Budowa elektronowa, promień atomowy i energia jonizacji
Chemia
Zestaw wyjaśnia, jak konfiguracja elektronowa decyduje o położeniu pierwiastka w układzie okresowym. Utrwalisz zależności dotyczące promienia atomowego i energii jonizacji oraz nauczysz się je uzasadniać na przykładach typowych dla liceum.
1.Konfiguracja elektronowa
Zapis rozmieszczenia elektronów atomu lub jonu na powłokach i podpowłokach. Dla atomu obojętnego liczba elektronów jest równa liczbie atomowej.
2.Powłoka elektronowa
Obszar wokół jądra o określonej głównej liczbie kwantowej, oznaczany literami K, L, M, N. Numer okresu wskazuje liczbę obsadzonych powłok w atomie pierwiastka.
3.Elektrony walencyjne
Elektrony znajdujące się na zewnętrznej powłoce atomu. W pierwiastkach bloków s i p w dużej mierze decydują o właściwościach chemicznych i numerze grupy.
4.Blok s
Część układu okresowego obejmująca pierwiastki, których elektrony walencyjne zajmują podpowłokę s. Należą tu grupy 1 i 2 oraz hel, którego konfiguracja kończy się na 1s².
5.Blok p
Część układu okresowego obejmująca grupy 13–18. Atomy tych pierwiastków mają elektrony walencyjne na podpowłoce p, obok elektronów na podpowłoce s.
6.Zależność konfiguracji od okresu
Najwyższy numer powłoki występujący w konfiguracji atomu wskazuje numer okresu. Na przykład sód o konfiguracji 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ należy do okresu 3.
7.Zależność konfiguracji od grupy
Dla bloków s i p liczba elektronów walencyjnych pozwala ustalić grupę. Konfiguracja zewnętrzna ns¹ oznacza grupę 1, ns² grupę 2, a ns²np⁵ grupę 17.
8.Efektywny ładunek jądra
Wypadkowe przyciąganie elektronu przez dodatnio naładowane jądro, osłabione przez ekranowanie przez inne elektrony. Jego wzrost zwykle zmniejsza promień atomowy i zwiększa energię jonizacji.
9.Ekranowanie elektronów
Osłabianie przyciągania elektronów walencyjnych przez jądro wskutek obecności elektronów na wewnętrznych powłokach. W dół grupy ekranowanie rośnie.
10.Promień atomowy
Umowna miara rozmiaru atomu, wyznaczana na podstawie odległości między jądrami atomów połączonych wiązaniem. W okresie zwykle maleje, a w grupie rośnie.
11.Pierwsza energia jonizacji
Energia potrzebna do oderwania jednego elektronu od izolowanego atomu w stanie gazowym. Im silniej elektron jest przyciągany przez jądro, tym większa jest energia jonizacji.
12.Zmiana promienia atomowego w okresie
W okresie promień atomowy zazwyczaj maleje od lewej do prawej, ponieważ rośnie ładunek jądra, a elektrony są nadal dołączane do tej samej powłoki.
13.Zmiana energii jonizacji w okresie
W okresie pierwsza energia jonizacji zazwyczaj rośnie od lewej do prawej. Rośnie bowiem efektywne przyciąganie elektronu walencyjnego przez jądro, a promień atomu maleje.
14.Zmiana właściwości w grupie
W dół grupy rośnie liczba powłok i promień atomowy, natomiast pierwsza energia jonizacji zwykle maleje. Elektron walencyjny jest dalej od jądra i silniej ekranowany.
15.Kation i anion a promień
Kation jest zwykle mniejszy od atomu, z którego powstał, ponieważ traci elektron lub powłokę elektronową. Anion jest zwykle większy od atomu, ponieważ wzrasta odpychanie między elektronami.
Notatka
Konfiguracja elektronowa i budowa atomu
W atomie elektrony są rozmieszczone na powłokach elektronowych i ich podpowłokach. Powłoki oznacza się literami K, L, M i N albo kolejnymi numerami. W zakresie konfiguracji atomów o liczbie atomowej do spotyka się podpowłoki s oraz p.
Konfiguracja elektronowa atomu obojętnego zawiera tyle elektronów, ile wynosi jego liczba atomowa. Przykładowo atom sodu ma konfigurację . Zapis ten informuje zarówno o liczbie wszystkich elektronów, jak i o ich rozmieszczeniu.
Elektrony na najbardziej zewnętrznej obsadzonej powłoce to elektrony walencyjne. To one szczególnie silnie wpływają na tworzenie wiązań i reaktywność chemiczną pierwiastka.
Zapamiętaj
Dla atomu obojętnego liczba elektronów jest równa liczbie protonów, czyli liczbie atomowej .
Położenie pierwiastka w układzie okresowym
Budowa elektronowa pozwala odczytać pozycję pierwiastka w układzie okresowym. Numer okresu odpowiada najwyższemu numerowi powłoki, na której znajdują się elektrony. Jeżeli konfiguracja kończy się na lub , pierwiastek należy do okresu 3.
Pierwiastki, których elektrony walencyjne zajmują podpowłokę s, tworzą blok s. Należą do niego grupy 1 i 2. Konfiguracja zewnętrzna jest typowa dla grupy 1, a dla grupy 2.
Grupy 13–18 tworzą blok p. Ich konfigurację walencyjną można zapisać ogólnie jako do . Liczba elektronów walencyjnych w tych grupach rośnie w prawo w okresie, co wiąże się ze zmianą właściwości pierwiastków.
Przykład
Konfiguracja opisuje fluor: okres 2, blok p, grupa 17 i siedem elektronów walencyjnych.
Promień atomowy
Promień atomowy jest umowną miarą rozmiaru atomu. Nie da się wyznaczyć ostrej granicy atomu, dlatego jego promień określa się na podstawie odległości między jądrami atomów połączonych wiązaniem.
W obrębie jednego okresu promień atomowy zazwyczaj maleje od lewej do prawej. Kolejne atomy mają więcej protonów w jądrze, natomiast elektrony są dołączane głównie do tej samej powłoki. Wzrasta więc efektywne przyciąganie elektronów przez jądro i chmura elektronowa ulega zmniejszeniu.
W dół grupy promień atomowy rośnie, ponieważ każdy kolejny pierwiastek ma dodatkową powłokę elektronową. Elektron walencyjny znajduje się dalej od jądra.
Ważne jest porównanie atomów i jonów. Kationy są zwykle mniejsze od atomów, z których powstały, a aniony zwykle większe. Utrata elektronu zmniejsza odpychanie elektronowe, a przyjęcie elektronu je zwiększa.
Energia jonizacji i jej przyczyny
Pierwsza energia jonizacji to energia potrzebna do oderwania jednego elektronu od izolowanego atomu w stanie gazowym. Jest więc miarą trudności usunięcia elektronu walencyjnego.
W okresie pierwsza energia jonizacji na ogół rośnie od lewej do prawej. Wraz ze wzrostem liczby protonów rośnie przyciąganie jądra, promień atomowy maleje, a elektron trudniej oderwać. Dlatego metale po lewej stronie okresu łatwiej tworzą kationy niż niemetale po prawej stronie.
W grupie energia jonizacji na ogół maleje z góry na dół. Elektron walencyjny jest coraz dalej od jądra, a jego przyciąganie jest osłabione przez elektrony wewnętrzne. To zjawisko nazywamy ekranowaniem.
Ważne
Promień atomowy i pierwsza energia jonizacji zmieniają się zazwyczaj przeciwnie: większy atom zwykle łatwiej traci elektron.
Odstępstwa i wnioskowanie maturalne
Trendy okresowe są bardzo użyteczne, ale słowo „zazwyczaj” jest istotne. Niewielkie odstępstwa od wzrostu energii jonizacji w okresie mogą wynikać z różnej energii podpowłok s i p oraz z odpychania elektronów sparowanych na orbitalu p. Nie zmienia to ogólnej reguły, że energia jonizacji rośnie w prawo i maleje w dół grupy.
W zadaniach warto rozumować etapami:
- odczytaj z konfiguracji liczbę obsadzonych powłok i elektronów walencyjnych;
- ustal okres, blok oraz w przypadku bloków s i p także grupę;
- porównaj położenie pierwiastków w układzie okresowym;
- uzasadnij odpowiedź przez liczbę powłok, odległość elektronu od jądra, ekranowanie albo efektywny ładunek jądra.
Nie należy uzasadniać trendów samą liczbą protonów. Więcej protonów zwiększa przyciąganie, ale w dół grupy jednocześnie silnie rośnie liczba powłok i ekranowanie. To właśnie łączne działanie tych czynników wyjaśnia obserwowane właściwości.
Quizy w tym zestawie
16 pytań w 2 etapach — odblokujesz je po dodaniu zestawu