§ 7. Радіуси атомів
Атом — найдрібніша частинка багатьох речовин. Цю частинку уявляють як мікроскопічну кульку з певним радіусом 1 . Розміри атомів є меншими за 1 нм, або 10 -9 м.
1 Радіуси окремого атома і такого, який міститься в речовині, різні.
Радіус атома — це відстань від центра ядра до сферичної поверхні, якої «торкаються» орбіталі з електронами останнього енергетичного рівня.
Радіуси атомів залежать від зарядів ядер і кількості енергетичних рівнів, на яких розміщені електрони.
Вам відомо, що атоми елементів одного періоду мають однакову кількість енергетичних рівнів. Заряди ядер атомів елементів у періоді зростають. Чим більший заряд ядра, тим ближче до нього перебувають електрони й тим менший радіус атома. Таку залежність пояснює закон фізики, згідно з яким частинка з більшим зарядом сильніше притягує іншу, протилежно заряджену частинку.
Радіуси атомів елементів у періоді зменшуються зі зростанням заряду ядер атомів.
Зміну розмірів атомів елементів 3-го періоду ілюструє малюнок 18.
Мал. 18. Відносні розміри атомів елементів 3-го періоду
• Зіставте радіуси атомів металічних і неметалічних елементів 3-го періоду.
Якщо порівняти розміри атомів елементів у будь-якій головній підгрупі, то чим більше енергетичних рівнів має атом, тим його радіус більший (мал. 19).
Мал. 19. Відносні розміри атомів елементів головної підгрупи І групи
Радіуси атомів елементів у головній підгрупі збільшуються зі зростанням кількості енергетичних рівнів.
Пояснимо, чому радіуси атомів елементів однієї підгрупи залежать від кількості енергетичних рівнів, а не від зарядів ядер атомів. Для прикладу візьмемо лужні елементи Літій, Натрій і Калій. Заряди ядер атомів від Літію до Калію різко зростають: +3 (Li), +11 (Na), +19 (K). Це мало би посилити притягання електронів до ядра і спричинити зменшення радіусів атомів. Однак цього не відбувається, оскільки позитивні заряди ядер значною мірою екрануються (ніби нейтралізуються) негативними зарядами внутрішніх електронів, кількість яких від Літію до Калію істотно збільшується. У результаті домінуючим чинником, що впливає на розміри атомів елементів однієї підгрупи, є кількість енергетичних рівнів.
Атом — найдрібніша частинка речовини, що має сферичну форму.
Радіуси атомів елементів зі зростанням заряду ядер у періоді зменшуються, а в головній підгрупі збільшуються внаслідок зростання кількості енергетичних рівнів.
42. Що таке радіус атома? Від яких чинників залежить його значення?
43. Визначте в кожній парі елемент, атом якого має більший радіус:
44. Проаналізуйте зміни радіусів атомів у рядах хімічних елементів Na — K — Ca, Na — Mg — Ca і вкажіть правильну відповідь:
- а) радіус атома Натрію більший, ніж атома Кальцію;
- б) радіуси атомів Натрію та Кальцію майже однакові;
- в) радіус атома Кальцію більший, ніж атома Натрію.
45. Назвіть елемент, атом якого, на вашу думку, має:
Чому дорівнює радіус атома
Поняття про радіус атома та електронегативність елементів, їх залежність від розміщення елементів у періодичній системі
Розглянемо взаємозв’язок між положенням елементів у періодичній системі та такими властивостями хімічних елементів, як атомний радіус та електронегативність.
Атомний радіус є величиною, яка показує розмір електронної оболонки атома. Це дуже важлива величина, від якої залежать властивості атомів хімічних елементів. У головних підгрупах зі збільшенням заряду ядра атома відбувається збільшення числа електронних рівнів, тому атомний радіус зі збільшенням порядкового номера в головних підгрупах збільшується. У періодах відбувається збільшення заряду ядра атома хімічного елемента, що призводить до підсилення притягання зовнішніх електронів до ядра. Крім того, зі збільшенням заряду ядра збільшується число електронів на зовнішньому рівні, проте число електронних рівнів не збільшується. Зазначені закономірності призводять до стискання електронної оболонки навколо ядра. Тому атомний радіус зі збільшенням порядкового номера в періодах зменшується.
Наприклад, розташуємо хімічні елементи O, C, Li, F, N у порядку зменшення атомних радіусів. Наведені хімічні елементи знаходяться в другому періоді. У періоді атомні радіуси зі збільшенням порядкового номера зменшуються. Отже, зазначені хімічні елементи треба записати в порядку зростання їх порядкових номерів: Li, C, N, O, F.
Властивості елементів і утворених ними речовин залежать від числа валентних електронів, що дорівнює номеру групи в періодичній таблиці.
Завершені енергетичні рівні, а також зовнішні рівні, що містять вісім електронів, мають підвищену стійкість. Саме цим пояснюється хімічна інертність гелію, неону і аргону: вони взагалі не вступають у хімічні реакції. Атоми всіх інших хімічних елементів прагнуть віддати або приєднати електрони, щоб їхня електронна оболонка виявилася стійкою, при цьому вони перетворюються на заряджені частинки.
Електронегативність — це здатність атома в сполуках притягувати до себе валентні електрони, тобто ті електрони, за допомогою яких утворюються хімічні зв’язки між атомами. Ця властивість зумовлена тим, що атоми прагнуть завершити зовнішній електронний шар і отримати енергетично вигідну конфігурацію інертного газу — 8 електронів. Електронегативність залежить від здатності атомного ядра притягувати електрони зовнішнього енергетичного рівня. Чим сильніше це притягання, тим електронегативність більша. Сила притягання електронів зовнішнього енергетичного рівня тим більша, чим менший атомний радіус. Отже, зміна електронегативності в періодах та головних підгрупах буде протилежна зміні атомних радіусів. Тому, в головних підгрупах електронегативність зі збільшенням порядкового номера зменшується. У періодах зі збільшенням порядкового номера електронегативність збільшується.
Наприклад, розташуємо хімічні елементи Br, F, I, Cl у порядку збільшення електронегативностей. Наведені хімічні елементи знаходяться в головній підгрупі сьомої групи. У головних підгрупах електронегативність зі збільшенням порядкового номера зменшується. Отже, зазначені хімічні елементи треба записати в порядку зменшення їх порядкових номерів: I, Br, Cl, F.
Використовуючи сайт ви погоджуєтесь з правилами користування
Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.
Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.
Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.
Ми приєднуємось до закону про авторське право в цифрову епоху DMCA прийнятим за основу взаємовідносин в площині вирішення питань авторських прав в мережі Інтернет. Тому підтримуємо загальновживаний механізм “повідомлення-видалення” для об’єктів авторського права і завжди йдемо на зустріч правовласникам.
Копіюючи матеріали во повинні узгодити можливість їх використання з авторами. Наш сайт не несе відподвідальність за копіювання матеріалів нашими користувачами.
§ 8. Енергетичні підрівні. Поняття про радіус атома
Продовжимо вивчати будову електронної оболонки атома й зосередимося на будові енергетичних підрівнів.
Як ви з’ясували в попередньому параграфі, на одному енергетичному рівні можуть перебувати електрони з різними формами атомних орбіталей. Щоб розрізняти їх, уведено поділ енергетичних рівнів на підрівні.
За формою атомних орбіталей енергетичні рівні поділяються на підрівні.
ПОДІЛ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РІВНІВ НА ПІДРІВНІ. На першому енергетичному рівні можуть перебувати від одного до двох електронів зі сферичною формою орбіталі. Це s-електрони, і вони утворюють s-підрівень. Отже, на першому енергетичному рівні є лише s-підрівень, утворений s-електронами.
На другому енергетичному рівні є s-електрони, а також можуть бути електрони з гантелеподібною формою орбіталей, тобто р-електрони. Відповідно до цього другий рівень включає 2 підрівні — s-підрівень (максимально 2 електрони) та р-підрівень, на якому може бути від одного до шести р-електронів.
Третій енергетичний рівень складається з трьох підрівнів. Про s- і р-підрівні ви вже дізналися. Третій має назву d-підрівень. Максимальна кількість d-електронів на цьому підрівні — 10.
Четвертий підрівень називають f-підрівнем, з’являється він на четвертому енергетичному рівні та вміщує максимально 14 електронів.
Назви підрівнів повторюють назви орбіталей. Це не випадково, оскільки поділ на підрівні здійснено за формою атомних орбіталей електронів, що утворюють електронну оболонку атома.
Попрацюйте групами
Застосуйте набуті знання для заповнення в зошиті таблиці.
Умовне позначення підрівнів
Максимально можлива кількість електронів на підрівні
Для елементів перших чотирьох енергетичних рівнів узагальнені відомості про будову електронної оболонки атомів внесено в таблицю 6.
Розподіл електронів на перших чотирьох енергетичних рівнях
Енергетичні рівні
Можливі підрівні в межах рівня
Максимальна кількість електронів на енергетичному рівні
Максимальна кількість електронів на одному енергетичному рівні чітко визначена. На першому енергетичному рівні може бути не більше двох електронів, на другому — не більше восьми, на третьому — не більше вісімнадцяти, на четвертому — не більше тридцяти двох.
ПОНЯТТЯ ПРО РАДІУС АТОМА (Ra). Унаслідок того, що електрон одночасно виявляє властивості й мікрочастинки, й хвилі, атом не має чітких меж, і виміряти абсолютні розміри атомів неможливо. Тому радіуси атомів (Ra) різних хімічних елементів розраховано теоретично.
Радіусом атома називається відстань від центра ядра атома до сферичної поверхні електронної оболонки, ймовірність перебування на якій електронів зовнішнього енергетичного рівня є найбільшою.
Що більшою є кількість енергетичних рівнів в електронній оболонці, то більший радіус атома (схема 4).
Пригадайте, що в таблиці періодичної системи називають групами, а що — періодами.
Як ви дізналися, кількість енергетичних рівнів в електронній оболонці атома збігається з номером періоду періодичної системи, у якому елемент розташований. Тож в атома Натрію три енергетичні рівні, в атома Літію — два. Отже, атом Натрію має більший радіус. Розраховано, що Ra (Li) = 0,159 нм, Ra (Na) = 0,189 нм. Ще більший радіус в атома Рубідію — 0,225 нм.
Схема 4. Радіуси атомів Літію та Натрію
У межах однієї підгрупи зі збільшенням заряду ядра збільшується кількість енергетичних рівнів, а отже, збільшується і радіус атомів. У межах одного періоду кількість енергетичних рівнів в електронних оболонках атомів не змінюються, проте радіуси — зменшуються.
Для порівняння: Ra (Li) = 0,159 нм, Ra (F) = 0,040 нм. Найсуттєвіше зменшення відбувається в періодах 1-3 (схема 5).
Схема 5. Зміна радіусів атомів у підгрупах і періодах
Зменшення радіуса атомів у межах одного періоду пояснюється зростанням притягування зовнішніх електронів до ядра. У Літію воно менше, бо заряд ядра атома +3, у Флуору — більше, бо заряд ядра атома в нього +9.
Стисло про основне
• Енергетичні рівні поділяють на енергетичні підрівні. Розрізняють 4 види підрівнів: s-, р-, d-, f-підрівні.
• Максимальна кількість електронів на: s-підрівні — 2, р-підрівні — 6, d-підрівні — 10, f-підрівні — 14.
• Радіус атома, як і його відносна атомна маса, є однією з кількісних характеристик атома. Зі збільшенням заряду ядра (протонного числа) в межах однієї підгрупи радіуси атомів збільшуються, а в межах одного періоду — зменшуються.
Сторінка ерудита
У 1919 р. створено Міжнародний союз фундаментальної та прикладної хімії (IUPAC). Членами цієї організації є понад 40 держав світу, зокрема Україна (з 1992 р.).
Зараз штаб-квартира IUPAC розміщена в Цюриху (Швейцарія).
Мета IUPAC — сприяти розвитку хімії як науки, розвивати стандарти найменувань хімічних елементів та сполук.
На 2020 р. «постійну прописку» в періодичній системі одержали 118 хімічних елементів. Останніми з них стали добуті штучно елементи 113Ніхоній, 115Московій, 118Оганесон і 117Теннессин.
Знаємо, розуміємо
1. Яка максимальна кількість енергетичних рівнів існує? Як визначити, скільки енергетичних рівнів має електронна оболонка конкретного атома?
2. Назвіть енергетичні підрівні з такою максимальною кількістю електронів на них:
3. Яка максимальна кількість електронів може перебувати на першому, другому і третьому енергетичних рівнях?
4. Чи може бути на s-підрівні: а) 1 електрон; б) 2 електрони; в) 6 електронів? Відповідь обґрунтуйте.
5. Назвіть підрівні третього енергетичного рівня.
6. Знайдіть і виправте помилки, якщо вони є, у поданих твердженнях.
Твердження 1. Кількість енергетичних рівнів визначається номером групи.
Твердження 2. Кількість електронів в атомі дорівнює його відносній атомній масі.
7. Знайдіть і виправте помилки, якщо вони є, у поданих твердженнях.
Твердження 1. Спільним у будові електронних оболонок атомів із протонними числами 11 і 18 є наявність трьох енергетичних рівнів.
Твердження 2. Радіуси атомів зі збільшенням заряду ядра атомів у періоді зменшуються, а в підгрупі — зростають.
8. Чому змінюється радіус атомів хімічних елементів одного періоду?
9. Чому змінюється радіус атомів хімічних елементів у межах головної підгрупи?