ЛАБОРАТОРНО — ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА СОСТАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ФОРМУЛ АТОМОВ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ГРАФИЧЕСКИХ СХЕМ, ЗАПОЛНЕНИЕ ИХ ЭЛЕКТРОНАМИ
Практическая работа
1. Основные положения
Периодическая система химических элементов и строение атома
Современное определение Периодического закона
Свойства химических элементов и образуемых ими вещества находятся в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер
Таблица Периодической системы химических элементов графически отображае Периодический закон.
Каждое число в ней характеризуе какую - либо особенность в стоении атомов:
а) порядковый (атомный) номер химического элемента укзывает на заряд его атомного ядра, то есть на число протонов, содержащихся в нем, а так как атом электронейтрален, то и на число электоронов, находящихся вокруг атомного ядра.
Число нейтронов определяют по формуле: N = A - Z,
где А - массовое число (атомная масса), Z - порядковый номер элемента;
б) номер периода соответствует числу энергетических уровней (электорнных слоев) в атомах элементов данного периода;
в) номер группы соответствует числу электронов на внешнем уровне для элементов гоавных подгрупп и максимальному числу валентных электронов для элементов побочных подрупп.
Изменение металлических и неметаллических свойств элементов
в периодах и группах
1. В пределах одного периода с ростом порядкового номера металлические свойства элементов ослабевают, а неметаллические – усиливаются, так как:
1) растет число ē на внешнем уровне атомов (оно равно номеру группы);
2) число энергетических уровней в пределах периода не изменяется (оно равно номеру периода);
3) радиус атомов уменьшается.
2. В пределах одной и той же группы (главной подгруппы) с ростом порядкового номера металлические свойства элементов усиливаются, а неметаллические ослабевают, так как:
1) число электронов на внешнем уровне атомов одинаково (оно равно номеру группы);
2) число энергетических уровней в атомах растет (оно равно номеру периода);
3) радиус атомов увеличивается.
Доказательства сложности строения атома
1. Ирландский физик Стони ввел понятие «электрон» для обозначения частиц (например, электризация эбонитовой палочки), появление статического электричества на одежде.
2. Катодные лучи – поток электронов из атомов металла, из которого изготовлен катод, вызывали свечение стекла (Томсон и Перрен). Был установлен отрицательный заряд электрона. Этот наименьший заряд принят за единицу = -1.
Томсон установил и массу его, равную 1/1840 массы атома водорода.
3. Радиоактивность – явление, открытое А. Беккерелем. Различают 3 вида радиоактивных лучей:
а) α – лучи, состоящие из α – частиц с зарядом +2 и массой 4;
б) β – лучи – поток электронов; в) γ – лучи – электромагнитные волны.
Следовательно, атом делим и имеет сложное строение.
Таблица 1 Планетарная модель атома (Резерфорда)
Атом
Ядро
Равно числу нуклонов (сумма протонов и нейтронов)
1) р+ (имеют массу = 1 и заряд = +1)
Число их равно № элемента;
2) n0 (имеют массу = 1 и заряд = 0)
Число их N = Ar – Z. (Z – число протонов) Электронная оболочка
Состоит из электронов
(масса стремится к нулю и заряд = -1);
Число их равно № элемента.
Вся масса атома сосредоточена в ядре Атом электронейтрален Атом - электронейтральная система взаимодействующих элементарых частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов
Строение электронных оболочек атомов
Понятие об электронной оболочке атома и энергетических уровнях
1. Электронная оболочка – совокупность электронов, окружающих атомное ядро.
2. В электронной оболочке различают слои, на которых располагаются электроны с различным запасом энергии, их называют энергетические уровни. Число этих уровней равно номеру периода в таблице Менделеева.
3. Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона (около 90%), называется орбиталью.
Размер и форма орбиталей
Рис. 1 Формы s-, p- и d-орбиталей1) s2 - электроны; сферическая, симметрична относительно ядра и не имеет направления.
2) р6 – электроны; гантелеобразные, расположены в атоме взаимно перпендикулярно
Существуют орбитали более сложной формы: d10 - орбитали и f14 - орбитали.
Число энергетических уровней (электронных слоев) в атоме равно номеру периода в системе Д.И. Менделеева, к которому принадлежит химический элемент: у атомов элементов первого пеиода - один энергетический уровень, второго периода - два, третьего периода - три, седьмого периода - семь.
Наибольшее число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле:
N = 2n2, где N - максимальное число электронов;
n - номер уровня или главное квнтовое число. (Целое число n, обозначающееномер энергетического уровня, называется главным квантовым числом).
Энергетические уровни и электронная конфигурация атома
Атом имеет сложное строение. Он состоит из ядра, в состав которого входят протоны и нейтроны, и электронов, вращающихся вокруг ядра атома. Заряд протона равен +1, а масса 1 у.е. Нейтрон - электронейтральная частица, масса примерно 1 у.е. Электрон - заряд равен -1, масса 5,5∙10-4 у.е. В целом атом электронейтрален, число протонов в ядре атома равно числу электронов в атоме. Электроны в атоме распределяются на энергетических уровнях.
Количество энергетических уровней в атоме определяется номером периода, в котором находится данный элемент. При построении электронных моделей атомов следует помнить, что максимальное количество электронов на энергетическом уровне равно 2 n2, где n – номер энергетического уровня. В соответствии с этим на первом, ближайшем к ядру уровне может находиться не более 2 электронов, на втором – не более 8, на третьем – не более 18, на четвертом – не более 32. На наружном энергетическом уровне не может быть более 8 электронов.
Атомные спектры поглощения и испускания однозначно показывают, что все атомы имеют целый ряд возможных энергетических состояний, называемых основным и возбужденными электронными состояниями (рис.1).
Запись распределения электронов в атоме по электронным уровням и подуровням называется его электронной конфигурацией и может быть сделана как для основного, так и возбужденного состояния атома. Для определения конкретной электронной конфигурации атома в основном состоянии существуют следующие три положения:
Принцип заполнения (наименьшей энергии). Электроны в основном состоянии заполняют орбитали в последовательности повышения орбитальных энергетических уровней. Низшие по энергии орбитали всегда заполняются первыми. Принцип Паули. На любой орбитали может находиться не более двух электронов, причем с противоположно направленными спинами (спин – особое свойство электрона, не имеющее аналогов в макромире, которое упрощенно можно представить как вращение электрона вокруг собственной оси).
Правило Гунда. Вырожденные (с одинаковой энергией) орбитали заполняются одиночными электронами с одинаково направленными спинами, лишь после этого идет заполнение вырожденных орбиталей электронами с противоположно направленными спинами согласно принципу Паули.
Квантовые числа
Главное квантовое число n эквивалентно квантовому числу в теории Бора. Оно в основном определяет энергию электронов на данной орбитали.
Допустимые значения: n = 1 2 3 4 5 .....
K L M N O ....
Орбитальное квантовое число l определяет значение орбитального момента количества движения электрона на данной орбитали. Допустимые значения: 0, 1, 2, 3, ... , n-1.
Это квантовое число описывает поведение атомной орбитали при поворотах системы координат с центром на атомном ядре.
Орбитальное магнитное квантовое число ml определяет значение составляющей проекции момента количества движения электрона на выделенное направление в пространстве. В отсутствие внешнего магнитного поля электроны на орбиталях с одинаковым значением орбитального квантового числа l энергетически равноценны (т.е. их энергетические уровни вырождены).
Однако в постоянном магнитном поле некоторые спектральные линии расщепляются. Это означает, что электроны становятся энергетически неравноценными. Например, p-состояния в магнитном поле принимают 3 значения вместо одного, d-состояния – 5 значений. Допустимые значения ml для данного l: -l, ... -2, -1, 0, +1, +2, ... +l
Спиновое квантовое число ms связано с наличием собственного магнитного момента у электрона. В общем виде выражение для магнитного момента количества движения совпадает с таковым для орбитального момента:
Для электрона ms принимает только два значения: +1/2 и -1/2. Иногда для более наглядного объяснения понятия спина используют грубую аналогию – электрон представляют как летящий волчок (круговой ток, создающий собственное магнитное поле). Такая аналогия позволяет объяснить наличие спина 1/2 у электрона и протона, но не у нейтрона – частицы с нулевым зарядом.
Понятие "спин" не укладывается в наши "макропредставления" о пространстве. При всех способах его регистрации спин всегда направлен вдоль той оси, которую наблюдатель выбрал за исходную. Значение спина 1/2 означает, что электрон (протон, нейтрон) становится идентичным сам себе при обороте на 7200, а не 3600, как в нашем трехмерном мире. Спин принято считать одним из фундаментальных свойств природы (т.е. он невыводим, как гравитация и электричество).
Каждую орбиталь обозначают квадратной ячейкой, электроны – противоположно направленными стрелками (смотрите решение упражнений по этой теме)
Электронная формула – это формула, которая показывает распределение электронов на электронных слоях в атоме.
Таблица 2
Главное квантовое число, типы и число орбиталей, максимальное число электронов на подуровнях и уровнях
Энергетический уровень
(номер периода)
n Число подуровней, равное n Форма (тип) орбиталейЧисло орбиталейМаксимальное число электронов
в подуровне в уровне, равное n2 на подуровнях на уровнях
К (n=1) 1 1s 1 1 2 2
2 2 s
p 1
3 4 2
6 8
3 3 s
p
d 1
3
5 9
2
6
10 18
4 4 s
p
d
f 1
3
5
7 16
2
6
10
14 32
Практическая работа
Составление электронных формул атомов элементов и графических схем, заполнение их электронами
Цель работы:
1) Научиться давать характеристику элементов по положению их в периодической системе
2) Применить знания о строении атома при составлении характеристики атомов химических элементов
3) Записывать электронную формулу элемента
4) Определять формулу и характер высшего оксида и гидроксида; водородного его соединения
5) Давать сравнительную характеристику с соседними элементами в периоде и группе
6) Вывод
Задание № 1
Характеристика химического элемента Названия химических элементов
1. Написать знак атома химического элемента 2. Порядковый номер, номер группы, подгруппы, периода в таблице Д.И.Менделеева 3. Атомная масса 4. Число протонов, N р+5. Число электронов N ē
6. Заряд ядра атома, Z 7. Массовое число, А
8. Число нейтронов, Nn0 = А - N р+9. Написать распределение электронов по энергетическим уровням 10. Сравнение с элементами соседями:
а) по группе
б) по периоду
11. Формула высшего оксида и гидроксидаЗадание № 2
Характеризуя элемент по положению его в периодической системе, указать:
1) электронную формулу атома элемента, по числу электронов на внешнем уровне металлический и неметаллический характер (если на внешнем уровне 1-3 электрона, то элемент- металл, если более 3, то элемент - неметалл;
2) электронно- структурную формулу валентной оболочки атома элемента, нормальное и возбужденное состояние атома, отрицательную и положительные степени окисления для p - элементов (неметаллов), высшую и низшую положительные степени окисления для металлов (s - и d - семейства);
3) формулу водородного соединения (для s -элемента гидрид с Н -, для p - элемента газообразное водородное соединение с Н+), назвать;
4) формулы оксидов, в которых проявляются положительные степени окисления, назвать, указать характер;
5) формулы соответствующих оксидам оснований и кислот, назвать; формулы солей, назвать.
Характеристика p - элемента S - серы, находится в III периоде главной подгруппы VI группы
1) 16S 1s2 2s22p6 3s23p4 - неметалл, так как на внешнем уровне у атома более трех электронов - шесть
2) S 3s23p4 р - элемент
↑↓ ↑ ↑ нормальное состояние атома - 2 непарных электрона, следовательно, S сера
S ↑↓ 3р4 проявляет отрицательную степень окисления ( -2):
3s2 S0 + 2 ē → S-2
S* ↑ первое возбужденное состояние - 4 непарных электрона, следовательно, S
↑ ↑ ↑ 3d1 проявляет положительную степень окисления (+4):
↑↓ 3p3 S0 - 4 ē → S+4
3s2
↑ ↑ второе возбужденное состояние - 6 непарных электронов, следовательно,
↑ ↑ ↑ 3d2 сера проявляет положительную степень окисления (+6):
S** ↑ 3p3 S0 - 6 ē → S+6
3s1
3) S-2 → H2S - сероводород, водный раствор которого является сероводородной кислотой.
Соли H2S называются сульфидами; (назвать) К2S - сульфид калия.
4) S+4 → SO2 (оксид серы IV) → кислота H2SO3 → соли:
К2SO3 и КНSO3
5) S+6 → SO3 (оксид серы VI) → кислота H2SO4 → соли: К2SO4 и КНSO4
Характеристика s - элемента Са - кальция, находится в четвертом периоде главной подгруппы второй группы
1) 20Са 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2 K кальций металл, так как на внешнем уровне у атома меньше трёх электронов - 2 электрона
↑ ↓2) Са 4s2 s - элемент; Са 4s2 - нормальное состояние атома - нет непарных электронов
Са* возбужденное состояние атома - два непарных электрона, следовательно,
↑ Са0 - 2 ē → Са+2
↑ 4р1 Са - проявляет положительную степень окисления (+2); отрицательной степени
4s1 окисления у металлов нет
3) Са+2 Н2 - - водородное соединение; СаН2 (гидрид кальция)
4) Са+2 → оксид СаО → основание Са(ОН)2 → соли: 1) СаCI2 и СаОНCI 2) CaSO3 и Ca(HSO3)2
Задание № 3 Результаты работы занести в таблицу по форме:
Форма ē элемента Элемент
Валентная
оболочка Низшая степень окисления Водородное соединение Промежуточные степени окисления Высшая степень окисления Формула Высшего оксида Формула гидроксидаФормула соли
s - элемент р - элемент
Вывод:
Практическая работа
Вариант 1
Составление электронных формул атомов элементов и графических схем, заполнение их электронами
Ход работы
Задание № 1
Заполнить таблицу:
Характеристика химического элемента Названия химических элементов
АЗОТ МАГНИЙ
1. Написать знак атома химического элемента 2. Порядковый номер, номер группы, подгруппы, периода в таблице Д.И.Менделеева 3. Атомная масса 4. Число протонов, N р+5. Число электронов N ē
6. Заряд ядра атома, Z 7. Массовое число, А
8. Число нейтронов, Nn0 = А - N р+9. Написать распределение электронов по энергетическим уровням 10. Сравнение с элементами соседями:
а) по группе
б) по периоду
11. Формула высшего оксида и гидроксида и их характер Задание № 2
Характеристика элемента по положению его в периодической системе, указать валентные возможности атома элемента
Задание № 3 Результаты работы занести в таблицу по форме:
Форма ē элемента Элемент
Валентная
оболочка Низшая степень окисления Водородное соединение Промежуточные степени окисления Высшая степень окисления Формула Высшего оксида Формула гидроксидаФормулы соли
s -элемент p- элемент Вывод:
Практическая работа
Вариант 2
Составление электронных формул атомов элементов и графических схем, заполнение их электронами
Ход работы
Задание № 1
Заполнить таблицу:
Характеристика химического элемента Названия химических элементов
УГЛЕРОД СТРОНЦИЙ
1. Написать знак атома химического элемента 2. Порядковый номер, номер группы, подгруппы, периода в таблице Д.И.Менделеева 3. Атомная масса 4. Число протонов, N р+5. Число электронов N ē
6. Заряд ядра атома, Z 7. Массовое число, А
8. Число нейтронов, Nn0 = А - N р+9. Написать распределение электронов по энергетическим уровням 10. Сравнение с элементами соседями:
а) по группе
б) по периоду
11. Формула высшего оксида и гидроксида Задание № 2
Результаты работы занести в таблицу по форме:
Форма ē элемента Элемент
Валентная
оболочка Низшая степень окисления Водородное соединение Промежуточные степени окисления Высшая степень окисления Формула Высшего оксида Формула гидроксидаФормула соли
Вывод:
Практическая работа
Вариант 3
Составление электронных формул атомов элементов и графических схем, заполнение их электронами
Ход работы
Задание № 1
Заполнить таблицу:
Характеристика химического элемента Названия химических элементов
КРЕМНИЙ БАРИЙ
1. Написать знак атома химического элемента 2. Порядковый номер, номер группы, подгруппы, периода в таблице Д.И.Менделеева 3. Атомная масса 4. Число протонов, N р+5. Число электронов N ē
6. Заряд ядра атома, Z 7. Массовое число, А
8. Число нейтронов, Nn0 = А - N р+9. Написать распределение электронов по энергетическим уровням 10. Сравнение с элементами соседями:
а) по группе
б) по периоду
11. Формула высшего оксида и гидроксида Задание № 2
Результаты работы занести в таблицу по форме:
Форма ē элемента Элемент
Валентная
оболочка Низшая степень окисления Водородное соединение Промежуточные степени окисления Высшая степень окисления Формула Высшего оксида Формула гидроксидаФормула соли
Вывод:
Практическая работа
Вариант 4
Составление электронных формул атомов элементов и графических схем, заполнение их электронами
Цель работы:
1) Научиться давать характеристику элементов по положению их в периодической системе
2) Применить знания о строении атома при составлении характеристики атомов химических элементов
3) Записывать электронную формулу элемента
4) Определять формулу и характер высшего оксида и гидроксида; водородного его соединения
5) Давать сравнительную характеристику с соседними элементами в периоде и группе
Ход работы
Задание № 1
Заполнить таблицу:
Характеристика химического элемента Названия химических элементов
ФОСФОР ЦЕЗИЙ
1. Написать знак атома химического элемента 2. Порядковый номер, номер группы, подгруппы, периода в таблице Д.И.Менделеева 3. Атомная масса 4. Число протонов, N р+5. Число электронов N ē
6. Заряд ядра атома, Z 7. Массовое число, А
8. Число нейтронов, Nn0 = А - N р+9. Написать распределение электронов по энергетическим уровням 10. Сравнение с элементами соседями:
а) по группе
б) по периоду
11. Формула высшего оксида и гидроксида Задание № 2
Характеризуя элемент по положению его в периодической системе, указать:
Результаты работы занести в таблицу по форме:
Форма ē элемента Элемент
Валентная
оболочка Низшая степень окисления Водородное соединение Промежуточные степени окисления Высшая степень окисления Формула Высшего оксида Формула гидроксидаФормула соли
Вывод:
Практическая работа
Вариант 5
Составление электронных формул атомов элементов и графических схем, заполнение их электронами
Цель работы:
1) Научиться давать характеристику элементов по положению их в периодической системе
2) Применить знания о строении атома при составлении характеристики атомов химических элементов
3) Записывать электронную формулу элемента
4) Определять формулу и характер высшего оксида и гидроксида; водородного его соединения
5) Давать сравнительную характеристику с соседними элементами в периоде и группе
Ход работы
Задание № 1
Заполнить таблицу:
Характеристика химического элемента Названия химических элементов
МЫШЬЯК ЛИТИЙ
1. Написать знак атома химического элемента 2. Порядковый номер, номер группы, подгруппы, периода в таблице Д.И.Менделеева 3. Атомная масса 4. Число протонов, N р+5. Число электронов N ē
6. Заряд ядра атома, Z 7. Массовое число, А
8. Число нейтронов, Nn0 = А - N р+9. Написать распределение электронов по энергетическим уровням 10. Сравнение с элементами соседями:
а) по группе
б) по периоду
11. Формула высшего оксида и гидроксида(кислоты и соли - по примеру азотной и азотистой кислот) Задание № 2
Результаты работы занести в таблицу по форме:
Форма ē элемента Элемент
Валентная
оболочка Низшая степень окисления Водородное соединение Промежуточные степени окисления Высшая степень окисления Формула Высшего оксида Формула гидроксидаФормула соли
Вывод:
Практическая работа
Вариант 6
Составление электронных формул атомов элементов и графических схем, заполнение их электронами
Цель работы:
1) Научиться давать характеристику элементов по положению их в периодической системе
2) Применить знания о строении атома при составлении характеристики атомов химических элементов
3) Записывать электронную формулу элемента
4) Определять формулу и характер высшего оксида и гидроксида; водородного его соединения
5) Давать сравнительную характеристику с соседними элементами в периоде и группе
Ход работы
Задание № 1
Заполнить таблицу:
Характеристика химического элемента Названия химических элементов
СЕЛЕН НАТРИЙ
1. Написать знак атома химического элемента 2. Порядковый номер, номер группы, подгруппы, периода в таблице Д.И.Менделеева 3. Атомная масса 4. Число протонов, N р+5. Число электронов N ē
6. Заряд ядра атома, Z 7. Массовое число, А
8. Число нейтронов, Nn0 = А - N р+9. Написать распределение электронов по энергетическим уровням 10. Сравнение с элементами соседями:
а) по группе
б) по периоду
11. Формула высшего оксида и гидроксида(кислоты и соли - по примеру S) Задание № 2
Результаты работы занести в таблицу по форме:
Форма ē элемента Элемент
Валентная
оболочка Низшая степень окисления Водородное соединение Промежуточные степени окисления Высшая степень окисления Формула Высшего оксида Формула гидроксидаФормула соли
Вывод:
Практическая работа
Вариант 7
Составление электронных формул атомов элементов и графических схем, заполнение их электронами
Цель работы:
1) Научиться давать характеристику элементов по положению их в периодической системе
2) Применить знания о строении атома при составлении характеристики атомов химических элементов
3) Записывать электронную формулу элемента
4) Определять формулу и характер высшего оксида и гидроксида; водородного его соединения
5) Давать сравнительную характеристику с соседними элементами в периоде и группе
Ход работы
Задание № 1
Заполнить таблицу:
Характеристика химического элемента Названия химических элементов
ТЕЛЛУР КАЛИЙ
1. Написать знак атома химического элемента 2. Порядковый номер, номер группы, подгруппы, периода в таблице Д.И.Менделеева 3. Атомная масса 4. Число протонов, N р+5. Число электронов N ē
6. Заряд ядра атома, Z 7. Массовое число, А
8. Число нейтронов, Nn0 = А - N р+9. Написать распределение электронов по энергетическим уровням 10. Сравнение с элементами соседями:
а) по группе
б) по периоду
11. Формула высшего оксида и гидроксида(кислоты и соли - по примеру S) Задание № 2
Характеризуя элемент по положению его в периодической системе, указать:
Результаты работы занести в таблицу по форме:
Форма ē элемента Элемент
Валентная
оболочка Низшая степень окисления Водородное соединение Промежуточные степени окисления Высшая степень окисления Формула Высшего оксида Формула гидроксидаФормула соли
Вывод:
Практическая работа
Вариант 8
Составление электронных формул атомов элементов и графических схем, заполнение их электронами
Цель работы:
1) Научиться давать характеристику элементов по положению их в периодической системе
2) Применить знания о строении атома при составлении характеристики атомов химических элементов
3) Записывать электронную формулу элемента
4) Определять формулу и характер высшего оксида и гидроксида; водородного его соединения
5) Давать сравнительную характеристику с соседними элементами в периоде и группе
Ход работы
Задание № 1
Заполнить таблицу:
Характеристика химического элемента Названия химических элементов
БОР РУБИДИЙ
1. Написать знак атома химического элемента 2. Порядковый номер, номер группы, подгруппы, периода в таблице Д.И.Менделеева 3. Атомная масса 4. Число протонов, N р+5. Число электронов N ē
6. Заряд ядра атома, Z 7. Массовое число, А
8. Число нейтронов, Nn0 = А - N р+9. Написать распределение электронов по энергетическим уровням 10. Сравнение с элементами соседями:
а) по группе
б) по периоду
11. Формула высшего оксида и гидроксида(кислота - борная, соли - бораты) Задание № 2
Характеризуя элемент по положению его в периодической системе, указать:
Результаты работы занести в таблицу по форме:
Форма ē элемента Элемент
Валентная
оболочка Низшая степень окисления Водородное соединение Промежуточные степени окисления Высшая степень окисления Формула Высшего оксида Формула гидроксидаФормула соли
Вывод: