egc-1.1· Глава 1: Общая химия· ~14 мин

Строение атома и Периодический закон

Состав атома, изотопы, электронная конфигурация, периодический закон Менделеева, валентность и степень окисления

Атом состоит из положительно заряженного ядра и электронов, движущихся вокруг него. В ядре находятся протоны (заряд +1+1) и нейтроны (незаряженные); число протонов равно порядковому номеру атома (ZZ) и определяет элемент. В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов, а число нейтронов находится по формуле N=A−ZN = A - Z (AA — массовое число). Атомы одного и того же элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов (и, следовательно, разными массовыми числами) называются изотопами. Электроны распределяются по энергетическим уровням (периодам) и подуровням (s, p, d, f); например, конфигурация 17Cl{}_{17}\text{Cl}: 1s22s22p63s23p51s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5. Согласно периодическому закону Д.И.Менделеева, свойства элементов периодически зависят от заряда ядра атома (порядкового номера). В периоде слева направо атомный радиус уменьшается, электроотрицательность и неметалличность возрастают; в главной подгруппе сверху вниз атомный радиус увеличивается, металличность усиливается.

Ключевые термины

Порядковый номер (ZZ) — Число протонов в ядре атома; определяет элемент и равно числу электронов в нейтральном атоме.
Массовое число (AA) — Сумма числа протонов и нейтронов в ядре; число нейтронов находится по формуле N=A−ZN = A - Z.
Изотопы — Атомы одного и того же элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов (и разными массовыми числами).
Электронная конфигурация — Распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням (s, p, d, f), например 17Cl{}_{17}\text{Cl}: 1s22s22p63s23p51s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5.
Периодический закон — По Менделееву, свойства элементов периодически зависят от заряда ядра атома (порядкового номера).
Степень окисления — Условный заряд атома в соединении; например, кислород −2-2, водород с неметаллами +1+1.
Ёмкость энергетических уровней (2n22n^2)
Уровень (nn)Максимум электроновПодуровни
12s
28s, p
318s, p, d

Максимальная ёмкость каждого уровня вычисляется по формуле 2n22n^2.

Периодическое изменение свойств
НаправлениеАтомный радиусЭлектроотрицательность / неметалличность
В периоде слева направоуменьшаетсявозрастает
В главной подгруппе сверху внизувеличиваетсяуменьшается (металличность растёт)

Противоположное изменение свойств атома в периоде и подгруппе.

✎Средняя атомная масса изотопов
  1. 1Дано: Массовые числа 35 (75%) и 37 (25%).
  2. 2Формула: Ar=A1⋅p1+A2⋅p2100A_r = \frac{A_1 \cdot p_1 + A_2 \cdot p_2}{100}.
  3. 3Вычисление: Ar=35⋅75+37⋅25100=2625+925100A_r = \frac{35 \cdot 75 + 37 \cdot 25}{100} = \frac{2625 + 925}{100}.
  4. 4Результат: Ar=3550100=35,5A_r = \frac{3550}{100} = 35{,}5.
✎Степень окисления серы в H2SO4H_2SO_4
  1. 1Дано: H: +1+1, O: −2-2; молекула нейтральна (сумма = 0).
  2. 2Уравнение: 2⋅(+1)+x+4⋅(−2)=02 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0.
  3. 3Упрощение: +2+x−8=0+2 + x - 8 = 0, то есть x−6=0x - 6 = 0.
  4. 4Результат: x=+6x = +6; степень окисления серы равна +6+6.
🚫Частая ошибка

Не путайте число нейтронов с массовым числом: N=A−ZN = A - Z. Например, при A=27A = 27, Z=13Z = 13 число нейтронов равно 14, а не 27.

⚠️Внимание

В ионной конфигурации число электронов меняется: Mg2+\text{Mg}^{2+} теряет 2 электрона с 3s23s^2, поэтому его конфигурация 1s22s22p61s^2 2s^2 2p^6.

⚠️Внимание

Средняя атомная масса — это не простое среднее арифметическое: учитывайте доли распространённости. Для изотопов 63 (70%) и 65 (30%) результат 63,663{,}6, а не 64.

💡Заметка

Номер периода = число энергетических уровней; номер главной подгруппы = число валентных электронов на внешнем уровне.

💡Заметка

Фтор — наиболее электроотрицательный элемент и не проявляет положительных степеней окисления: во всех соединениях он всегда −1-1.

Правила

  1. 1Порядковый номер ZZ = число протонов = число электронов в нейтральном атоме; число нейтронов N=A−ZN = A - Z.
  2. 2Изотопы: атомы с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов (и массовых чисел).
  3. 3Электроны заполняют уровни последовательно; максимальная ёмкость уровня 2n22n^2 (1-й — 2, 2-й — 8, 3-й — 18).
  4. 4Номер группы (главная подгруппа) равен числу валентных электронов на внешнем уровне; номер периода показывает число энергетических уровней.
  5. 5В периоде слева направо атомный радиус уменьшается, электроотрицательность возрастает; в главной подгруппе сверху вниз атомный радиус увеличивается, металличность усиливается.

Тренировка

15 лёгких · 15 средних · 15 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

ЛёгкийСреднийСложныйМикс