Содержание
Общие сведения о строении атома меди
Относится к элементам d — семейства. Металл. Обозначение – Cu. Порядковый номер – 29. Относительная атомная масса – 63,546 а.е.м.
Электронное строение атома меди
Атом меди состоит из положительно заряженного ядра (+29), внутри которого есть 29 протонов и 35 нейтронов, а вокруг, по четырем орбитам движутся 29 электронов.
Рис.1. Схематическое строение атома меди.
Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:
Состояние считается более энергетически выгодным, если на d-подуровне находится 5 или 10 электронов, поэтому в случае меди мы наблюдаем проскок: один электрон s-подуровня переходит на d-подуровень для того, чтобы положение было устойчивым.
Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:
Примеры решения задач
Задание | Сравните электронные конфигурации атомов азота и фосфора. Какие валентности и степени окисления они могут проявлять в химических соединениях? Приведите формулы соединений этих элементов с водородом и их высших оксидов. |
Ответ | Дадим характеристику химическому элементу фосфору :
|
- p-элемент, неметалл.
- Высший оксид – P2O5 — проявляет кислотные свойства:
Гидроксид, соответствующий высшему оксиду – H3PO4, проявляет кислотные свойства:
- Минимальная степень окисления «-3», максимальная – «+5».
Дадим характеристику химическому элементу азоту :
- N – азот.
- Порядковый номер – 7. Элемент находится в 2 периоде, в V группе, А (главной) подгруппе.
- Z=7 (заряд ядра), M=14 (массовое число), e=7 (число электронов), p=7 (число протонов), n=14-7=7 (число нейтронов).
- 7N 1s 2 2s 2 2p 3 – электронная конфигурация, валентные электроны 2s 2 2p 3 .
- Основное состояние
- p-элемент, неметалл.
- Высший оксид – N2O5 — проявляет кислотные свойства:
Гидроксид, соответствующий высшему оксиду – HNO3, проявляет кислотные свойства:
- Минимальная степень окисления «-3», максимальная – «+5»
Задание | Приведите электронную формулу атома хрома. Сколько неспаренных электронов имеет атом хрома в основном состоянии? |
Ответ | +24 Cr)2)8)13)1; |
Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:
Количество неспаренных электронов в атоме хрома равно шести.
Проскок электрона — отступления от общей для большинства элементов последовательности заполнения электронных оболочек, связанные с тем, что эти “нарушения правил” обеспечивают атомам некоторых элементов меньшую энергию по сравнению с заполнением электронных оболочек “по правилам”.
Объясняется это тем, что энергетически более выгодно, когда в атоме имеется наполовину или полностью заполненный подуровень (р 3 ; р 6 ; d 5 ; d 10 ; f 7 ; f 14 ). Поэтому в атомах элементов, у которых строение электронной оболочки близко к вышеуказанному, может наблюдаться преждевременное заполнение d– подуровня за счёт проскока ( или повала) электрона с внешнего s– подуровня на нижележащий (предвнешний) d– подуровень.
Для ряда элементов закономерные проскоки приведены в таблице 1.
Таблица 1– Проскоки электронов
Атомная валентная зона
Согласно приведенным электронным конфигурациям медь одновалентна, так как в атоме только один неспаренный электрон.
На практике оказывается, что Cu проявляет валентность, равную двум. Следовательно, возможен, вопреки правилу, переход одного проскочившего электрона с предпоследнего 3d- подуровня на внешний 4р- подуровень. На рисунке 5 показано расширение атомной валентной зоны атома меди.
3d 4s 4p 3d 4s 4p
Рисунок 5– Расширение атомной валентной зоны атома меди
В этом случае максимальная валентность меди будет равна трем. На практике медь проявляет валетность (В) равную единице и двум.
Для золота характерна валентность В = 1; 2; 3. Расширение валентной зоны происходит таким же образом, как у меди. На практике золото обычно имеет валентность, равную трем, поскольку оно стоит в шестом периоде и электроны ядром удерживаются слабее.
Серебро же, хотя и имеет сходную структуру АВЗ, проявляет единственную валентность, равную единице.
Хром и молибдена имеют одинаковое строение АВЗ и проявляют одинаковую валентность от двух до шести.
2 Периодическая система элементов
В современной формулировке периодический закон звучит так: свойства химических элементов, а также свойства и форма образуемых ими соединений находятся в периодической зависимости от заряда их атомов и определяются периодически повторяющимися однотипными электронными конфигурациями их атомов.
Периодическая система состоит из периодов и групп.
Периодом называется последовательный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания заряда ядра их атомов, электронная конфигурация которых изменяется от ns 1 до ns 2 np 6 (или до ns 2 у первого периода).
Все периоды начинаются с s-элемента и заканчиваются p-элементом (у первого периода s-элементом). Малые периоды содержат 2 и 8 элементов, большие периоды – 18 и 32 элемента, седьмой период остается незавершенным.
По вертикали в таблице расположено 8 групп, в которых один под другим размещены элементы, имеющие сходные свойства. Атомы элементов одной и той же группы имеют одинаковое число валентных электронов.
Количество валентных электронов в оболочке атома, как правило, равно номеру группы, в которой находится элемент.
Группы делятся на подгруппы – главные и побочные. Подгруппы включают в себя элементы с аналогичными электронными структурами (элементы-аналоги).
В главных подгруппах расположены s–элементы (I, II групп) и p–элементы (III-VIII групп). В атомах элементов главных подгрупп валентные электроны находятся на s– и р–подуровнях внешнего энергетического уровня и общее их число равно номеру группы.
В побочных подгруппах располагаются d– и f–элементы. Валентные электроны в атомах d–элементов находятся на s–подуровне внешнего и d–подуровне предпоследнего энергетических уровней.
Номер группы показывает высшую валентность элемента (кроме O, F, элементов подгруппы меди и восьмой группы).
Медь в таблице менделеева занимает 29 место, в 4 периоде.
Символ | Cu |
Номер | 29 |
Атомный вес | 63.5460000 |
Латинское название | Cuprum |
Русское название | Медь |
Как самостоятельно построить электронную конфигурацию? Ответ здесь
Электронная схема меди
Cu: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10
Короткая запись:
Cu: [Ar] 4s 1 3d 10
Порядок заполнения оболочек атома меди (Cu) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.
На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ – до 6, на ‘d’ – до 10 и на ‘f’ до 14
Медь имеет 29 электронов, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:
2 электрона на 1s-подуровне
2 электрона на 2s-подуровне
6 электронов на 2p-подуровне
2 электрона на 3s-подуровне
6 электронов на 3p-подуровне
1 электрон на 4s-подуровне
10 электронов на 3d-подуровне
Степень окисления меди
Атомы меди в соединениях имеют степени окисления 4, 3, 2, 1, 0.
Степень окисления – это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается, то степень окисления положительная.
Ионы меди
Валентность Cu
Атомы меди в соединениях проявляют валентность IV, III, II, I.
Валентность меди характеризует способность атома Cu к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:
Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами
Валентность не имеет знака.
Квантовые числа Cu
Квантовые числа определяются последним электроном в конфигурации, для атома Cu эти числа имеют значение N = 3, L = 2, Ml = -2, Ms = ½
Видео заполнения электронной конфигурации (gif):
Результат:
Энергия ионизации
Чем ближе электрон к центру атома – тем больше энергии необходимо, что бы его оторвать. Энергия, затрачиваемая на отрыв электрона от атома называется энергией ионизации и обозначается Eo. Если не указано иное, то энергия ионизации – это энергия отрыва первого электрона, также существуют энергии ионизации для каждого последующего электрона.
Перейти к другим элементам таблицы менделеева