Atomo sandara ir periodinis dėsnis

Mokymosi tikslai

Užrašyti pagrindinių grupių elementų atomų ir jonų elektronų konfigūracijas.
Apskaičiuoti protonų, neutronų ir elektronų skaičių izotope arba jone.
Paaiškinti atomų spindulio ir elektrinio neigiamumo periodines tendencijas.
Susieti elektroninę sandarą su jono susidarymu ir elemento cheminėmis savybėmis.

Sąvokos

Atominis skaičius, masės skaičius, izotopas, orbitalė, elektronų konfigūracija, valentinis elektronas, efektyvusis branduolio krūvis, elektrinis neigiamumas, jonas.

Elemento chemines savybes daugiausia lemia jo elektroninė sandara. Periodinė lentelė leidžia prognozuoti atomų spindulius, elektrinį neigiamumą, jonų susidarymą ir galimus oksidacijos laipsnius.

Prisimink

Atominis skaičius $Z$ lygus protonų skaičiui; neutraliame atome jis lygus ir elektronų skaičiui.
Masės skaičius $A=Z+N$ , kur $N$ – neutronų skaičius.
Izotopai turi tą patį $Z$ , bet skirtingą neutronų skaičių.
Katijonas susidaro atomui netekus elektronų, anijonas – jų prisijungus.

Orbitalės ir elektronų konfigūracija

Orbitalėje telpa daugiausia du priešingų sukinių elektronai (Paulio principas). Tos pačios energijos orbitalės pirmiausia užpildomos po vieną vienodos krypties sukinio elektroną (Hundo taisyklė). Elektronai pirmiausia užima mažesnės energijos orbitales.

\ce{Na}:\ 1s^2 2s^2 2p^6 3s^1, \qquad \ce{Na+}:\ 1s^2 2s^2 2p^6.

\ce{Cl}:\ 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5, \qquad \ce{Cl-}:\ 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6.

Rašant jono konfigūraciją elektronų skaičius turi sutapti su krūviu: $\ce{Al^{3+}}$ turi $13-3=10$ elektronų.

Kaip lentelės vieta susijusi su sandara

Pagrindinių grupių elementų periodo numeris rodo užpildomų energijos lygmenų skaičių, o valentiniai elektronai siejasi su grupe. To paties periodo atomams judant iš kairės į dešinę efektyvus branduolio traukos poveikis didėja, todėl atomo spindulys paprastai mažėja, o elektrinis neigiamumas didėja. Leidžiantis grupe žemyn atsiranda nauji elektronų sluoksniai, todėl spindulys didėja.

Išspręstas pavyzdys

Kuris atomas didesnis – Na ar Cl? Abu yra trečiame periode, bet Cl branduolys turi daugiau protonų, o valentiniai elektronai yra tame pačiame pagrindiniame lygmenyje. Didesnė efektyvi branduolio trauka Cl atomą sutraukia labiau, todėl Na atomas didesnis.

Jonų ir atomų dydis

Katijonas paprastai mažesnis už jį sudariusį atomą: sumažėja elektronų tarpusavio stūma, kartais net prarandamas išorinis sluoksnis. Anijonas paprastai didesnis už atomą, nes papildomi elektronai padidina stūmą tame pačiame sluoksnyje.

Radioaktyvieji izotopai

Nestabilus branduolys gali savaime skilti ir skleisti jonizuojančiąją spinduliuotę. Izotopai taikomi diagnostikoje, gydyme ir medžiagų datavime, tačiau dozė, ekranavimas, atstumas ir poveikio trukmė yra esminės saugos sąlygos. Cheminės to paties elemento izotopų savybės labai panašios, nes jų elektroninė sandara vienoda.

Dažnos klaidos

Jono krūvis pridedamas prie protonų skaičiaus. Branduolys jonizuojantis nesikeičia; keičiasi elektronai.
Periodinės tendencijos išmokstamos kaip rodyklės nepaaiškinant sluoksnių ir branduolio traukos.
Supainiojamas masės skaičius ir periodinėje lentelėje pateikta vidutinė santykinė atominė masė.
Visoms pereinamųjų elementų dalelėms taikoma paprasta pagrindinių grupių elektronų taisyklė nepatikrinus konfigūracijos.

Pasitikrink

Kiek protonų, neutronų ir elektronų turi $^{37}_{17}\ce{Cl-}$ ?
Užrašyk $\ce{Mg^{2+}}$ elektronų konfigūraciją.
Paaiškink, kodėl K atomas didesnis už Na atomą.

Kraunama pamokos praktika…

Santrauka

Elektroninė konfigūracija paaiškina elemento vietą periodinėje lentelėje ir jo reaktyvumą. Tendencijas pagrįsk branduolio trauka, elektronų sluoksniais ir dalelių tarpusavio stūma, o ne vien įsimintomis kryptimis.

Oficialūs šaltiniai

SRC-BP-V1269 – Chemijos bendroji programa, IV gimnazijos klasė, atomo sandara ir periodinis dėsnis.
SRC-EMOKYKLA-CHEM – oficialus Bendrosios programos atvaizdavimas eMokykloje.
SRC-IR-2025 – III–IV gimnazijos klasių įgyvendinimo rekomendacijos; naudota modeliams ir periodinių tendencijų aiškinimui.