20. Строение атомов: Модель Томсана, Теория Резерфорда, ядерная модель Резерфорда.

Модель Томсана

По тео­рии Том­со­на, атом пред­став­лял собой шар, по всему объ­е­му ко­то­ро­го «раз­ма­зан» по­ло­жи­тель­ный заряд. А внут­ри, как пла­ва­ю­щие эле­мен­ты, на­хо­ди­лись элек­тро­ны. В целом, по Том­со­ну, атом был элек­тро­ней­тра­лен, т. е. заряд та­ко­го атома был равен 0. От­ри­ца­тель­ные за­ря­ды элек­тро­нов ком­пен­си­ро­ва­ли по­ло­жи­тель­ный заряд са­мо­го атома. Раз­мер атома со­став­лял при­бли­зи­тель­но 10-10м. Мо­дель Том­со­на по­лу­чи­ла на­зва­ние «пу­динг с изю­мом»: сам «пу­динг» – это по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ное «тело» атома, а «изюм» – это элек­тро­ны

Теория Резерфорда

Атом любого вещества состоит из положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена почти вся масса, и вращающихся вокруг него по определенным орбитам отрицательно заряженных частиц - электронов. При этом положительный заряд ядра уравновешивается суммой отрицательных зарядов электронов, и в целом атом является электронейтральным. Заряд ядра каждого химического элемента, измеренный в элементарных единицах, равен атомному номеру вещества в таблице Менделеева и обусловливает его химические свойства.

Ядерная модель(планетарная модель Резерфорда)

В атоме есть массивный положительно заряженный объект и α-частица, сталкиваясь с этой частицей, может отразиться обратно. Пролетающие рядом частицы отклоняются на разные углы. Это явление называется рассеиванием α-частиц.

Положительно заряженный объект, находящийся внутри атома, Резерфорд назвал ядром и рассчитал его размеры – 10^-14–10^-15 Практически вся масса атома сосредоточена в ядре. Вокруг ядра вращаются электроны.

21. Правила заполнения электрических уровней: правило Хунда, Клечковского, принцип Паули.

Согласно правилу Хунда, устойчивому состоянию электронов в атоме соответствует такое распределение электронов в пределах энергетического подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина электронов максимально.

Правило Хунда (Гунда): заполнение орбиталей данного подуровня осуществляется так, чтобы суммарный спин был максимален. Орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному электрону.

Электронные конфигурации атомов можно записать по уровням, подуровням, орбиталям. Например, электронная формула Р(15ē) может быть записана:

а) по уровням)2)8)5;

б) по подуровням 1s²2s²2p⁶3s²3p³;

в) по орбиталям

Примеры электронных формул некоторых атомов и ионов:

V(23ē) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²;

V³⁺(20ē) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s⁰.

Для первого энергетического уровня n=1, l=0, следовательно, возможно существование только s-подуровня, на котором может разместиться не более 2 электронов, что отразим записью 1s2.

На втором энергетическом уровне может быть только два подуровня: s и p, на которых максимальное число электронов равно, соответственно, 2 и 6. Поэтому 8 электронов второго энергетического уровня распределены таким образом: 2s22p6.

Следующие 18  электронов находятся на третьем уровне, на котором должно быть уже три подуровня: s, p и d, на которых максимальное число электронов составляет 2, 6 и 10.  Следовательно, электронную конфигурацию третьего 18-электронного уровня можно представить в виде: 3s23p63d10.

Для последнего 4-го уровня могут существовать 4 подуровня: s,p,d,f, на которых может находиться 2, 6, 10 и 14 электронов. Но в атоме цинка на 4 уровне находится всего 2 электрона. Эти два электрона займут самый низший подуровень 4s. Поэтому электронное строение 4 уровня можно записать в виде: 4s2.

Соединив все полученные фрагменты электронного строения по всем уровням, получаем детализированную картину распределения электронов в атоме цинка: 30Zn 1s22s22p63s23p63d104s2.

Таким образом, основные особенности заполнения электронных оболочек атомов в периодической системе следующие:

1. Начало периода совпадает с началом образования нового энергетического уровня электронного слоя.

Период представляет собой последовательный ряд элементов, атомы которых различаются числом электронов в наружных слоях. Каждый период завершается благородным газом. У благородных газов наружная оболочка состоит из 8 электронов, за исключение гелия, у которого на внешней оболочке только 2 электрона.

2. Элементы главных и побочных подгрупп отличаются порядком заполнения электронных оболочек.

У всех элементов главных подгрупп заполняются только внешние оболочки. При этом у элементов I и II групп заполняются  s-оболочки, поэтому эти элементы называются s-элементами. А у элементов III-VII групп заполняются p-оболочки, поэтому эти элементы называются р-элементами.

У элементов первых подгрупп (за исключением Mn, Zn, Tc, Ag, Cd,  Hg) заполняются внутренние d-оболочки. Такие элементы называются d-элементами.

Элементы, у которых заполняются внутренние f-оболочки, называются f-элементами (лантаноиды и актиноиды). 

Правило Клечковского: заполнение электронных подуровней осуществляется в порядке возрастания суммы (n + l), а в случае одинаковой суммы (n + l) – в порядке возрастания числа n.

Согласно правилу Клечковского, заполнение подуровней осуществляется в следующем порядке: 1s, 2s, 2р, 3s, Зр, 4s, 3d, 4р, 5s, 4d, 5р, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 8s,…

Хотя заполнение подуровней происходит по правилу Клечковского, в электронной формуле подуровни записываются последовательно по уровням: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4р, 4d, 4f и т. д. Таким образом, электронная формула атома брома записывается следующим образом: Br(35ē) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵.

Электронные конфигурации ряда атомов отличаются от предсказанных по правилу Клечковского. Так, для Сr и Cu:

Сr(24ē) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹ и Cu(29ē) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹.

Принцип Паули - В атоме не может быть двух электронов, обладающих одинаковыми свойствами.

Следовательно, максимальное число электронов с одинаковым квантовым числом n выражается суммой

Из правила Паули следует, что на орбитали могут располагаться не более двух электронов, на подуровне может содержаться не более 2(2l + 1) электронов, на уровне содержится не более 2n2 электронов.