Top.Mail.Ru

Электронная конфигурация и строение атома кальция

В науках с физико-математическим уклоном для решения задач иногда необходимо знать атомарную структуру вещества. На уроках химии изучается каждый из элементов периодической системы (таблицы) Дмитрия Ивановича Менделеева и его строение атома. Кальций не является исключением. Однако для начала следует ознакомиться с основными понятиями и положениями о принципах формирования электронной оболочки для различных материалов, определяющей их важные свойства.

Строение атома калия

Общие сведения

Каждый химический элемент состоит из молекул, компонентами которых являются атомы. Последние состоят из следующих структурных единиц:

  1. Ядра.
  2. Электроны.

Последние вращаются вокруг ядра по орбитам, которые только отображаются на чертежах (графической схеме). Орбита — условное обозначение расстояния между ядром и электронами, удерживающимися посредством сил кулоновского притяжения. На основании анализа структуры кристаллической решетки ученые открыли некоторые очень важные физико-химические свойства веществ. Например, благодаря изучению строения атома калия, его поместили в ряд щелочных металлов. Он вступает в мгновенную реакцию с водой, образуя щелочь.

Ядро атома

Ядро — основной компонент атома, в котором сосредоточена основная масса. Оно имеет положительный заряд, притягивающий электроны, и состоит из протонов и нейтронов. Протий (легкий изотоп водорода) — единственный химический элемент, не содержащий нейтроны. Если ядро рассматривать в качестве частицы, то химики и физики называют его нуклидом, а нуклоны — совокупность положительно заряженных атомарных единиц.

Строение атома кальция

Количество протонов обозначается литерой «Z», а нейтронов — N. Эти 2 коэффициента, как правило, равны. Однако иногда N превышает или меньше показателя Z. В этом случае говорят, что химический элемент является изотопом или изотоном, т. е. нестандартным. Чтобы их отличать между собой, следует запомнить 2 правила:

  1. Одинаковое Z и разное N — изотопы.
  2. Одинаковое N и разное Z — изотоны.

Число «Z» соответствует порядковому номеру в таблице Д. И. Менделеева. Алгебраическая сумма Z и N эквивалентна массовому атомарному числу А, которое также указывается в периодической системе. Оно имеет и другое название — молекулярная масса химического элемента. Кроме того, у ядра существуют и другие характеристики. К основным из них относятся следующие:

Электронная формула кальция

  1. Заряд.
  2. Масса.

Коэффициент Z определяет уровень электрического заряда. Впервые его открыл ученый Г. Мозли в 1913 году опытным путем, измеряя длину электромагнитной волны водорода. Для других элементов была установлена такая же зависимость от порядкового номера элемента. Заряд протонов, входящих в состав ядра, действует на электроны, которые вращаются вокруг него. Следует отметить, что положительная частица не может притянуть отрицательную, поскольку поле, создающее связь между ними, не способно это сделать.

В некоторых случаях заряд не может удержать электрон. При этом последний «отрывается» с орбитали. В результате такого процесса образуется ион, т. е. атом, который может взаимодействовать с другими.

Структуру строения можно интерпретировать с планетами, вращающимися вокруг Солнца. Последнее не может притянуть их, поскольку недостаточно силы притяжения, которая зависит от расстояния и массы.

Следующей характеристикой ядра является масса. Она измеряется в атомарных единицах массы — а. е. м. Одна «а.е.м.» эквивалентна 1/12 массы атома углерода, который обозначается литерой «С».

Информация об электронах

Электрон — элементарная частица, имеющая отрицательный заряд. Ее масса намного меньше, чем у ядра. У каждой частицы есть своя орбиталь, которая показывает валентность химического элемента. Электроны не только входят в состав атома, но и бывают свободными, т. е. влияют на электрическую проводимость веществ. На основании этого утверждения ученые сделали вывод, что материалы могут классифицироваться на проводники, полупроводники и диэлектрики.

Первые имеют свободные электроны, во вторых они появляются только при воздействии каких-либо внешних сил, способных «вырвать» отрицательно заряженные элементарные частицы с орбитали. В диэлектриках или изоляторах они отсутствуют.

Электронная конфигурация кальция

Физико-химические свойства кальция

Кальций — химический элемент, относящийся к щелочно-земельным металлам. Он обозначается литерой «Са». В периодической системе находится под порядковым номером «20». Кроме того, обладает атомарной массой, равной 40 а. е. м. (А = 40 а. е. м.). Основным его источником в природе является карбонат кальция или мел, химическая формула которого имеет вид CaCO3.

Температура плавления Са составляет 854 градусов по шкале Цельсия. Под высоким давлением пропускает электрический ток в одном направлении. При взаимодействии с кислородом, входящим в состав атмосферного воздуха, окисляется (Ca2O). Примером окислительной реакции является мел, которые крошится, а при ударе — разбивается на части.

Строение атома калия

В лабораторных условиях его можно получить при электролизе расплавленного CaCl2. Последнее вещество называется хлоридом кальция. Электролиз — физико-химический процесс, при котором через какое-либо вещество пропускают постоянный ток. В этом случае ионы (заряжены положительно) направляются к электроду (катоду), имеющему отрицательный потенциал (-), а катионы — к положительному (аноду). При этом распад хлорида кальция можно записать в таком виде: ион (Ca2+) и катион (Cl 2 2-).

Схема строения атома и электронная конфигурация кальция определяют его другие химические свойства. Он реагирует с большинством веществ, являющимися сложными и простыми. Сохранить его в чистом виде довольно сложно. Например, чтобы сберечь «чистый» Ca, нужно покрыть его парафином или керосином в емкости без дополнительного доступа кислорода.

Электронная оболочка

Электронная оболочка атома — форма, позволяющая научным путем доказать возможность взаимодействия элемента с другими веществами. Принципы ее образования имеют следующие формулировки:

Электронная формула кальция валентность

  1. Минимум энергии: определяет энергетический обмен между электронами, заполняющими орбитали.
  2. Паули: на орбитали могут находиться только 2 отрицательно заряженные частицы с противоположными спинами (векторами вращения).
  3. Хунда: заполнение орбиталей с максимальным количеством электронов с учетом спинов.

Ядро атома имеет положительный заряд «+20», который соответствует порядковому номеру в периодической таблице элементов. Количество Z = 20 и N = 20. Следовательно, вокруг ядра двигаются 20 электронов, поскольку количество положительных нуклонов равняется числу отрицательно заряженных частиц.

Схематически обозначение структуры, состоящей из четырех орбит, имеет такой вид: +20 Ca)2)8)8)2. В этом случае можно записать электронную конфигурацию элемента: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2. Если сложить показатели степеней подуровней орбит, получается «20», т. е. 2+2+6+2+6+2. Электронная формула заполняется по такому алгоритму:

  1. Выписывается порядковый номер: 20.
  2. На первом подуровне должно быть не более 2: 1 s2. Первая орбиталь заполнена.
  3. Вторая орбита (до 6 на подуровне 2р и 2 на 2s): 2s22p6.
  4. Третья состоит из двух подуровней, на каждом из которых может находиться 2 и 6 частиц соответственно: 3s2 3 p6 .
  5. Четвертая также включает 2 подуровня 4s и 4p, но частиц хватает только на 4s: 4 s2.
  6. Проверка количества электронов: 2+2+6+2+6+2 = 20 (результат соответствует действительности, т. е. равен Z).

На основании электронной конфигурации можно определить еще один параметр Cа, который называется валентностью. Она равна 2, поскольку последняя орбиталь имеет только 2 электрона.

Таким образом, кальций является двухвалентным элементом и обладает физическими и химическими свойствами, которые присущи щелочно-земельным металлам.

Нет комментариев

Добавить комментарий

Спасибо! Ваш комментарий появится после проверки.
Это интересно
Adblock
detector