Загрузить PDF
Загрузить PDF
Протоны, нейтроны и электроны – основные частицы, из которых состоит атом. Протоны заряжены положительно, электроны – отрицательно, а нейтроны и вовсе не имеют заряда.[1]
Масса электронов очень мала, а масса протонов и нейтронов практически одинакова.[2]
На самом деле, найти в атоме количество протонов, нейтронов и электронов довольно просто, нужно только научиться ориентироваться по периодической таблице химических элементов Д.И.Менделеева.
-
1
Возьмите периодическую таблицу элементов. Это система, в которой элементы организованы в зависимости от их атомной структуры. Цветное одно- или двухбуквенное сокращение – это название элемента в сокращенном виде. В таблице также представлена информация об атомном номере элемента и атомной массе.[3]
- Таблицу Менделеева можно найти в учебнике по химии или в Интернете.
- Во время контрольных работ периодическую таблицу обычно предоставляют.
-
2
Найдите в таблице нужный вам элемент. Каждый элемент в таблице располагается под своим номером. Все элементы можно разделить на металлы, неметаллы и метоллоиды (полуметаллы). В этих группах элементы классифицируются еще на несколько групп: щелочные металлы, галогены, инертные газы.[4]
- Группы (столбцы) и периоды (строки) нужны для систематизации, по ним легко найти нужный вам элемент.
- Если вы ничего не знаете о нужном вам элементе, просто найдите его в таблице.
-
3
Найдите атомный номер элемента. Атомный номер обозначает число протонов в ядре атома.[5]
Атомный номер располагается над символом элемента, обычно в левом верхнем углу клетки. Он покажет вам, сколько протонов содержится в одном атоме элемента.- Например, Бор (В) обозначен в таблице под номером 5, поэтому у него 5 протонов.
-
4
Определите количество электронов. Протоны — это положительно заряженные частицы в ядре атома. Электроны представляют собой частицы, которые несут отрицательный заряд. Поэтому когда элемент находится в нейтральном состоянии, то есть его заряд будет равен нулю, число протонов и электронов будет равным.
- Например, Бор (В) обозначен в таблице под номером 5, поэтому можно смело утверждать, что у него 5 электронов и 5 протонов.
- Однако если элемент содержит отрицательный или положительный ион, то протоны и электроны не будут одинаковыми. Вам придется вычислить их. Число ионов выглядит как маленький, верхний индекс после элемента.
-
5
Найдите атомную массу элемента. Чтобы найти число нейтронов, вам сначала нужно вычислить атомную массу элемента. Атомная масса – это средняя масса атомов данного элемента, ее нужно рассчитывать. Имейте в виду, что у изотопов атомная масса отличается.[6]
. Атомная масса указана под символом элемента.- Округляйте атомную массу до ближайшего целого числа. Например, атомная масса бора = 10,811, соответственно, ее можно округлить до 11.
-
6
Вычтите из атомной массы атомный номер. Чтобы определить количество нейтронов, нужно вычесть атомный номер из атомной массы. Помните, что атомный номер — это число протонов, которое вы уже определили.[7]
- Возьмем наш пример с бором: 11 (атомная масса) – 5 (атомный номер) = 6 нейтронов.
Реклама
-
1
Определите число ионов. Ион — это атом, состоящий из положительно заряженного ядра, в котором находятся протоны и нейтроны, и отрицательно заряженных электронов. Атом несет нейтральный заряд, но заряд может быть положительным и отрицательным из-за электронов, которые атом может отдавать и принимать.[8]
Поэтому число протонов в атоме не меняется, а число электронов в ионе может меняться.- Электрон несет отрицательный заряд, поэтому если атом отдает электроны, то сам становится заряженным положительно. Когда атом принимает электроны, он становится отрицательно заряженным ионом.
- Например, у N3- заряд -3, а у Ca2+ заряд +2.
- Помните, если число ионов не указано в таблице, вам не нужно делать подобные вычисления.
-
2
Вычтите заряд из атомного номера. Если ион положительно заряжен, нужно вычесть из атомного номера заряд. Если у иона положительный заряд, значит, он отдал электроны. Чтобы подсчитать оставшееся число электронов, нужно вычесть заряд от атомного номера. Если ион заряжен положительно, значит, в нем больше протонов, чем электронов.
- Например, у Ca2+ заряд +2, поэтому можно сказать, что он отдал два электрона. Атомный номер кальция = 20, поэтому у его иона 18 электронов (20-2=18).
-
3
Если ион заряжен отрицательно, чтобы узнать число электронов, нужно добавить заряд к атомному номеру. Потому что ион стал отрицательным из-за того, что принял лишние электроны. Так что нужно просто прибавить заряд к атомному номеру, тогда вы получите число электронов. Разумеется, если ион заряжен отрицательно, то электронов в нем больше, чем протонов.
- Например, у N3- заряд -3, значит, азот получил три дополнительных электрона. Атомный номер азота 7, поэтому число электронов у азота = 10. (то есть 7+3=10).
Реклама
Об этой статье
Эту страницу просматривали 923 587 раз.
Была ли эта статья полезной?
Электронная конфигурация атома
Электронная конфигурация атома — это формула, показывающая расположение электронов в атоме по уровням и
подуровням. После изучения статьи Вы узнаете, где и как располагаются электроны, познакомитесь с квантовыми числами и
сможете построить электронную конфигурацию атома по его номеру, в конце статьи приведена таблица элементов.
Для чего изучать электронную конфигурацию элементов?
Атомы как конструктор: есть определённое количество деталей, они отличаются друг от друга, но две детали
одного типа абсолютно одинаковы. Но этот конструктор куда интереснее, чем пластмассовый и вот почему.
Конфигурация меняется в зависимости от того, кто есть рядом. Например, кислород рядом с водородом может
превратиться в воду, рядом с натрием в газ, а находясь рядом с железом вовсе превращает его в ржавчину.
Что бы ответить на вопрос почему так происходит и предугадать поведение атома рядом с другим необходимо
изучить электронную конфигурацию, о чём и пойдёт речь ниже.
Сколько электронов в атоме?
Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов, ядро состоит из протонов и нейтронов. В нейтральном
состоянии у каждого атома количество электронов равно количеству протонов в его ядре. Количество
протонов обозначили порядковым номером элемента, например, сера, имеет 16 протонов — 16й элемент периодической
системы. Золото имеет 79 протонов — 79й элемент таблицы Менделеева. Соответственно, в сере в нейтральном
состоянии 16 электронов, а в золоте 79 электронов.
Где искать электрон?
Наблюдая поведение электрона были выведены определённые закономерности, они описываются
квантовыми числами, всего их четыре:
- Главное квантовое число
- Орбитальное квантовое число
- Магнитное квантовое число
- Спиновое квантовое число
Орбиталь
Далее, вместо слова орбита, мы будем использовать термин «орбиталь», орбиталь — это волновая функция электрона,
грубо — это область, в которой электрон проводит 90% времени.
N — уровень
L — оболочка
Ml — номер орбитали
Ms — первый или второй электрон на орбитали
Орбитальное квантовое число l
В результате исследования электронного облака, обнаружили, что в зависимости от уровня энергии,
облако принимает четыре основных формы: шар, гантели и другие две, более сложные.
В порядке возрастания энергии, эти формы называются s-,p-,d- и f-оболочкой.
На каждой из таких оболочек может располагаться 1 (на s), 3 (на p), 5 (на d) и 7 (на f)
орбиталей. Орбитальное квантовое число — это оболочка, на которой находятся
орбитали. Орбитальное квантовое число для s,p,d и f-орбиталей соответственно
принимает значения 0,1,2 или 3.
На s-оболочке одна орбиталь (L=0) — два электрона
На p-оболочке три орбитали (L=1) — шесть электронов
На d-оболочке пять орбиталей (L=2) — десять электронов
На f-оболочке семь орбиталей (L=3) — четырнадцать электронов
Магнитное квантовое число ml
На p-оболочке находится три орбитали, они обозначаются цифрами
от -L, до +L, то есть, для p-оболочки (L=1) существуют орбитали «-1», «0» и «1».
Магнитное квантовое число обозначается буквой ml.
Внутри оболочки электронам легче
располагаться на разных орбиталях, поэтому первые электроны заполняют по одному на каждую
орбиталь, а затем уже к каждому присоединяется его пара.
Рассмотрим d-оболочку:
d-оболочке соответствует значение L=2, то есть пять орбиталей (-2,-1,0,1 и 2), первые пять
электронов заполняют оболочку принимая значения Ml=-2,Ml=-1,Ml=0,
Ml=1,Ml=2.
Спиновое квантовое число ms
Спин — это направление вращения электрона вокруг своей оси, направлений два, поэтому спиновое квантовое число
имеет два значения: +1/2 и -1/2. На одном энергетическом подуровне могут находиться два электрона только с
противоположными спинами. Спиновое квантовое число обозначается ms
Главное квантовое число n
Главное квантовое число — это уровень энергии, на данный момент известны семь энергетических уровней,
каждый обозначается арабской цифрой: 1,2,3,…7. Количество оболочек на каждом уровне равно номеру уровня:
на первом уровне одна оболочка, на втором две и т.д.
Номер электрона
Итак, любой электрон можно описать четырьмя квантовыми числами, комбинация из этих чисел уникальна для каждой
позиции электрона, возьмём первый электрон, самый низкий энергетический уровень это N=1, на первом уровне
распологается одна оболочка, первая оболочка на любом уровне имеет форму шара (s-оболочка), т.е. L=0,
магнитное квантовое число может принять только одно значение, Ml=0 и спин будет равен +1/2.
Если мы возьмём пятый электрон (в каком бы атоме он не был), то главные квантовые числа для него будут:
N=2, L=1, M=-1, спин 1/2.
Энергетические уровни с подуровнями для наглядности изображены ниже, сверху вниз расположены уровни
и цветом разделены подуровни:
1 | |||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2 | |||||||||||||||||||
3 | |||||||||||||||||||
4 | |||||||||||||||||||
5 | |||||||||||||||||||
6 | |||||||||||||||||||
7 | |||||||||||||||||||
8 | |||||||||||||||||||
Таблица 1. Распределение электронов по энергетическим уровням |
Здесь, сверху-вниз показаны энергетические уровни (1-7), слева-направо разделены по группам электронные
подуровни (s,p,d,f), в каждой ячейке располагаются по два электрона в противоположных направлениях. Общий
принцип распределения электронов такой, что энергетические подуровни заполняются в порядке суммы главного
и орбитального квантовых чисел, то есть: 1S, 2S, 2P, 3S, 3P, 4S, 3D и так далее, если сумма одинакова, то
сначала заполняется уровень с меньшим главным квантовым числом N.
У некоторых элементов имеются отклонения в формировании электронной конфигурации, а именно у
24Cr,
29Cu,
41Nb,
42Mo,
44Ru,
45Rh,
46Pd,
47Ag,
78Pt,
79Au
Элементы
Проверьте себя, составьте электронную конфигурацию для элементов #3, #9 и #22, затем проверьте себя по таблице ниже.
№ | Элемент | Название | Электронная конфигурация | Энергетических уровней |
---|---|---|---|---|
1 | H | водород | 1s 1 | 1 |
2 | He | гелий | 1s 2 | 1 |
3 | Li | литий | 1s 22s 1 | 2 |
4 | Be | бериллий | 1s 22s 2 | 2 |
5 | B | бор | 1s 22s 22p 1 | 2 |
6 | C | углерод | 1s 22s 22p 2 | 2 |
7 | N | азот | 1s 22s 22p 3 | 2 |
8 | O | кислород | 1s 22s 22p 4 | 2 |
9 | F | фтор | 1s 22s 22p 5 | 2 |
10 | Ne | неон | 1s 22s 22p 6 | 2 |
11 | Na | натрий | 1s 22s 22p 63s 1 | 3 |
12 | Mg | магний | 1s 22s 22p 63s 2 | 3 |
13 | Al | алюминий | 1s 22s 22p 63s 23p1 | 3 |
14 | Si | кремний | 1s 22s 22p 63s 23p2 | 3 |
15 | P | фосфор | 1s 22s 22p 63s 23p3 | 3 |
16 | S | сера | 1s 22s 22p 63s 23p4 | 3 |
17 | Cl | хлор | 1s 22s 22p 63s 23p5 | 3 |
18 | Ar | аргон | 1s 22s 22p 63s 23p6 | 3 |
19 | K | калий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 1 | 4 |
20 | Ca | кальций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 2 | 4 |
21 | Sc | скандий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d1 | 4 |
22 | Ti | титан | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d2 | 4 |
23 | V | ванадий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d3 | 4 |
24 | Cr | хром | 1s 22s 22p 63s 23p64s 13d5 | 4 |
25 | Mn | марганец | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d5 | 4 |
26 | Fe | железо | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d6 | 4 |
27 | Co | кобальт | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d7 | 4 |
28 | Ni | никель | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d8 | 4 |
29 | Cu | медь | 1s 22s 22p 63s 23p64s 13d10 | 4 |
30 | Zn | цинк | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d10 | 4 |
31 | Ga | галлий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p1 | 4 |
32 | Ge | германий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p2 | 4 |
33 | As | мышьяк | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p3 | 4 |
34 | Se | селен | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p4 | 4 |
35 | Br | бром | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p5 | 4 |
36 | Kr | криптон | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p6 | 4 |
37 | Rb | рубидий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s1 | 5 |
38 | Sr | стронций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s2 | 5 |
39 | Y | иттрий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d1 | 5 |
40 | Zr | цирконий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d2 | 5 |
41 | Nb | ниобий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d4 | 5 |
42 | Mo | молибден | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d5 | 5 |
43 | Tc | технеций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d5 | 5 |
44 | Ru | рутений | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d7 | 5 |
45 | Rh | родий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d8 | 5 |
46 | Pd | палладий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p64d10 | 5 |
47 | Ag | серебро | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d10 | 5 |
48 | Cd | кадмий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d10 | 5 |
49 | In | индий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p1 | 5 |
50 | Sn | олово | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p2 | 5 |
51 | Sb | сурьма | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p3 | 5 |
52 | Te | теллур | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p4 | 5 |
53 | I | йод | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p5 | 5 |
54 | Xe | ксенон | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p6 | 5 |
55 | Cs | цезий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s1 | 6 |
56 | Ba | барий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s2 | 6 |
57 | La | лантан | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s25d1 | 6 |
58 | Ce | церий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f2 | 6 |
59 | Pr | празеодим | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f3 | 6 |
60 | Nd | неодим | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f4 | 6 |
61 | Pm | прометий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f5 | 6 |
62 | Sm | самарий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f6 | 6 |
63 | Eu | европий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f7 | 6 |
64 | Gd | гадолиний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f75d1 | 6 |
65 | Tb | тербий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f9 | 6 |
66 | Dy | диспрозий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f10 | 6 |
67 | Ho | гольмий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f11 | 6 |
68 | Er | эрбий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f12 | 6 |
68 | Tm | тулий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f13 | 6 |
70 | Yb | иттербий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f14 | 6 |
71 | Lu | лютеций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d1 | 6 |
72 | Hf | гафний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d2 | 6 |
73 | Ta | тантал | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d3 | 6 |
74 | W | вольфрам | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d4 | 6 |
75 | Re | рений | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d5 | 6 |
76 | Os | осмий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d6 | 6 |
77 | Ir | иридий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d7 | 6 |
78 | Pt | платина | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s14f145d9 | 6 |
79 | Au | золото | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s14f145d10 | 6 |
80 | Hg | ртуть | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d10 | 6 |
81 | Tl | таллий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p1 | 6 |
82 | Pb | свинец | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p2 | 6 |
83 | Bi | висмут | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p3 | 6 |
84 | Po | полоний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p4 | 6 |
85 | At | астат | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p5 | 6 |
86 | Rn | радон | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d105p66s24f145d106p6 | 6 |
87 | Fr | франций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s1 | 7 |
88 | Ra | радий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s2 | 7 |
89 | Ac | актиний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s26d1 | 7 |
90 | Th | торий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s26d25f0 | 7 |
91 | Pa | протактиний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f26d1 | 7 |
92 | U | уран | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f36d1 | 7 |
93 | Np | нептуний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f46d1 | 7 |
94 | Pu | плутоний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f56d1 | 7 |
95 | Am | америций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f7 | 7 |
96 | Cm | кюрий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f76d1 | 7 |
97 | Bk | берклий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f86d1 | 7 |
98 | Cf | калифорний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f10 | 7 |
99 | Es | эйнштейний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f11 | 7 |
100 | Fm | фермий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f12 | 7 |
101 | Md | менделеевий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f13 | 7 |
102 | No | нобелий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f14 | 7 |
103 | Lr | лоуренсий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d1 | 7 |
104 | Rf | резерфордий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d2 | 7 |
105 | Db | дубний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d3 | 7 |
106 | Sg | сиборгий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d4 | 7 |
107 | Bh | борий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d5 | 7 |
108 | Hs | хассий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d6 | 7 |
109 | Mt | мейтнерий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d7 | 7 |
110 | Ds | дармштадтий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d8 | 7 |
111 | Rg | рентгений | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d9 | 7 |
112 | Cn | коперниций | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d10 | 7 |
113 | Nh | нихоний | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p1 | 7 |
114 | Fl | флеровий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p2 | 7 |
115 | Mc | московий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p3 | 7 |
116 | Lv | ливерморий | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p4 | 7 |
117 | Ts | теннесcин | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p5 | 7 |
118 | Og | оганесон | 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6 | 7 |
Таблица 2. Электронная конфигурация атомов |
Если Вы хотите узнать, как составить электронную конфигурацию, обратитесь к статье
«как написать электронную конфигурацию»
Квантовые числа электронов в атомах
Атомно-молекулярное учение
Мы приступаем к изучению химии — мира молекул и атомов. В этой статье мы рассмотрим базисные понятия и разберемся с электронными
формулами элементов.
Атом (греч. а — отриц. частица + tomos — отдел, греч. atomos — неделимый) — электронейтральная частица вещества микроскопических
размеров и массы, состоящая из положительно заряженного ядра (протонов) и отрицательно заряженных электронов (электронные орбитали).
Описываемая модель атома называется «планетарной» и была предложена в 1913 году великими физиками: Нильсом Бором и Эрнестом Резерфордом
Протон (греч. protos — первый) — положительно заряженная (+1) элементарная частица, вместе с нейтронами образует ядра атомов
элементов. Нейтрон (лат. neuter — ни тот, ни другой) — нейтральная (0) элементарная частица, присутствующая в ядрах всех
химических элементов, кроме водорода.
Электрон (греч. elektron — янтарь) — стабильная элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом (-1), заряд атома —
порядковый номер в таблице Менделеева — равен числу электронов (и, соответственно, протонов).
Запомните, что в невозбужденном состоянии атом содержит одинаковое число электронов и протонов. Так у кальция (порядковый номер 20)
в ядре находится 20 протонов, а вокруг ядра на электронных орбиталях 20 электронов.
Я еще раз подчеркну эту важную деталь. На данном этапе будет отлично, если вы запомните простое правило:
порядковый номер элемента = числу электронов. Это наиболее важно для практического применения и изучения следующей темы.
Электронная конфигурация атома
Электроны атома находятся в непрерывном движении вокруг ядра. Энергия электронов отличается друг от друга, в соответствии с этим
электроны занимают различные энергетические уровни.
Энергетические уровни подразделяются на несколько подуровней:
- Первый уровень
- Второй уровень
- Третий уровень
- Четвертый уровень
Состоит из s-подуровня: одной «1s» ячейки, в которой помещаются 2 электрона (заполненный электронами — 1s2)
Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (2s2) и p-подуровня: трех «p» ячеек (2p6), на которых
помещается 6 электронов
Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (3s2), p-подуровня: трех «p» ячеек (3p6) и d-подуровня:
пяти «d» ячеек (3d10), в которых помещается 10 электронов
Состоит из s-подуровня: одной «s» ячейки (4s2), p-подуровня: трех «p» ячеек (4p6), d-подуровня:
пяти «d» ячеек (4d10) и f-подуровня: семи «f» ячеек (4f14), на которых помещается 14
электронов
Зная теорию об энергетических уровнях и порядковый номер элемента из таблицы Менделеева, вы должны расположить определенное число
электронов, начиная от уровня с наименьшей энергией и заканчивая к уровнем с наибольшей. Чуть ниже вы увидите несколько примеров, а
также узнаете об исключении, которое только подтверждает данные правила.
Подуровни: «s», «p» и «d», которые мы только что обсудили, имеют в определенную конфигурацию в пространстве. По этим подуровням, или
атомным орбиталям, движутся электроны, создавая определенный «рисунок».
S-орбиталь похожа на сферу, p-орбиталь напоминает песочные часы, d-орбиталь — клеверный лист.
Правила заполнения электронных орбиталей и примеры
Существует ряд правил, которые применяют при составлении электронных конфигураций атомов:
- Сперва следует заполнить орбитали с наименьшей энергией, и только после переходить к энергетически более высоким
- На орбитали (в одной «ячейке») не может располагаться более двух электронов
- Орбитали заполняются электронами так: сначала в каждую ячейку помещают по одному электрону, после чего орбитали дополняются
еще одним электроном с противоположным направлением - Порядок заполнения орбиталей: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s
Должно быть, вы обратили внимание на некоторое несоответствие: после 3p подуровня следует переход к 4s, хотя логично было
бы заполнить до конца 4s подуровень. Однако природа распорядилась иначе.
Запомните, что, только заполнив 4s подуровень двумя электронами, можно переходить к 3d подуровню.
Без практики теория мертва, так что приступает к тренировке. Нам нужно составить электронную конфигурацию атомов углерода и
серы. Для начала определим их порядковый номер, который подскажет нам число их электронов. У углерода — 6, у серы — 16.
Теперь мы располагаем указанное количество электронов на энергетических уровнях, руководствуясь правилами заполнения.
Обращаю ваше особе внимание: на 2p-подуровне углерода мы расположили 2 электрона в разные ячейки, следуя одному из правил.
А на 3p-подуровне у серы электронов оказалось много, поэтому сначала мы расположили 3 электрона по отдельным ячейкам, а оставшимся
одним электроном дополнили первую ячейку.
Таким образом, электронные конфигурации наших элементов:
- Углерод — 1s22s22p2
- Серы — 1s22s22p63s23p4
Внешний уровень и валентные электроны
Количество электронов на внешнем (валентном) уровне — это число электронов на наивысшем энергетическом уровне, которого достигает элемент. Такие электроны называются валентными: они могут быть спаренными или неспаренными. Иногда
для наглядного представления конфигурацию внешнего уровня записывают отдельно:
- Углерод — 2s22p2 (4 валентных электрона)
- Сера -3s23p4 (6 валентных электронов)
Неспаренные валентные электроны способны к образованию химической связи. Их число соответствует количеству связей, которые данный атом может образовать с другими атомами. Таким образом неспаренные валентные электроны тесно связаны с валентностью — способностью атомов образовывать определенное число химических связей.
- Углерод — 2s22p2 (2 неспаренных валентных электрона)
- Сера -3s23p4 (2 неспаренных валентных электрона)
Тренировка
Потренируйтесь и сами составьте электронную конфигурацию для магния и скандия. Определите число электронов на внешнем (валентном) уровне и число неспаренных
электронов. Ниже будет дано наглядное объяснение этой задаче.
Запишем получившиеся электронные конфигурации магния и скандия:
- Магний — 1s22s22p63s2
- Скандий — 1s22s22p63s23p64s23d1
В целом несложная и интересная тема электронных конфигураций отягощена небольшим исключением — провалом электрона, которое только подтверждает общее
правило: любая система стремится занять наименее энергозатратное состояние.
Провал электрона
Провалом электрона называют переход электрона с внешнего, более высокого энергетического уровня, на предвнешний, энергетически более
низкий. Это связано с большей энергетической устойчивостью получающихся при этом электронных конфигураций.
Подобное явление характерно лишь для некоторых элементов: медь, хром, серебро, золото, молибден. Для примера выберем хром, и рассмотрим
две электронных конфигурации: первую «неправильную» (сделаем вид, будто мы не знаем про провал электрона) и вторую правильную, написанную
с учетом провала электрона.
Теперь вы понимаете, что кроется под явлением провала электрона. Запишите электронные конфигурации хрома и меди самостоятельно еще раз и
сверьте с представленными ниже.
Основное и возбужденное состояние атома
Основное и возбужденное состояние атома отражаются на электронных конфигурациях. Возбужденное состояние связано с движением электронов
относительно атомных ядер. Говоря проще: при возбуждении пары электронов распариваются и занимают новые ячейки.
Возбужденное состояние является для атома нестабильным, поэтому долгое время в нем он пребывать не может. У некоторых атомов: азота,
кислорода , фтора — возбужденное состояние невозможно, так как отсутствуют свободные орбитали («ячейки») — электронам некуда перескакивать, к тому
же d-орбиталь у них отсутствует (они во втором периоде).
У серы возможно возбужденное состояние, так как она имеет свободную d-орбиталь, куда могут перескочить электроны. Четвертый энергетический
уровень отсутствует, поэтому, минуя 4s-подуровень, заполняем распаренными электронами 3d-подуровень.
По мере изучения основ общей химии мы еще не раз вернемся к этой теме, однако хорошо, если вы уже сейчас запомните, что возбужденное состояние
связано с распаривание электронных пар.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Количество протонов, нейтронов и электронов химических элементов.
Протон (от др.-греч. πρῶτος – «первый, основной») – элементарная частица, имеющая электрический заряд +1e.
Нейтрон (от лат. neuter – «ни тот, ни другой») – тяжёлая элементарная частица, не имеющая электрического заряда.
Электрон (от др.-греч. ἤλεκτρον – «янтарь») – стабильная отрицательно заряженная элементарная частица. Считается фундаментальной частицей (не имеющей, насколько это известно, составных частей) и является одной из основных структурных единиц вещества.
Количество протонов, нейтронов и электронов химических элементов (1 часть):
Атомный номер | Химический элемент | Символ | Количество электронов, протонов и нейтронов |
1 | Водород | H | 1 электрон, 1 протон, 0 нейтронов |
2 | Гелий | He | 2 электрона, 2 протона, 2 нейтрона |
3 | Литий | Li | 3 электрона, 3 протона, 4 нейтрона |
4 | Бериллий | Be | 4 электрона, 4 протона, 5 нейтронов |
5 | Бор | B | 5 электронов, 5 протонов, 6 нейтронов |
6 | Углерод | C | 6 электронов, 6 протонов, 6 нейтронов |
7 | Азот | N | 7 электронов, 7 протонов, 7 нейтронов |
8 | Кислород | O | 8 электронов, 8 протонов, 8 нейтронов |
9 | Фтор | F | 9 электронов, 9 протонов, 10 нейтронов |
10 | Неон | Ne | 10 электронов, 10 протонов, 10 нейтронов |
11 | Натрий | Na | 11 электронов, 11 протонов, 12 нейтронов |
12 | Магний | Mg | 12 электронов, 12 протонов, 12 нейтронов |
13 | Алюминий | Al | 13 электронов, 13 протонов, 14 нейтронов |
14 | Кремний | Si | 14 электронов, 14 протонов, 14 нейтронов |
15 | Фосфор | P | 15 электронов, 15 протонов, 16 нейтронов |
16 | Сера | S | 16 электронов, 16 протонов, 16 нейтронов |
17 | Хлор | Cl | 17 электронов, 17 протонов, 18 нейтронов |
18 | Аргон | Ar | 18 электронов, 18 протонов, 22 нейтронов |
19 | Калий | K | 19 электронов, 19 протонов, 20 нейтронов |
20 | Кальций | Ca | 20 электронов, 20 протонов, 20 нейтронов |
21 | Скандий | Sc | 21 электрон, 21 протон, 24 нейтрона |
22 | Титан | Ti | 22 электрона, 22 протона, 26 нейтронов |
23 | Ванадий | V | 23 электрона, 23 протона, 28 нейтронов |
24 | Хром | Cr | 24 электрона, 24 протона, 28 нейтронов |
25 | Марганец | Mn | 25 электронов, 25 протонов, 30 нейтронов |
26 | Железо | Fe | 26 электронов, 26 протонов, 30 нейтронов |
27 | Кобальт | Co | 27 электронов, 27 протонов, 32 нейтрона |
28 | Никель | Ni | 28 электронов, 28 протонов, 31 нейтрон |
29 | Медь | Cu | 29 электронов, 29 протонов, 35 нейтронов |
30 | Цинк | Zn | 30 электронов, 30 протонов, 35 нейтронов |
31 | Галлий | Ga | 31 электрон, 31 протон, 39 нейтронов |
32 | Германий | Ge | 32 электрона, 32 протона, 41 нейтрон |
33 | Мышьяк | As | 33 электрона, 33 протона, 42 нейтрона |
34 | Селен | Se | 34 электрона, 34 протона, 45 нейтронов |
35 | Бром | Br | 35 электронов, 35 протонов, 45 нейтронов |
Количество протонов, нейтронов и электронов химических элементов (2 часть):
36 | Криптон | Kr | 36 электронов, 36 протонов, 48 нейтронов |
37 | Рубидий | Rb | 37 электронов, 37 протонов, 48 нейтронов |
38 | Стронций | Sr | 38 электронов, 38 протонов, 50 нейтронов |
39 | Иттрий | Y | 39 электронов, 39 протонов, 50 нейтронов |
40 | Цирконий | Zr | 40 электронов, 40 протонов, 51 нейтрон |
41 | Ниобий | Nb | 41 электрон, 41 протон, 52 нейтрона |
42 | Молибден | Mo | 42 электрона, 42 протона, 54 нейтрона |
43 | Технеций | Tc | 43 электрона, 43 протона, 55 нейтронов |
44 | Рутений | Ru | 44 электрона, 44 протона, 57 нейтронов |
45 | Родий | Rh | 45 электронов, 45 протонов, 58 нейтронов |
46 | Палладий | Pd | 46 электронов, 46 протонов, 60 нейтронов |
47 | Серебро | Ag | 47 электронов, 47 протонов, 61 нейтрон |
48 | Кадмий | Cd | 48 электронов, 48 протонов, 64 нейтрон |
49 | Индий | In | 49 электронов, 49 протонов, 66 нейтронов |
50 | Олово | Sn | 50 электронов, 50 протонов, 69 нейтронов |
51 | Сурьма | Sb | 51 электрон, 51 протон, 71 нейтрон |
52 | Теллур | Te | 52 электрона, 52 протона, 76 нейтронов |
53 | Йод | I | 53 электрона, 53 протона, 74 нейтронов |
54 | Ксенон | Xe | 54 электрона, 54 протона, 77 нейтронов |
55 | Цезий | Cs | 55 электронов, 55 протонов, 78 нейтронов |
56 | Барий | Ba | 56 электронов, 56 протонов, 81 нейтрон |
57 | Лантан | La | 57 электронов, 57 протонов, 82 нейтрона |
58 | Церий | Ce | 58 электронов, 58 протонов, 82 нейтрона |
59 | Празеодим | Pr | 59 электронов, 59 протонов, 82 нейтрона |
60 | Неодим | Nd | 60 электронов, 60 протонов, 84 нейтрона |
61 | Прометий | Pm | 61 электрон, 61 протон, 84 нейтрона |
62 | Самарий | Sm | 62 электрона, 62 протона, 88 нейтронов |
63 | Европий | Eu | 63 электрона, 63 протона, 89 нейтронов |
64 | Гадолиний | Gd | 64 электрона, 64 протона, 93 нейтрона |
65 | Тербий | Tb | 65 электронов, 65 протонов, 94 нейтрона |
66 | Диспрозий | Dy | 66 электронов, 66 протонов, 97 нейтронов |
67 | Гольмий | Ho | 67 электронов, 67 протонов, 98 нейтронов |
68 | Эрбий | Er | 68 электронов, 68 протонов, 99 нейтронов |
69 | Тулий | Tm | 69 электронов, 69 протонов, 100 нейтронов |
70 | Иттербий | Yb | 70 электронов, 70 протонов, 103 нейтрона |
Количество протонов, нейтронов и электронов химических элементов (3 часть):
71 | Лютеций | Lu | 71 электрон, 71 протон, 104 нейтрона |
72 | Гафний | Hf | 72 электрона, 72 протона, 106 нейтронов |
73 | Тантал | Ta | 73 электрона, 73 протона, 108 нейтронов |
74 | Вольфрам | W | 74 электрона, 74 протона, 110 нейтронов |
75 | Рений | Re | 75 электронов, 75 протонов, 111 нейтронов |
76 | Осмий | Os | 76 электронов, 76 протонов, 114 нейтронов |
77 | Иридий | Ir | 77 электронов, 77 протонов, 115 нейтронов |
78 | Платина | Pt | 78 электронов, 78 протонов, 117 нейтронов |
79 | Золото | Au | 79 электронов, 79 протонов, 118 нейтронов |
80 | Ртуть | Hg | 80 электронов, 80 протонов, 121 нейтрон |
81 | Таллий | Tl | 81 электрон, 81 протон, 123 нейтрона |
82 | Свинец | Pb | 82 электрона, 82 протона, 125 нейтронов |
83 | Висмут | Bi | 83 электрона, 83 протона, 126 нейтронов |
84 | Полоний | Po | 84 электрона, 84 протона, 125 нейтронов |
85 | Астат | At | 85 электронов, 85 протонов, 125 нейтронов |
86 | Радон | Rn | 86 электронов, 86 протонов, 136 нейтронов |
87 | Франций | Fr | 87 электронов, 87 протонов, 136 нейтронов |
88 | Радий | Ra | 88 электронов, 88 протонов, 138 нейтронов |
89 | Актиний | Ac | 89 электронов, 89 протонов, 138 нейтронов |
90 | Торий | Th | 90 электронов, 90 протонов, 142 нейтрона |
91 | Протактиний | Pa | 91 электрон, 91 протон, 140 нейтронов |
92 | Уран | U | 92 электрона, 92 протона, 146 нейтронов |
93 | Нептуний | Np | 93 электрона, 93 протона, 144 нейтрона |
94 | Плутоний | Pu | 94 электрона, 94 протона, 150 нейтрона |
95 | Америций | Am | 95 электронов, 95 протонов, 148 нейтронов |
96 | Кюрий | Cm | 96 электронов, 96 протонов, 151 нейтрон |
97 | Берклий | Bk | 97 электронов, 97 протонов, 150 нейтронов |
98 | Калифорний | Cf | 98 электронов, 98 протонов, 153 нейтрона |
99 | Эйнштейний | Es | 99 электронов, 99 протонов, 153 нейтрона |
100 | Фермий | Fm | 100 электронов, 100 протонов, 157 нейтронов |
101 | Менделевий | Md | 101 электрон, 101 протон, 157 нейтронов |
102 | Нобелий | No | 102 электрона, 102 протона, 157 нейтронов |
103 | Лоуренсий | Lr | 103 электрона, 103 протона, 163 нейтрона |
104 | Резерфордий (Курчатовий) | Rf | 104 электрона, 104 протона, 157 нейтронов |
105 | Дубний (Нильсборий) | Db | 105 электронов, 105 протонов, 157 нейтронов |
106 | Сиборгий | Sg | 106 электронов, 106 протонов, 163 нейтронов |
107 | Борий | Bh | 107 электронов, 107 протонов, 160 нейтронов |
108 | Хассий | Hs | 108 электронов, 108 протонов, 161 нейтрон |
109 | Мейтнерий | Mt | 109 электронов, 109 протонов, 169 нейтронов |
110 | Дармштадтий | Ds | 110 электронов, 110 протонов, 171 нейтрон |
Коэффициент востребованности
9 121