Страница 73 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

Как изменяются электронные оболочки атома при увеличении заряда ядра атома на единицу?

Решение

Увеличение заряда ядра атома на единицу означает, что число протонов в ядре, а следовательно, и порядковый номер элемента ($Z$) в периодической системе Д.И. Менделеева, увеличивается на 1. Это соответствует переходу от одного химического элемента к следующему за ним в таблице. Поскольку атом в целом электронейтрален, увеличение положительного заряда ядра на единицу должно быть скомпенсировано увеличением числа электронов в электронной оболочке также на единицу.

Изменения, происходящие с электронными оболочками, можно описать несколькими ключевыми пунктами:

1. Добавление электрона и изменение электронной конфигурации. Дополнительный электрон занимает наиболее энергетически выгодное положение — свободную атомную орбиталь с наименьшей энергией, в соответствии с принципом наименьшей энергии (правилом Клечковского) и принципом Паули.
Например, при переходе от лития ($Li$, $Z=3$, конфигурация $1s^22s^1$) к бериллию ($Be$, $Z=4$), новый электрон занимает ту же $2s$-орбиталь, и конфигурация становится $1s^22s^2$.
При переходе от неона ($Ne$, $Z=10$, конфигурация $1s^22s^22p^6$) к натрию ($Na$, $Z=11$), внешний слой неона уже завершен, поэтому новый электрон начинает заполнять следующий, третий энергетический уровень, и конфигурация становится $1s^22s^22p^63s^1$.

2. Сжатие электронных оболочек. С увеличением заряда ядра ($Z$) сила электростатического притяжения между ядром и каждым электроном возрастает. Это приводит к тому, что все электронные оболочки, как внешние, так и внутренние, сильнее притягиваются к ядру. В результате радиус атома уменьшается (это особенно заметно при движении по периоду периодической системы слева направо).

Таким образом, при увеличении заряда ядра на единицу происходит как качественное изменение (меняется электронная конфигурация), так и количественное (оболочки сжимаются, радиус атома уменьшается).

Ответ: При увеличении заряда ядра атома на единицу в его электронную оболочку добавляется один электрон, который занимает самую низкую по энергии свободную орбиталь, изменяя электронную конфигурацию атома. Одновременно с этим, из-за усиления притяжения к более положительному ядру, все электронные оболочки сжимаются, что приводит к уменьшению радиуса атома.

Сколько должно быть электронов на внешнем электронном слое, чтобы этот слой был устойчивым?

Чтобы внешний электронный слой атома был устойчивым (или, как говорят, завершенным), он должен содержать определенное количество электронов, соответствующее электронной конфигурации благородного (инертного) газа. Такая конфигурация является энергетически наиболее выгодной, что и обеспечивает стабильность атома.

Для подавляющего большинства элементов действует правило октета (от лат. octo — восемь). Согласно этому правилу, наиболее устойчивой является электронная оболочка, содержащая 8 электронов. Атомы, имеющие 8 электронов на внешнем слое (например, неон, аргон), химически очень стабильны и неохотно вступают в реакции.

Существует важное исключение для элементов первого периода таблицы Менделеева (водород и гелий). Их внешний электронный слой — это первый слой (главное квантовое число $n=1$), который может вместить максимум 2 электрона. Поэтому для них действует правило дуплета (от лат. duplex — двойной). Устойчивая конфигурация для этих атомов достигается при наличии двух электронов на внешней оболочке.

Ответ: Чтобы внешний электронный слой был устойчивым, на нем должно быть 8 электронов. Исключением является первый электронный слой, для устойчивости которого достаточно 2 электронов.

Как называется закономерность изменений в строении электронных оболочек атома?

Закономерность изменений в строении электронных оболочек атомов химических элементов называется периодическим законом.

Этот закон был сформулирован Д. И. Менделеевым в 1869 году. Современная его формулировка гласит: свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими простых и сложных веществ, находятся в периодической зависимости от величины зарядов их атомных ядер.

Периодичность, то есть регулярное повторение свойств, напрямую связана со строением электронных оболочек атомов, которое, в свою очередь, определяется зарядом ядра (порядковым номером элемента). Основные проявления этой закономерности:

Изменения в периодах. Атомы элементов одного периода (горизонтального ряда) имеют одинаковое число электронных слоев (энергетических уровней). При движении по периоду слева направо с ростом заряда ядра происходит последовательное заполнение электронами внешнего энергетического уровня. Это приводит к постепенному изменению свойств: ослаблению металлических и усилению неметаллических.

Сходство в группах. Атомы элементов одной главной подгруппы (вертикального столбца) имеют одинаковое строение внешнего электронного слоя, в частности, одинаковое число валентных электронов. Например, у всех щелочных металлов (IА группа, элементы $Li$, $Na$, $K$ и др.) на внешней s-орбитали находится один электрон (электронная конфигурация внешнего слоя $ns^1$). Это сходство в строении и определяет их общие химические свойства.

Завершение электронных слоев. Каждый период завершается благородным газом — элементом с максимально устойчивой, завершенной внешней электронной оболочкой (как правило, 8 электронов). Это объясняет их химическую инертность и знаменует начало заполнения нового электронного слоя у следующего элемента.

Таким образом, периодический закон обобщает и объясняет регулярные изменения в электронном строении атомов по мере увеличения их порядкового номера.

Ответ: периодический закон.