Малюгина 14. Внешний и внутренний энергетический уровни. Завершенность энергетического уровня.
Вспомним вкратце, что мы уже знаем о строении электронной оболочки атомов:
ü число энергетических уровней атома = номеру периода, в котором находится элемент;
ü максимальная емкость каждого энергетического уровня вычисляется по формуле 2n2
ü внешняя энергетическая оболочка не может содержать для элементов 1 периода более 2-х электронов, для элементов других периодов более 8 электронов
Еще раз вернемся к анализу схемы заполнения энергетических уровней у элементов малых периодов:
Таблица1.Заполнение энергетических уровней
у элементов малых периодов
Номер периода | Количество энергетических уровней = номеру периода | Символ элемента, его порядковый номер | Общее количество электронов | Распределение электронов по энергетическим уровням | Номер группы |
|
|
Н +1 )1 | +1 Н, 1е- | |||||
|
Н e + 2 ) 2 | +2 Не, 2е- | |||||
|
Li + 3 ) 2 ) 1 | + 3 Li , 2е-, 1е- | |||||
|
Ве +4 ) 2 )2 | + 4 Be , 2е-, 2 е- | |||||
|
В +5 ) 2 )3 | +5 В, 2е-, 3е- | |||||
|
С +6 ) 2 )4 | +6 С, 2е-, 4е- | |||||
|
N + 7 ) 2 ) 5 | + 7 N , 2е-, 5 е- | |||||
|
O + 8 ) 2 ) 6 | + 8 O , 2е-, 6 е- | |||||
|
F + 9 ) 2 ) 7 | + 9 F , 2е-, 7 е- | |||||
|
Ne + 10 ) 2 ) 8 | + 10 Ne , 2е-, 8 е - | |||||
|
Na + 11 ) 2 ) 8 )1 | +1 1 Na , 2е-, 8е-, 1e- | |||||
|
Mg + 12 ) 2 ) 8 )2 | +1 2 Mg , 2е-, 8е-, 2 e- | |||||
|
Al + 13 ) 2 ) 8 )3 | +1 3 Al , 2е-, 8е-, 3 e- | |||||
|
Si + 14 ) 2 ) 8 )4 | +1 4 Si , 2е-, 8е-, 4 e- | |||||
|
P + 15 ) 2 ) 8 )5 | +1 5 P , 2е-, 8е-, 5 e- | |||||
|
S + 16 ) 2 ) 8 )6 | +1 5 P , 2е-, 8е-, 6 e- | |||||
|
Cl + 17 ) 2 ) 8 )7 | +1 7 Cl , 2е-, 8е-, 7 e- | |||||
18 Ar |
Ar + 18 ) 2 ) 8 )8 | +1 8 Ar , 2е-, 8е-, 8 e- |
Проанализируйте таблицу 1. Сравните число электронов на последнем энергетическом уровне и номер группы, в которой находится химический элемент.
Заметили ли Вы, что число электронов на внешнем энергетическом уровне атомов совпадает с номером группы , в которой находится элемент (исключение составляет гелий)?
!!! Это правило справедливо только для элементов главных подгрупп.
Каждый период системы заканчивается инертным элементом (гелий He, неон Ne, аргон Ar). Внешний энергетический уровень этих элементов содержит максимально возможное число электронов: гелий -2, остальные элементы – 8. Это элементы VIII группы главной подгруппы. Энергетический уровень, схожий со строением энергетического уровня инертного газа, называют завершенным . Это своеобразный предел прочности энергетического уровня для каждого элемента Периодической системы. Молекулы простых веществ – инертных газов состоят из одного атома и отличаются химической инертностью, т. е. практически не вступают в химические реакции.
У остальных элементов ПСХЭ энергетический уровень отличается от энергетического уровня инертного элемента, такие уровни называют незавершенными . Атомы этих элементов стремятся к завершению внешнего энергетического уровня, отдавая или принимая электроны.
Вопросы для самоконтроля
1. Какой энергетический уровень называется внешним?
2. Какой энергетический уровень называется внутренним?
3. Какой энергетический уровень называется завершенным?
4. Элементы какой группы и подгруппы имеют завершенный энергетический уровень?
5. Чему равно число электронов на внешнем энергетическом уровне элементов главных подгрупп?
6. Чем схожи по строению электронного уровня элементы одной главной подгруппы
7. Сколько электронов на внешнем уровне содержат элементы а) IIA группы;
б) IVA группы; в) VII A группы
Посмотреть ответ
1. Последний
2. Любой, кроме последнего
3. Тот, который содержит максимальное число электронов. А также внешний уровень, если он содержит 8 электронов для I периода - 2 электрона.
4. Элементы VIIIA группы (инертные элементы)
5. Номеру группы, в которой находится элемент
6. У всех элементов главных подгрупп на внешнем энергетическом уровне содержится столько электронов, каков номер группы
7. а) у элементов IIA группы на внешнем уровне 2 электрона; б) у элементов IVA группы – 4 электрона; в) у элементов VII A группы – 7 электронов.
Задания для самостоятельного решения
1. Определите элемент по следующим признакам: а) имеет 2 электронных уровня, на внешнем – 3 электрона; б) имеет 3 электронных уровня, на внешнем – 5 электронов. Запишите распределение электронов по энергетическим уровням этих атомов.
2. Какие два атома имеют одинаковое число заполненных энергетических уровней?
Посмотреть ответ :
1. а) Установим «координаты» химического элемента: 2 электронных уровня – II период; 3 электрона на внешнем уровне – III А группа. Это бор 5B. Схема распределения электронов по энергетическим уровням: 2е-, 3е-
б) III период, VА группа, элемент фосфор 15Р. Схема распределения электронов по энергетическим уровням: 2е-, 8е-, 5е-
2. г) натрий и хлор.
Пояснение : а) натрий: +11 )2)8 )1 (заполненных 2) ←→ водород: +1)1
б) гелий: +2 )2 (заполненых 1) ←→ водород: водород: +1)1
в) гелий: +2 )2 (заполненных 1) ←→ неон: +10 )2)8 (заполненных 2)
*г) натрий: +11 )2)8 )1 (заполненных 2) ←→ хлор: +17 )2)8 )7 (заполненных 2)
4. Десять. Число электронов = порядковому номеру
5 в) мышьяк и фосфор. Одинаковое число электронов имеют атомы, расположенные в одной подгруппе.
Пояснения:
а) натрий и магний (в разных группах); б) кальций и цинк (в одной группе, но разных подгруппах) ; * в) мышьяк и фосфор (в одной, главной, подгруппе) г) кислород и фтор (в разных группах).
7. г) число электронов на внешнем уровне
8. б) число энергетических уровней
9. а) литий (находится в IA группе II периода)
10. в) кремний (IVA группа, III период)
11. б) бор (2 уровня - II период , 3 электрона на внешнем уровне – IIIA группа )
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УРОВНИ |
| Рубрика (тематическая категория) | Образование |
СТРОЕНИЕ АТОМА
1. Развитие теории строения атома. С
2. Ядро и электронная оболочка атома. С
3. Строение ядра атома. С
4. Нуклиды, изотопы, массовое число. С
6. Квантово-механическое объяснение строения.
6.1. Орбитальная модель атома.
6.2. Правила заполнения орбиталей.
6.3. Орбитали с s-электронами (атомные s-орбитали).
6.4. Орбитали с p-электронами (атомные p-орбитали).
6.5. Орбитали с d- f-электронами
7. Энергетические подуровни многоэлектронного атома. Квантовые числа.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УРОВНИ
Строение электронной оболочки атома определяется различным запасом энергииотдельных электронов в атоме. В соответствии с моделью атома Бора электроны могут занимать в атоме положения, которым отвечают точно определенные (квантованные) энергетические состояния. Эти состояния называются энергетическими уровнями.
Число электронов, которые могут находиться на отдельном энергетическом уровне, определяется формулой 2n 2 , где n –номер уровня, который обозначается арабскими цифрами 1 – 7. Максимальное заполнение первых четырех энергетических уровней в. соответствии с формулой 2n 2 составляет: для первого уровня – 2 электрона, для второго – 8, для третьего –18 и для четвертого уровня – 32 электрона. Максимальное заполнение электронами более высоких энергетических уровней в атомах известных элементов не достигнуто.
Рис. 1показывает заполнение электронами энергетических уровней первых двадцати элементов (от водорода Н до кальция Са, черные кружки). Заполняя в указанном порядке энергетические уровни, получают простейшие модели атомов элементов, при этом соблюдают порядок заполнения (снизу вверх и слева направо по рисунку) таким образом, пока последний электрон не укажет на символ соответствующего элементаНа третьем энергетическом уровне М (максимальная емкость равна 18 е - )для элементов Nа – Аr содержится только 8 электронов, затем начинает застраиваться четвертый энергетический уровень N –на нем появляются два электрона для элементов К и Са. Следующие 10 электронов снова занимают уровень М (элементы Sc – Zn (не показаны), а потом продолжается заполнение уровня N еще шестью электронами (элементы Cа-Кr, белые кружки).
| Рис. 1 | 
Рис. 2
|
В случае если атом находится в основном состоянии, то его электроны занимают уровни с минимальной энергией, т. е. каждый последующий электрон занимает энергетически самое выгодное положение, такое, как на рис. 1. При внешнем воздействии на атом, связанном с передачей ему энергии, к примеру путем нагревания, электроны переводятся на более высокие энергетические уровни (рис. 2). Такое состояние атома принято называть возбужденным. Освободившееся на нижнем энергетическом уровне место заполняется (как выгодное положение) электроном с более высокого энергетического уровня. При переходе электрон отдает неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ количество энергии, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ соответствует энергетической разности между уровнями. В результате электронных переходов возникает характерное излучение. по спектральным линиям поглощаемого (излучаемого) света можно сделать количественное заключение об энергетических уровнях атома.
В соответствии с квантовой моделью атома Бора электрон, имеющий определенное энергетическое состояние, движется в атоме по круговой орбите. Электроны с одинаковым запасом энергии находятся на равных расстояниях от ядра, каждому энергетическому уровню отвечает свой набор электронов, названный Бором электронным слоем. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, по Бору электроны одного слоя двигаются по шаровой поверхности, электроны следующего слоя по другой шаровой поверхности. все сферы вписаны одна в другую с центром, отвечающим атомному ядру.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УРОВНИ - понятие и виды. Классификация и особенности категории "ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УРОВНИ" 2017, 2018.
Атом - электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки. Ядро находится в центре атома и состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов, удерживаемых ядерными силами. Ядерное строение атома экспериментально доказал в 1911 г. английский физик Э.Резерфорд.
Число протонов определяет положительный заряд ядра и равно порядковому номеру элемента. Число нейтронов вычисляется как разность атомной массы и порядкового номера элемента. Элементы, имеющие одинаковый заряд ядра (одинаковое число протонов), но разную атомную массу (разное количество нейтронов) называются изотопами. Масса атома в основном сосредоточена в ядре, т.к. ничтожно малой массой электронов можно пренебречь. Атомная масса равна сумме масс всех протонов и всех нейтронов ядра.
Химический элемент - это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. В настоящее время известно 118 различных химических элементов.
Все электроны атома образуют его электронную оболочку. Электронная оболочка имеет отрицательный заряд, равный общему количеству электронов. Число электронов в оболочке атома совпадает с числом протонов в ядре и равно порядковому номеру элемента. Электроны в оболочке распределены по электронным слоям согласно запасам энергии (электроны с близкими значениями энергий образуют один электронный слой): электроны с меньшей энергией находятся ближе к ядру, электроны с большей энергией находятся дальше от ядра. Число электронных слоёв (энергетических уровней) совпадает с номером периода, в котором располагается химический элемент.
Различают завершённые и незавершённые энергетические уровни. Уровень считается завершённым, если содержит максимально возможное количество электронов (первый уровень - 2 электрона, второй уровень - 8 электронов, третий уровень - 18 электронов, четвёртый уровень - 32 электрона и т.д.). Незавершённый уровень содержит меньшее число электронов.
Уровень, максимально удалённый от ядра атома, называется внешним. Электроны, находящиеся на внешнем энергетическом уровне, называются внешними (валентными) электронами. Число электронов на внешнем энергетическом уровне совпадает с номером группы, в которой находится химический элемент. Внешний уровень считается завершённым, если содержит 8 электронов. Завершённым внешним энергетическим уровнем обладают атомы элементов 8А группы (инертные газы гелий, неон, криптон, ксенон, радон).
Область пространства вокруг ядра атома, в которой наиболее вероятно нахождение электрона, называют электронной орбиталью. Орбитали отличаются уровнем энергии и формой. По форме различают s-орбитали (сфера), p-орбитали (объёмная восьмёрка), d-орбитали и f-орбитали. На каждом энергетическом уровне есть свой набор орбиталей: на первом энергетическом уровне - одна s-орбиталь, на втором энергетическом уровне - одна s- и три p-орбитали, на третьем энергетическом уровне - одна s-, три p-, пять d-орбиталей, на четвертом энергетическом уровне одна s-, три p-, пять d-орбиталей и семь f-орбиталей. На каждой орбитале могут располагаться максимально два электрона.
Распределение электронов по орбиталям отражается с помощью электронных формул. Например, для атома магния распределение электронов по энергетическим уровням будет следующим: 2е, 8е, 2е. Данная формула показывает, что 12 электронов атома магния распределены по трём энергетическим уровням: первый уровень завершён и содержит 2 электрона, второй уровень завершён и содержит 8 электронов, третий уровень не завершён, т.к. содержит 2 электрона. Для атома кальция распределение электронов по энергетическим уровням будет следующим: 2е, 8е, 8е, 2е. Данная формула показывает, что 20 электронов кальция распределены по четырём энергетическим уровням: первый уровень завершён и содержит 2 электрона, второй уровень завершён и содержит 8 электронов, третий уровень не завершён, т.к. содержит 8 электронов, четвёртый уровень не завершён, т.к. содержит 2 электрона.
Вспомним вкратце, что мы уже знаем о строении электронной оболочки атомов:
число энергетических уровней атома = номеру периода, в котором находится элемент;
максимальная емкость каждого энергетического уровня вычисляется по формуле 2n 2
внешняя энергетическая оболочка не может содержать для элементов 1 периода более 2-х электронов, для элементов других периодов более 8 электронов
Еще раз вернемся к анализу схемы заполнения энергетических уровней у элементов малых периодов:
Таблица1.Заполнение энергетических уровней
У элементов малых периодов
| Номер периода | Количество энергетических уровней = номеру периода | Символ элемента, его порядковый номер | Общее количество электронов | Распределение электронов по энергетическим уровням | Номер группы |
|
| Схема 1 | Схема 2 |
|||||
| 1 | 1 | 1 Н | 1 | Н +1 ) 1 | +1 Н, 1е - | I (VII) |
| 2 Не | 2 | Н e + 2 ) 2 | +2 Не, 2е - | VIII |
||
| 2 | 2 | 3 Li | 3 | Li + 3 ) 2 ) 1 | + 3 Li , 2е - , 1е - | I |
| 4 Be | 4 | Ве +4 ) 2 ) 2 | + 4 Be , 2е - , 2 е - | II |
||
| 5 B | 5 | В +5 ) 2 ) 3 | +5 В, 2е - , 3е - | III |
||
| 6 C | 6 | С +6 ) 2 ) 4 | +6 С, 2е - , 4е - | IV |
||
| 7 N | 7 | N + 7 ) 2 ) 5 | + 7 N , 2е - , 5 е - | V |
||
| 8 O | 8 | O + 8 ) 2 ) 6 | + 8 O , 2е - , 6 е - | VI |
||
| 9 F | 9 | F + 9 ) 2 ) 7 | + 9 F , 2е - , 7 е - | VI |
||
| 10 Ne | 10 | Ne + 10 ) 2 ) 8 | + 10 Ne , 2е - , 8 е - | VIII |
||
| 3 | 3 | 11 Na | 11 | Na + 11 ) 2 ) 8 ) 1 | +1 1 Na , 2е - , 8е - , 1e - | I |
| 12 Mg | 12 | Mg + 12 ) 2 ) 8 ) 2 | +1 2 Mg , 2е - , 8е - , 2 e - | II |
||
| 13 Al | 13 | Al + 13 ) 2 ) 8 ) 3 | +1 3 Al , 2е - , 8е - , 3 e - | III |
||
| 14 Si | 14 | Si + 14 ) 2 ) 8 ) 4 | +1 4 Si , 2е - , 8е - , 4 e - | IV |
||
| 15 P | 15 | P + 15 ) 2 ) 8 ) 5 | +1 5 P , 2е - , 8е - , 5 e - | V |
||
| 16 S | 16 | S + 16 ) 2 ) 8 ) 6 | +1 5 P , 2е - , 8е - , 6 e - | VI |
||
| 17 Cl | 17 | Cl + 17 ) 2 ) 8 ) 7 | +1 7 Cl , 2е - , 8е - , 7 e - | VI |
||
| 18 Ar | 18 | Ar + 18 ) 2 ) 8 ) 8 | +1 8 Ar , 2е - , 8е - , 8 e - | VIII |
||
Проанализируйте таблицу 1. Сравните число электронов на последнем энергетическом уровне и номер группы, в которой находится химический элемент.
Заметили ли Вы, что число электронов на внешнем энергетическом уровне атомов совпадает с номером группы , в которой находится элемент (исключение составляет гелий)?
!!! Это правило справедливо только для элементов главных подгрупп.
Каждый период системы Д.И. Менделеева заканчивается инертным элементом (гелий He, неон Ne, аргон Ar). Внешний энергетический уровень этих элементов содержит максимально возможное число электронов: гелий -2, остальные элементы – 8. Это элементы VIII группы главной подгруппы. Энергетический уровень, схожий со строением энергетического уровня инертного газа, называют завершенным . Это своеобразный предел прочности энергетического уровня для каждого элемента Периодической системы. Молекулы простых веществ – инертных газов состоят из одного атома и отличаются химической инертностью, т.е. практически не вступают в химические реакции.
У остальных элементов ПСХЭ энергетический уровень отличается от энергетического уровня инертного элемента, такие уровни называют незавершенными . Атомы этих элементов стремятся к завершению внешнего энергетического уровня, отдавая или принимая электроны.
Вопросы для самоконтроля
Какой энергетический уровень называется внешним?
Какой энергетический уровень называется внутренним?
Какой энергетический уровень называется завершенным?
Элементы какой группы и подгруппы имеют завершенный энергетический уровень?
Чему равно число электронов на внешнем энергетическом уровне элементов главных подгрупп?
Чем схожи по строению электронного уровня элементы одной главной подгруппы
Сколько электронов на внешнем уровне содержат элементы а) IIA группы;
Посмотреть ответ
Последний
Любой, кроме последнего
Тот, который содержит максимальное число электронов. А также внешний уровень, если он содержит 8 электронов для I периода - 2 электрона.
Элементы VIIIA группы (инертные элементы)
Номеру группы, в которой находится элемент
У всех элементов главных подгрупп на внешнем энергетическом уровне содержится столько электронов, каков номер группы
а) у элементов IIA группы на внешнем уровне 2 электрона; б) у элементов IVA группы – 4 электрона; в) у элементов VII A группы – 7 электронов.
Задания для самостоятельного решения
Определите элемент по следующим признакам: а) имеет 2 электронных уровня, на внешнем – 3 электрона; б) имеет 3 электронных уровня, на внешнем – 5 электронов. Запишите распределение электронов по энергетическим уровням этих атомов.
Какие два атома имеют одинаковое число заполненных энергетических уровней?
Сколько электронов находится на внешнем энергетическом уровне магния?
Сколько электронов содержится в атоме неона?
Какие два атома имеют одинаковое число электронов на внешнем энергетическом уровне: а) натрий и магний; б) кальций и цинк; в) мышьяк и фосфор г) кислород и фтор.
На внешнем энергетическом уровне атома серы электронов: а) 16; б) 2; в) 6 г) 4
Что общего у атомов серы и кислорода: а) число электронов; б) число энергетических уровней в) номер периода г) число электронов на внешнем уровне.
Что общего у атомов магния и фосфора: а) число протонов; б) число энергетических уровней в) номер группы г) число электронов на внешнем уровне.
Выберите элемент второго периода, у которого на внешнем уровне находится один электрон: а) литий; б) бериллий; в) кислород; г) натрий
На внешнем уровне атома элемента третьего периода находится 4 электрона. Укажите этот элемент: а) натрий; б) углерод в) кремний г) хлор
В атоме 2 энергетических уровня, находится 3 электрона. Укажите этот элемент: а) алюминий; б) бор в) магний г) азот
Посмотреть ответ :
1. а) Установим «координаты» химического элемента: 2 электронных уровня – II период; 3 электрона на внешнем уровне – III А группа. Это бор 5 B. Схема распределения электронов по энергетическим уровням: 2е - , 3е -
Б) III период, VА группа, элемент фосфор 15 Р. Схема распределения электронов по энергетическим уровням: 2е - , 8е - , 5е -
2. г) натрий и хлор.
Пояснение : а) натрий: +11 ) 2 ) 8 ) 1 (заполненных 2) ←→ водород: +1) 1
Б) гелий: +2 ) 2 (заполненых 1) ←→ водород: водород: +1) 1
В) гелий: +2 ) 2 (заполненных 1) ←→ неон: +10 ) 2 ) 8 (заполненных 2)
*г) натрий: +11 ) 2 ) 8 ) 1 (заполненных 2) ←→ хлор: +17 ) 2 ) 8 ) 7 (заполненных 2)
4. Десять. Число электронов = порядковому номеру
в) мышьяк и фосфор. Одинаковое число электронов имеют атомы, расположенные в одной подгруппе.
А) натрий и магний (в разных группах); б) кальций и цинк (в одной группе, но разных подгруппах) ; * в) мышьяк и фосфор (в одной, главной, подгруппе) г) кислород и фтор (в разных группах).
7. г) число электронов на внешнем уровне
8. б) число энергетических уровней
9. а) литий (находится в IA группе II периода)
10. в) кремний (IVA группа, III период)
11. б) бор (2 уровня - II период , 3 электрона на внешнем уровне – IIIA группа )
