Химия

Урок 1: Строение атома

Строение атома и периодический закон Д.И. Менделеева

Атомы – кирпичики, из которых построен наш мир. Это удивительные частицы, о строении которых ученые всего мира спорили на протяжении многих веков. Без понятия «атом» невозможно представить современную науку.
Slide6

Помощь студентам в решении контрольных и курсовых работ

Перейти
slide9

Подготовка к дипломной, повышение уникальности

Перейти

План урока:

Строение атома

Модели атомов

Характеристика атома

Строение  электронной оболочки атома

Правила заполнения орбиталей электронами

Периодический закон Д.И. Менделеева

Положение водорода в периодической системе

Значение периодической системы Д.И. Менделеева

 

Строение атома

Атомы – частицы, из которых состоят молекулы. Понятие «атом» ввел Демокрит. Он считал эти частицы первоначалом мироздания. С греческого языка атом переводится как неделимый.

demokrit
Представление Демокрита о месте атомов в мире. 

После Демокрита учение об атомах было забыто на несколько веков. Возродил атомистическую теорию Джон Дальтон.Он установил, что атомы одного элемента одинаковы. Джон Дальтон определил атом, как «неделимый, вечный и неразрушимый».

В начале XX в. было установлено, что атом делим. Этот вывод был сделан исходя из ряда научных открытий.

  • Катодные лучи – поток электронов в вакуумной трубке, содержащей катод и анод.
  • Фотоэффект – испускание металлом электронов под действием падающего на него света.
  • Рентгеновские лучи – электромагнитное излучение подобное свету с гораздо более высокой частотой, испускаемой при действии на них катодных лучей.
  • Радиоактивность – явление самопроизвольного превращения одного химического элемента в другой, которое сопровождается испусканием электронов или других частиц и рентгеновского излучения.

Экспериментальные данные показывают, что атом – сложная частица. На протяжении многих лет ученые спорили о строении и свойствах атома.

 

Модели атомов

  • Джозеф Томсон (1904 г.) – «пудинг с изюмом»

Атом – сфера положительного электричества с плавающими электронами. Если проводить аналогию с кондитерским пудингом, то сфера – тесто, а электроны – изюм.

2 atom bulochka s izumom

 

  • Эрнест Резерфорд (1911 г.) – планетарная модель

В центре атома располагается небольшое ядро, которое имеет положительный заряд. Вокруг ядра электроны, заряженные отрицательно, движутся как планеты. Т.е. ядро – Солнце нашей галактики, а планеты – это электроны.

3 planetarnaya model rezerforda

 

  • Нильс Бор (1913 г.) – квантовая теория

Положения теории Бора.

  • Электрон может вращаться по стационарным круговым орбиталям.
  • При движении по орбиталям электроны не излучают энергию.
  • Атом излучает или поглощает электромагнитную энергию при переходе электрона на другую орбиталь.
  • Квантовая теория (с 1932 г.) – современная теория

Ядро атома включает протоны и нейтроны. Количество электронов равно сумме протонов. Точное расположение электрона определить невозможно, можно только найти его наиболее вероятную область нахождения. При переходе с орбитали на орбиталь испускается или поглощается электромагнитная энергия.

 

Характеристика атома

  • Число протонов N(p+) соответствует заряду ядра Z.
  • Число электронов N(e-) нейтрального атома соответствует количеству протонов Z в ядре.
  • Масса протона равна массе нейтрона, а масса электрона в 1840 раз меньше.

 

Строение  электронной оболочки атома

Атомная орбиталь описывает состояние электрона. Она обозначается в виде пустой клетки. У каждой орбитали есть свое электронное облако – это наиболее вероятная область нахождения электрона.

4 formy elektronnyh oblakov
Формы электронных облаков.

 

Правила заполнения орбиталей

  • Принцип наименьшей энергии

В многоэлектронном атоме стабильной является та конфигурация, для которой достигается минимум полной энергии. В первую очередь электроны идут на орбитали с меньшей энергией в соответствии с рядом Клечковского:

1s>2s>2p>3s>3p>4s>3d>4p>5s>4d>5p>6s>4f>5d>6p>7s>5f>6d>7p

5 princip naimenshei energii

 

  • Принцип Паули

На орбитали могут находиться только один-два электрона.

6 princip pauli

 

  • Правило Гунда

В пределах одного подуровня электроны по одному переходят на свободные орбитали. Только после того, как на каждой орбитали находится по одному электрону, могут формироваться пары.Стоит отметить, что правило Гунда характеризует основное состояние атома.

7 pravilo gunda

 

Периодический закон Дмитрия Ивановича Менделеева

С точки зрения строения атомов периодический закон элементов Менделеева формулируется:

«Свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера)».

Но такая формулировка существовала не всегда. Сам Дмитрий Иванович считал, что периодическая зависимость определяется атомными весами. В современной науке нет понятия атомных весов, но есть определение атомной массы.

На момент создания периодической таблицы было известно 63 химических элементов. Менделеев расположил не только известные ему элементы, но и оставил пустые ячейки. Таким образом, он предсказал открытие новых атомов. На данный момент науке известно 118 элементов. Многие открытые атомы (радиоактивные элементы) не встречаются в естественных условиях, т.к. их создал человек искусственным способом.

8 periodicheskaya tablica mendeleeva
Источник

В таблице элементы обозначаются разными цветами. Это сделано не для красоты, а для удобства работы с таблицей. В периодической системе элементы можно распределить на несколько групп.

  • S-элементы (розовый цвет в периодической таблице) – элементы, у которых последняя заполненная орбиталь –s-оболочка. К ним относятся щелочные и щелочно-земельные металлы. Они являются сильными восстановителями. Они легко отдают свои электроны, т.к. до завершения энергетического уровня им далеко. S-элементы – это супермены, которые делятся со всеми своими электронами.
  • Р-элементы (желтый цвет) – элементы, у которых неспаренные электроны в ячейках с наивысшей энергией занимают р-орбиталь. К ним относятся неметаллы, полуметаллы, металлы.
  • D-элементы (синий цвет) – элементы, у которых валентные электроны с наивысшей энергией занимают d-орбиталь. Они называются переходными металлами.
  • F-элементы (зеленый цвет) – элементы, у которых валентные электроны с наивысшей энергией занимают f-орбиталь. Они занимают особенное место в таблице Д.И. Менделеева. F-элементы вынесены за пределы таблицы и располагаются в низу. Элементы, у которых электроны находятся на 4f-обритали – лантаноиды, а на 5f – актиноиды.

Свойства групп элементов схожи. Он закономерно изменяются в пределах групп и периодов.

9 svoistva grupp elementov

 

Положение водорода в периодической системе

Если посмотреть на периодическую таблицу, то можно заметить, что у водорода двойственное положение. Водород – элемент, порядковый номер которого 1. Его электронная формула: 1s1. Водород – элемент, у которого на единственной орбитали располагается только один электрон.

10 vodorod v tablice

Водород – двойной агент, который может быть как окислителем, так и восстановителем. Он может входить как в I, так и в VII группу. Это связано с тем, что он имеет черты сходства и со щелочными металлами, и с галогенами.

Если водород выступает в роли восстановителя, то он стоит в первой группе. В этом случае ему характерна степень окисления +1. Например, водород-восстановитель в соединениях Н2О, HCl.Если водород выступает в роли окислителя, то он стоит в седьмой группе.В этом случае для элемента характерна степень окисления -1. Например, водород-окислитель в соединениях NaH, CaH2.

Двойственность водорода связана с тем, что у него только один электрон. На s-уровне может находиться только два электрона. Поэтому водород с легкостью отдает свой единственный электрон или отнимает электрон у другого элемента.

 

Значение периодической системы Д.И. Менделеева

Создание ученым Дмитрием Ивановичем Менделеевым определило развитие химии и других естественнонаучных дисциплин. Открытие периодического закона показало, что все атомы построены по одному принципу, а их химическое строение должно отображать периодичность свойств элементов.Периодическая система оказала влияние на разработку теории строения атома.

Таблица Д.И. Менделеева – основа неорганической химии. Без нее человек бы не узнал о существовании хлорида натрия NaCl – веществе, которое придает супу соленый вкус.Без периодической системы люди бы не узнали, почему натрий так бурно вступает в реакцию с водой или почему органические вещества горят с копотью. Периодический закон объясняет то, почему некоторые элементы похожи друг на друга. Таблица Дмитрия Ивановича раскрывает тайны человечества и открывает новые границы химической науки.

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
Водород проявляет окислительные свойства в следующем соединении
1HF
2H2SO4
3NaH
4H3PO4
Ответить
3
Вопрос: 2
Радиус атома в периоде
1уменьшается
2увеличивается
3не изменятся
4правильный ответ отсутствует
Ответить
1
Вопрос: 3
Современная формулировка периодического закона Менделеева звучит следующим образом: «Свойства простых и сложных веществ определяются периодической зависимостью от…
1от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера)»
2от атомного веса (атомной массы)»
3от электроотрицательности»
4от восстановительных и окислительных свойств»
Ответить
1
Вопрос: 4
Модель атома «пудинг с изюмом» принадлежит ученому…
1Нильсу Бору
2Эрнесту Резерфорду
3Дмитрию Ивановичу Менделееву
4Джозефу Томсону
Ответить
4
Вопрос: 5
Восстановительные свойства в пределах периода
1усиливаются
2не изменяются
3ослабевают
4правильного ответа нет
Ответить
3
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

Водород проявляет окислительные свойства в следующем соединении
1) HF 2) H2SO4 3) NaH 4) H3PO4
2 вопрос:

Радиус атома в периоде
1) уменьшается 2) увеличивается 3) не изменятся 4) правильный ответ отсутствует
3 вопрос:

Современная формулировка периодического закона Менделеева звучит следующим образом: «Свойства простых и сложных веществ определяются периодической зависимостью от…
1) от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера)» 2) от атомного веса (атомной массы)» 3) от электроотрицательности» 4) от восстановительных и окислительных свойств»
4 вопрос:

Модель атома «пудинг с изюмом» принадлежит ученому…
1) Нильсу Бору 2) Эрнесту Резерфорду 3) Дмитрию Ивановичу Менделееву 4) Джозефу Томсону
5 вопрос:

Восстановительные свойства в пределах периода
1) усиливаются 2) не изменяются 3) ослабевают 4) правильного ответа нет
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: NaH
2 вопрос: уменьшается
3 вопрос: от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера)»
4 вопрос: Джозефу Томсону
5 вопрос: ослабевают
slide6

               Никак не получается
                  решить задачу?

Перейти
              slide6

                        Обратись к помощникам!
              Они обязательно Вам помогут!

Перейти