Електронна будова атомів та йонів

Електронна будова атомів і йонів визначає їх хімічні та фізичні властивості. Вони мають однакову кількість протонів у ядрі, але відрізняються кількістю електронів.

Атоми

Атом складається з позитивно зарядженого ядра та негативно заряджених електронів, які обертаються навколо нього. Число протонів у ядрі визначає порядковий номер елемента у періодичній системі. Кількість електронів дорівнює кількості протонів, що робить атом електронейтральним.

Електрони розподіляються по енергетичних рівнях навколо ядра на основі їхньої енергії. Ближчі до ядра рівні мають нижчу енергію, а віддаленіші – вищу. Електрони займають орбіталі, які являють собою тривимірні області простору, де знайти їх найбільш імовірно.

Йони

Йони – це атоми, які втратили або отримали один або більше електронів. Заряжені йони класифікують як катіони (позитивно заряджені) та аніони (негативно заряджені).

Катіони утворюються, коли атом втрачає електрон, залишаючи надлишок протонів над електронами. Аніони утворюються, коли атом отримує електрон, що призводить до надлишку електронів над протонами.

Заряд іона визначається числом втрачених або отриманих електронів. Наприклад, іон з зарядом +2 втратив два електрони, а іон з зарядом -3 отримав три електрони.

Відмінності в електронній будові

Основна відмінність між електронною будовою атомів і йонів полягає в кількості електронів. Атоми електронейтральні, з рівною кількістю протонів і електронів, тоді як йони мають заряд через дисбаланс між протонами та електронами.

Це призводить до відмінностей у властивостях. Йонів мають притягання до протилежно заряджених іонів, що може призвести до утворення іонних сполук. Вони також можуть брати участь в іонних реакціях, де відбувається обмін іонами.

Приклади

* Атом натрію (Na) має 11 протонів і 11 електронів, що робить його електронейтральним.
* Катіон натрію (Na+) образується при втраті електрона, в результаті чого залишається 11 протонів і 10 електронів, створюючи позитивний заряд.
* Аніон кисню (O2-) образується при отриманні двох електронів, в результаті чого залишається 8 протонів і 10 електронів, створюючи негативний заряд.

Електронна будова атомів і йонів є фундаментальною для розуміння хімічних реакцій та поведінки речовин. Вона пояснює їхні фізичні та хімічні властивості, включаючи реакційну здатність, стабільність та зв’язувальну здатність.

Запитання 1: У чому полягає основна відмінність в електронній будові атомів та йонів?

Відповідь: Основна відмінність полягає в кількості електронів на електронних оболонках. Атоми є електрично нейтральними, оскільки кількість протонів у ядрі дорівнює кількості електронів на орбіталях. Йони, навпаки, мають електричний заряд, оскільки кількість електронів відрізняється від кількості протонів.

Запитання 2: Як формуються позитивні та негативні йони?

Відповідь: Позитивні йони (катіони) утворюються, коли атом втрачає один або кілька електронів, оголюючи ядро з надлишковим позитивним зарядом. Негативні йони (аніони) утворюються, коли атом отримує один або кілька електронів, що створює надлишковий негативний заряд.

Запитання 3: Як заряд іона впливає на його електронну будову?

Відповідь: Заряд іона визначає кількість електронів, втрачених або отриманих атомом. Позитивні йони мають менше електронів, ніж протонів, що призводить до зростання ефективного ядерного заряду та стиснення електронних орбіталей. Негативні йони мають більше електронів, ніж протонів, що призводить до зменшення ефективного ядерного заряду та розширення електронних орбіталей.

Запитання 4: Чи може атом стати іоном тільки за рахунок додавання чи видалення електронів?

Відповідь: Ні, атом також може стати іоном шляхом іншого способу, відомого як ядерні реакції. Під час ядерних реакцій кількість протонів або нейтронів у ядрі змінюється, що призводить до утворення іонів з новою атомною масою та зарядом.

Запитання 5: Чому важливо розуміти електронну будову йонів?

Відповідь: Розуміння електронної будови йонів є важливим для пояснення їхніх хімічних властивостей, таких як реакційна здатність, іонно-дипольні взаємодії та утворення хімічних зв'язків. Знання електронних конфігурацій йонів також допомагає передбачити їхню стабільність, магнітні властивості та вплив на біологічні системи.