Номер В, страница 13 - гдз по химии 8 класс учебник Усманова, Сакарьянова

B

1. Как меняются радиусы атомов слева направо (по периоду)?

2. Как меняются металлические свойства по периодам?

3. Сравните значения радиусов атомов элементов металлов и неметаллов, расположенных в одном периоде.

Строение атома

Атом — это мельчайшая, электронейтральная, химически неделимая частица вещества, состоящая из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Современная модель строения атома является результатом развития идей, начиная с планетарной модели Резерфорда.

Ядро атома расположено в его центре, имеет чрезвычайно малые размеры по сравнению с самим атомом, но в нём сосредоточена практически вся его масса (около 99,9%). Ядро состоит из частиц, называемых нуклонами:

• Протоны ($p^+$) — это положительно заряженные частицы. Заряд одного протона по абсолютной величине равен заряду электрона, но имеет противоположный знак. Количество протонов в ядре, называемое зарядовым числом или атомным номером ($Z$), является уникальной характеристикой химического элемента. Например, все атомы водорода имеют 1 протон ($Z=1$), а все атомы гелия — 2 протона ($Z=2$).

• Нейтроны ($n^0$) — это частицы, не имеющие электрического заряда (нейтральные). Их масса приблизительно равна массе протона. Атомы одного и того же химического элемента могут иметь разное число нейтронов в ядре. Такие разновидности атомов называются изотопами. Суммарное число протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом ($A$), и оно вычисляется по формуле $A = Z + N$, где $N$ — число нейтронов.

Электронная оболочка представляет собой совокупность всех электронов в атоме, которые движутся вокруг ядра. Электроны ($e^-$) — это элементарные частицы с отрицательным зарядом и очень малой массой (примерно в 1836 раз меньше массы протона). В электрически нейтральном атоме число электронов равно числу протонов, что обеспечивает общую нейтральность атома. Электроны в атоме не движутся хаотично, а занимают определённые энергетические уровни (электронные слои), находясь в областях пространства, называемых атомными орбиталями.

Ответ: Атом состоит из положительно заряженного ядра, включающего протоны и нейтроны, и отрицательно заряженной электронной оболочки, образованной электронами. Число протонов определяет химический элемент, число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов, а сумма протонов и нейтронов определяет массовое число. Химические свойства элемента зависят от строения его электронной оболочки.

Завершенный слой

Электроны в атоме распределены по электронным слоям (или энергетическим уровням), которые нумеруются целыми числами, начиная с 1 (главное квантовое число $n = 1, 2, 3, ...$). Чем дальше слой от ядра, тем больше его номер и энергия электронов на нём.

Каждый электронный слой может вместить только определённое максимальное количество электронов, которое рассчитывается по формуле $N_{max} = 2n^2$:

• для первого слоя ($n=1$): $2 \cdot 1^2 = 2$ электрона;

• для второго слоя ($n=2$): $2 \cdot 2^2 = 8$ электронов;

• для третьего слоя ($n=3$): $2 \cdot 3^2 = 18$ электронов, и так далее.

Завершенный электронный слой — это слой, который содержит максимальное для себя число электронов. Однако для химических свойств наиболее важным является понятие завершенности внешнего электронного слоя (валентного слоя).

Согласно правилу октета, наиболее устойчивой электронной конфигурацией для внешнего слоя является конфигурация с восемью электронами ($ns^2np^6$). Атомы, имеющие такую конфигурацию, обладают высокой химической стабильностью и инертностью. Исключением является первый энергетический уровень, который является завершенным при наличии двух электронов (правило дуплета).

Элементы с завершенным внешним электронным слоем — это благородные (или инертные) газы (VIIIА группа):

• Гелий (He, $Z=2$): конфигурация $1s^2$. Внешний (и единственный) слой завершен, содержит 2 электрона.

• Неон (Ne, $Z=10$): конфигурация $1s^2 2s^2 2p^6$. Внешний второй слой завершен, содержит 8 электронов.

• Аргон (Ar, $Z=18$): конфигурация $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$. Внешний третий слой содержит 8 электронов, что является устойчивой конфигурацией, хотя вся ёмкость третьего слоя составляет 18 электронов.

Ответ: Завершенный слой — это электронный слой (чаще всего внешний), содержащий максимально стабильное количество электронов. Для большинства элементов это 8 электронов (октет), что соответствует конфигурации благородного газа и обуславливает химическую инертность элемента.

Электронная конфигурация элемента

Электронная конфигурация — это формула, описывающая распределение электронов атома по атомным орбиталям. Она показывает, какие энергетические уровни, подуровни и орбитали заняты электронами и сколько электронов находится на каждой из них.

Заполнение электронами орбиталей происходит в соответствии с тремя основными принципами:

1. Принцип наименьшей энергии (Правило Клечковского): Электроны последовательно заполняют орбитали в порядке возрастания их энергии. Порядок заполнения: $1s \rightarrow 2s \rightarrow 2p \rightarrow 3s \rightarrow 3p \rightarrow 4s \rightarrow 3d \rightarrow 4p \rightarrow ...$

2. Принцип Паули: В одном атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором четырех квантовых чисел. Из этого следует, что на одной атомной орбитали может находиться не более двух электронов, причём их спины должны быть противоположными (антипараллельными).

3. Правило Хунда: В пределах одного подуровня (например, p- или d-подуровня) электроны сначала занимают свободные орбитали по одному, и только после этого начинают образовывать пары. При этом неспаренные электроны на одном подуровне имеют одинаковое направление спинов.

Электронная конфигурация записывается в виде последовательности символов, где цифра указывает номер энергетического уровня ($n$), буква (s, p, d, f) — тип подуровня, а верхний индекс — число электронов на данном подуровне.

Примеры электронных конфигураций:

• Водород (H, $Z=1$): $1s^1$

• Углерод (C, $Z=6$): $1s^2 2s^2 2p^2$

• Кислород (O, $Z=8$): $1s^2 2s^2 2p^4$

• Натрий (Na, $Z=11$): $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$. Также используется сокращенная запись, где конфигурация внутренних слоев заменяется символом предыдущего благородного газа в квадратных скобках: $[Ne] 3s^1$.

Электронная конфигурация, особенно конфигурация валентных электронов (электронов внешнего слоя), определяет химические свойства элемента, его валентность, тип образуемых химических связей и его положение в Периодической системе.

Ответ: Электронная конфигурация — это формула, показывающая распределение электронов по орбиталям в атоме согласно принципам наименьшей энергии, Паули и Хунда. Она определяет химические свойства элемента.