Выясним, каким же образом движутся электроны вокруг ядра и как они вокруг него располагаются?

Двигаясь вокруг ядра атома, электроны в совокупности образуют его электронную оболочку.

Количество электронов в оболочке  атома соответствует  числу протонов в ядре атома и равно порядковому номеру элемента в таблице Дмитрия Ивановича  Менделеева. Например,  электронная оболочка атома бериллия (Be) состоит из 4 электронов, у фтора (F) из  9 электронов, у цинка (Zn) из  30 электронов.

Электроны движутся не хаотически, а в определенном порядке и имеют разную энергию притяжения к ядру. Одни притягиваются сильнее, другие слабее. Причем чем дальше электрон располагается от ядра, тем меньше он к нему притягивается.

  Пространство вокруг ядра атома, где наиболее вероятно нахождение данного электрона, называется орбиталью.

Орбитали составляют энергетические уровни.  Эти уровни располагаются над ядром в том месте, где движутся сразу несколько близких по значению энергии электронов.

Число заполняемых электронами энергетических уровней в атоме равно номеру периода в таблице Дмитрия Ивановича Менделеева. Значит, электронная оболочка атомов первого периода, например,  водорода (Н) и гелия (Не), содержат один  энергетический уровень; электронная оболочка атомов второго периода, например, лития (Li) и бора (B),  содержат по два  энергетических уровня, электронная оболочка атомов третьего периода содержит три энергетических уровня. ПАУЗА.

Рассмотрим, сколько электронных оболочек имеют атомы магния (Mg),  меди (Cu),  серебра (Ag).

Воспользуемся Периодической  таблицей  Менделеева. Так как магний (Mg) относится к элементам 3-го периода, то он будет содержать три энергетических уровня; медь (Cu) относятся к элементам 4-го периода, значит, имеет  четыре энергетических уровня;  серебро (Ag) содержит пять энергетических уровней, так как  относится к пятому периоду.

Максимальное число электронов, находящихся на энергетическом уровне можно определить по следующей формуле:   2 n², где n – номер энергетического уровня.

Отсюда мы можем определить максимальное количество электронов на первом, втором, третьем и четвертом энергетических уровнях:

На первом: два умножить на один в квадрате равно двум – на первом уровне максимальное количество электронов два;

на втором: два умножить на два в квадрате равно восьми – на втором уровне максимальное количество электронов восемь;

на третьем: два умножить на три в квадрате равно восемнадцати – на третьем уровне максимальное количество электронов восемнадцать;

на четвертом: два умножить на четыре в квадрате равно тридцать два – на четвертом уровне максимальное количество электронов тридцать два.

№ эн. уровня       1   2              3    4       5        6          7

 ядро +№                    )  )      )    )    )   )   )

Мах. число е       2е 8е     18е   32е ........      2 n²

 Важно знать!!! На  поледнем снаружи 3, 4, 5, 6  и 7 эн. уровнях не может быть больше 8е.

А теперь обратим внимание на номер группы химического элемента в Периодической таблице Дмитрия Ивановича Менделеева.

Именно номер группы указывает на количество электронов на внешнем энергетическом уровне элемента.

Например: у лития – один электрон на внешнем энергетическом уровне, так как он располагается в первой группе, у бора – три, у азота – пять, у неона - десять  и так далее.

Зная принципы построения энергетических уровней и расположение электронов на них, становится возможным   построение схемы строения электронных оболочек (см.стр.206(190) учебника).

Для этого рассмотрим расположение электронов на энергетических уровнях у таких элементов первого и второго периода  как,  гелий (Не), бор (B), кислород (O), фтор (F).

Для упрощения воспользуемся универсальным планом:

1) Определим общее число электронов в электронной оболочке по порядковому номеру элемента в Периодической таблице:

гелий (Не) – имеет два электрона,                                            

бор (B) - имеет пять электронов,      

кислород (O) - имеет восемь электронов,

фтор (F) - имеет девять электронов,           

2) Определим число заполняемых электронами энергетических уровней в электронной оболочке по номеру периода:

гелий (Не) – имеет один энергетический уровень, заполненный двумя электронами, что является максимальным количеством электронов:

₂Не +2)

        2е

бор (B), кислород (O) и фтор (F) - имеют два энергетических уровня, заполненных свойственным им количеством электронов:

 ₅B +5))

     2е 3е

₈O +8)),          

     2е 6е                  

 ₉F +9))                 

          2е 7е

₁₀Ne +10))

         2e 8e – максимальное число электронов, эн. уровень завершён!

3) Теперь определим число электронов на каждом энергетическом уровне на наших примерах:

гелий (Не) – имеет 2 электрона, на единственном энергетическом уровне;

бор (B) - имеет 5 электронов, из которых два располагаются на первом энергетическом уровне, максимально заполнив его, а оставшиеся три на внешнем, втором энергетическом уровне, что соответствует номеру группы бора;

кислород (O) - имеет   8 электронов, из которых два располагаются на первом энергетическом уровне, максимально заполнив его, а оставшиеся шесть на внешнем, втором энергетическом уровне, что соответствует номеру группы кислорода;

фтор (F) - имеет   9 электронов, из которых два располагаются на первом энергетическом уровне, максимально заполнив его, а оставшиеся семь на внешнем, втором энергетическом уровне, что соответствует номеру группы фтора.

неон (Ne) имеет 10 электронов, из которых два располагаются на первом энергетическом уровне, максимально заполнив его, а оставшиеся восемь на внешнем, втором энергетическом уровне, что соответствует номеру группы

неона (эн. уровень завершён!), поэтому у элементов 3 периода    электроны будут располагаться на 3-х  эн. уровнях:

₁₁Nа +11))) ……………………………………… ₁₈Ar +18)))

         2е 8е 1е                                                                        2е 8е 8е

ВЫВОД. Пользуясь Периодической таблицей Дмитрия Ивановича Менделеева, мы можем определить количество электронов и их расположение в электронных оболочках химических элементов, что в свою очередь определяет периодичность в строении и свойствах всех химических элементов в таблице.

  Дополнительные сведения.

Орбиталь движения электронов вокруг атома может иметь разную форму. Всего ученые исследовали 4 формы орбиталей и назвали их соответствующими символами:   s-, p-, d- и f -орбиталь. Но в курсе 8 и 9 классов рассматривается форма только s-, p- орбиталей. s- орбиталь имеет сферическую форму и может содержать не более двух электронов, p- орбиталь имеет гантелеобразную форму и может содержать не более шести электронов. В атомах элементов первого периода есть только s- орбиталь, содержащая у водорода (Н) один электрон, а у гелия (Не) два электрона. По мере возрастания периода, увеличивается количество орбиталей.

Электронные формулы атомов химических элементов записываются следующим образом:

Н – 1S¹

He – 1S²

Li - 1S²2S¹

Mg -1S²2S²2p⁶3S²

B -1S²2S²2p¹

Перед вами электронные формулы химически элементов первых трех периодов:

Н – 1S¹                                                                                     He – 1S²

Li - 1S²2S¹      Na -1S²2S²2p⁶3S¹                 Ne - 1S²2S²2p⁶

Be – 1S²2S²   Mg -1S²2S²2p⁶3S²                       Ar - 1S²2S²2p⁶3S²3p⁶

B -1S²2S²2p¹ AI -1S²2S²2p⁶3S²3p¹

C - 1S²2S²2p²    Si -1S²2S²2p⁶3S²3p²

N - 1S²2S²2p³ P -1S²2S²2p⁶3S²3p³

O - 1S²2S²2p⁴    S -1S²2S²2p⁶3S²3p⁴

F -1S²2S²2p⁵   CI - 1S²2S²2p⁶3S²3p⁵

Исходя из этих электронных формул, мы видим, что некоторые из них имеют сходные по строению внешние энергетические уровни. Например: водород   Н, литий Li и натрий Na; гелий He, неон Ne и аргон Ar; бериллий Be и магний Mg; бор B и алюминий AI; углерод C и кремний Si; азот N;  фосфор P; кислород O и сера S; фтор F и хлор CI. Значит, строение внешних энергетических уровней в таблице Д. И. Менделеева периодически повторяются, а значит, периодически повторяются и свойства химических элементов. Например, газы гелий He, неон Ne и аргон Ar содержат на внешнем энергетическом уровне полный набор электронов, и поэтому они почти не вступают в химические реакции. Атомы лития Li и натрия Na содержат на внешнем энергетическом уровне по одному электрону и обладают сходными свойствами.

ВЫВОД: Пользуясь Периодической таблицей Дмитрия Ивановича Менделеева, мы можем определить количество электронов и их расположение в электронных оболочках химических элементов, что в свою очередь определяет периодичность в строении и свойствах всех химических элементов в таблице.