Budowa atomu Konfiguracje elektronowe pierwiastkw Materiay z fizyki

Budowa atomu. Konfiguracje elektronowe pierwiastków. Materiały z fizyki opracowane w ramach projektu WIEDZA I KOMPETENCJE – program podniesienia jakości oferty edukacyjnej ukierunkowanej na rozwój kompetencji kluczowych zwiększenia wykorzystania Ti. K w szkołach ogólnokształcących powiatu białostockiego

Współczesny model atomu to model kwantowo - mechaniczny 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.

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

Elektrony w atomie poruszają się wokół jądra atomowego. Obszar poza jądrem, w którym istnieje duże prawdopodobieństwo znalezienia elektronów nazywamy chmurą elektronową. Powłoka elektronowa - zbiór elektronów o podobnej energii. Powłoki elektronowe oznacza się kolejnymi literami alfabetu łacińskiego, zaczynając od „K”(powłoka leżąca najbliżej jądra atomowego). 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: 2 n 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

Konfiguracja pełna (całkowita) pierwiastków. Kolejność zapełniania orbitali atomowych: 1 s 2 s 2 p 3 s 3 p 3 d 4 s 4 p 4 d 4 f 5 s 5 p 5 d 6 s 6 p 7 s 1 s 2 s 2 p 3 s 3 p 4 s 3 d 4 p 5 s 4 d 5 p 6 s 4 f 5 d 6 p 7 s liczby elektronów w podpowłokach s-2 e p- 6 e d-10 e f – 14 e

Konfiguracje elektronowe całkowite pierwiastków Okres 1 H wodór: 1 s 1 He hel: 1 s 2 Okres 3 (konfiguracje skrócone) Li lit: 1 s 2 2 s 1 Na sód: [Ne] 3 s 1 Be beryl: 1 s 2 2 s 2 Mg magnez: [Ne] 3 s 2 B bor: 1 s 2 2 p 1 Al glin: [Ne] 3 s 2 3 p 1 C węgiel: 1 s 2 2 p 2 Si krzem: [Ne] 3 s 2 3 p 2 N azot: 1 s 2 2 p 3 P fosfor: [Ne] 3 s 2 3 p 3 O tlen: 1 s 2 2 p 4 S siarka: [Ne] 3 s 2 3 p 4 F fluor: 1 s 2 2 p 5 Cl chlor: [Ne] 3 s 2 3 p 5 Ne neon: 1 s 2 2 p 6 Ar argon: [Ne] 3 s 2 3 p 6

Konfiguracje elektronowe pierwiastków Okres 4 (konfiguracje skrócone) Ni nikiel: [Ar] 3 d 8 4 s 2 Cu miedź: [Ar] 3 d 10 4 s 1 K potas: [Ar] 4 s 1 Ca wapń: [Ar] 4 s 2 Zn cynk: [Ar] 3 d 10 4 s 2 Sc skand: [Ar] 3 d 1 4 s 2 Ga gal: [Ar]3 d 10 4 s 2 4 p 1 Ti tytan: [Ar] 3 d 2 4 s 2 Ge german: [Ar] 3 d 10 4 s 2 4 p 2 Cr chrom: [Ar] 3 d 5 4 s 1 As arsen: [Ar] 3 d 10 4 s 2 4 p 3 Mn mangan: [Ar] 3 d 5 4 s 2 Se selen: [Ar] 3 d 10 4 s 2 4 p 4 Fe żelazo: [Ar] 3 d 6 4 s 2 Br brom: Co kobalt: [Ar] 3 d 7 4 s 2 Kr krypton: [Ar] 3 d 10 4 s 2 4 p 6 [Ar] 3 d 10 4 s 2 4 p 5

Konfiguracje elektronowe pierwiastków Okres 5 (konfiguracje skrócone) Pd pallad [Kr] 4 d 10 5 s 0 Rb rubid: [Kr] 5 s 1 Ag srebro: [Kr] 4 d 10 5 s 1 Sr stront: [Kr] 5 s 2 Cd kadm: [Kr] 4 d 10 5 s 2 Y itr: [Kr] 4 d 1 5 s 2 In ind: [Kr] 4 d 10 5 s 2 5 p 1 Zr cyrkon: [Kr] 4 d 2 5 s 2 Sn cyna: [Kr] 4 d 10 5 s 2 5 p 2 Nb niob: [Kr] 4 d 4 5 s 1 Sb antymon: [Kr] 4 d 10 5 s 2 5 p 3 Mo molibden: [Kr] 4 d 5 5 s 1 Te tellur: [Kr] 4 d 10 5 s 2 5 p 4 Tc technet: [Kr] 4 d 5 5 s 2 I jod: [Kr] 4 d 10 5 s 2 5 p 5 4 d 7 5 s 1 Xe ksenon: [Kr] 4 d 10 5 s 2 5 p 6 Ru ruten: [Kr] Rh rod: [Kr] 4 d 8 5 s 1

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 3 d kosztem elektronu 4 s Z PIERWIASTEK KONFIGURACJA 24 chrom [Ar]4 s 13 d 5 29 miedź [Ar]4 s 13 d 10 42 molibden [Kr]5 s 1 4 d 5

Elektrony walencyjne – to elektrony z ostatniej powłoki ns np (pierwiastki bloku s, p) np. F fluor: 1 s 2 2 p 5 elektrony walencyjne lub z ostatniej powłoki ns i podpowłoki (n-1)d Cr chrom: [Ar] 3 d 5 4 s 1 elektrony walencyjne

Zapis graficzny konfiguracji elektronowej pierwiastków TYPY ORBITALI –ZAPIS GRAFICZNY s 1 orbital s - 2 e p 3 orbitale p 3 x 2= 6 elektronów d 5 orbitali d 5 x 2=10 elektronów f 7 orbitali f 7 x 2=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. ↓↑ TAK 1 s 2 (ZAPIS ZGODNY Z REGUŁĄ) ↑↑ 1 s 2 NIE (ZAPIS NIEZGODNY Z REGUŁĄ)

Przykłady konfiguracji graficznych pierwiastków: C węgiel: 1 s 2 2 p 2 ↓↑ N azot: ↓↑ 1 s 2 2 s 2 ↓↑ ↓↑ elektrony sparowane ↑ ↑ 2 p 3 ↑ ↑ ↑ 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: 2 3 5 B: K L Zadanie 1 Napisz konfigurację elektronową uproszczoną następujących pierwiastków: a) sodu b) magnezu c) glinu d) arsenu e) siarki Wykonaj modele tych atomów korzystając z tablicy magnetycznej modeli atomów.

Poprawnie wykonane zadanie 1 odp. a) i b) – zdjęcia modeli a) Atom sodu K 2 L 8 M 1 b) Atom magnezu K 2 L 8 M 2

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