляют электроны. Какой способ реализуется, зависит от строения внешних уровней и от взаимодействующих элементов; ядра при обычных химических процессах при этом не меняются.
Изменение электронного строения приводит к возникновению новых частиц и веществ. Если атомы передали электроны, образуются положительные и отрицательные ионы, которые притягиваются; если электроны стали общими, атомы удерживаются общей электронной парой. Химическая реакция состоит в превращении исходных веществ в новые, и перестройка электронных связей сопровождает эти превращения.
| Характеристика | Что показывает | Связь с периодической таблицей и свойствами |
|---|---|---|
| Порядковый номер элемента | Число протонов в ядре | Определяет заряд ядра; у нейтрального атома равен числу электронов |
| Число электронов в нейтральном атоме | Количество электронов в оболочке | Равно порядковому номеру элемента |
| Число занятых электронных уровней | Количество уровней, на которых есть электроны | Связано с номером периода |
| Число электронов на внешнем уровне | Количество электронов на наиболее удалённом занятом уровне | Для главных подгрупп помогает установить группу и объяснить свойства |
| Возможное изменение числа электронов при образовании связи | Может ли атом отдать, присоединить или обобществить электроны | Помогает объяснить образование ионов, связей и характер взаимодействия |
Сначала определите, рассматривается ли нейтральный атом: только для него число электронов равно порядковому номеру. Затем используйте номер периода, чтобы установить число занятых уровней, и изучите внешний уровень. Эти данные позволяют предположить, как атом будет участвовать в образовании связей.
Задача 1. Определите число электронов в нейтральных атомах кислорода и натрия по их порядковым номерам. Кислород имеет номер 8, а натрий — номер 11. Нужно применить равенство числа электронов и протонов в нейтральном атоме.
Ответ: у атома кислорода 8 электронов, у атома натрия — 11.
Задача 2. Укажите число занятых уровней и электронов на внешнем уровне у магния и хлора. Магний находится в третьем периоде, во второй группе главной подгруппы; хлор — в третьем периоде, в седьмой группе главной подгруппы. Номер периода показывает число уровней, а положение в главной подгруппе помогает определить число внешних электронов.
Ответ: у магния три уровня и два внешних электрона; у хлора три уровня и семь внешних электронов.
Задача 3. Объясните образование хлорида магния ионами. У магния электронное распределение 2, 8, 2, у хлора — 2, 8, 7. Для заполнения внешнего уровня магний отдаёт электроны, а каждому атому хлора недостаёт одного электрона.
Ответ: магний отдаёт два электрона, по одному для каждого из двух атомов хлора; образуются Mg²⁺ и 2Cl⁻, которые составляют хлорид магния MgCl₂.
Ошибка — считать, что порядковый номер всегда равен числу электронов. Это верно только для нейтрального атома, а при образовании иона часть электронов теряется или добавляется; протоны при этом остаются в ядре. Проверка: выясните, указан атом или ион, и для иона учтите его заряд.
Не путайте число уровней с числом электронов на внешнем уровне. Эти значения отвечают на разные вопросы: первое связано с периодом, второе — со строением внешней оболочки и свойствами элемента. Проверка: сначала найдите период, а затем отдельно определите внешние электроны.
Иногда предполагают, что при образовании связи ядро меняет число протонов. Такую мысль могут вызвать слова «атом отдаёт» или «принимает», но в химической реакции речь идёт обычно об электронах, а не о ядре. Проверка: если меняется число протонов, речь уже не об обычном химическом превращении.
Неверно считать, что устойчивости атомы достигают только отдачей электронов. Одни атомы отдают электроны, другие присоединяют их, а многие образуют связи, обобществляя электроны. Проверка: рассмотрите строение внешнего уровня каждого участника и определите, какой способ взаимодействия подходит.
Для понимания темы нужно знать состав атома, заряды протона и электрона, а также значения понятий «химический элемент» и «порядковый номер». Связь электронного строения с положением в таблице пригодится при изучении периодического изменения свойств элементов. Представления о передаче и обобществлении электронов помогут дальше разбирать типы химической связи и объяснять химические реакции.
Почему атом в целом не имеет электрического заряда?
В ядре атома находятся положительно заряженные протоны, а вокруг него — отрицательно заряженные электроны. В нейтральном атоме их числа равны, поэтому заряды взаимно компенсируются.
Как узнать число электронов в атоме по периодической таблице?
Найди порядковый номер элемента: он равен числу протонов в ядре. В нейтральном атоме электронов столько же, сколько протонов, поэтому число электронов равно порядковому номеру.
Чем внешний электронный уровень отличается от внутренних?
Внешний уровень — самый удалённый от ядра из занятых; его электроны обычно участвуют в образовании химических связей. Внутренние уровни расположены ближе к ядру и обычно сохраняются при химических взаимодействиях.
Почему элементы одной группы обладают сходными химическими свойствами?
У элементов одной группы главных подгрупп часто сходно устроен внешний электронный уровень, в частности одинаково число его электронов. Поэтому атомы этих элементов похожим образом отдают, присоединяют или обобществляют электроны.
Что происходит с электронами атомов при образовании химической связи?
В зависимости от взаимодействующих атомов электроны могут переходить от одного атома к другому или становиться общими для нескольких атомов. Такие изменения помогают образовать устойчивые частицы, которые удерживаются химической связью.
Раздел 2. Химические элементы, вещества и химические реакции в свете электронной теории
