"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Электроны атома находятся вокруг ядра не беспорядочно, а распределяются по энергетическим уровням. Уровни нумеруют от ядра, а их максимальную вместимость находят по формуле 2n². Число занятых уровней связано с номером периода, а число электронов на внешнем уровне помогает объяснить положение элемента в таблице и сходство его свойств с элементами одной группы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Энергетический уровень — область вокруг ядра, на которой находятся электроны с близкой энергией. Уровни нумеруют от ядра: первый уровень расположен ближе всего, второй — дальше и так далее. Это обозначение помогает понять порядок размещения электронов.
Распределение электронов по энергетическим уровням — указание числа электронов на каждом уровне атома. Например, запись 2, 8, 1 означает: на первом уровне два электрона, на втором восемь, на третьем один. По такой записи можно восстановить строение электронной оболочки атома.
Внешний энергетический уровень — самый удалённый от ядра уровень, занятый электронами. Его номер — последнее число уровня в записи, а число электронов на нём — последнее ненулевое число. В записи 2, 8, 7 внешним является третий уровень, и на нём находятся семь электронов.
Вместимость энергетического уровня — наибольшее число электронов, которое может находиться на уровне с данным номером. Её обозначают формулой 2n², где n — номер уровня. Знание вместимости позволяет правильно распределять электроны и не помещать их больше допустимого числа.
Электроны в атоме располагаются не произвольно, потому что каждому электрону соответствует определённое значение энергии. Электроны с близкими значениями энергии образуют энергетический уровень. Чем дальше уровень от ядра, тем больше его номер и обычно тем выше энергия электронов на нём.
Число занятых уровней связано с номером периода элемента. Номер периода показывает, сколько электронных слоёв используется в атоме, потому что при переходе к следующему периоду начинается заполнение нового, более удалённого уровня. Поэтому у элементов первого периода один занятый уровень, у элементов второго — два, у элементов третьего — три.
Вместимость уровня с номером n находят по формуле 2n². Для первого уровня получаем 2 · 1² = 2, для второго — 2 · 2² = 8, для третьего — 2 · 3² = 18, для четвёртого — 2 · 4² = 32. Вместимость увеличивается, потому что при удалении от ядра у уровня появляется возможность разместить больше электронов.
Заполнение начинается с уровня, расположенного ближе всего к ядру, поскольку его электроны имеют меньшую энергию и удерживаются сильнее. Сначала заполняют первый уровень, затем переходят ко второму и далее. Например, у атома с 10 электронами первые два попадут на первый уровень, а оставшиеся восемь — на второй: 2, 8.
По распределению легко определить число электронов на внешнем уровне: достаточно посмотреть на последнее число записи. У элементов одной главной подгруппы оно обычно совпадает, поэтому такие элементы имеют сходные свойства. Например, у натрия и калия по одному электрону на внешнем уровне, хотя число занятых уровней у них разное.
| Номер уровня | Максимальное число электронов по формуле 2n² | Пример распределения электронов по уровням |
|---|---|---|
| Первый (n = 1) | 2 | Натрий: 2, 8, 1 |
| Второй (n = 2) | 8 | Хлор: 2, 8, 7 |
| Третий (n = 3) | 18 | Кальций: 2, 8, 8, 2 |
| Четвёртый (n = 4) | 32 | — |
Сначала найдите в таблице номер уровня и его максимальную вместимость. Затем сравните её с числом электронов в конкретном атоме и распределяйте электроны от первого уровня к последующим.
Примеры в последнем столбце записаны по уровням слева направо, начиная с ближайшего к ядру. Последнее число показывает число электронов на внешнем уровне.
Условие: записать распределение 11 электронов атома натрия по энергетическим уровням. Нужно заполнить уровни в правильной последовательности, не начиная с внешнего уровня.
Ответ: распределение электронов натрия — 2, 8, 1. Заняты три уровня, а на внешнем уровне находится один электрон.
Условие: определить число занятых уровней и число электронов на внешнем уровне атома серы с зарядом ядра +16. Знак и число заряда ядра показывают, что в ядре 16 протонов.
Ответ: распределение серы — 2, 8, 6. Электроны занимают три уровня, на внешнем уровне находятся шесть электронов.
Условие: элемент находится в третьем периоде и имеет семь электронов на внешнем уровне. Нужно определить распределение электронов и общее число электронов в атоме.
Ответ: распределение электронов — 2, 8, 7, всего в атоме 17 электронов. Последнее число использовано для внешнего уровня, а номер периода — для числа уровней.
Путают номер уровня с числом электронов на нём. Номер показывает положение слоя относительно ядра, а число электронов нужно определить отдельно; проверьте себя, записав их через запятые по уровням.
Считают, что на любом уровне бывает не более восьми электронов. Это верно не для всех уровней: формула 2n² даёт для третьего уровня 18, а для четвёртого 32; подставьте номер уровня в формулу.
Заполняют сначала дальние уровни. Так нарушается последовательность, потому что электроны сначала занимают уровни с меньшей энергией ближе к ядру; начните распределение с двух электронов первого уровня.
Пропускают пустой промежуточный уровень или неправильно считают остаток. После каждого заполнения вычитайте использованные электроны из общего числа и проверяйте, что уровни идут без пропусков.
Для темы нужны знания о строении атома: ядре, протонах и электронах. В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов, или заряду ядра.
Распределение электронов помогает понять положение элемента в периодической таблице и сходство элементов одной группы. Число уровней связано с периодом, а внешние электроны — со свойствами элементов.
Эта тема служит основой для изучения электронного строения атомов, химической связи и причин химических свойств веществ.
Что называют энергетическим уровнем?
Энергетический уровень — область вокруг ядра, где находятся электроны с близкой энергией. Уровни нумеруют от ядра: первый расположен ближе всего, следующий — дальше.
Как узнать число занятых уровней атома?
Число занятых энергетических уровней обычно совпадает с номером периода элемента в периодической таблице. Например, атом серы находится в третьем периоде, значит, его электроны занимают три уровня.
Сколько электронов может находиться на энергетическом уровне?
Максимальную вместимость уровня с номером n вычисляют по формуле 2n². Поэтому первый уровень вмещает 2 электрона, второй — 8, третий — 18, а четвёртый — 32.
Почему электроны распределяют начиная с уровня, ближайшего к ядру?
Электроны сначала занимают уровни с меньшей энергией, то есть расположенные ближе к ядру. Только после заполнения внутреннего уровня электроны переходят на следующий, более удалённый.
Как по распределению электронов определить число электронов на внешнем уровне?
В записи распределения нужно найти последнее число, отличное от нуля. Оно показывает число электронов на самом удалённом занятом уровне, например в записи 2, 8, 7 внешних электронов семь.
§ 53. Распределение электронов по энергетическим уровням
