Jak zapisujemy konfigurację elektronową atomów i jonów, Prezentacje z Chemia

Pobierz Jak zapisujemy konfigurację elektronową atomów i jonów i więcej Prezentacje w PDF z Chemia tylko na Docsity!

Jak zapisujemy konfigurację elektronową atomów

i jonów

Wprowadzenie Przeczytaj Film samouczek Sprawdź się Dla nauczyciela

W atomach pierwiastków elektrony rozmieszczone są w ściśle określonym porządku, ponieważ już nawet niewielkie odstępstwa mogą powodować znaczne konsekwencje energetyczne, a jak wiadomo, każdy układ dąży do osiągnięcia jak najniższej energii. Czy wiesz, jak zapisuje się konfigurację elektronową atomów i jonów? Czy wiesz, czym różni się zapis graficzny, pełny podpowłokowy i skrócony podpowłokowy?

Twoje cele

Zastosujesz reguły przy zapisie konfiguracji elektronowej. Określisz liczbę elektronów walencyjnych oraz skład rdzenia atomowego. Zapiszesz konfiguracje dla atomów i jonów w formie pełnej podpowłokowej, podpowłokowej skróconej oraz graficznej.

W każdym atomie elektrony mogą zajmować ściśle określone terytoria. Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Jak zapisujemy konfigurację elektronową atomów

i jonów

Dążenie układu do najmniejszej energii

Każdy układ dąży do minimalnej energii, stąd też powłoki i podpowłoki obsadzane są przez elektrony, rozpoczynając od tych o najniższych energiach. Zajmowanie wyższych orbitali jest bardziej skomplikowane, ponieważ energie kolejnych orbitali nie są uporządkowane wraz z kolejnym numerem powłok. Ma to związek z tym, że każda kolejna powłoka rozdziela się na większą liczbę orbitali, a różnice energetyczne między tymi powłokami stają się coraz mniejsze.

Diagram energii orbitali atomowych Źródło: dostępny w internecie: wikipedia.org, domena publiczna.

Poniższy schemat przedstawia kolejność zajmowania przez elektrony poziomów energetycznych w oparciu o energię orbitali.

Schemat przedstawia kolejność obsadzania podpowłok przez elektrony. Źródło: GroMar Sp. z o. o. opracowano na podstawie pl.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Zgodnie z powyższym schematem, zapisy pełnych podpowłokowych konfiguracji elektronowych atomów sodu, potasu i żelaza w stanie podstawowym przyjmują następującą postać:

;

;

.

A jak ten zapis będzie wyglądać dla jonów?

Atomy posiadają równą liczbę protonów i elektronów – są zatem obojętne elektrycznie. Zależność ta nie dotyczy jonów, które mogą zawierać ładunek dodatni (nazywamy je wtedy kationami) lub ładunek ujemny (nazywamy je wtedy anionami).

Aby utworzyć kation jednododatni, należy usunąć jeden elektron z powłok elektronowych atomu. Aby utworzyć kation dwudodatni, należy usunąć dwa elektrony. Jeśli z kolei chcemy utworzyć anion, to elektrony musimy przyłączyć do atomu – ilość przyłączonych elektronów będzie wtedy równa ładunkowi anionu.

11 Na : 1s^22 s^22 p^63 s^1

15 P: 1s^22 s^22 p^63 s^23 p^3

26 Fe : 1s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^23 d^6

Elektrony walencyjne pierwiastków, które leżą w bloku s (1. i 2. grupa) i p (grupy 13‐18) układu okresowego, to wszystkie elektrony znajdujące się na ostatniej powłoce elektronowej.

Przenalizujmy zatem przykłady pierwiastków bloku s układu okresowego:

sód leży w 1. grupie, więc atom sodu w stanie podstawowym będzie miał jeden elektron walencyjny, zaznaczony kolorem niebieskim:

W rdzeniu atomowym tego atomu znajdzie się więc 10 elektronów wraz z jądrem atomu sodu.

wapń leży w 2. grupie, więc atom wapnia w stanie podstawowym posiada dwa elektrony walencyjne, zaznaczone kolorem niebieskim:

Zauważ, że liczba elektronów walencyjnych dla atomów pierwiastków bloku s jest równa numerowi grupy układu okresowego, w której znajduje się dany pierwiastek.

Przyjrzyjmy się zapisom konfiguracji dla atomów pierwiastków bloku p:

węgiel leży w 14. grupie, więc atom węgla w stanie podstawowym będzie miał cztery elektrony walencyjne, zaznaczone kolorem niebieskim:

atom selenu w stanie podstawowym będzie miał sześć elektronów walencyjnych, zaznaczonych kolorem niebieskim:

Zwróć uwagę, że elektrony zajmujące podpowłokę , pomimo wyższej energii, nie są elektronami walencyjnymi w przypadku atomów pierwiastków bloku p. Zauważ także, że liczba elektronów walencyjnych dla atomów pierwiastków bloku p jest równa numerowi grupy pomniejszonemu o 10.

W przypadku pierwiastków bloku d układu okresowego , rolę elektronów walencyjnych pełnią elektrony znajdujące się na podpowłoce s ostatniej powłoki elektronowej oraz na podpowłoce d przedostaniej powłoki elektronowej.

atom kobaltu w stanie podstawowym będzie miał dziewięć elektronów walencyjnych, zaznaczonych kolorem niebieskim:

1 s^22 s^22 p^63 s^1

1 s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^2

1 s^22 s^22 p^2

1 s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^23 d^104 p^4

3 d

1 s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^23 d^7

atom chromu w stanie podstawowym będzie miał sześć elektronów walencyjnych, zaznaczonych kolorem niebieskim:

Pamiętaj, że w przypadku atomu chromu (i atomu miedzi) występuje zjawisko tzw. promocji elektronowej. Jeden z elektronów zamiast obsadzić podpowłokę , znalazł się na podpowłoce.

Sposoby przedstawiania konfiguracji elektronowej

Na przykładzie atomu azotu prześledźmy sposoby przedstawiania konfiguracji elektronowej atomów.

zapis pełny powłokowy:

zapis pełny podpowłokowy oraz podpowłokowy skrócony, zawierający rdzeń gazu szlachetnego:

zapis graficzny (klatkowy).

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Przykład 1

Dla atomu chloru oraz jonu chlorkowego przedstaw konfiguracje elektronowe w zapisie pełnym powłokowym oraz pełnym podpowłokowym w stanie podstawowym.

Chlor ( ) leży w 17. grupie i w trzecim okresie układu okresowego pierwiastków. Jego liczba atomowa wynosi 17, więc ma 17 elektronów. Przynależność do 17. grupy mówi, że posiada on siedem elektronów walencyjnych. Natomiast usytuowanie chloru w trzeci okresie w układzie okresowym wskazuje, że posiada on trzy powłoki elektronowe, na których rozmieszcza elektrony. Zapisy konfiguracji elektronowych będą zatem następujące:

1 s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^13 d^5

4 s 3 d

7 N^ K^2 L^5

7 N 1s^22 s^22 p^3 lub^7 N^ [He]^2 s^22 p^3

Cl

podpowłoka

zbiór elektronów, które posiadają taką samą wartość głównej i pobocznej liczby kwantowej ( )

poziom orbitalny

zbiór elektronów zawierający takie same wartości dla głównej liczby kwantowej ( ), pobocznej liczby kwantowej ( ) oraz magnetycznej liczby kwantowej ( )

elektrony walencyjne

elektrony występujące na zewnętrznych powłokach elektronowych atomu, zajmujące orbitale o największej energii (dla danego pierwiastka); biorą udział w tworzeniu wiązań chemicznych i decydują o właściwościach pierwiastka

elektrony rdzenia atomowego

wszystkie elektrony znajdujące się na powłokach innych niż powłoki walencyjne

zjawisko promocji elektronowej

nieregularność w obsadzeniu podpowłok przez elektrony w stanie podstawowym, prowadząca do korzyści energetycznych; spotykana w przypadku atomu chromu i miedzi

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 1994.

Encyklopedia PWN

Hejwowska S., Marcinkowski R., Chemia ogólna i nieorganiczna, Gdynia 2005.

l

n l m

Film samouczek

Polecenie 1

Zapoznaj się z poniższymi filmami samouczkami, aby poznać reguły oraz sposoby zapisu konfiguracji elektronowej atomów i jonów na przykładzie różnych pierwiastków.

Ćwiczenie 1

Czym różnią się atomy od jonów – kaonów i anionów?

Film samouczek pt. „Jak zapisujemy konfigurację elektronową atomów i jonów?” Źródło: Barbara Rolka, GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

p l a y _ c i r c l e _ o u t l i n e

Film samouczek pt. „Konfiguracja elektronowa atomu wapnia i jonu wapnia w stanie podstawowym” Źródło: Barbara Rolka, GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Film samouczek pt. „Konfiguracja elektronowa atomu bromu i jonu bromu w stanie podstawowym” Źródło: Barbara Rolka, GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Film samouczek pt. „Konfiguracja elektronowa atomu miedzi i jonu miedzi w stanie podstawowym” Źródło: Barbara Rolka, GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Odpowiedź:

Ćwiczenie 4

Dane są cztery pierwiastki: pierwiastek A, pierwiastek B, pierwiastek C i pierwiastek D. Poniżej podano skrócone konfiguracje elektronowe atomów wymienionych pierwiastków w stanie podstawowym:

pierwiastek A: ;

pierwiastek B: ;

pierwiastek C: ;

pierwiastek D:.

W oparciu o powyższe informacje wykonaj polecenia 1-5.

[ 18 Ar] : 4s^23 d^2

[ 2 He] : 2s^22 p^4

[ 10 Ne] : 3s^23 p^5

[ 10 Ne] : 3s^2

1. Rozszyfruj, jakie pierwiastki kryją się pod symbolami A, B, C i D. Napisz symbole tych pierwiastków.
2. Napisz konfigurację elektronową (zapis pełny podpowłokowy) dwudodatniego jonu pierwiastka A w stanie podstawowym.
3. Stosując zapis graficzny, napisz pełną konfigurację elektronową atomu pierwiastka B w stanie podstawowym.
4. Napisz konfigurację elektronową (zapis pełny podpowłokowy) anionu prostego pierwiastka C w stanie podstawowym.
5. Stosując zapis graficzny, napisz pełną konfigurację elektronową kaonu prostego pierwiastka D w stanie podstawowym.

Odpowiedzi zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je we wskazanym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia: 輸 醙 難

Ćwiczenie 1

Nazwij poniższe sposoby zapisu konfiguracji elektronowej:

A:

B: lub

C:

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

11 Na^ K^2 L^8 M^1

11 Na^1 s^22 s^22 p^63 s^111 Na^ [Ne]^3 s^1

B zapis pełny powłokowy

C

zapis pełny podpowłokowy lub zapis podpowłokowy skrócony (zawierający rdzeń gazu szlachetnego)

A zapis graficzny (klatkowy)

Ćwiczenie 4

Poniżej przedstawiono konfigurację elektronową atomu pewnego pierwiastka w postaci zapisu pełnego powłokowego:

Przedstaw zapis konfiguracji graficznej (klatkowej) dla atomu tego pierwiastka w stanie podstawowym.

K^2 L^8 M^18 N^2

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Ćwiczenie 5

Z poniżej wymienionych pierwiastków wybierz te, których atomy mają jeden niesparowany elektron w stanie podstawowym i zapisz dla nich konfigurację elektronową w zapisie podpowłokowym skróconym:

glin

wapń

tlen

potas

miedź

wanad

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Ćwiczenie 8

Atom pierwiastka A, dwudodatnik jon pierwiastka B ( ) oraz dwuujemny jon pierwiastka C ( ) w stanie podstawowym posiadają po 18 elektronów. Wskaż symbole pierwiastków A, B, C oraz ich liczby atomowe. Ponadto określi liczbę protonów w jądrach tych pierwiastków i liczbę ich elektronów walencyjnych.

B2+ C2−

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Dla nauczyciela

Scenariusz zajęć

Autor: Aleksandra Marszałek‐Harych, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Jak zapisujemy konfigurację elektronową atomów i jonów?

Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony; uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie podstawowym i rozszerzonym

Podstawa programowa:

Zakres podstawowy

II. Budowa atomu a układ okresowy pierwiastków. Uczeń:

1. stosuje pojęcia: powłoka, podpowłoka; pisze konfiguracje elektronowe atomów pierwiastków do Z=20 i jonów o podanym ładunku, uwzględniając przynależność elektronów do podpowłok (zapisy konfiguracji: pełne, skrócone).

Zakres rozszerzony

II. Budowa atomu. Uczeń:

4. pisze konfiguracje elektronowe atomów pierwiastków do Z=38 oraz ich jonów o podanym ładunku, uwzględniając przynależność elektronów do podpowłok (zapisy konfiguracji: pełne, skrócone i schematy klatkowe).

Kształtowane kompetencje kluczowe:

kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji; kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii; kompetencje cyfrowe; kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne

Uczeń:

stosuje reguły przy zapisie konfiguracji elektronowej;