Как располагаются электроны вокруг атомного ядра — хаотически или в определённом порядке?
Электроны вокруг ядра располагаются в определённом порядке. Они находятся на энергетических уровнях (оболочках), и каждый уровень может содержать только определённое число электронов.
1. Дайте определения электронной оболочки атома и энергетического уровня (электронного слоя).
Электронная оболочка — это пространство вокруг ядра, где находятся электроны.
Энергетический уровень (электронный слой) — это определённый слой в электронной оболочке, на котором могут находиться электроны с определённой энергией.
2. Каков порядок заполнения электронных слоёв у атомов элементов № 1—20 в таблице Д. И. Менделеева?
Заполнение идёт по уровням: сначала заполняется самый близкий к ядру (K-слой), потом следующий (L), затем M и так далее. Порядок по числу электронов такой:
Атом №1 (водород): 1 Атом №2 (гелий): 2 Атом №3–10: сначала 2 на первом, потом до 8 на втором Атом №11–18: 2 на первом, 8 на втором, от 1 до 8 на третьем Атом №19–20: 2 на первом, 8 на втором, 8 на третьем, оставшиеся — на четвёртом
3. Какие энергетические уровни атома называют завершёнными? Как рассчитать максимальное число электронов, которые может вместить л-ный энергетический уровень?
Завершённые уровни — те, которые полностью заполнены электронами. Например, 2 электрона на первом уровне, 8 на втором и третьем.
Максимальное число электронов на уровне считается по формуле:
2n², где n — номер уровня.
Например: первый уровень (n=1): 2×1² = 2 второй (n=2): 2×2² = 8 третий (n=3): 2×3² = 18 четвёртый (n=4): 2×4² = 32
4. Объясните причину сходства свойств элементов VА-группы. Запишите формулы высших оксидов и летучих водородных соединений элементов этой группы.
Элементы VА-группы имеют одинаковое число валентных электронов — 5, поэтому у них схожие химические свойства. Они могут образовывать соединения с одинаковой валентностью.
Формулы высших оксидов: N₂O₅ — пентаоксид диазота P₂O₅ — пентаоксид фосфора As₂O₅ — пентаоксид мышьяка Sb₂O₅ — пентаоксид сурьмы Bi₂O₅ — пентаоксид висмута
Формулы летучих водородных соединений: NH₃ — аммиак PH₃ — фосфин AsH₃ — арсин SbH₃ — стибин BiH₃ — бизмуфин
5. Укажите общее число электронов и число энергетических уровней в атомах элементов следующих групп:
а) щелочных металлов;
б) щелочноземельных металлов;
в) галогенов;
г) благородных газов.
а) щелочные металлы (группа IА): Примеры: Li (3e⁻, 2 уровня), Na (11e⁻, 3 уровня), K (19e⁻, 4 уровня)
б) щелочноземельные металлы (группа IIA): Примеры: Be (4e⁻, 2 уровня), Mg (12e⁻, 3 уровня), Ca (20e⁻, 4 уровня)
в) галогены (группа VIIA): Примеры: F (9e⁻, 2 уровня), Cl (17e⁻, 3 уровня), Br (35e⁻, 4 уровня)
г) благородные газы (группа VIIIA): Примеры: He (2e⁻, 1 уровень), Ne (10e⁻, 2 уровня), Ar (18e⁻, 3 уровня)
6. Запишите распределение электронов по энергетическим уровням в атомах еледующих элементов:
а) магний;
б) кальций;
в) алюминий;
г) фосфор;
д) хлор.
а) магний (Mg, №12): 2, 8, 2 б) кальций (Ca, №20): 2, 8, 8, 2 в) алюминий (Al, №13): 2, 8, 3 г) фосфор (P, №15): 2, 8, 5 д) хлор (Cl, №17): 2, 8, 7
7. Назовите химические элементы, расположение электронов по энергетическим уровням которых соответствует ряду чисел: а) 2, 1; б) 2, 8, 1; в) 2, 8, 7; г) 2, 8, 8, 2.
а) 2, 1 → литий (Li, №3) б) 2, 8, 1 → натрий (Na, №11) в) 2, 8, 7 → хлор (Cl, №17) г) 2, 8, 8, 2 → кальций (Ca, №20)
8. Какие из наборов чисел и почему не могут соответствовать распределению электронов по энергетическим уровням атома химического элемента: а) 2, 7, 1; б) 2, 3; в) 1, 8, 1; г) 3, 2; д) 2, 9; е) 2, 7; ж) 2, 8. 8?
а) 2, 7, 1 — не может, потому что на втором уровне максимум 8 электронов. Здесь 7 + 1 = 8, но они на разных уровнях. Порядок нарушен — сначала должен полностью заполниться второй уровень.
б) 2, 3 — может, это атом с номером 5 (бор).
в) 1, 8, 1 — не может, потому что на первом уровне максимум 2 электрона, а тут 1. Это невозможно.
г) 3, 2 — не может, потому что первый уровень не может содержать 3 электрона, максимум 2.
д) 2, 9 — не может, потому что на втором уровне максимум 8 электронов.
е) 2, 7 — может, это хлор (17-й элемент).
ж) 2, 8, 8 — может, это аргон (18-й элемент).
9. Замените X соответствующим символом или цифрой: а) 10Х 2, 8; б) 2, X, 5; в) 2Не X; г) X, X, 2.
а) 10Х 2, 8 — Х = Ne (неон), потому что у неона 10 электронов, и они распределяются как 2, 8.
б) 2, X, 5 — X = 8 → 2 + 8 + 5 = 15 → фосфор (P)
в) 2Не X — X = 8 → у неона 2, 8 → это и есть неон → Не = X = Ne
г) X, X, 2 — X = 8 → 2, 8, 2 → кальций (Ca), номер 20
10. Атом гелия содержит на внешнем энергетическом уровне два электрона, подобно атомам бериллия и магния. Почему гелий помещён в Периодической системе Д. И. Менделеева в VIIIА-группу, а не в IIА-группу?
Гелий помещён в VIIIА-группу, потому что его внешняя оболочка полностью заполнена. Это делает его химически инертным, как и другие благородные газы. У бериллия и магния тоже два электрона на внешнем уровне, но их оболочка не завершена, и они легко вступают в реакции. Поэтому гелий — благородный газ, а не щелочноземельный металл.
11. Запишите распределение электронов по энергетическим уровням атома железа, зная, что третий энергетический уровень его не завершён, а на внешнем уровне содержится 2 электрона.
У железа порядковый номер 26 — значит, у него 26 электронов. Если на внешнем (четвёртом) уровне — 2 электрона, значит: 1 уровень — 2 2 уровень — 8 3 уровень — 14 4 уровень — 2
Ответ: 2, 8, 14, 2
12. Запишите распределение электронов по энергетическим уровням иона, в который превращается атом кислорода, принявший два электрона.
У кислорода номер 8, значит у него 8 электронов. Он принимает 2 электрона → становится ионом O²⁻, всего 10 электронов. Распределение будет как у неона: 2, 8
13. Запишите распределение электронов по энергетическим уровням иона, в который превращается атом кальция, отдавший два электрона.
Кальций — номер 20, значит 20 электронов. Если отдал 2 — стало 18 электронов → ион Ca²⁺ Распределение как у аргона: 2, 8, 8
14. Предложите вариант графического отображения памятки о порядке заполнения электронных слоёв у атомов элементов № 1—20 в таблице Д. И. Менделеева.
1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s