Почему валентность S и O ≠ N и P? Электронная конфигурация (9 класс)

Хорошо, давайте разберем, как составлять электронную конфигурацию для элементов. Это очень важная тема в химии, которая помогает понять свойства атомов.

Что такое электронная конфигурация?

Электронная конфигурация – это запись, которая показывает, как электроны распределены по энергетическим уровням и орбиталям в атоме.

Основные правила и принципы

Чтобы правильно составить электронную конфигурацию, нужно знать несколько правил: 1. Принцип наименьшей энергии (принцип Паули): Электроны сначала занимают орбитали с наименьшей энергией. 2. Принцип Паули: На одной орбитали может находиться не более двух электронов, и они должны иметь противоположные спины (обозначаются стрелочками \(\uparrow\) и \(\downarrow\)). 3. Правило Хунда: Если есть несколько орбиталей с одинаковой энергией (например, p-орбитали), электроны сначала занимают каждую орбиталь по одному, а затем уже спариваются. При этом все одиночные электроны имеют одинаковый спин.

Порядок заполнения орбиталей

Энергетические уровни и орбитали заполняются в определенном порядке. Вот этот порядок: \(1s \rightarrow 2s \rightarrow 2p \rightarrow 3s \rightarrow 3p \rightarrow 4s \rightarrow 3d \rightarrow 4p \rightarrow 5s \rightarrow 4d \rightarrow 5p \rightarrow 6s \rightarrow 4f \rightarrow 5d \rightarrow 6p \rightarrow 7s \rightarrow 5f \rightarrow 6d \rightarrow 7p\) Для 9 класса обычно достаточно знать порядок до \(4p\) или \(5s\). Можно использовать такую схему (правило Клечковского): \[ \begin{array}{ccccccc} 1s \\ 2s & 2p \\ 3s & 3p & 3d \\ 4s & 4p & 4d & 4f \\ 5s & 5p & 5d & 5f \\ 6s & 6p & 6d \\ 7s & 7p \end{array} \] Стрелки показывают порядок заполнения: Начинаем с \(1s\), потом \(2s\), потом \(2p\), потом \(3s\), потом \(3p\), потом \(4s\), потом \(3d\), потом \(4p\) и так далее.

Типы орбиталей и их вместимость

* s-орбиталь: имеет 1 ячейку, вмещает максимум 2 электрона. * p-орбиталь: имеет 3 ячейки, вмещает максимум 6 электронов (по 2 в каждой ячейке). * d-орбиталь: имеет 5 ячеек, вмещает максимум 10 электронов. * f-орбиталь: имеет 7 ячеек, вмещает максимум 14 электронов.

Как составить электронную конфигурацию: пошаговая инструкция

Давайте разберем на примерах.

Пример 1: Водород (H)

1. Находим водород в Периодической таблице. Его порядковый номер 1. Это значит, что у него 1 протон и 1 электрон. 2. Начинаем заполнять с самой низкой энергии – \(1s\). 3. У нас 1 электрон. Он займет \(1s\)-орбиталь. 4. Электронная конфигурация: \(1s^1\). 5. Электронно-графическая формула: \[ 1s \quad \uparrow \]

Пример 2: Гелий (He)

1. Порядковый номер 2. Значит, 2 электрона. 2. Заполняем \(1s\)-орбиталь. Она вмещает 2 электрона. 3. Электронная конфигурация: \(1s^2\). 4. Электронно-графическая формула: \[ 1s \quad \uparrow\downarrow \]

Пример 3: Литий (Li)

1. Порядковый номер 3. Значит, 3 электрона. 2. Первые 2 электрона займут \(1s\)-орбиталь: \(1s^2\). 3. Остался 1 электрон. Следующая по энергии – \(2s\)-орбиталь. 4. Электронная конфигурация: \(1s^2 2s^1\). 5. Электронно-графическая формула: \[ \begin{array}{c} 1s \quad \uparrow\downarrow \\ 2s \quad \uparrow \end{array} \]

Пример 4: Азот (N)

1. Порядковый номер 7. Значит, 7 электронов. 2. Заполняем по порядку: * \(1s^2\) (2 электрона) * \(2s^2\) (еще 2 электрона, всего 4) * Осталось \(7 - 4 = 3\) электрона. Следующая по энергии – \(2p\)-орбиталь. * \(2p\)-орбиталь вмещает 6 электронов, у нас 3. * По правилу Хунда, эти 3 электрона займут каждую из трех \(p\)-орбиталей по одному, с одинаковым спином. 3. Электронная конфигурация: \(1s^2 2s^2 2p^3\). 4. Электронно-графическая формула: \[ \begin{array}{c} 1s \quad \uparrow\downarrow \\ 2s \quad \uparrow\downarrow \\ 2p \quad \uparrow \quad \uparrow \quad \uparrow \end{array} \]

Пример 5: Фосфор (P)

1. Порядковый номер 15. Значит, 15 электронов. 2. Заполняем по порядку: * \(1s^2\) (2 электрона) * \(2s^2\) (еще 2 электрона, всего 4) * \(2p^6\) (еще 6 электронов, всего 10) * Осталось \(15 - 10 = 5\) электронов. Следующая по энергии – \(3s\)-орбиталь. * \(3s^2\) (еще 2 электрона, всего 12) * Осталось \(15 - 12 = 3\) электрона. Следующая по энергии – \(3p\)-орбиталь. * \(3p^3\) (еще 3 электрона, всего 15). По правилу Хунда, эти 3 электрона займут каждую из трех \(p\)-орбиталей по одному. 3. Электронная конфигурация: \(1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3\). 4. Электронно-графическая формула: \[ \begin{array}{c} 1s \quad \uparrow\downarrow \\ 2s \quad \uparrow\downarrow \\ 2p \quad \uparrow\downarrow \quad \uparrow\downarrow \quad \uparrow\downarrow \\ 3s \quad \uparrow\downarrow \\ 3p \quad \uparrow \quad \uparrow \quad \uparrow \end{array} \]

Пример 6: Калий (K)

1. Порядковый номер 19. Значит, 19 электронов. 2. Заполняем по порядку: * \(1s^2\) (2 электрона) * \(2s^2\) (еще 2 электрона, всего 4) * \(2p^6\) (еще 6 электронов, всего 10) * \(3s^2\) (еще 2 электрона, всего 12) * \(3p^6\) (еще 6 электронов, всего 18) * Остался \(19 - 18 = 1\) электрон. Следующая по энергии – \(4s\)-орбиталь (помните, \(4s\) заполняется раньше, чем \(3d\)). * \(4s^1\) (еще 1 электрон, всего 19). 3. Электронная конфигурация: \(1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^1\). 4. Электронно-графическая формула: \[ \begin{array}{c} 1s \quad \uparrow\downarrow \\ 2s \quad \uparrow\downarrow \\ 2p \quad \uparrow\downarrow \quad \uparrow\downarrow \quad \uparrow\downarrow \\ 3s \quad \uparrow\downarrow \\ 3p \quad \uparrow\downarrow \quad \uparrow\downarrow \quad \uparrow\downarrow \\ 4s \quad \uparrow \end{array} \]

Важные моменты для 9 класса:

* Номер периода показывает число энергетических уровней в атоме. * Номер группы (для главных подгрупп) показывает число электронов на внешнем энергетическом уровне (валентных электронов). * Электронная конфигурация помогает объяснить, почему элементы в одной группе имеют похожие химические свойства (у них одинаковое число валентных электронов). Практикуйтесь, и у вас все получится!