КОНСПЕКТ - строение атома

11 класс.
Состояние электронов в атоме.
Цели:
- обобщить и углубить знания о строении атома;
- сформировать понятия “энергетический уровень” и “электронная орбиталь”;
- закрепление навыков написания электронно-графических формул первых 20
элементов;
- углубить понимание периодичности как основного критерия расположения
элементов в ПСХЭ Д.И. Менделеева и причины повторяемости их свойств.
Задачи:
- дать представление о форме различных орбиталей;
- обобщив полученные знания, заполнить таблицу “Распределение электронов по
энергетическим уровням”;
- продолжить формирование навыков работы с обучающими компьютерными
программами.
Ход урока.
Вывести на доску (экран) изображение планетарной модели атома (в данном случае
– гелия) Резерфорда-Бора. Задать вопрос: “Что такое состояние электрона в атоме?”
е–
Энергия
Близкие по
значению
энергии связи с
ядром
электроны
образуют
энергетический
уровень, или
электронный
слой
В пространстве
Совокупность различных
положений в
пространстве –
электронное облако
- вероятность нахождения электрона в этой области пространства (W)
составляет примерно 10%
- W ≈ 20%
-W ≈ 30%
Эти различные значения вероятности нахождения электрона в пространстве вокруг
ядра описываются принципом неопределённости Гейзенберга: нельзя одновременно
с большой точностью определить положение электрона в пространстве и его
энергию. Чем точнее определяется один из этих параметров, тем больше
погрешность в определении второго. [“Уроки химии Кирилла и Мефодия”: тема 3,
урок 18: медиа-лекция к уроку].
Но есть область пространства, в которой вероятность нахождения электрона
максимальна, – орбиталь.
Строение энергетических уровней.
Е
5 d-орбиталей
три p-орбитали
4
одна s-орбиталь
5 d-орбиталей
три p-орбитали
3
одна s-орбиталь
три p-орбитали
2
одна s-орбиталь
1
одна s-орбиталь
7 f-орбиталей
Граничные поверхности орбиталей (“Открытая химия 2.6”, глава 2, п.2.2).
Квантовые числа электронов
главное
значения
№ энергетического
уровня
1–7
определяет энергию
электронов
данного уровня:
чем больше n, тем
больше Е
побочное
Характеризует
подуровни
0–3
форму атомных
орбиталей
ℓ = 0:
-s
ℓ = 2:
-p
ℓ = 3:
-d
ℓ = 4:
-f
магнитное
спиновое
Число орбиталей
на подуровне
–ℓ…0…+ℓ
Спиновый
момент
– ½ или + ½
положение
орбитали в
пространстве
относительно
внешнего
электрического
или магнитного
поля
параллельно или
непараллельно
магнитному
полю от
движения
электрона вокруг
ядра
ориентировано
магнитное поле
самого
электрона
Разные состояния электронов в атоме неравноценны и объясняются 4
закономерностями.
1. Правило Клечковского. Атом стремится к минимальному значению суммы
главного и побочного квантовых чисел (n + ℓ →0); если для разных состояний такая
сумма одинакова, то сначала заполняется состояние с меньшим значением n.
Например: 21Sc: заполняется сначала 3d-орбиталь (для неё n + ℓ = 3 + 2 = 5), а не 4pорбиталь (для неё тоже n + ℓ = 4 + 1 = 5), потому что для неё значение n меньше.
2. Принцип Паули. В атоме не может быть двух электронов с одинаковыми значениями
всех четырёх квантовых чисел. На каждой орбитали может находиться не более двух
электронов: у них одинаковы все квантовые числа, кроме ms.
Число электронов на энергетическом уровне:
N = 2n2.
3. Правило Гунда. Электроны располагаются на одинаковых орбиталях так, чтобы их
суммарное спиновое число было максимальным:
Σ = 1½ (max)
p-подуровень:
Σ=½
↑ ↑ ↑
так
↑↓ ↑
Σ=1
↑ ↓ ↑
но НЕ так!
Например: чем объяснить то, что у атома хрома конфигурация внешнего
электронного слоя …4s13d5, а не …4s23d4? Здесь происходит провал электрона,
то есть, согласно правилу Гунда, атом стремится к максимальному спину
электронов, который и достигается в большей степени в конфигурации …4s13d5:
↑
↑↓
↑ ↑ ↑ ↑
4s2
3d4
не так
↑ ↑ ↑ ↑ ↑
4s1
3d5
а ТАК
Наиболее устойчивы конфигурации наполовину или полностью заполненные: f14,
d5, d10.
Задания.
1. Работа учеников у доски.
Ученики пишут на доске по одной электронно-графической формуле элементов:
из II, III и IV периодов: N, Na и Kr.
2. Вопрос классу (работа с ПСХЭ Д. И. Менделеева).
У каких элементов может происходить провал электрона? (у элементов побочных
подгрупп I и VI групп, так как им нужен один электрон с s-подуровня для того,
чтобы наполовину или полностью заполнить d-подуровень). Двойной провал
электрона может происходить у платины.
3. На данный вопрос ученики отвечают письменно в течение трёх минут и
сдают ответы учителю.
Если бы мы могли фотографировать положение электрона в пространстве
вокруг ядра со сколь угодно большой частотой, какие другие его параметры в это
же время нельзя было бы точно определить? (масса, импульс, скорость, энергия).
Каким соотношением связаны масса и энергия?
Тест.
1.В атоме состояние электрона определяется его:
- энергией;
- спином;
- характером движения;
- энергией и положением в пространстве.
2. Принцип неопределённости Гейзенберга утверждает, что невозможно
одновременно точно определить энергию электрона и его:
- спин;
- положение в пространстве;
- массу;
- скорость.
3. Суммарный спин максимален у электронов атома:
- гелия;
- лития;
- бериллия;
- бора.
4. Вероятность нахождения электрона выше в области, обозначенной
цифрой:
- 1;
- 2;
- 3;
- вероятность одинакова во всех областях.
5. Утверждение о том, что в атоме не может быть двух электронов с
одинаковым набором всех четырёх квантовых чисел – это…
- принцип Паули;
- правило Клечковского;
- принцип минимума энергии;
- правило Гунда.
6. Тот факт, что у атома скандия сначала заполняется 3d-орбиталь, а не 4p-,
объясняется:
- правилом Гунда;
- правилом Клечковского;
- принципом минимума энергии;
- принципом неопределённости Гейзенберга.
7. p-орбиталь имеет форму:
- шара;
- объёмной восьмёрки;
-четырёхлепестковую;
- слишком сложную для изображения.
8. Форму атомных орбиталей характеризует:
- главное квантовое число;
- побочное квантовое число;
- магнитное квантовое число;
- спиновое квантовое число.
9. В формуле для подсчёта числа электронов на энергетическом уровне
N = 2n2 символ “n” обозначает:
- № энергетического уровня;
- число электронов на подуровне;
- число подуровней на данном уровне;
- число неспаренных электронов.
10. Максимальное количество электронных пар, которые могут находиться
на 3-м энергетическом уровне, если на нём есть одна s-, три p- и пять dорбиталей, равно:
- 4;
- 9;
- 18;
- 16.
11. Элемент со строением внешнего энергетического уровня в основном
состоянии …3s23p4 находится в ПСЭМ в группе №:
- 2;
- 4;
- 6;
- 8.
12. Число электронов на предвнешнем энергетическом уровне атома меди
равно:
- 10;
- 11;
- 17;
- 18.
13. Два электрона, находящиеся на 3s-подуровне, отличаются:
- энергией;
- скоростью;
- значением побочного квантового числа;
- значением спинового квантового числа.
14. Облако электрона с побочным квантовым числом, равным 1, имеет
форму:
- объёмной восьмёрки;
- шара;
- побочное квантовое число не может быть равно 1;
- четырёхлепестковую.
15. Максимальное число электронов на f-подуровне равно:
- 5;
- 14;
- 7;
- 10.