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.

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.

• 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.

• 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.

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

• Принцип Паули

На орбитали могут находиться только один-два электрона.

• 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.

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.

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.

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.

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.