Химия · 9 класс · занятие 2

Электронная конфигурация и свойства соединений

От строения электронной оболочки — к положению элемента, формулам веществ и их кислотно-основному характеру.

2 урока по 40 минут§§ 3–4, с. 13–22Проверочная по домашней работеИнтерактивный тренажёр

Маршрут занятия

Урок 1
0–8 мин. Проверочная по домашней работе. 8–22 мин. Уровни, подуровни и орбитали. 22–34 мин. Заполнение орбиталей и электронные конфигурации. 34–40 мин. Самостоятельный пример.
Перемена
Отдых по расписанию.
Урок 2
0–8 мин. Формы s- и p-облаков. 8–25 мин. Кислотно-основные свойства, амфотерность и классификация. 25–38 мин. Тренажёр. 38–40 мин. Итог и домашняя работа.

Проверочная работа по домашнему заданию

Выберите элемент, который был задан: №13 или №17. Затем ответьте на пять вопросов. Время — 8 минут.

1. Электронная оболочка: три уровня описания

Энергетический уровень объединяет электроны с одинаковым главным квантовым числом n. Уровни обозначают числами 1, 2, 3…

Подуровень объединяет орбитали одинакового типа. В школьном курсе используются обозначения s, p, d.

Орбиталь — область пространства, где вероятность обнаружить электрон велика. На одной орбитали может находиться не более двух электронов.

Уровни, подуровни и орбиталиНа первом уровне один s-подуровень, на втором s- и p-подуровни, на третьем s-, p- и d-подуровни.Строение электронной оболочкиn = 11s1 орбитальn = 22s2p1 + 3 орбиталиn = 33s, 3p, 3d1 + 3 + 5 орбиталейВместимость орбитали: не более 2e⁻
Число орбиталей: s — 1, p — 3, d — 5.
ПодуровеньОрбиталейМаксимум электроновПример записи
s122s²
p362p⁶
d5103d¹⁰
Как читать запись 3p⁴: 3 — номер энергетического уровня; p — подуровень; 4 — число электронов на этом подуровне.

2. Правила заполнения орбиталей

Минимум энергии

Сначала заполняются орбитали с меньшей энергией. Для первых 20 элементов достаточно порядка:

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s

Принцип Паули

На одной орбитали может находиться не более двух электронов; их спины противоположны:

[↑↓] — допустимо
[↑↑] — недопустимо

Правило Хунда

На орбиталях одного подуровня электроны сначала располагаются по одному с параллельными спинами, затем образуют пары.

p³: [↑] [↑] [↑]
p⁴: [↑↓] [↑] [↑]

Алгоритм составления конфигурации

  1. Найдите Z: это число электронов нейтрального атома.
  2. Заполняйте подуровни в порядке возрастания энергии.
  3. Следите за вместимостью: s², p⁶, d¹⁰.
  4. Сложите все верхние индексы: сумма должна быть равна Z.
  5. Проверьте внешнюю часть конфигурации по периоду и группе.

Сера, Z = 16

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴

По уровням: 2; 8; 6. В 3p⁴: [↑↓] [↑] [↑].

Кальций, Z = 20

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²

По уровням: 2; 8; 8; 2. Внешняя часть — 4s².

Самостоятельно: составьте конфигурацию Al, Z = 13

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹

Проверка суммы: 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13.

3. Формы электронных облаков

Важно: рисунок показывает поверхность высокой вероятности обнаружения электрона, а не траекторию его движения.
s-орбиталь: сферическое вероятностное облако; Play постепенно формирует его из положений электронной пары.
спин +½спин −½
p-подуровень: три одинаковые по форме орбитали, ориентированные вдоль осей x, y и z.
pₓpᵧp_z
d-подуровень: пять пространственных орбиталей; цветные переключатели справа включают и отключают отдельные формы.
dxydxzdyzdx²−y²dz²

Электронные оболочки атомов

Круговая схема удобна для подсчёта электронов по энергетическим уровням. Она не показывает форму орбиталей, но хорошо связывает конфигурацию с периодом и группой.

  • Na: 2; 8; 1 → 3-й период, I группа.
  • Cl: 2; 8; 7 → 3-й период, VII группа.
  • Ca: 2; 8; 8; 2 → 4-й период, II группа.
Схемы оболочек натрия, хлора и кальцияУ натрия распределение 2, 8, 1; у хлора 2, 8, 7; у кальция 2, 8, 8, 2.Распределение по уровнямNa2; 8; 1Cl2; 8; 7Ca2; 8; 8; 2Круги — условные энергетические уровни, не траектории электронов.
Условные схемы оболочек трёх атомов.

4. Кислотно-основные свойства соединений

Материал §§ 3–4: классифицируем вещества и связываем характер оксида или гидроксида с положением элемента и степенью окисления.

Классификация веществ

УровеньКлассыПримеры
Простые веществаметаллы, неметаллыFe, Al; O₂, S
Сложные веществаоксиды, кислоты, основания, солиCaO; H₂SO₄; NaOH; Na₂CO₃

Оксиды и соответствующие им гидроксиды

ХарактерОксидСоответствующий гидроксидТипичная реакция
ОсновныйNa₂O, CaONaOH, Ca(OH)₂ — основанияCaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O
КислотныйSO₃, P₂O₅H₂SO₄, H₃PO₄ — кислотыSO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O
АмфотерныйAl₂O₃, ZnOAl(OH)₃, Zn(OH)₂реагирует и с кислотой, и со щёлочью

Как прогнозировать характер соединения

  • Типичные металлы в невысоких степенях окисления образуют основные оксиды и основания.
  • Типичные неметаллы в высоких степенях окисления образуют кислотные оксиды и кислоты.
  • На границе между металлическим и неметаллическим характером часто встречается амфотерность.
  • У одного элемента характер оксидов может меняться с ростом степени окисления: основный → амфотерный → кислотный.
Изменение характера оксидов в третьем периодеСлева направо основные свойства оксидов ослабевают, кислотные усиливаются; оксид алюминия амфотерен.Оксиды элементов 3-го периодаNa₂OосновныйMgOосновныйAl₂O₃амфотерныйSiO₂кислотныйкислотные свойства усиливаются →Далее: P₂O₅, SO₃, Cl₂O₇ — кислотные оксиды.
Общая закономерность для высших оксидов 3-го периода.

Амфотерность

Амфотерные оксиды и гидроксиды проявляют свойства и оснований, и кислот. Это подтверждается двумя реакциями с веществами противоположного характера.

Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O
В этой реакции Al(OH)₃ проявляет основные свойства.
Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]
В водном растворе Al(OH)₃ проявляет кислотные свойства.
Критерий доказательства: одного уравнения недостаточно. Чтобы подтвердить амфотерность, нужно показать реакции и с кислотой, и со щёлочью.

Тренажёр после изучения материала

Выполните 12 заданий. После проверки неверные строки будут выделены; тренажёр можно повторить.

Итог и домашняя работа

К концу занятия: вы различаете уровень, подуровень и орбиталь; составляете конфигурации первых 20 элементов; классифицируете неорганические вещества; прогнозируете характер оксидов и распознаёте амфотерность.

  1. §§ 3–4, с. 13–22: перечитать определения и примеры.
  2. Записать электронные конфигурации Na, Cl и Ca; рядом указать распределение электронов по уровням.
  3. Для Na₂O, Al₂O₃ и SO₃ указать характер оксида и составить по одному характерному уравнению реакции.