Хімія. 8 клас. Ярошенко

§ 14. Графічні електронні формули атомів хімічних елементів

Вивчення параграфа допоможе вам:

  • навчитися записувати графічні електронні формули атомів.

За допомогою експериментальних досліджень встановлено, що електрон під час руху обертається навколо уявної лінії — осі.

Пригадайте з природознавства, що Земля, обертаючись навколо своєї осі, зумовлює зміну дня і ночі.

Обертання електрона можна уявити, скориставшись дитячою іграшкою дзиґою. Проте, якщо дзиґа завжди обертається в одному напрямі, то частині електронів електронної оболонки атома «приписують» обертання за годинниковою стрілкою, а частині — проти (мал. 27).

Мал. 27. Модель обертання електрона навколо власної осі: а) за годинниковою стрілкою; б) проти годинникової стрілки

СПАРЕНІ ЕЛЕКТРОНИ Й ЕНЕРГЕТИЧНІ КОМІРКИ. Через різний напрям обертання двох абсолютно однакових електронів в атомі не існує. Електрони можуть мати однакові всі характеристики, окрім однієї — напряму обертання навколо власної осі. Один із них обертається навколо власної осі за годинниковою стрілкою, інший — проти. Два такі електрони перебувають на одній орбіталі й дістали назву спарених електронів. Описуючи будову атома, спарені електрони однієї орбіталі прийнято записувати у квадратику, який має назву енергетичної комірки, у вигляді протилежно спрямованих стрілок ↑↓. З урахуванням цього з'ясуємо, скільки енергетичних комірок є на кожному з енергетичних підрівнів.

ГРАФІЧНІ ЕЛЕКТРОННІ ФОРМУЛИ. Якщо доповнити електронну формулу атома енергетичними комірками та позначити в них стрілками електрони, то одержимо запис графічної електронної формули атома.

Відображення розподілу електронів за енергетичними комірками називається графічною електронною формулою.

Приклад 1.

Поміркуйте, скільки енергетичних комірок мають підрівні d і f.

Проаналізуйте графічну електронну формулу атома Неону й пересвідчіться, що 10 електронів електронної оболонки його атома розмістилися в п'яти енергетичних комірках. Кожна з них вміщує 2 електрони (одну пару). Отже, в атомах Неону всі електрони спарені.

Приклад 2.

Як бачите, на р-підрівні в атома Нітрогену є 3 електрони і три енергетичні комірки. Електрони розміщують по одному в кожній комірці. Загалом в атома Нітрогену 4 електрони спарені (це дві пари s-електронів) і 3 електрони неспарені.

Приклад 3.

В атома Оксигену така сама кількість енергетичних комірок, що й в атома Нітрогену, але електронів на 1 більше. Тобто, як і в Нітрогену, неспарені електрони розташовані на зовнішньому енергетичному рівні й на р-підрівні. Кількісно їх на один менше.

З поданих прикладів 2 і 3 ви зрозуміли, що неспарені електрони в енергетичній комірці позначають однією стрілкою. У темі 2 ви дізнаєтеся, що саме наявність неспарених електронів має важливе значення для сполучення одних атомів з іншими при утворенні речовин.

Попрацюйте групами

Напишіть графічні електронні формули атомів елементів третього періоду.

Порівняйте графічні електронні формули атомів хімічних елементів із протонними числами: а) 3 й 11; б) 7 і 15; в) 8 і 16. Зробіть висновок, що спільного мають графічні електронні формули атомів кожної пари хімічних елементів.

Чи хоч один елемент третього періоду містить електрон на підрівні d?

Сторінка ерудита

За наявності в електронній оболонці атома вільних енергетичних комірок електрони можуть із нижчих енергетичних рівнів чи підрівнів переміститися на вищі. Тобто з незбудженого стану атом переходить у збуджений. При цьому енергія завжди поглинається. Так спарені електрони стають неспареними.

Такі зміни відбуваються за спеціально створених умов (температура, освітлення, наявність інших речовин тощо). Розглянемо це на прикладі Карбону.

Подана графічна електронна формула свідчить про те, що атом Карбону в стаціонарному (незбудженому) стані на другому енергетичному рівні має 2 спарені s-електрони та 2 неспарені р-електрони, а також одну вільну (порожню) енергетичну комірку на р-підрівні. Отримавши додатковий запас енергії, s-електрон другого енергетичного рівня переходить на р-підрівень цього самого рівня й неспарених електронів стає 4.

Чим далі від ядра розміщений енергетичний рівень, тим його електрони наділені більшим запасом енергії. Щоб підкреслити це, комірки розташовують не лінійно, а на зразок сходинок. Покажемо це на прикладі Аргону.

Наступний після Аргону елемент Калій розміщено в четвертому періоді. В електронній оболонці його атома з'являється дев'ятнадцятий електрон, яким розпочинається заповнення четвертого енергетичного рівня.

Двадцятий електрон атома Кальцію завершить заповнення 4s-підрівня. Десять наступних хімічних елементів (21Sc-30Zn) зберігатимуть електронну конфігурацію його зовнішнього енергетичного рівня — ... 4s2, заповнюючи електронами 3d-підрівень. І тільки хімічний елемент Галій 31Ga продовжить заповнення електронами зовнішнього енергетичного рівня — підрівня p.

Стисло про основне

• Графічна електронна формула атома — це позначення розміщення електронів в електронній оболонці атома за допомогою енергетичних комірок.

• Кількість енергетичних комірок на одному підрівні вдвічі менша, ніж максимально можлива кількість електронів на ньому.

• При заповненні одного енергетичного підрівня електрони, доки є вільні енергетичні комірки, розміщуються в них по одному, а потім — по два.

Знаємо, розуміємо

1. Дайте визначення графічної електронної формули атома.

2. Скільки енергетичних комірок необхідно для розміщення максимально можливої кількості електронів:

  • а) першого енергетичного рівня;
  • б) другого енергетичного рівня;
  • в) третього енергетичного рівня?

3. Яка кількість енергетичних комірок на підрівні s, а яка — на підрівні р?

4. Назвіть хімічний елемент, електронна формула якого має 6 s-електронів та 6 р-електронів.

5. Назвіть хімічний елемент, електронна формула якого має закінчення ...3s23p4.

6. В електронній оболонці атома якого хімічного елемента — Нітрогену чи Неону — усі енергетичні комірки повністю заповнені електронами?

7*. Як змінюється графічна електронна формула атома Карбону внаслідок переходу у збуджений стан?

8. Розташуйте хімічні елементи за збільшенням числа повністю заповнених електронами енергетичних комірок.

  • А Флуор
  • Б Магній
  • В Нітроген
  • Г Оксиген

Застосовуємо

42. Напишіть графічну електронну формулу атома Хлору. Скільки в ній: а) спарених електронів; б) неспарених електронів; в) s-електронів; г) р-електронів?

43. Установіть відповідність між хімічними елементами та розміщенням електронів зовнішнього енергетичного рівня за енергетичними комірками.