Как распределить электроны первых 20 элементов?

Опорная карта

Учебная модель · частицы и расстояния не в масштабе

Ситуация и вопрос

В карточках Ne и Na электронов 10 и 11. Почему прибавление всего одного электрона связано с переходом на новый период? Восстановите из прошлого блока, когда число электронов равно Z. Если забыть условие нейтральности, дальнейшее правило даст неправильный результат для иона.

Новые слова без пропусков

Электронный слой — упрощённое описание распределения электронов по энергетическим уровням. Основное состояние — состояние атома с наименьшей энергией. Для нейтральных атомов первых 20 элементов удобно считать населённости слоёв: H — 1; He — 2; Ne — 2,8; Na — 2,8,1; Ar — 2,8,8; K — 2,8,8,1; Ca — 2,8,8,2. Запятые разделяют слои, а не образуют десятичную дробь. Электроны не движутся по этим записям как планеты по дорожкам.

Предскажите

Предскажите распределение Mg с Z=12 и Cl с Z=17. Проверьте, чтобы сумма чисел была равна Z, а не приблизительной атомной массе. Затем предположите, сколько занятых слоёв у Ca. Укажите область задачи: нейтральные атомы, основное состояние, первые 20 элементов. Без этих слов предсказание будет слишком широким.

Исследуйте или разберите данные

Нарисуйте четыре колонки «слой 1–4». Распределите бумажные отметки для атомов O, Mg, Cl и Ca, сверяя их с таблицей данных. Число отметок в строке должно совпасть с Z. Не подключайте электрические устройства и не исследуйте неизвестные материалы. Это счётная модель, не опыт по обнаружению электронов.

Разобранный пример

Mg: 2+8+2=12, значит запись 2,8,2. Cl: 2+8+7=17, запись 2,8,7. У обоих три занятых слоя и третий период. У Ca четыре слоя: 2+8+8+2=20, поэтому четвёртый период. Число внешних электронов различается, хотя Mg и Cl находятся в одном периоде. Для изучаемых нейтральных атомов период согласуется с числом занятых слоёв.

Где легко ошибиться

Ошибка: объявить, что третий слой всегда вмещает не больше восьми электронов. Его полная вместимость больше; заполнение после Ca требует более подробной модели с подуровнями. Наши записи не описывают все элементы и возбуждённые состояния. Расстояния между нарисованными слоями, размеры точек и их положения условны.

Перенос в новый случай

Карточка содержит Z=13 и запись 2,8,3. Определите элемент, период и число внешних электронов. Другая карточка с тем же Z содержит только 10 электронов. Можно ли оставить для неё запись нейтрального атома? Пока не ищите «новый элемент»: вернитесь к счёту заряда.

Ответ и проверка памяти

Проверка: Z=13 — Al, период 3, три внешних электрона у нейтрального атома. Частица с 10 электронами имеет заряд +3 и распределение 2,8 в этой модели. Ядро осталось алюминиевым; подробно положение ионов разберём в уроке 21. По памяти объясните одновременно пользу модели и границу «только первые 20 нейтральных атомов».

Пустые места здесь не означают отсутствие элементов в полной таблице.

Задание

1. Как распределены электроны Ca?
2. Как проверить сумму?
3. Ограничена ли третья оболочка восемью электронами вообще?

Ответы

Запись в дневнике

Запишите первоначальный ответ, использованные данные, исправленное объяснение и границу вывода. Затем закройте пример и объясните новый случай своими словами. Если ошиблись, укажите конкретный шаг: чтение карточки, счёт частиц, выбор модели или вывод.

Когда вернуться

Закройте страницу и через 10 минут воспроизведите карту, определите термины своими словами и решите новый случай. Через сутки и через неделю повторите без подсказки. Если ошибка осталась, вернитесь к разобранному примеру и запишите, какой шаг был пропущен.

Источники и границы модели

• IUPAC: periodic table
• ACS: energy-level models

Как найти адрес элемента в периодической системе?

Почему элементы объединяют в семейства?