Строение атома, изотопы и электронные конфигурации
В 11 классе электронное строение атома используют для объяснения периодических закономерностей и прогнозирования химического поведения.
Цели обучения
- Связывать атомный и массовый числа с числом протонов, нейтронов и электронов.
- Объяснять, почему изотопы являются одним элементом, но имеют разную массу.
- Различать энергетические уровни, подуровни и атомные орбитали.
- Записывать электронные конфигурации атомов и простых ионов первых четырёх периодов.
- Применять принцип Ауфбау, принцип Паули и правило Хунда.
1. Ядро и запись изотопа
Атом содержит маленькое положительное ядро и электронное облако. Атомный номер $Z$ равен числу протонов и определяет элемент. Массовое число $A$ равно сумме протонов и нейтронов, поэтому $N=A-Z$. В нейтральном атоме $Z$ электронов; при образовании иона число электронов меняется, а ядро и принадлежность к элементу сохраняются.
Изотопы имеют одинаковое $Z$, но разное $N$. У углерода-12 и углерода-14 по шесть протонов, но соответственно шесть и восемь нейтронов. Их химические свойства близки, поскольку электронные конфигурации одинаковы, однако массы и устойчивость ядер различаются.
2. Уровни, подуровни и орбитали
Электроны занимают квантованные энергетические состояния. Главный уровень обозначают $n=1,2,3,...$. Уровни содержат подуровни $s$, $p$, $d$, $f$. Орбиталь — область высокой вероятности нахождения электрона, а не круговая траектория. На $s$-подуровне одна орбиталь и максимум 2 электрона, на $p$ — три орбитали и 6 электронов, на $d$ — пять орбиталей и 10 электронов.