Строение электронных оболочек атомов химического элемента зависит от его месторасположения в периодической таблице Д. И. Менделеева.
Химия неразрывно связана с изучением мельчайших частиц вещества. В данной статье рассмотрим, как заполняются электронами орбитали атома.
Строение атома
Атом любого вещества состоит из ядра (с положительным зарядом) и электронов (с отрицательным зарядом), расположенных вокруг него в виде электронного облака.
Ядро состоит из протонов и нейтронов. Значения зарядов противоположных частиц по абсолютному значению равны, в результате чего атом нейтрален. Вся его масса сосредоточена в центре.
Количество протонов элемента всегда равно его порядковому номеру таблицы Д. И. Менделеева. Масса протона равна 1,00728 а.е.м., а заряд соответствует +1 условной единице.
Масса нейтрона составляет 1,00866 а.е.м., а заряд нейтрален.
Масса электрона составляет 0,00055 а.е.м., а заряд -1 условной единице.
Число нейтронов вычисляется по формуле N = A — Z, где A – массовое число, Z – число положительных частиц.
Строение электронной оболочки атома
Вид электронного облака зависит от орбит, по которым движутся отрицательные частицы. Область пространства, где вероятность их присутствия больше 90%, называется орбиталью.
Существует несколько типов орбиталей. S – шаровидная, p – гантелеобразная, d и f – сложная.
Они группируются в виде слоев. Эти слои отличаются друг от друга расстоянием от ядра и энергией. Чем ближе находится слой к ядру, тем меньше его энергия.
Каждый уровень может содержать ограниченное количество отрицательных частиц, которое определяется формулой N = 2n2, где n – номер энергетического уровня.
Внешний уровень может содержать не больше 8-ми электронов. В соответствии с правилом октета, это так называемый валентный слой, который характеризуется повышенной устойчивостью.
Принципы заполнения электронами орбиталей атома
Электронные оболочки заполняются по принципу возрастания энергии системы. Сначала заполняется уровень, расположенный ближе всего к ядру, а затем остальные, в порядке увеличения расстояния от него.
Первый уровень состоит из одной s-орбитали, а остальные из s-, p-, d- и f-подуровней, которые имеют 1, 3, 5 и 7 орбиталей. На каждой из них может находиться максимум 2 электрона. Таким образом, они могут содержать не более 2, 6, 10 и 14 электронов соответственно.
Если у элемента внешним является полностью заполненный s-подуровень, то его называют s-элементом.
Если у элемента внешним является полностью заполненный p-подуровень, то его называют p-элементом.
В соответствии с правилом Хунда отрицательные частицы располагаются на однотипных орбиталях одного ряда таким образом, чтобы суммарный спин был максимален. Следовательно, при заполнении ряда каждый электрон в первую очередь старается занять отдельную ячейку.
Если занять отдельный орбиталь не удается, он присоединяется к ряду уже другой отрицательной частицы.
Определить структуру элемента можно по таблице Д. И. Менделеева. На примере химического элемента бария Ba (класс мягких металлов), видно, что он расположен в восьмом периоде, что означает наличие 8 энергетических уровней.
Порядковый номер 56 соответствует общему количеству электронов.
Заполнение орбиталей выглядит следующим образом:
+56Ba)2)8)18)18)8)2;
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s2
Если нарисовать схему данного элемента, то она будет иметь следующий вид:
Следует отметить, что свойства и структура расположения частиц определяют химические и физические свойства вещества. Взаимодействие различных веществ также зависит от того, какой вид и структуру имеет электронное облако вещества.
