В помощь учащимся. Повторяем теоретические основы химии. Современные представления о строении атомов.

Атом состоит из атомного ядра и электронной оболочки. Атомное ядро состоит из протонов (p⁺) и нейтронов (n⁰). У атома водорода ядро содержит один протон. Электронная оболочка образована электронами (e^–). У атома водорода один электрон. Число протонов (Z), число нейтронов (N) и массовое число (A) связаны соотношением: A = Z + N. Химический элемент – совокупность атомов с одинаковым числом протонов в ядре (с одинаковым зарядом ядра). Изотоп – совокупность атомов одного элемента с одинаковым числом нейтронов (с одинаковой массой).
Термин «изотоп» иногда употребляют по отношению к одному атому. Именно в этом значении слово «изотоп» использовано в определении:

Изотопы – атомы одного элемента с разным числом нейтронов в ядре (с разной массой).

Массовое число (A) и число протонов (Z) входят в символ атома (точнее, нуклида)  где Э – символ химического элемента. Нуклид – общее название для атомов, ионов и атомных ядер.

Порядковый номер элемента в естественном ряду элементов и, соответственно, в периодической системе численно равен заряду ядра атома этого элемента, а также числу протонов в ядре атома элемента. Все эти величины имеют одно и то же обозначение – Z.

Число электронов нейтрального атома равно числу протонов в ядре этого атома. Электроны в атоме располагаются на атомных орбиталях: s, p, d, f.

• Атомная орбиталь (АО) — область наиболее вероятного пребывания электрона (электронное облако) в электрическом поле ядра атома.
Видео

Положение элемента в Периодической системе определяет тип орбиталей его атомов (s-, p-, d-, f-АО и т.д.), различающихся энергией, формой, размерами и пространственной направленностью.

Для элементов 1-го периода (Н, He) характерна одна АО - 1s.

В элементах 2-го периода электроны занимают пять АО на двух энергетических уровнях: первый уровень 1s; второй уровень — 2s, 2p_x, 2p_y, 2p_z. (цифры обозначают номер энергетического уровня, буквы – форму орбитали). Состояние электрона в атоме полностью описывают квантовые числа. Орбитали атома заселяются электронами в следующей последовательности: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p и так далее. Атомные орбитали (АО) разных типов отличаются друг от друга формой и энергией и обозначаются символами: s, p, d, f и т.д. Органические вещества состоят в основном из элементов 2-го и 3-го периодов, валентные электроны которых находятся на s- и р-АО.

Атомные орбитали s-типа имеют форму сферы:

р-АО имеют форму объемной восьмерки (гантели), направленной по оси x, y или z.

Энергия орбитали возрастает по мере удаления электрона от ядра атома (т.е. с увеличением номера электронного уровня). Так, энергия s-АО увеличивается в ряду: 1s < 2s < 3s и т.д. Аналогично изменяется энергия р-АО: 2p < 3p < 4p и т.д. Внутри одного энергетического уровня энергия АО возрастает от s-АО к р-АО: 2s < 2p; 3s < 3p. Электронная конфигурация атома (строение его электронной оболочки) может быть изображено в виде электронной формулы или энергетической диаграммы («электронно-графической формулы»). Электронная формула атома может быть составлена как по порядковому номеру элемента, так и по «координатам» элемента в Периодической системе (группа, период). Электронная формула иона составляется на основе электронной формулы атома путём добавления электронов (для анионов) или их удаления (для катионов). При ионизации атома электроны обычно удаляются в последовательности, обратной той, в какой они заполняли электронную оболочку. У атомов d-элементов при образовании катионов первыми удаляются внешние электроны (два ns-электрона). Валентными электронами атомов s- и p-элементов являются внешние электроны (электроны «внешнего энергетического уровня»). Валентными электронами атомов d-элементов являются не только внешние s-электроны, но и d-электроны предвнешнего уровня. При заполнении атомных орбиталей электронами соблюдаются три основные правила.

Принцип устойчивости. АО заполняются электронами в порядке повышения их энергетических уровней: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d ...

Принцип Паули. На одной АО могут находиться не более двух электронов с противоположными спинами.

Правило Хунда. На АО с одинаковой энергией, так называемых вырожденных орбиталях, электроны располагаются по одному с параллельными спинами.

Электронные конфигурации

В химических превращениях принимают участие электроны внешнего электронного уровня – валентные электроны. Наиболее распространенные в органических соединениях элементы (элементы-органогены) относятся в основном ко 2-му (C, N, O) и 3-му (P, S, Cl) периодам Периодической системы. Валентными электронами этих элементов являются 2s-, 2р- и 3s-, 3р-электроны, соответственно. Валентные электроны элементов-органогенов:

 

Перевод атома углерода в возбужденное состояние (с образованием 4-х неспаренных электронов, именно в этом состоянии углерод находится в большинстве своих соединений). Обратите  внимание на ориентацию спинов всех неспаренных электронов.

Источники:
http://www.chemistry.ssu.samara.ru
ресурсы Интернет