Строение атома: конфигурация, связи, таблица Менделеева

Атом: что означает каждое число
Порядковый номер $Z$ — это число протонов в ядре и, у нейтрального атома, число электронов. Массовое число $A$ — сумма протонов и нейтронов, поэтому $N=A-Z$.

• Изотопы одного элемента имеют одинаковый $Z$, но разное $A$: у них одинаковое число электронов и одинаковые химические свойства, различие только в числе нейтронов. У ${}^{51}\mathrm{V}$ и ${}^{50}\mathrm{V}$ по 23 электрона.
• Ион образуется при отдаче или присоединении электронов: у катиона электронов меньше, чем протонов ($\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$: 20 протонов, 18 электронов), у аниона больше ($\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$: 17 протонов, 18 электронов). Частицы с одинаковым числом электронов имеют одинаковую конфигурацию: у $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$, ${\mathrm{K}}^{+}$ и $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$ конфигурация аргона.

Электронная оболочка
На уровне $n$ помещается не больше $2n^2$ электронов: 2, 8, 18, 32. Подуровни заполняются в порядке $1s2s2p3s3p4s3d4p$.

• Конфигурацию записывают по подуровням: $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^2$ — это кремний, $Z=14$.
• Распределение по уровням записывают коротко: у железа $2\bar{e}8\bar{e}14\bar{e}2\bar{e}$, то есть 26 электронов.
• Элемент относят к s-, p- или d-типу по подуровню, который заполняется последним: криптон, $\dots 4s^{2}4p^6$, — p-элемент.

Место в периодической системе

• Номер периода равен числу занятых энергетических уровней.
• В главной подгруппе номер группы равен числу электронов на внешнем уровне. d-элементы образуют побочные подгруппы: ванадий, $Z=23$, стоит в IV периоде, V группе, побочной подгруппе.
• В группе сверху вниз усиливаются металлические, то есть восстановительные, свойства; в периоде слева направо растут неметаллические свойства и электроотрицательность. Поэтому цезий — более сильный восстановитель, чем калий, а в ряду $\mathrm{N}-\mathrm{P}-\mathrm{As}$ неметаллические свойства убывают.

Высший оксид, высший гидроксид, летучее водородное соединение
Для группы $n$ главной подгруппы высший оксид имеет состав ${\mathrm{Э}}_2{\mathrm{O}}_{\mathrm{n}}$, индексы сокращают: VI группа даёт $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3$, а не ${\mathrm{S}}_2{\mathrm{O}}_6$, V группа — ${\mathrm{P}}_2{\mathrm{O}}_5$.

• У металлов высший гидроксид — основание, а растворимые основания называют щелочами: $\mathrm{KOH}$, $\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}{)}_2$. У неметаллов высший гидроксид — кислота: ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$, ${\mathrm{H}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4$, $\mathrm{HN}{\mathrm{O}}_3$.
• Летучее водородное соединение есть у групп IV–VII, его состав $\mathrm{Э}{\mathrm{H}}_{8-\mathrm{n}}$: $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$, $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$, ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$, $\mathrm{HCl}$.
• Два гидроксида с кислотными свойствами друг друга не нейтрализуют: для нейтрализации нужны кислота и основание.

Химическая связь и кристаллическая решётка
Тип связи определяют по ряду электроотрицательности из приложения к тесту, через разность $\Delta ЭО$.

Атомная решётка — у кремния, алмаза, $\mathrm{Si}{\mathrm{O}}_2$ — даёт очень твёрдые вещества с высокими температурами плавления. Между молекулами с группами $\mathrm{O}-\mathrm{H}$, $\mathrm{N}-\mathrm{H}$ или $\mathrm{F}-\mathrm{H}$ возникают ещё и водородные связи: поэтому вода и $\mathrm{HF}$ кипят при неожиданно высоких температурах.

Расчёты этого домена
$\nu =\frac{m}{M}=\frac{V}{22,4}=\frac{N}{6,02\cdot 10^{23}}$, где $V$ — объём газа при нормальных условиях, в литрах.

• $12,04\cdot 10^{23}$ молекул — это $2$ моль, и $44,8$ л газа (н.у.) — тоже $2$ моль.
• От молей к массе переходят по $m=\nu \cdot M$: $2$ моль ${\mathrm{N}}_2$ весят $56$ г, а $2$ моль $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ — только $34$ г.
• Одинаковое число молей означает одинаковое число атомов: $10,2$ г ванадия ($M=51$ г/моль) и $6,4$ г серы ($M=32$ г/моль) — это по $0,2$ моль.