Из чего состоит атом
Атом — это крошечное положительно заряженное ядро и электроны вокруг него. Ядро состоит из протонов и нейтронов (вместе — нуклоны). Почти вся масса атома сосредоточена в ядре.
| Частица | Заряд | Масса (а. е. м.) | Где находится |
|---|---|---|---|
| протон p | +1 | 1 | ядро |
| нейтрон n | 0 | 1 | ядро |
| электрон e | −1 | ≈ 1/1840 | электронная оболочка |
Изотопы — атомы одного элемента (одинаковое Z) с разным числом нейтронов. Химические свойства изотопов практически одинаковы, различаются массы.
Пример. Хлор существует в виде изотопов 35Cl и 37Cl. У обоих 17 протонов и 17 электронов, а нейтронов 35 − 17 = 18 и 37 − 17 = 20. Средняя относительная атомная масса хлора ≈ 35,5 — поэтому в расчётах используют Ar(Cl) = 35,5.
Ионы получаются, когда атом отдаёт или принимает электроны; число протонов при этом не меняется. У Na+ 11 протонов и 10 электронов, у S2− — 16 протонов и 18 электронов.
Проверь себя. Сколько нейтронов в ядре атома 56Fe (Z = 26)?
Ответ: 30
Электронная конфигурация
Электроны располагаются по энергетическим уровням (слоям) 1, 2, 3, … Каждый уровень делится на подуровни s, p, d, f. Максимальное число электронов на уровне — 2n2 (2, 8, 18, 32).
| Подуровень | Орбиталей | Максимум электронов |
|---|---|---|
| s | 1 | 2 |
| p | 3 | 6 |
| d | 5 | 10 |
| f | 7 | 14 |
Пример. Сера, Z = 16: 1s22s22p63s23p4. По слоям: 2, 8, 6. На 3p-подуровне 4 электрона на трёх орбиталях: одна пара и два неспаренных электрона.
Ион Cl− (17 + 1 = 18 электронов) имеет конфигурацию аргона: 1s22s22p63s23p6. Ион Na+ (10 электронов) — конфигурацию неона.
1) У хрома и меди происходит «провал» электрона: Cr — [Ar]3d54s1, Cu — [Ar]3d104s1. Наполовину или полностью заполненный d-подуровень выгоднее.
2) При образовании катионов d-элементов электроны уходят сначала с 4s, а не с 3d: Fe [Ar]3d64s2 → Fe2+ [Ar]3d6 → Fe3+ [Ar]3d5.
Проверь себя. Сколько неспаренных электронов у атома фосфора в основном состоянии?
Ответ: 3
Периодическая система: как её читать
Таблица Менделеева — это «шпаргалка», которую разрешено использовать на экзамене. Научитесь вытаскивать из неё максимум информации.
- Номер периода = число заполняемых электронных слоёв.
- Номер группы для элементов главных (A) подгрупп = число электронов на внешнем слое = высшая степень окисления (есть исключения: F, O, благородные газы).
- s- и p-элементы стоят в главных подгруппах, d-элементы (переходные металлы) — в побочных.
Поищите в лаборатории элементы третьего периода и посмотрите, как меняется число внешних электронов.
Интерактив «Таблица Менделеева» — открыть в тренажёре →
| Группа (A) | I | II | III | IV | V | VI | VII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Высший оксид | R2O | RO | R2O3 | RO2 | R2O5 | RO3 | R2O7 |
| Летучее водородное соединение | — | — | — | RH4 | RH3 | H2R | HR |
Закономерности изменения свойств
Всё объясняется двумя причинами: зарядом ядра и числом электронных слоёв. В периоде слоёв одинаково, а заряд растёт — электроны притягиваются сильнее, атом «сжимается». В группе добавляются новые слои — атом растёт, внешние электроны удерживаются слабее.
| Свойство | В периоде → | В группе ↓ |
|---|---|---|
| Радиус атома | уменьшается | увеличивается |
| Электроотрицательность | растёт | уменьшается |
| Металлические (восстановительные) свойства | ослабевают | усиливаются |
| Неметаллические (окислительные) свойства | усиливаются | ослабевают |
| Кислотные свойства высших оксидов и гидроксидов | усиливаются | ослабевают |
| Число внешних электронов (A-группы) | растёт от 1 до 8 | не меняется |
Пример. Расположите Na, Mg, Al, K в порядке уменьшения радиуса. K — 4 слоя, он самый большой. Na, Mg, Al — третий период, радиус уменьшается слева направо. Ответ: K, Na, Mg, Al.
Как это проверяют на экзамене
В ЕГЭ задания 1–3 объединены общим рядом из пяти элементов. Задание 1 — про электронную конфигурацию (число неспаренных электронов, одинаковое число внешних электронов, конфигурация иона). Задание 2 — выстроить три элемента по возрастанию или убыванию какого-то свойства. Задание 3 — степени окисления и валентность.
В ОГЭ задание 2 обычно просит определить элемент по распределению электронов (например, 2, 8, 5 — фосфор), а задание 3 — расставить элементы по изменению свойства.
Проверь себя. Формула высшего оксида элемента с распределением электронов 2, 8, 7 (латиницей, цифры обычными символами)?
Ответ: Cl2O7