3. Задания и методические указания к их выполнению

3.1. Строение атома. Периодическая система элементов

3.1.1. Методические указания

Атом – наименьшая частица химического элемента, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. При всех химических процессах ядра атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ, не изменяются, изменения претерпевают только электронные оболочки. Электроны в околоядерном пространстве проявляют свое действие на атомных орбиталях, характеризующихся набором 4 квантовых чисел (n – главное квантовое число, l – орбитальное квантовое число, m_l – магнитное квантовое число, m_s – спиновое квантовое число).

Главное квантовое число имеет целочисленные значения (n = 1,2,3, …) определяет энергию электрона на данном электронном слое, порядковый номер электронного слоя и расстояние его от ядра.

В пределах одного слоя электроны проявляют свое действие на различных по геометрической форме орбиталях , характеризующихся определенными значениями орбитального квантового числа , начиная от 0,1,2,3, …до (n – 1) для каждого определенного значения n. Каждому цифровому значению соответствует буквенное обозначение s, p, d, f, -соответственно.

Ориентация орбиталей в пространстве определяется магнитным квантовым числом, которое имеет все целочисленные значения от –l до +l, включая 0 для каждого определенного значения 1. В соответствии с этим на энергетическом уровне может быть одна s , три р , пять d и семь f – орбиталей.

Момент вращения электрона вокруг собственной оси характеризуется спиновым квантовым числом m_s = ± ½.

Распределение электронов в атомах элементов по атомным орбиталям определяется принципом Паули, принципом наименьшей энергии и правилом Хунда.

Принцип Паули: в атоме не может быть даже двух электронов, имеющих одинаковый набор всех четырех квантовых чисел. Иначе, на одной атомной орбитали (АО) могут проявлять свое действие не более двух электронов с противоположными спинами (спаренные электроны).

Отсюда максимальная ёмкость подуровней (2, 6, 10, и 14 для s-, p-, d- и f- подуровней соответственно).

Максимальное число электронов на энергетическом уровне N = 2n²,

где n – главное квантовое число.

Принцип наименьшей энергии. В первую очередь электроны поступают на АО, обладающие минимальным запасом энергии, определяемым по правилам Клечковского. Согласно этим правилам вначале заполняются АО с меньшей суммой n+l, а при их равенстве – с меньшим значением n. Заполнение энергетических уровней и подуровней происходит в такой последовательности:

1s²→ 2s² → 2p⁶ → 3s² → 3p⁶ → 4s² → 3d¹⁰ → 4p⁶ → 5s² → 4d¹⁰ → 5p⁶ → 6s² → 5d¹ → 5f¹⁴ → 5d^2-10 → 6p⁶ → 7s² → 6d¹ → 5f¹⁴ → 6d^2-10

Правило Хунда: электроны располагаются на орбиталях подуровней таким образом, чтобы суммарный спин был максимальным. Электроны, обладающие одинаковой энергией, cначала располагаются на АО по одному, а затем происходит достройка попарно.

Отвечая на вопросы, связанные с изменением свойств элементов по группам и периодам, следует опираться на такие параметры, как энергия ионизации, сродство к электрону, заряд ядра, размеры атома, «эффект экранирования».