Урок 3. Тема 1. Періодичний закон і періодична система хімічних елементів. Електронні і графічні електронні формули атомів s- , p- , d-елементів. Принцип "мінімальної енергії". 11 клас.

s-елементи — група елементів у періодичній таблиці елементів, електронна оболонка яких включає в себе перші два шари s-електронів. До s-елементів відносяться лужні метали, лужноземельні метали, водень та гелій.

p-елементи в періодичній таблиці елементів — електронна оболонка атомів, валентні електрони яких з найвищою енергією займають p-орбіталь.

До p-елементів належать останні шість елементів головної підгрупи, крім гелію (який перебуває є s-елементом). До р-елементів відносяться всі неметали (виключаючи водень і гелій) і напівметали, а також деякі метали.

d-елементи — елементи у періодичній таблиці, в електронній оболонці яких валентні електрони з найвищою енергією займають d-орбіталь.

Принцип «мінімальної енергії», електронні формули атомів і графічні варіанти цих формул не є новими для вас поняттями. Щоб з’ясувати, що ви вже знаєте та вмієте, проаналізуйте наведені далі твердження. Оцініть відповідність інформації, закладеної в них, вашим попереднім навчальним здобуткам. Зверніть увагу, що деякі слова пропущено, тож вам доведеться випробувати себе в ролі дешифрувальника чи дешифрувальниці. Успішно впоратися із завданням вам допоможуть рисунки 1.1-1.5 та дружня допомога.

Рис. 1.1. Розташування в просторі 1-s-орбіталі та р-орбіталей

Твердження:

1) частину простору в атомі, де перебування електрона є найімовірнішим, називають електронною ...; 2) електрони з орбіталями ... форми називають s-електронами; 3) електрони з орбіталями гантелеподібної ... називають ...-електронами; 4) електрони займають енергетичні рівні послідовно, за збільшенням їхньої енергії (рис. 1.2): спочатку перший енергетичний рівень, потім - другий, третій тощо. Цей принцип називають «принципом ... енергії»; 5) енергія 3-d підрівня ... за енергію 4-s підрівня; 6) заповнення орбіталей починається з рівня, розташованого найближче до ... атома; 7) електрони, що перебувають в орбіталях однакової форми й розміру, мають однакову ...; 8) електронна ... атома - це умовний запис послідовності його орбіталей із зазначенням кількості електронів у них. Її графічний варіант дає уявлення про кількість спарених і ... електронів в атомі. Частину електронної формули зазвичай замінюють узятим у квадратні дужки символом інертного елемента попереднього періоду. Наприклад, скорочена електронна формула атома Сульфуру така: [...] 3s²3p⁴.

Рис. 1.2. Енергетичні рівні й підрівні

Рис. 1.3. 1. Електронна формула атома Гелію. 2. Графічний варіант електронної формули атома Нітрогену

• Зобразіть графічний варіант електронної формули атома Гелію та запишіть електронну формулу атома Нітрогену.

9) в атомах s-елементів електрони заповнюють ...-підрівень зовнішнього енергетичного рівня, в атомах р-елементів - ...-підрівень зовнішнього енергетичного рівня. В атомах елементів побічних підгруп - d-елементів - передзовнішній d-підрівень заповнюють d-електрони.

• 1. Яка максимальна кількість електронів на третьому енергетичному рівні? 2. Скільки підрівнів на четвертому енергетичному рівні? Шостому тощо? 3. Енергія електронів якого підрівня вища: 1s чи 2s, 2s чи 2р, 3d чи 4s? 4. Заповніть таблицю за зразком:

Цікаво і пізнавально

Назви орбіталей (s, р, d та f) походять від якісних характеристик спектральних ліній пов’язаних з ними атомних орбіталей: sharp (гострий), principal (головний), diffuse (розпливчастий), fundamental (фундаментальний). Наступні назви дають за абеткою.

Складати електронні формули атомів s-елементів 1-4 періодів та р-елементів 2 й 3 періодів з огляду на принцип «мінімальної енергії» ви навчилися у 8 класі:

Рис. 1.4. Електронні формули s-елементів 1-4 періодів та р-елементів 2 й 3 періодів

• Проаналізуйте рисунок 1.4 та: а) поясніть, чому в атомах Калію та Кальцію електрони розташовані на 4s-, а не на 3d-підрівні; б) складіть скорочені електронні формули кількох s- та р-елементів на свій розсуд.

• 1. Порівняйте: a) 1s- і 2s-opбіталi; б) 2s- і 2р-орбіталі; в) 2р_х- і 2р_у-орбіталі; г) 2р_х- і 3р_х-орбіталі. Результати порівняння оформте як таблицю або діаграму Венна.

• 2. Визначте кількість енергетичних рівнів в атомах: а) Оксигену; б) Хлору; в) Феруму; г) Цезію.

• 3. Обчисліть максимально можливу кількість електронів на четвертому енергетичному рівні.

• 4. Визначте кількість електронів на другому енергетичному рівні: а) мінімальну й максимально можливу - спарених; б) мінімальну й максимально можливу - неспарених.

• 5. Визначте хімічні елементи за їхніми скороченими електронними формулами: а) [Ar]4s²3d⁵; б) [Kr]5s²4d¹⁰5p⁶.

• 6. Проаналізуйте електронні формули атомів елементів другого періоду. Який фрагмент у них спільний? Електронній формулі якого хімічного елемента він відповідає? Запишіть скорочені електронні формули атомів кількох хімічних елементів другого періоду. Спрогнозуйте, електронним формулам атомів яких хімічних елементів відповідатимуть фрагменти, повторювані в електронних формулах атомів хімічних елементів наступних періодів.

• 7. Складіть скорочені електронні формули: а) катіона - складника кухонної солі; б) двозарядного аніона найпоширенішего на Землі хімічного елемента; в) тризарядного катіона найпоширенішого в земній корі металічного елемента; в) аніона неметалічного елемента, сполуки якого в складі зубних паст використовують для профілактики карієсу. Порівняйте їх.