Materiały z chemii opracowane w ramach projektu

Materiały z chemii opracowane w ramach projektu

WIEDZA I KOMPETENCJE – program podniesienia jakości oferty edukacyjnej ukierunkowanej na rozwój kompetencji kluczowych zwiększenia

wykorzystania TiK w szkołach ogólnokształcących powiatu białostockiego

 

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podlaskiego na lata 2014-2020

Budowa atomu.

Konfiguracje elektronowe

pierwiastków.

U podstaw teorii mechaniki kwantowej leży stwierdzenie Maxa Plancka, że światło jest wysyłane i pochłaniane porcjami, tzw. kwantami oraz dualizm korpuskularno-falowy: elektrony mają podwójną (dualistyczną) naturę, zachowują się zarówno jak cząstka (korpuskuła), jak i fala (badania Louisa

de Broglie’a).

Fundamentalna zasada mechaniki kwantowej to zasada nieoznaczoności (nieokreśloności) Heisenberga głosząca, że nie można z dowolną dokładnością określić jednocześnie wartości par pewnych wielkości fizycznych charakteryzujących układ, do którego opisu stosuje się mechanikę kwantową; parami takimi są np.

położenie i pęd elektronu.

Współczesny kwantowo - mechaniczny model atomu.

Atom

zbudowany jest z dodatnio naładowanego jądra, zawierającego protony i neutrony, otoczonego chmurą elektronową. Liczba elektronów jest równa liczbie protonów w jądrze (atom jest elektrycznie obojętny).

CZĄSTKI ELEMENTARNE

(najmniejsze mogące samodzielnie istnieć poza atomem cząstki budujące atom):

Protony (p) - cząstki elementarne o masie ok. 1 u (1,6725 · 10^-27 kg) i elementarnym ładunku dodatnim (+1).

Neutrony (n) - cząstki elementarne o masie ok. 1 u (1,6748 · 10^-27 kg), elektrycznie obojętne.

Protony i neutrony noszą wspólną nazwę - nukleony.

Elektrony (e) - cząstki elementarne o masie ok. 1/1840 u

i elementarnym ładunku ujemnym (-1). Masa elektronów jest tak mała, że nie popełniając dużego błędu możemy ją zaniedbać w wielu wypadkach.

Ładunek elementarny - najmniejszy ładunek, który może zostać przekazany między układami. Dla ułatwienia obliczeń przyjmuje się, że jest równy 1: +1 dla protonu i -1 dla elektronu.

Każdy pierwiastek w układzie okresowym pierwiastków (uop) opisany jest dwoma liczbami, które charakteryzują skład jądra atomowego:

• liczba atomowa (Z) (liczba porządkowa pierwiastka w uop ) - podaje liczbę protonów w jądrze atomowym, a tym samym liczbę elektronów w atomie (w obojętnym atomie liczba protonów - jest równa liczbie elektronów).

• liczba masowa (A) - podaje liczbę nukleonów (łączną liczbę protonów i neutronów) w jądrze atomowym

Zapis cząstek elementarnych w atomie:

gdzie:

E - symbol dowolnego pierwiastka A - liczba masowa

Z - liczba atomowa

Aby obliczyć liczbę neutronów (n), należy odjąć od liczby masowej (A) liczbę atomową (Z).

n = A - Z

 

Powłoka elektronowa - zbiór elektronów o podobnej energii.

Powłoki elektronowe oznacza się kolejnymi literami alfabetu łacińskiego, zaczynając od „K”(powłoka leżąca najbliżej jądra atomowego).

Elektrony w atomie poruszają się wokół jądra atomowego. Obszar poza jądrem,

w którym istnieje duże prawdopodobieństwo znalezienia elektronów nazywamy chmurą elektronową.

Liczbę powłok w atomie podaje numer okresu (rzędy poziome), w którym leży pierwiastek.

Maksymalną liczbę elektronów znajdujących się na danej powłoce oblicza się ze wzoru:

2n

²

gdzie n - numer powłoki (wartość głównej liczby kwantowej)

np. maksymalna liczba elektronów na powłoce K (n = 1) jest równa 2 · 1² = 2 Powłoka L (n = 2); maks. liczba elektronów jest równa 2 · 2² = 2 · 4 = 8

Powłoka M (n = 3); maks. liczba elektronów jest równa 2 · 3² = 2 · 9 = 18 Powłoka N (n = 4); maks. liczba elektronów jest równa 2 · 4² = 2 · 16 = 32

Konfiguracja pełna (całkowita) pierwiastków.

Kolejność zapełniania orbitali atomowych:

 1s

 2s 2p

 3s 3p 3d

 4s 4p 4d 4f

1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s

 5s 5p 5d

 6s 6p liczby elektronów w podpowłokach

 7s s-2e p- 6e d-10e f – 14e



Konfiguracje elektronowe całkowite pierwiastków

Okres 1

 H wodór: 1s¹

 He hel: 1s²

Okres 2

 Li lit: 1s² 2s¹

 Be beryl: 1s² 2s²

 B bor: 1s² 2s² 2p¹

 C węgiel: 1s² 2s² 2p²

 N azot: 1s² 2s² 2p³

 O tlen: 1s² 2s² 2p⁴

 F fluor: 1s² 2s² 2p⁵ 

 Ne neon: 1s² 2s² 2p⁶

Okres 3 (konfiguracje skrócone)

  Na sód: [Ne] 3s¹ 

 Mg magnez: [Ne] 3s²

 Al glin: [Ne] 3s² 3p¹ 

 Si krzem: [Ne] 3s² 3p²

  P fosfor: [Ne] 3s² 3p³

  S siarka: [Ne] 3s² 3p⁴ 

 Cl chlor: [Ne] 3s² 3p⁵

 Ar argon: [Ne] 3s² 3p⁶

Konfiguracje elektronowe pierwiastków

Okres 4 (konfiguracje skrócone)

 K potas: [Ar] 4s¹

 Ca wapń: [Ar] 4s²

 Sc skand: [Ar] 3d¹ 4s²

 Ti tytan: [Ar] 3d² 4s² 

 Cr chrom: [Ar] 3d⁵ 4s¹

 Mn mangan:[Ar] 3d⁵ 4s²

 Fe żelazo: [Ar] 3d⁶ 4s²

 Co kobalt: [Ar] 3d⁷ 4s²

 Ni nikiel: [Ar] 3d⁸ 4s²

 Cu miedź: [Ar] 3d¹⁰ 4s¹

 Zn cynk: [Ar] 3d¹⁰ 4s²

 Ga gal: [Ar]3d¹⁰ 4s² 4p¹

 Ge german: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p²

 As arsen: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³

 Se selen: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴

 Br brom: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁵

  Kr krypton: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁶

Konfiguracje elektronowe pierwiastków

Okres 5 (konfiguracje skrócone)

 Rb rubid: [Kr] 5s¹

 Sr stront: [Kr] 5s²

 Y itr: [Kr] 4d¹ 5s²

 Zr cyrkon: [Kr] 4d² 5s²

 Nb niob: [Kr] 4d⁴ 5s¹

 Mo molibden: [Kr] 4d⁵ 5s¹

 Tc technet: [Kr] 4d⁵ 5s²

 Ru ruten: [Kr] 4d⁷ 5s¹

 Rh rod: [Kr] 4d⁸ 5s¹

 Pd pallad [Kr] 4d¹⁰ 5s⁰

 Ag srebro: [Kr] 4d¹⁰ 5s¹ 

 Cd kadm: [Kr] 4d¹⁰  5s²

 In ind: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p¹

 Sn cyna: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p²

 Sb antymon: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³

 Te tellur: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴

 I jod: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁵

 Xe ksenon: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁶

Promocja elektronowa – nieregularność w konfiguracji

występująca m.in. w atomie chromu, miedzi, molibdenu, srebra ….

Spowodowana tym, że okazuje się korzystniejsza energetycznie.

Np. w przypadku chromu korzystniejsze energetycznie jest wypełnienie elektronami orbitali 3d kosztem elektronu 4s

Z PIERWIASTEK KONFIGURACJA

24 chrom [Ar]4s¹3d⁵

29 miedź [Ar]4s¹3d¹⁰

42 molibden [Kr]5s¹ 4d⁵

Elektrony walencyjne

^– to elektrony z ostatniej powłoki ns np (pierwiastki bloku s, p) np.

F fluor: 1s² 2s² 2p⁵  elektrony walencyjne

lub z ostatniej powłoki ns i podpowłoki (n-1)d Cr chrom: [Ar] 3d⁵ 4s¹

elektrony walencyjne

Zapis graficzny konfiguracji elektronowej pierwiastków.

TYPY ORBITALI – ZAPIS GRAFICZNY

s 1 orbital s - 2e

p

3 orbitale p 3x2= 6 elektronów

d

5 orbitali d 5x2=10 elektronów

f 7 orbitali f 7x2=14 elektronów

Reguła Hunda

– w atomie, w celu uzyskania najbardziej korzystnego energetycznie zapełnienia orbitali atomowych, powinno być jak najwięcej elektronów niesparowanych.

Elektrony ulegają sparowaniu po pojedynczym zapełnieniu

wszystkich form przestrzennych danych orbitali danej powłoki elektronowej.

TAK

(zapis prawidłowy)

NIE

⁽zapis nieprawidłowy)

↑ ↑ ↑

↓↑ ↑

Reguła Pauliego, zwana też zakazem Pauliego, czasem też zasadą Pauliego lub prawem

Pauliego – została zaproponowana przez Wolfganga Pauliego w 1925  dla wyjaśnienia zachowania

się elekronów, czyli cząstek o spinie połówkowym.

Zakaz Pauliego głosi, że prawdopodobieństwo

 znalezienia elektronów o jednakowych  liczbach kwantowych jest równe zeru.

1s

2

TAK

₍ZAPIS ZGODNY Z REGUŁĄ)

1s

2

NIE

(ZAPIS NIEZGODNY Z REGUŁĄ)

↑↑

↓↑

Przykłady konfiguracji graficznych pierwiastków:

C węgiel: 1s²  2s2  2p²

N azot: 1s²  2s²  2p³

elektrony sparowane elektrony niesparowane

↓↑ ↓↑ ↑ ↑

↓↑ ↓↑ ↑ ↑ ↑

KONFIGURACJA ELEKTRONOWA UPROSZCZONA - umowny zapis przedstawiający rozmieszczenie elektronów na poszczególnych powłokach chmury elektronowej.

Aby napisać konfigurację elektronową atomu danego pierwiastka, musimy znać:

• liczbę powłok elektronowych (= numer okresu, w którym leży pierwiastek)

• liczbę wszystkich elektronów w atomie (= liczba atomowa Z) Np. konfiguracja elektronowa boru jest następująca:

5B: K² L³ Zadanie 1

Napisz konfigurację elektronową uproszczoną następujących pierwiastków:

a) sodu

b) magnezu c) glinu

Wykonaj modele tych atomów korzystając z tablicy magnetycznej modeli atomów.

a) Atom sodu

K²L⁸M¹

Poprawnie wykonane zadanie 1 odp. a)– zdjęcie modelu

Bibliografia:

https://pl.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Pauli

https://pl.wikipedia.org/wiki/Atom bing.com/images https://pl.wikipedia.org/wiki/Konfiguracja_elektronowa

Dziękuję za uwagę.

Prezentację wykonała:

Ewa Łapińska – nauczyciel chemii

I Licem Ogólnokształcącego im. A. Mickiewicza w Łapach