§ 31. Строение электронных оболочек атомов — краткое содержание (пересказ)
Электроны в атоме не движутся хаотично. Их расположение подчиняется определённым закономерностям, которые и определяют химические свойства элементов.
Современные представления о строении атома значительно сложнее планетарной модели Резерфорда. Электрон нельзя рассматривать как частицу, движущуюся по точной траектории. В микромире электрон обладает двойственной природой — он проявляет свойства и частицы, и волны. Поэтому говорят не о точном положении электрона, а о вероятности его нахождения в определённой области пространства вокруг ядра. Эти области называют электронными облаками.
Химические реакции затрагивают только электронные оболочки атомов, ядра в них не изменяются. Поэтому химические свойства элементов определяются именно строением электронной оболочки.
Энергетические уровни (электронные слои)
Электроны в атоме различаются по запасу энергии. Чем дальше электрон находится от ядра, тем больше его энергия. Электроны с близкими значениями энергии образуют энергетические уровни (электронные слои).
- Число энергетических уровней в атоме равно номеру периода элемента в Периодической системе.
- Максимальное число электронов на уровне определяется формулой 2n², где n — номер уровня.
- 1-й уровень — 2 электрона
- 2-й уровень — 8 электронов
- 3-й уровень — 18 электронов
Энергетический уровень считается завершённым, если он содержит максимально возможное число электронов. Особо устойчивыми являются атомы с завершённым внешним уровнем.
Внешний энергетический уровень
Внешний энергетический уровень играет ключевую роль в химии:
- Для элементов А-групп число электронов на внешнем уровне равно номеру группы.
- Завершённый внешний уровень обычно содержит 8 электронов (исключение — гелий, у которого 2 электрона).
Электронные оболочки атомов элементов
Элементы 1-го периода
Атомы водорода и гелия имеют один энергетический уровень.
Гелий обладает завершённой электронной оболочкой, поэтому он чрезвычайно устойчив и химически инертен.
Элементы 2-го периода
У атомов появляется второй энергетический уровень. Внутренний уровень быстро заполняется и остаётся неизменным, а внешний постепенно заполняется электронами от лития до неона.
Неон имеет завершённый внешний уровень и относится к благородным газам.
Элементы 3-го периода
Заполнение происходит аналогично второму периоду. Аргон завершает период, имея устойчивую восьмиэлектронную оболочку.
Элементы 4-го периода
Появляется четвёртый энергетический уровень. У калия на внешнем уровне один электрон, у кальция — два.
Способы записи электронной структуры
Распределение электронов по уровням можно записывать в виде числового ряда:
- кислород: 2,6
- кремний: 2,8,4
Причина периодичности свойств элементов
По мере увеличения заряда ядра электроны последовательно заполняют внешний энергетический уровень. Когда он становится завершённым, начинается заполнение нового уровня, и свойства элементов повторяются.
Атомы элементов, находящихся в одной группе, имеют одинаковое число электронов на внешнем уровне, поэтому проявляют сходные химические свойства:
- щелочные металлы — 1 электрон
- элементы группы кислорода — 6 электронов
- галогены — 7 электронов
- благородные газы — 8 электронов (гелий — 2)
Вывод
Причина периодического повторения свойств химических элементов заключается в периодическом повторении строения внешних электронных оболочек их атомов.