Elektrony w atomach

Elektrony w atomie poruszają się wokół jądra atomowego. Obszar poza jądrem, w którym istnieje duże prawdopodobieństwo znalezienia elektronów nazywamy chmurą elektronową.

Powłoka elektronowa - zbiór elektronów o podobnej energii. Powłoki elektronowe oznacza się kolejnymi literami alfabetu łacińskiego, zaczynając od „K”(powłoka leżąca najbliżej jądra atomowego).

Liczbę powłok w atomie podaje numer okresu (rzędy poziome), w którym leży pierwiastek. Maksymalną liczbę elektronów znajdujących się na danej powłoce oblicza się ze wzoru:

2n² gdzie n - numer powłoki

np. maksymalna liczba elektronów na powłoce K (n = 1) jest równa 2 · 1² = 2 (pamiętamy o kolejności działań matematycznych tj. potęgowanie, potem mnożenie).

Powłoka L (n = 2); maks. liczba elektronów jest równa 2 · 2² = 2 · 4 = 8

Powłoka M (n = 3); maks. liczba elektronów jest równa 2 · 3² = 2 · 9 = 18

Powłoka N (n = 4); maks. liczba elektronów jest równa 2 · 2⁴ = 2 · 16 = 32 itd.

KONFIGURACJA ELEKTRONOWA - umowny zapis przedstawiający rozmieszczenie elektronów na poszczególnych powłokach chmury elektronowej.

Aby napisać konfigurację elektronową atomu danego pierwiastka, musimy znać:

- liczbę powłok elektronowych (= numer okresu, w którym leży pierwiastek)

- liczbę wszystkich elektronów w atomie (= liczba atomowa Z)

- liczbę elektronów walencyjnych (elektronów znajdujących się na ostatniej powłoce). Ich liczba dla pierwiastków z 1 i 2 grupy jest równa numerowi grupy (kolumny pionowe) lub cyfrze jedności w numerze grupy dla pierwiastków z grup 13-18. Dla pierwiastków z grup 3-12 wynosi najczęściej dwa (wyjątek stanowią chromowce i miedziowce mające po jednym elektronie w zewnętrznej powłoce).

- liczbę elektronów na danej powłoce (zapisujemy ją w prawym górnym rogu symbolu powłoki, np. K²).

Np. konfiguracja elektronowa boru jest następująca:

₅B: K² L³

Postępujemy następująco:

- piszemy symbol pierwiastka i jego liczbę atomową (Z = 5) w lewym dolnym rogu

- patrzymy, w którym okresie (rzędy poziome) leży bor w drugim, a więc ma dwie powłoki „K i L”

- na pierwszej powłoce mogą znajdować się maksymalnie (2n², n = 1) dwa elektrony, stąd zapis K².

- druga powłoka jest równocześnie powłoką walencyjną (najbardziej oddaloną od jądra), stąd liczba elektronów na niej, tzw. elektronów walencyjnych, jest równa cyfrze jedności grupy (13) tj. 3. Maksymalna liczba elektronów na powłoce „L” wynosi 8, w atomie boru są na niej tylko trzy (L³), ponieważ atom ten ma tylko 5 elektronów (Z = 5), z czego 2 znajdują się na powłoce „K”.

Ponieważ przedostatnia powłoka elektronowa w danym atomie może nie być zapełniona całkowicie, dlatego liczbę elektronów na niej obliczamy na końcu, odejmując od liczby wszystkich elektronów (liczba atomowa) liczbę elektronów już rozmieszczonych na poszczególnych powłokach, np. konfigurację elektronową potasu

₁₉K: K² L⁸ M⁸ N¹

ustalamy następująco:

- piszemy symbol pierwiastka i jego liczbę atomową, tj. ₁₉K

- sprawdzamy, ile powłok znajduje się w atomie, tj. w którym okresie leży potas (czwarty), a więc wypisujemy kolejno cztery powłoki: K L M N

- wpisujemy maksymalną liczbę elektronów na powłoce pierwszej -K² oraz na powłoce drugiej -L⁸

- odczytujemy z numeru grupy (1) liczbę elektronów walencyjnych (1) na ostatniej powłoce, tj. N¹

- na końcu obliczamy liczbę elektronów na przedostatniej powłoce (M), odejmując od liczby wszystkich elektronów (Z = 19) sumę elektronów wpisanych już na poszczególne powłoki, tj. (2 + 8 + 1 = 11). A zatem na powłoce „M” znajduje się tylko 8 elektronów (19-11).

Zadanie 1

Napisz konfigurację elektronową następujących pierwiastków:

a) sodu

b) wapnia

c) cyny

d) glinu

e) arsenu

f) siarki

g) bromu

h) ksenonu

Sód znajduje się w trzecim okresie (rzędy poziome), a więc ma trzy powłoki, kolejno: K L M. Na pierwszej mogą być maksymalnie 2 elektrony (K2), drugą powłokę (przedostatnią) uzupełniamy na końcu. Teraz wpisujemy liczbę elektronów na powłoce walencyjnej (ostatniej) M, których ilość jest równa numerowi grupy (dla grup 1-2) tj. 1, sód jest w pierwszej grupie. Sumujemy liczbę elektronów rozpisanych już na powłokach, tj. 2 elektrony (K) + 1 elektron (M) = 3 elektrony, odejmujemy od liczby wszystkich elektronów w atomie (których ilość jest równa liczbie atomowej Z), tj. 11 - 3 = 8 i wpisujemy na powłokę L. Ustalamy liczbę powłok w atomie wapnia sprawdzając, w którym leży okresie. Jest to okres czwarty, a więc wypisujemy kolejno cztery powłoki: K L M N. Na pierwszej znajdują się dwa elektrony (2 · 12) K2, na drugiej osiem (2 · 22 = 8) L8. Teraz przechodzimy do powłoki ostatniej (wapń jest w grupie drugiej), na której są dwa elektrony, co wynika z numeru grupy. Od liczby wszystkich elektronów w atomie, których ilość jest równa liczbie atomowej wapnia (Z=20) odejmujemy elektrony rozpisane już na powłokach: 2 el. (K) + 8 el. (L) + 2 el. (N), tj. 20 - 12 = 8. A zatem na powłoce N w atomie wapnia jest tylko 8 elektronów (maksymalna liczba elektronów na tej powłoce wynosi 18, nie może być ich na niej więcej, a jedynie mniej niż w atomie wapnia, który wszystkich elektronów ma 20. Dlatego liczbę elektronów na przedostatniej powłoce wpisuje się na końcu). Piszemy kolejno pięć powłok: K L M N O, ponieważ cyna leży w okresie piątym. Zgodnie ze wzorem 2n2 wpisujemy liczbę elektronów na poszczególnych powłokach K2 L8 M18. Na ostatniej powłoce (walencyjnej) wpisujemy 4 elektrony zgodnie z zasadą, że dla grup 13-18 liczba elektronów walencyjnych jest równa cyfrze jedności w numerze grupy (cyna leży w grupie 14). Aby obliczyć liczbę elektronów na powłoce przedostatniej (N), od liczby atomowej odejmujemy liczbę rozmieszczonych już elektronów, tj. 50 -(2+8+18+4)=18. Glin leży w trzecim okresie, a zatem ma trzy powłoki: K L M. Na powłoce K są 2 elektrony, na powłoce walencyjnej M - trzy (zgodnie z cyfrą jedności w numerze grupy 13). Na powłoce L znajduje się zatem 8 elektronów - od liczby atomowej 13 odejmujemy rozpisane już elektrony, tj. 2 (powłoka K) + 3 (powłoka M). Piszemy kolejno cztery powłoki K L M N (arsen znajduje się w czwartym okresie). Na powłoce K są 2 elektrony, na L - 8 (zgodnie ze wzorem 2n2). Arsen jest w grupie 15, a zatem liczba elektronów walencyjnych jest zgodna z cyfrą jedności w numerze grupy (N5). Liczba elektronów na powłoce przedostatniej jest równa 33 - (2 + 8 + 5) = 18. Siarka leży w trzecim okresie, a zatem ma trzy powłoki K L M. Na powłoce K są dwa elektrony, na powłoce ostatniej sześć (cyfra jedności w numerze grupy 16). Odejmując od liczby wszystkich elektronów w atomie, która jest równa liczbie atomowej (16) liczbę elektronów z powłok K i M, dostajemy ilość elektronów na przedostatniej powłoce (8).

Piszemy kolejno cztery powłoki K L M N, ponieważ brom leży w czwartym okresie. Zgodnie ze wzorem (2n2) na pierwszej powłoce są 2 elektrony, na drugiej 8. Na powłoce ostatniej (walencyjnej) jest 7 elektronów, co odczytujemy z numeru grupy - 17 (dla pierwiastków z grup 13-18 liczba elektronów walencyjnych jest równa cyfrze jedności w numerze grupy). Liczbę elektronów na powłoce M obliczamy odejmując od liczby atomowej (35) sumę elektronów na poszczególnych powłokach (2 + 8 + 7). Ksenon znajduje się w okresie piątym, a zatem ma pięć powłok. Na powłoce K są 2 elektrony, na L - 8, na M - 18 (zgodnie ze wzorem 2n2). Powłokę N zostawiamy na koniec, natomiast na powłokę O wpisujemy 8 elektronów (zgodnie z cyfrą jedności w numerze grupy - 18). Liczbę elektronów na przedostatniej powłoce obliczamy odejmując od liczby wszystkich elektronów (Z = 54) liczbę elektronów już rozpisanych na powłokach (2 + 8 + 18 + 8).

Zadanie 2

Podaj nazwy pierwiastków o następującej konfiguracji:

a) K² L⁸ M²

b) K² L⁷

c) K² L⁸ M¹⁸ N³² O¹⁸ P⁴

Rozwiązanie:

Aby odszukać pierwiastek w Układzie Okresowym, wystarczy znać jego liczbę atomową, która jest równa liczbie wszystkich elektronów w atomie. Należy zatem dodać liczby elektronów z poszczególnych powłok (2 + 8 + 2 = 12) i sprawdzić w Układzie Okresowym, jaki pierwiastek ma liczbę atomową 12. Jest to magnez. Dodajemy liczby elektronów z poszczególnych powłok i otrzymujemy liczbę elektronów w atomie, która jest równa liczbie atomowej (Z = 9). Jest to fluor. Dodajemy liczby elektronów z poszczególnych powłok i sprawdzamy w Układzie Okresowym, jaki pierwiastek ma liczbę atomową 82. Jest to ołów.

Zadanie 3

Podaj, w którym okresie i której grupie leżą w Układzie Okresowym pierwiastki o następujących konfiguracjach:

a) K² L⁴

b) K² L⁸ M¹⁸ N¹⁸ O⁷

c) K² L⁸ P⁵

Rozwiązanie:

2 okres (2 powłoki K i L). 14 grupa (4 elektrony na ostatniej powłoce). 5 okres, 17 grupa. 3 okres, 15 grupa. Numer okresu jest równy liczbie powłok elektronowych w atomie (2 powłoki: K i L), a zatem pierwiastek o podanej konfiguracji leży w drugim okresie i grupie 14 (liczba elektronów walencyjnych 4 odpowiada cyfrze jedności w numerze grupy). Liczba (5) powłok (K L M N O) odpowiada numerowi okresu. Liczba elektronów walencyjnych (7) jest równa cyfrze jedności w numerze grupy (17). 3 powłoki (K L M), a zatem trzeci okres. 5 elektronów walencyjnych, a zatem 15 grupa.

Autorzy opracowań: B. Wojnar, B. Włodarczyk, A Sabak, D. Stopka, A Szostak, D. Pietrzyk, A. Popławska, E. Seweryn, M. Zagnińska, J. Paciorek, E. Lis, M. D. Wyrwińska, A Jaszczuk, A Barszcz, A. Żmuda, K. Stypinska, A Radek, J. Fuerst, C. Hadam, I. Kubowia-Bień, M. Dubiel, J. Pabian, M. Lewcun, B. Matoga, A. Nawrot, S. Jaszczuk, A Krzyżek, J. Zastawny, K. Surówka, E. Nowak, P. Czerwiński, G. Matachowska, B. Więsek, Z. Daszczyńska, R. Całka

Zgodnie z regulaminem serwisu www.opracowania.pl, rozpowszechnianie niniejszego materiału w wersji oryginalnej albo w postaci opracowania, utrwalanie lub kopiowanie materiału w celu rozpowszechnienia w szczególności zamieszczanie na innym serwerze, przekazywanie drogą elektroniczną i wykorzystywanie materiału w inny sposób niż dla celów własnej edukacji bez zgody autora jest niedozwolone.

Wybierz treść

Wybierz szkołę

Wybierz przedmiot

Wybierz dział

Opracowania

Elektrony w atomach