Атом – це електронейтральна частинка, що складається із позитивно зарядженого ядра та негативно заряджених електронів. Атом зберігає властивості хімічного елемента.
Центральною частинкою атома є позитивно заряджене ядро, в якому зосереджена основна його маса. Заряд ядра атома дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі, а кількість електронів чисельно дорівнює заряду ядра.
Сучасні уявлення про будову атома ґрунтуються на теоретичних засадах квантової механіки та теорії ймовірностей.
Частина простору навколо ядра, у якому знаходження електрона є найбільш ймовірним називається атомною орбіталлю. Сукупність атомних орбіталей одного енергетичного рівня утворює електронний шар (оболонку). Енергетичний стан електрона у атомі описується 4 квантовими числами: n, l, ml, ms.
Головне квантове число “n” – характеризує рівень енергії у полі ядра і відстань цього рівня від ядра. Співпадає з номером періоду, тобто енергетичного рівня. Приймає значення: n = 1,2,3
Побічне, орбітальне або азимутальне число “l” – визначає енергію енергетичного підрівня, характеризує форму орбіталі. Приймає значення від 0 до (n-1):
l = 0 1 2 3 4
s p d f q
Магнітне квантове число “ml” – характеризує просторове розміщення орбіталей відносно магнітної осі атома. Приймає значення: від +1 через 0 до –1.
Спінове квантове число “ms” – характеризує рух електрона навколо власної осі. Воно має два значення: +1/2, -1/2 ↑.
Розміщення електронів на енергетичних рівнях і підрівнях називається електронною конфігурацією. Запис електронних конфігурацій здійснюють таким чином: вказують значення головного квантового числа, потім – літерами s, p, d, f – значення орбітального квантового числа, а зверху справа над літерою – число електронів на даному підрівні. Наприклад, запис 2р4 означає, що на другому енергетичному рівні на р-підрівні знаходиться чотири електрони. Послідовність заповнення електронами орбіталей різних енергетичних рівнів можна уявити наступним чином:
1 s2 2s2 2p6 3s2 Зр6 4s2 3d10 4р6 5s2 4d10 5p6 6s2 5d1 4f14 5d1+9 6p6 7s2 6d1 5f14 6d1+9.
Важливе значення мають валентні електрони, які приймають участь в утворенні хімічних зв'язків.
Валентними електронами можуть бути:
– s-електрони зовнішнього (останнього) рівня – для лужних та лужноземельних металів;
– s- і р-електрони останнього рівня, що заповнюється – для елементів головних підгруп І – VII груп;
– s-електрони останнього та d-електрони передостаннього енергетичного рівня, який заповнюється – для d-металів (елементів побічних підгруп І – VII груп).
Наприклад, для елемента з порядковим номером № 13 електронна формула якого 1s22s22p63s23р1, валентними є електрони зовнішнього рівня 3s23р1. Для елемента з порядковим номером № 26 електронну формула 1s22s22p63s23р64s23d6, валентними будуть 4s2 електрони останнього та 3d6 передостаннього.
За валентними електронами атома даного елемента, можна визначити:
1) період, в якому розміщений елемент – за найбільшим значенням головного квантового числа, наприклад, 5s24d2 – це елемент 5-го періоду;
2) групу (за сумарною кількістю валентних електронів);
3) родину елемента (s, р, d, f) – за тим рівнем, який заповнюється;
4) метал чи неметал – до металів належать всі s-елементи (крім Н, Не), d-, f-елементи та р1-елементи (ІІІ-А група, крім бору); до неметалів належать решта р-елементів; виділяють також металоїди – елементи, які за фізичними властивостями наближаються до металів, а за хімічними – до неметалів, так за класифікацією українського хіміка А.М. Голуба сюди належать елементи IV A – VI A-груп 5-6 періодів: Sn, Sb, Te, Pb, Bi, Po;
5) вищий ступінь окиснення – за номером групи або кількістю валентних електронів);
6) формулу вищого оксиду та гідроксиду, який йому відповідає, а також їх характер визначають за вищим ступенем окиснення:
Сa(OH)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2H₂O
Сa(OH)₂ + SO₂ = CaSO₃ + H₂O
3Сa(OH)₂ + P₂O₅ = 2Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂O
Сa(OH)₂ + CuO ≠
Сa(OH)₂ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + 2H₂O