Konfiguracja elektronowa - zapis symboliczny: Podręcznik dla uczniów liceum i technikum, Notatki z Chemia

Pobierz Konfiguracja elektronowa - zapis symboliczny: Podręcznik dla uczniów liceum i technikum i więcej Notatki w PDF z Chemia tylko na Docsity!

Konfiguracja elektronowa - zapis symboliczny

Wprowadzenie Przeczytaj Gra edukacyjna Sprawdź się Dla nauczyciela

Każdy układ dąży do osiągnięcia jak najniższej energii. W atomie mają ją elektrony, które znajdują się na powłoce najbliżej jądra atomowego. W miarę oddalania się od jądra atomu, energia elektronu rośnie. Zgodnie z powyższym, zapełnianie przez elektrony wyżej energetycznych powłok jest możliwe tylko wtedy, gdy niższe powłoki zostały już zajęte. Czy wiesz, w jaki sposób zapisuje się strukturę elektronową atomu danego pierwiastka? Czy wiesz, jakim regułom podlega konfiguracja elektronowa? A może znasz kolejność orbitali w zapisie konfiguracji elektronów?

Twoje cele

Zdefiniujesz pojęcie konfiguracji elektronowej, powłoki elektronowej, podpowłoki i poziomu orbitalnego. Zastosujesz reguły zapisu konfiguracji elektronowej. Przedstawisz symboliczny zapis konfiguracji elektronowej. Zaproponujesz konfiguracje elektronowe atomów.

Duński fizyk, Niels Bohr, sformułował model planetarny, według którego elektrony krążyły dookoła dodatnio naładowanego jądra jak pierścienie wokół Saturna (lub planety wokół Słońca). Źródło: domena publiczna, dostępny w internecie: www.pixabay.com.

Konfiguracja elektronowa - zapis symboliczny

Graficzne przedstawienie reguły Hunda Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

Zasada rozbudowy powłok

Każdy układ fizyczny dąży do osiągnięcia stanu minimalnej energii, stąd też powłoki i podpowłoki obsadzane są przez elektrony, rozpoczynając od tych o najniższych energiach. Zajmowanie wyższych orbitali jest bardziej skomplikowane, bowiem energie kolejnych orbitali nie są uporządkowane wraz z kolejnym numerem powłok. Ma to związek z faktem, 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: domena publiczna, dostępny w internecie: wikipedia.org.

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.

Zazwyczaj elektrony znajdujące się na ostatniej powłoce elektronowej (walencyjnej) to elektrony walencyjne. Pozostałe elektrony wraz z jądrem atomowym nazywają się rdzeniem atomowym.

Powyższe reguły zapisu konfiguracji elektronowej wraz z informacjami, jakich wartości liczb kwantowych dostarczają nam dla powłok, pozwalają przewidzieć, ile maksymalnie elektronów może zawierać dana podpowłoka. Należy pamiętać, że pojedyncza klatka, reprezentująca poziom orbitalny, może zawierać maksymalnie dwa elektrony. Podpowłoka s może być obsadzona przez dwa elektrony (podpowłoka typu s posiada jeden poziom orbitalny wypełniony maksymalnie przez dwa elektrony). Podpowłokę p może zajmować 6 elektronów (podpowłoka typu p posiada 3 poziomy orbitalne, każdy z nich może zwierać maksymalnie po dwa elektrony, co w sumie daje 6 elektronów). Natomiast podpowłokę d może zajmować odpowiednio 10 elektronów, ponieważ podpowłoka d posiada pięć poziomów orbitalnych. Dlaczego? Poniższy przykład wyjaśni tę zasadę.

Przykład liczb kwantowych dla 4 pierwszych powłok: LICZBY KWANTOWE n 1 ml

Zapis klatkowy dla O Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Wyjątki

Od podanych reguł istnieją wyjątki. Według zasad, konfiguracja elektronowa dla chromu powinna być następująca:

Jednak jest to zapis nieprawidłowy i właściwą konfiguracją jest:

Strata, wynikająca z odebrania elektronu z orbitalu 4s, jest bardziej intratna, ponieważ orbitale o konfiguracji i są korzystniejsze energetycznie, trwalsze i posiadają dużą symetrię przestrzenną. Takie zjawisko nazywane jest promocją. Występuje również dla miedzi, molibdenu i srebra.

Ciekawostka

Konfigurację elektronów walencyjnych atomu można opisywać przy zastosowaniu wzoru Lewisa. Jest to elektronowy wzór strukturalny, w którym pary elektronów zaznacza się kreskami, a pojedyncze elektrony kropkami. Zatem konfiguracja elektronowa powłoki walencyjnej atomu tlenu ( ) wygląda następująco:

8

24 Cr : 1s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^23 d^4

24 Cr : 1s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^13 d^5

3 d^5 3 d^10

1 s^22 s^22 p^4

Polecenie 2

Określ konfigurację elektronową atomu krzemu.

Słownik

konfiguracja elektronowa

to opis atomu, polegający na rozkładzie elektronów na podstawie prawdopodobieństwa ich położenia w atomie w funkcji odległości od jądra

zakaz Pauliego

w atomie nie mogą istnieć elektrony posiadające takie same wartości wszystkich liczb kwantowych

reguła Hunda

orbitale o takiej samej energii (zdegenerowane) zajmowane są po kolei, z jednakową orientacją spinu i tak, aby liczba niesparowanych elektronów była możliwie największa. Pary elektronów tworzą się dopiero po zajęciu przez pojedyncze elektrony wszystkich poziomów orbitalnych podpowłoki

powłoka elektronowa

zbiór elektronów o tej samej wartości głównej liczby kwantowej (n)

podpowłoka

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

Odpowiedź:

Gra edukacyjna

Polecenie 1

Zapoznaj się z konfiguracjami elektronowymi atomów danych pierwiastków, a następnie dopasuj je do odpowiedniego miejsca w układzie okresowym pierwiastków.

Gra edukacyjna pt. „Konfiguracje elektronowe pierwiastków" Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 1

Czy wiesz, do jakich bloków energetycznych należą wymienione poniżej pierwiastki? Pogrupuj wymienione elementy, przeciągając je w odpowiednie pola.

blok s

blok p

blok d

blok f

tellur lit pluton ameryk

lutet rod tor krzem

chrom cer cyna

molibden wapń iryd

iterb arsen cez ind

platyna jod stront frans

neptun bar uran rad

polon wanad hafn

magnez kadm samar

erb siarka

Ćwiczenie 2

Niektóre pierwiastki charakteryzują się nietypową konfiguracją elektronową, tzw. promocją elektronową. Wymień je, a następnie zapisz ich konfigurację elektronową.

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

Ćwiczenie 2

Poniżej przedstawiony został zapis klatkowy konfiguracji elektronowej atomu pewnego pierwiastka.

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

Wybierz prawidłowy zapis skrócony.

1 s^22 s^22 p^63 s^2

[Ar] 3 s^2

[He] 2 s^22 p^63 s^2

[Ne] 3 s^2

Ćwiczenie 3

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

Ćwiczenie 4

Przedstaw konfigurację elektronową, zawierającą oznaczenia literowe powłok, w postaci konfiguracji zawierającej oznaczenia orbitali. Napisz, jakiego pierwiastka dotyczy.

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

K^2 L^8 M^7

Ćwiczenie 5

Wybierz, który z przedstawionych szeregów kolejności zapełniania orbitali jest poprawny.

1 s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 4d → 5s → 5p → 6s → 4f → 5d →

1 s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 4f → 6s → 5d →

1 s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d →

1 s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 4d → 5s → 5p → 6s → 4f → 5d →

Ćwiczenie 6

Na podstawie konfiguracji elektronowej podaj wymienione informacje.

A.

Liczbę atomową Z:. Liczbę protonów w jądrze:. Liczbę elektronów walencyjnych:.

B.

Liczbę atomową Z:. Liczbę protonów w jądrze:. Liczbę elektronów walencyjnych:.

C.

Liczbę atomową Z:. Liczbę protonów w jądrze:. Liczbę elektronów walencyjnych:.

13 Al 1s^22 s^22 p^63 s^23 p^1

38 Sr^1 s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^23 d^104 p^65 s^2

29 Cu^1 s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^13 d^10

E 2 s^1

Z 3 s^23 p^3

C. Wybierz konfigurację atomu pierwiastka, który charakteryzuje się największą elektroujemnością.

E : 1s^22 s^22 p^63 s^23 p^3

D : [Ar] 3 d^104 s^24 p^1

W : [He] 2 s^1

X : 1s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^23 d^104 p^5

Z : 1s^22 s^22 p^63 s^2

Y : 1s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^1

D. Wybierz konfiguracje atomów tych pierwiastków, które łącząc się ze sobą, tworzą wiązanie o najbardziej jonowym charakterze.

Z : 1s^22 s^22 p^63 s^2

X : 1s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^23 d^104 p^5

D : [Ar] 3 d^104 s^24 p^1

E : 1s^22 s^22 p^63 s^23 p^3

W : [He] 2 s^1

Y : 1s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^1

Ćwiczenie 8

Podaj konfigurację elektronową atomu manganu, a następnie rozwiąż poniższe podpunkty.

A. Napisz konfigurację elektronową jonów oraz jonu.

B. Określ liczbę powłok elektronowych w tych jonach.

C. Określ liczbę niesparowanych elektronów w tych jonach.

D. Który jon jest trwalszy?

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

Mn2+^ Mn5+

Dla nauczyciela

Scenariusz lekcji

Autor: Aleksandra Marszałek‐Harych, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Konfiguracja elektronowa zapis symboliczny

Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego, liceum, technikum, zakres podstawowy/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:

definiuje pojęcie konfiguracji elektronowej, poziomu orbitalnego, powłoki elektronowej i podpowłoki; stosuje reguły przy zapisie konfiguracji elektronowej; przedstawi symboliczny zapis konfiguracji elektronowej; proponuje konfiguracje elektronowe atomów.

Strategie:

asocjacyjna.

Metody i techniki nauczania:

burza mózgów; analiza materiałów źródłowych; mapa pojęć; dyskusja dydaktyczna; ćwiczenia uczniowskie; gra edukacyjna; technika zdań podsumowujących.

Forma pracy:

praca zbiorowa; praca w parach; praca indywidualna.

Środki dydaktyczne:

tablet/smartfon; podręczniki książkowe; zasoby multimedialne zawarte w e‐materiale; rzutnik multimedialny; tablica interaktywna/tablica i kreda; metodnik lub kartki zielone, żółte i czerwone.

Przebieg zajęć

Faza wstępna

1. Zaciekawienie i dyskusja. Nauczyciel wykorzystuje pytania zawarte we wprowadzeniu do e‐materiału, np.: czy wiesz w jaki sposób zapisuje się strukturę elektronową atomu pierwiastka? Czy wiesz jakie reguły obowiązują przy zapisaniu konfiguracji elektronowej? A może wiesz jaka jest kolejność orbitali w zapisie konfiguracji elektronowej?
2. Ustalenie celów lekcji. Nauczyciel podaje temat zajęć i wspólnie z uczniami ustala cele.