Реши задание на изображении
Краткий ответ
- Атом электронейтрален, потому что число положительных зарядов протонов равно числу отрицательных зарядов электронов.
- В атомах: азота — 7 электронов, кислорода — 8, углерода — 6.
- Атомная орбиталь — область пространства около ядра, где наиболее вероятно нахождение электрона. \(s\)-орбиталь имеет сферическую форму, \(p\)-орбиталь — гантелеобразную.
- На одной орбитали может находиться не более 2 электронов.
- На первом энергетическом уровне — 1 орбиталь, на втором — 4 орбитали.
- У бериллия внешний уровень не завершён: \(2s^2\), поэтому он может отдать два электрона. У гелия первый энергетический уровень полностью заполнен: \(1s^2\), поэтому он устойчив и является благородным газом.
- На первом уровне помещаются 2 электрона, поэтому в первом периоде 2 элемента; на втором — 8 электронов, поэтому во втором периоде 8 элементов.
Объяснение
1. Электронейтральность атома
Протон имеет заряд \(+1\), электрон — заряд \(-1\), а нейтрон заряда не имеет. В обычном атоме:
\[ \text{число протонов}=\text{число электронов}. \]
Поэтому положительные и отрицательные заряды взаимно компенсируются.
2. Число электронов
Порядковый номер элемента в таблице Менделеева равен числу протонов, а в нейтральном атоме — также числу электронов:
\[ N_e=Z. \]
\[ \begin{array}{c|c|c} \text{Элемент} & Z & N_e\\ \hline \text{Азот }N & 7 & 7\\ \text{Кислород }O & 8 & 8\\ \text{Углерод }C & 6 & 6 \end{array} \]
3. Формы орбиталей
Орбиталь — это не траектория электрона, а область, в которой электрон может находиться с большой вероятностью.
- \(s\)-орбиталь — шарообразная;
- \(p\)-орбиталь — гантелеобразная, состоит из двух частей по разные стороны от ядра.
Существует три \(p\)-орбитали, расположенные в разных направлениях: \(p_x\), \(p_y\), \(p_z\).
4. Вместимость орбитали
Согласно принципу Pauli, на одной орбитали могут находиться максимум два электрона. Они должны иметь противоположные спины:
\[ \boxed{2\text{ электрона}} \]
5. Число орбиталей на уровнях
- Первый уровень: только одна \(s\)-орбиталь — \(1s\).
- Второй уровень: одна \(s\)-орбиталь и три \(p\)-орбитали:
\[ 2s+3\cdot 2p=1+3=4\text{ орбитали}. \]
Следовательно:
\[ \boxed{1\text{ и }4} \]
6. Бериллий и гелий
Электронная конфигурация бериллия:
\[ \mathrm{Be}:1s^2 2s^2. \]
На внешнем втором уровне у него только 2 электрона, а всего второй уровень может вместить 8 электронов. Поэтому бериллий сравнительно легко отдаёт эти два электрона:
\[ \mathrm{Be}\rightarrow \mathrm{Be}^{2+}+2e^-. \]
У гелия конфигурация:
\[ \mathrm{He}:1s^2. \]
Первый энергетический уровень может вместить максимум 2 электрона, поэтому у гелия он полностью заполнен. Такая конфигурация очень устойчива, и гелий почти не вступает в химические реакции.
7. Число элементов в первых периодах
Максимальное число электронов на энергетическом уровне определяется формулой:
\[ N_{\text{электронов}}=2n^2, \]
где \(n\) — номер энергетического уровня.
Для первого уровня:
\[ 2\cdot 1^2=2. \]
Поэтому в первом периоде 2 элемента: водород и гелий.
Для второго уровня:
\[ 2\cdot 2^2=8. \]
Поэтому во втором периоде 8 элементов.
Проверка: первый уровень содержит \(1\) орбиталь и \(2\) электрона, второй — \(4\) орбитали и \(8\) электронов. Это совпадает с ответами на задания 5 и 7.
