Число электронов на внешнем энергетическом уровне уменьшается. Урок «Изменение числа электронов на внешнем энергетическом уровне атомов химических элементов

Что происходит с атомами элементов во время химических реакций? От чего зависят свойства элементов? На оба эти вопроса можно дать один ответ: причина лежит в строении внешнего В нашей статье мы рассмотрим электронное металлов и неметаллов и выясним зависимость между структурой внешнего уровня и свойствами элементов.

Особые свойства электронов

При прохождении химической реакции между молекулами двух или более реагентов происходят изменения в строении электронных оболочек атомов, тогда как их ядра остаются неизменными. Сначала ознакомимся с характеристиками электронов, находящихся на наиболее удаленных от ядра уровнях атома. Отрицательно заряженные частицы располагаются слоями на определенном расстоянии от ядра и друг от друга. Пространство вокруг ядра, где нахождение электронов наиболее возможно, называется электронной орбиталью. В ней сконденсировано около 90 % отрицательно заряженного электронного облака. Сам электрон в атоме проявляет свойство дуальности, он одновременно может вести себя и как частица, и как волна.

Правила заполнения электронной оболочки атома

Количество энергетических уровней, на которых находятся частицы, равно номеру периода, где располагается элемент. На что же указывает электронный состав? Оказалось, что количество электронов на внешнем энергетическом уровне для s- и p-элементов главных подгрупп малых и больших периодов соответствует номеру группы. Например, у атомов лития первой группы, имеющих два слоя, на внешней оболочке находится один электрон. Атомы серы содержат на последнем энергетическом уровне шесть электронов, так как элемент расположен в главной подгруппе шестой группы и т. д. Если же речь идет о d-элементах, то для них существует следующее правило: количество внешних отрицательных частиц равно 1 (у хрома и меди) или 2. Объясняется это тем, что по мере увеличения заряда ядра атомов вначале происходит заполнение внутреннего d- подуровня и внешние энергетические уровни остаются без изменений.

Почему изменяются свойства элементов малых периодов?

В малыми считаются 1, 2, 3 и 7 периоды. Плавное изменение свойств элементов по мере возрастания ядерных зарядов, начиная от активных металлов и заканчивая инертными газами, объясняется постепенным увеличением количества электронов на внешнем уровне. Первыми элементами в таких периодах являются те, чьи атомы имеют всего один или два электрона, способные легко отрываться от ядра. В этом случае образуется положительно заряженный ион металла.

Амфотерные элементы, например, алюминий или цинк, свои внешние энергетические уровни заполняют небольшим количеством электронов (1- у цинка, 3 - у алюминия). В зависимости от условий протекания химической реакции они могут проявлять как свойства металлов, так и неметаллов. Неметаллические элементы малых периодов содержат от 4 до 7 отрицательных частиц на внешних оболочках своих атомов и завершают ее до октета, притягивая электроны других атомов. Например, неметалл с наибольшим показателем электроотрицательности - фтор, имеет на последнем слое 7 электронов и всегда забирает один электрон не только у металлов, но и у активных неметаллических элементов: кислорода, хлора, азота. Заканчиваются малые периоды, как и большие, инертными газами, чьи одноатомные молекулы имеют полностью завершенные до 8 электронов внешние энергетические уровни.

Особенности строения атомов больших периодов

Четные ряды 4, 5, и 6 периодов состоят из элементов, внешние оболочки которых вмещают всего один или два электрона. Как мы говорили ранее, у них происходит заполнение электронами d- или f- подуровней предпоследнего слоя. Обычно это - типичные металлы. Физические и химические свойства у них изменяются очень медленно. Нечетные ряды вмещают такие элементы, у которых заполняются электронами внешние энергетические уровни по следующей схеме: металлы - амфотерный элемент - неметаллы - инертный газ. Мы уже наблюдали ее проявление во всех малых периодах. Например, в нечетном ряду 4 периода медь является металлом, цинк - амфотерен, затем от галлия и до брома происходит усиление неметаллических свойств. Заканчивается период криптоном, атомы которого имеют полностью завершенную электронную оболочку.

Как объяснить деление элементов на группы?

Каждая группа - а их в короткой форме таблицы восемь, делится еще и на подгруппы, называемые главными и побочными. Такая классификация отражает различное положение электронов на внешнем энергетическом уровне атомов элементов. Оказалось, что у элементов главных подгрупп, например, лития, натрия, калия, рубидия и цезия последний электрон расположен на s-подуровне. Элементы 7 группы главной подгруппы (галогены) заполняют отрицательными частицами свой p-подуровень.

Для представителей побочных подгрупп, таких, как хром, типичным будет наполнение электронами d-подуровня. А у элементов, входящих в семейства накопление отрицательных зарядов происходит на f-подуровне предпоследнего энергетического уровня. Более того, номер группы, как правило, совпадает с количеством электронов, способных к образованию химических связей.

В нашей статье мы выяснили, какое строение имеют внешние энергетические уровни атомов химических элементов, и определили их роль в межатомных взаимодействиях.

Урок химии в 8 классе. «_____»___________________ 20_____ г.

Изменение числа электронов на внешнем энергетическом уровне атомов химических элементов.

Цель. Рассмотреть изменения свойств атомов химических элементов в ПСХЭ Д.И. Менделеева.

Образовательные. Объяснить закономерности изменения свойств элементов в пределах малых периодов и главных подгрупп; определить причины изменения металлических и неметаллических свойств в периодах и группах.

Развивающие. Развивать умения сравнивать и находить закономерности изменения свойств в ПСХЭ Д.И. Менделеева.

Воспитательные. Воспитывать культуру учебного труда на уроках.

Ход урока.

Орг. момент.

Повторение изученного материала.

Самостоятельная работа.

1 вариант.

2 вариант.

1-5. Укажите число нейтронов в ядре атома.

11-15. Указанная электронная формула атома отвечает элементу.

Изучение новой темы.

Задание. Распределите электроны по энергетическим уровням у следующих элементов: Mg, S, Ar.

Завершенные электронные слои обладают повышенной устойчивостью и стабильностью. Устойчивостью обладают атомы, у которых не внешнем энергетическом уровне находится 8 электронов – инертные газы.

Атом всегда будет устойчив, если у него на внешнем энергетическом уровне будет 8ē.

Каким образом атомы этих элементов могут достичь 8-электронного внешнего уровня?

2 пути завершения:

Отдать электроны

Принять электроны.

Металлы – это элементы, которые отдают электроны, на внешнем энергетическом уровне у них 1-3 ē.

Неметаллы – это элементы, которые принимают электроны, на внешнем энергетическом уровне у них находится 4-7ē.

Изменение свойств в ПСХЭ.

В пределах одного периода с ростом порядкового номера элемента металлические свойства ослабевают, а неметаллические свойства усиливаются.

Растет число электронов на внешнем энергетическом уровне.

Радиус атома уменьшается

Число энергетических уровней постоянно.

В главных подгруппах неметаллические свойства уменьшаются, а металлические усиливаются .

Число электронов на внешнем энергетическом уровне постоянно;

Число энергетических уровней увеличивается;

Радиус атома увеличивается.

Таким образом, франций – самый сильный металл, фтор – самый сильный неметалл.

Закрепление.

Упражнения.

Расположите данные химические элементы в порядке увеличения металлических свойств:

А) Al, Na, Cl, Si, P

Б) Mg, Ba, Ca, Be

В) N, Sb, Bi, As

Г) Cs, Li, K, Na, Rb

Расположите данные химические элементы в порядке увеличения неметаллических свойств:

Б) C, Sn, Ge, Si

В) Li, O, N, B, C

Г) Br, F, I, Cl

Подчеркните символы химических металлов:

А) Cl, Al, S, Na, P, Mg, Ar, Si

Б) Sn, Si, Pb, Ge, C

Расположите в порядке уменьшения металлических свойств.

Подчеркните символы химических элементов неметаллов:

А) Li, F, N, Be, O, B, C

Б) Bi, As, N, Sb, P

Расположите в порядке уменьшения неметаллических свойств.

Домашнее задание. Стр. 61- 63. Упр. 4 стр. 66

1 вариант.

1-5. Укажите число нейтронов в ядре атома.

6-10. Укажите число энергетических уровней в атомах следующих элементов.

11-15. Указанная электронная формула атома отвечает элементу.

2 вариант.

1-5. Укажите число нейтронов в ядре атома.

6-10. Укажите число электронов на внешнем энергетическом уровне.

11-15. Указанная электронная формула атома отвечает элементу.

МБОУ «Гимназия №1 города Новопавловска»

Химия 8 класс

Тема:

«Изменение числа электронов

на внешнем энергетическом уровне

атомов химических элементов»

Учитель: Татьяна Алексеевна Комарова

г. Новопавловск

Дата: ___________

Урок – 9

Тема урока: Изменение числа электронов на внешнем энергетическом

уровне атомов химических элементов.

Цели урока:

Сформировать понятие о металлических и неметаллических свойствах элементов на атомном уровне;

Показать причины изменения свойств элементов в периодах и группах на основе строения их атомов;

Дать первоначальные представления об ионной связи.

Оборудование : ПСХЭ, таблица «Ионная связь».

Ход урока

Организационный момент.

Проверка знаний

Характеристика химических элементов по таблице (3 чел.)

Строение атомов (2 чел.)

Изучение нового материала

Рассмотрим следующие вопросы:

1 . Атомы, каких химических элементов, имеют завершенные энергетические уровни?

Это атомы инертных газов, которые расположены в главной подгруппе 8-й группы.

Завершенные электронные слои обладают повышенной устойчивостью и стабильностью.

Атомы VIII группы (He Ne Ar Kr Xe Rn) содержат на внешнем уровне 8е - , именно поэтому они инертны, т.е. химически не активны , не вступают во взаимодействие с другими веществами, т.е. их атомы обладают повышенной устойчивостью и стабильностью. То есть, все химические элементы(обладающие различным электронным строением) стремятся при химическом взаимодействии получить завершенный внешний энергетический уровень ,8е - .

Пример:

11 +12 +9 +17

2 8 1 2 8 2 2 7 2 8 7

1 s 2 2s 2 p 6 3 s 1 1s 2 2s 2 p 6 3 s 2 1s 2 2s 2 p 5 1s 2 2s 2 p 6 3 s 2 p 5

Как вы считаете, каким образом атомы этих элементов могут достичь восемь электронов на внешнем уровне?

Если (предположим) закрыть рукой последний уровень у Na и Mg , то получаются завершенные уровни. Следовательно, надо отдать с внешнего электронного уровня эти электроны! Тогда при отдаче электронов пред-внешний слой из 8е - , становится внешним.

А у элементов F и Cl , следует принять 1 недостающий электрон на свой энергетический уровень, чем отдать 7е - . И так, существует 2 пути достижения завершенного энергетического уровня:

А) Отдача («лишних») электронов с внешнего слоя.

Б) Принятие на внешний уровень («недостающих») электронов.

2. Понятие о металличности и неметалличности на атомном уровне:

Металлы – это элементы, атомы которых отдают свои внешние электроны.

Неметаллы – это элементы, атомы которых принимают на внешний энергетический уровень электроны.

Чем легче атом Ме отдает свои электроны, тем сильнее выражены его металлические свойства.

Чем легче атом неМе принимает недостающие электроны на внешний слой, тем более сильно выражены его неметаллические свойства.

3. Изменение Ме и неМе свойств атомов х.э. в периодах и группах в ПСХЭ.

В периодах:

Пример: Na (1e -) Mg (2е -) – записать строение атома.

Как вы считаете, у какого элемента сильнее выражены металлические свойства, у Na или Mg? Что легче отдать 1е - или 2е - ? (Конечно 1е - , следовательно у Na металлические свойства выражены сильнее).

Пример: Al (3e -) Si (4e -) и т.д.

По периоду количество электронов на внешнем уровне растет слева направо.

(ярче металлические свойства выражены у Al).

Конечно, способность к отдаче электронов по периоду будет уменьшаться, т.е. металлические свойства будут ослабевать.

Таким образом, самые сильные Ме расположены в начале периодов.

А как будет меняться способность к присоединению электронов? (будет увеличиваться)

Пример:

14 r +17 r

2 8 4 2 8 7

Легче принять 1 недостающий электрон (у Cl), чем 4е - у Si.

Вывод:

Неметаллические свойства по периоду слева направо будут усиливаться, а металлические свойства ослабевать.

Еще 1 причина усиления неМе свойств – это уменьшение радиуса атома при неизменном числе уровней.

Т.к. в пределах 1-го периода число энергетических уровней для атомов не меняется, но растет число внешних электронов е - и число протонов р - в ядре. Вследствие этого притяжения электронов к ядру усиливается (закон Кулона), и радиус ( r) атома уменьшается, атом как бы сжимается.

Вывод общий:

В пределах одного периода с ростом порядкого номера ( N) элемента, металлические свойства элементов ослабевают, а неметаллические – усиливаются, потому что:

Растет число е - на внешнем уровне оно равно № группы и число протонов в ядре.

Радиус атома уменьшается

Число энергетических уровней постоянно.

4. Рассмотрим вертикальную зависимость изменения свойств элементов (в пределах главных подгрупп) в группах.

Пример: VII группа главная подгруппа (галогены)

9 +17

2 7 2 8 7

1 s 2 2s 2 p 5 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 5

Число е - на внешнем уровнях этих элементов одинаковое, а число энергетических уровней разное,

у F -2e - , а Cl – 3e - /

У какого атома радиус больше? (- у хлора, т.к. 3 энергетических уровней).

Чем ближе к ядру расположены е - тем они сильнее притягиваются к нему.

Атом какого элемента будет легче присоединять е - у F или Сl?

(F – легче присоединить 1 недостающий электрон), т.к. у него меньше радиус, а значит сила притяжения электрона к ядру больше, чем у Cl.

Закон Кулона

Сила взаимодействия двух электрических зарядов обратно-пропорциональна квадрату

расстояния между ними, т.е. чем больше расстояние между атомами, тем меньше сила

притяжения двух разноименных зарядов (в данном случае, электронов и протонов).

F сильнее Cl ˃Br˃J и т.д.

Вывод:

В группах (главных подгруппах) неметаллические свойства – уменьшаются, а металлические усиливаются, потому что:

1). Число электронов на внешнем уровне атомов одинаковое (и равно № группы).

2). Число энергетических уровней в атомах растёт.

3). Радиус атома увеличивается.

Устно по таблице ПСХЭ рассмотреть I - группу главную подгруппу. Сделать вывод, что самый сильный металл- это Fr франций, а самый сильный неметалл – это F фтор.

Ионная связь.

Рассмотрим, что произойдет с атомами элементов, если они достигнут октета (т.е. 8е -) на внешнем уровне:

Выпишем формулы элементов:

Na 0 +11 2е - 8е - 1е - Mg 0 +12 2е - 8е - 2е - F 0 +9 2е - 7e - Cl 0 +17 2е - 8е - 7е -

Na х +11 2е - 8е - 0е - Mg х +12 2е - 8е - 0е - F х +9 2е - 8e - Cl х +17 2е - 8е - 8е -

Верхний ряд формул содержит одинаковое число протонов и электронов, т.к. это формулы нейтральных атомов(стоит нулевой заряд «0»- это степень окисления).

Нижний ряд – разное число p + и e - , т.е. это формулы заряженных частиц.

Вычислим заряд данных частиц.

Na +1 +11 2е - 8е - 0е - 2+8=10, 11-10 =1, степень окисления +1

F - +9 2е - 8e - 2+8 =10, 9-10 =-1, степень окисления -1

Mg +2 +12 2е - 8е - 0е - 2+8 =10, 12-10 =-2, степень окисления -2

В результате присоединения – отдачи электронов получаются заряженные частицы, которые называют ионы.

Атомы Ме при отдаче е - приобретает «+» (положительный заряд)

Атомы неМе принимая «чужие» электроны заряжаются «- » (отрицательный заряд)

Химическая связь, образующаяся между ионами, называют ионной.

Ионная связь возникает между сильными Ме и сильными неМе.

Примеры.

а) образование ионной связи. Na + Cl -

Na Cl + -

11 + +17 +11 +17

2 8 1 2 8 7 2 8 2 8 8

1 e -

Процесс превращения атомов в ионы:

Na 0 + Cl 0 Na + + Cl - Na + Cl -

атом атом ион ион ионное соединение

2е -

б) Са О 2+ 2-

20 +8 +20 +8

2 8 8 2 2 6 2 8 8 2 8

Са а 0 – 2е - Са 2+ 2 1

Итог урока

Литература:

1. Химия 8 класс. учебник для общеобразовательных

учреждений/О.С. Габриелян. Дрофа 2009 год

2. Габриелян О.С. Настольная книга учителя.

Химия 8 класс, Дрофа, 2003 г