Состав и строение атома. Химическая связь и структура вещества

Главное по теме

• Порядковый номер Z = число протонов = число электронов в нейтральном атоме. Число нейтронов N = A - Z, где A - массовое число.
• Порядок заполнения орбиталей: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p. На s-подуровне максимум 2 электрона, на p - 6, на d - 10, на f - 14.
• Исключения (провал электрона): у хрома 3d⁵4s¹, у меди 3d¹⁰4s¹. Полузаполненный и заполненный d-подуровни устойчивее.
• Ионная связь: между типичным металлом и типичным неметаллом (NaCl). Ковалентная неполярная: одинаковые неметаллы (Cl₂, O₂). Ковалентная полярная: разные неметаллы (HCl, H₂O).
• Металлическая связь: катионы металла и общий электронный газ. Водородная связь возникает при H, связанном с F, O или N (вода, спирты, аммиак).
• Гибридизация: sp³ (CH₄, угол 109°28'), sp² (C₂H₄, BF₃, угол 120°), sp (C₂H₂, BeCl₂, угол 180°). Сигма-связь одинарная, двойная связь = 1σ + 1π, тройная = 1σ + 2π.
• Кристаллические решётки: ионная (NaCl, высокая температура плавления), атомная (алмаз, SiO₂, очень твёрдые), молекулярная (лёд, I₂, CO₂, легкоплавкие), металлическая (ковкость, электропроводность).
• Изотопы - атомы одного элемента с разным числом нейтронов (¹H, ²H, ³H). Относительная атомная масса в таблице - среднее по изотопам (у хлора 35,5).
• Ион: катион образуется при потере электронов (Al³⁺ имеет 10 электронов), анион при присоединении (S²⁻ имеет 18 электронов).
• Четыре квантовых числа описывают электрон: главное n задаёт уровень и размер облака (ёмкость уровня 2n²: на третьем уровне 18 электронов), орбитальное l его форму (l = 0, 1, 2, 3 это подуровни s, p, d, f, причём l не больше n - 1), магнитное mₗ ориентацию в пространстве (от -l до +l, поэтому на f-подуровне 7 орбиталей), спиновое mₛ направление вращения (+12 или -12).

Задания с разбором

Где теряют баллы

• Строение атома и электронная конфигурация

  Ловушка: Число нейтронов берут равным массовому числу; забывают, что 4s заполняется раньше 3d.

  Как решать: Протоны = номер элемента, нейтроны = A − Z. Для главных подгрупп номер группы = число внешних электронов.

• Химическая связь и кристаллические решётки

  Ловушка: Связь между двумя разными неметаллами называют ионной; металл и неметалл называют ковалентной.

  Как решать: Металл + неметалл: ионная. Два одинаковых неметалла: ковалентная неполярная, разных: полярная. Металлы: металлическая.

Объяснение простыми словами

Представь большой стадион. В самом центре лежит маленький мячик, а где-то на трибунах сидят зрители. Атом устроен похоже: почти вся его масса собрана в крошечном ядре, а электроны находятся очень далеко от него по сравнению с размером ядра. Из такого устройства вытекает почти всё, что нужно знать про химию.

Ядро состоит из протонов и нейтронов. Протон заряжен положительно, нейтрон не имеет заряда, а электроны вокруг ядра заряжены отрицательно. Важное число - порядковый номер элемента Z. Он равен числу протонов в ядре, а в нейтральном атоме равен и числу электронов. Массовое число A показывает сумму протонов и нейтронов. Отсюда число нейтронов N = A - Z. Например, у железа Z = 26, а массовое число изотопа 56, значит нейтронов 56 - 26 = 30. Если атом стал ионом, число электронов меняется, а протонов нет: у Al³⁺ протонов 13, электронов 13 - 3 = 10, а у S²⁻ протонов 16, электронов 16 + 2 = 18.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Термины

Атом

Мельчайшая химически неделимая частица элемента: ядро из протонов и нейтронов и электроны вокруг него.

Протон

Положительно заряженная частица в ядре; их число равно порядковому номеру элемента.

Нейтрон

Электрически нейтральная частица в ядре с массой почти как у протона.

Электрон

Очень лёгкая отрицательно заряженная частица, движущаяся вокруг ядра.

Массовое число

Сумма числа протонов и нейтронов в ядре, обозначается A.

Изотопы

Атомы одного элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов.

Электронная оболочка (слой)

Энергетический уровень, на котором находятся электроны; номер уровня равен номеру периода для внешнего слоя.

Орбиталь

Область пространства вокруг ядра, где вероятность найти электрон наибольшая; на одной орбитали не больше двух электронов.

Принцип Паули

На одной орбитали могут находиться только два электрона и с противоположными спинами.

Правило Хунда

Электроны сначала занимают орбитали подуровня по одному, с одинаковыми спинами, и только потом спариваются.

Валентные электроны

Электроны внешнего слоя (а у d-элементов и часть d-подуровня), которые участвуют в образовании связей.

Электроотрицательность

Способность атома в соединении притягивать к себе общие электроны; наибольшая у фтора.

Ионная связь

Связь между противоположно заряженными ионами, возникающая при полной передаче электронов.

Ковалентная связь

Связь за счёт общих электронных пар; бывает полярная и неполярная.

Донорно-акцепторная связь

Ковалентная связь, где общую пару даёт один атом (донор), а другой предоставляет свободную орбиталь (акцептор), например в NH₄⁺.

Металлическая связь

Связь между катионами металла и свободно движущимися электронами.

Водородная связь

Слабое притяжение между атомом водорода, связанным с F, O или N, и неподелённой парой другой молекулы.

Гибридизация

Выравнивание формы и энергии нескольких орбиталей атома перед образованием связей (sp, sp², sp³).

Сигма- и пи-связь

Сигма-связь образуется перекрыванием орбиталей по линии, соединяющей ядра; пи-связь перекрыванием сбоку и слабее.

Кристаллическая решётка

Упорядоченное расположение частиц в кристалле: ионная, атомная, молекулярная или металлическая.

Квантовые числа

Четыре числа, задающие состояние электрона в атоме: главное n (уровень), орбитальное l (форма облака), магнитное mₗ (ориентация), спиновое mₛ (спин).

Подуровень

Часть энергетического уровня с одним значением l: s (1 орбиталь), p (3), d (5), f (7 орбиталей); число подуровней на уровне равно его номеру n.