R5LIY2xN36csS1

Ilustracja przedstawia rysunek typowego stołu lub stolika wraz z zawartością. Od lewej szklanka wody, cukierniczka z łyżeczką i mała solniczka. Od każdego z trzech przedmiotów prowadzą w górę linie aż do białych prostokątów, w których narysowane są trójwymiarowe modele cząsteczek lub układów cząsteczek tych substancji oraz ich nazwa. Najprostsza jest woda zaprezentowana w postaci pojedynczej cząsteczki złożonej z atomu tlenu (czerwona kulka) i dwóch atomów wodoru (kulki szare). Model cząsteczki sacharozy, będącej głównym składnikiem cukru, jest znacznie bardziej skomplikowany. Oś podłużnej, zakręconej cząsteczki stanowią atomy węgla (kulki czarne), które w dwóch miejscach układają się w kilkuatomowe pierścienie domknięte atomem tlenu. Same pierścienie połączone są ze sobą jeszcze jednym atomem tlenu. W miejscach wolnych wiązań przy atomach węgla pojawiają się atomy wodoru lub układy złożone z wodoru i tlenu. Trzecia licząc od lewej cząsteczka to sól kamienna, czyli chlorek sodu. Z uwagi na obecność w niej wiązań jonowych przedstawiona jest ona w postaci modelu krystalicznego gdzie przestrzeń o kształcie sześcianu wypełniona jest siecią atomów chloru (kulki zielone) oraz sodu (kulki szare) pozostających ze sobą w układzie powiązań.

1. Jak zbudowany jest atom?

W centrum atomu znajduje się jądro atomowe, wokół którego poruszają się ujemnie naładowane cząstki – elektrony. Jądro jest zbudowane z protonów (cząstek o ładunku dodatnim) i neutronów (cząstek elektrycznie obojętnych). W atomie liczba elektronów jest równa liczbie protonów. Atomy należące do tego samego pierwiastka mają jednakową liczbę elektronów i protonów.

RC0mlVEHkS27F1

Ilustracja przedstawia schemat budowy atomu helu. Po lewej stronie znajduje się małe niebieskie koło, symbolizujące jądro atomu otoczone dużym fioletowym kołem z rozmytymi krawędziami, oznaczającym obszar występowania elektronów. Same elektrony w liczbie dwóch zaznaczone są w postaci plam o rozmytych krawędziach, co ma symbolizować niemożność dokładnego stwierdzenia ich położenia i kierunku ruchu. Po prawej stronie rysunku znajduje się zbliżenie na jądro. Niebieskie koło zawiera wewnątrz siebie dwa mniejsze koła czerwone podpisane jako neutrony oraz dwa mniejsze koła białe podpisane jako protony.

2. Jak opisujemy atomy?

Atomy opisuje się za pomocą liczby atomowej (Z) i liczby masowej (A).

R2I5YrvO3mIeA1

Ilustracja przedstawia schemat opisywania atomu za pomocą symboli. Z lewej strony widnieje wzór ogólny składający się z litery E oraz poprzedzających ją liter A i Z, przy czym A znajduje się w tak zwanym indeksie górnym, czyli jest mniejsza i przylega do górnej części litery E (jak znak potęgi, tyle że przed literą E, a nie za nią), a Z znajduje się w indeksie dolnym, czyli jest mniejsza i przylega do dolnej części litery E. Po prawej stronie tego wzoru ogólnego znajdują się wyjaśnienia liter. I tak E to symbol pierwiastka, którego atom jest opisywany. A to liczba masowa, czyli liczba nukleonów uzyskana przez zsumowanie liczby protonów i neutronów w jądrze. Z to liczba atomowa wynosząca tyle, ile wynosi liczba protonów w jądrze atomu oraz ile wynosi liczba elektronów poruszających się w przestrzeni wokół jądra.

3. Jak są rozmieszczone elektrony w atomie?

Elektrony poruszające się w przestrzeni wokółjądrowej tworzą powłoki. Na każdej z nich może znajdować się ograniczona ich liczba.

Rozmieszczenie elektronów na poszczególnych powłokach nazywa się konfiguracją elektronową. Można ją przedstawić na różne sposoby.

R1UzT6B0pq3JL1

Ilustracja przedstawia trzy sposoby zapisu konfiguracji elektronowej na przykładzie atomu fosforu o liczbie atomowej 15. Centralną część infografiki zajmuje napis Konfiguracja atomu fosforu, od którego wiodą trzy strzałki. Strzałka w górę prowadzi do pola z zapisem zakładającym użycie nawiasów kwadratowych. Zapis ten w przypadku fosforu ma postać [2,8,5]. Strzałka wiodąca w lewo i w dół prowadzi do pola zawierającego schemat graficzny z niebieską kropką symbolizującą jądro oraz wycinkami okręgów oznaczonymi kolejno literami K, L i M oraz liczbami 2, 8 i 5 oznaczającymi nazwę kolejnych powłok oraz liczbę elektronów na nich. Strzałka wiodąca w prawo i w dół prowadzi do pola zawierającego zapis z użyciem symboli powłok. Ma on postać ciągu K2L8M5, w którym liczby elektronów na każdej powłoce zapisane są w indeksie górnym.

Zapełnianie powłoki wyższej w atomach następuje, gdy niższa powłoka zostanie wypełniona maksymalną liczbą elektronów. W przypadku atomów o liczbie atomowej większej niż 18 reguła ta zazwyczaj nie obowiązuje, gdyż obsadzanie czwartej powłoki następuje często, zanim powłoka trzecia wypełni się maksymalną liczbą elektronów.

4. Co to są elektrony walencyjne?

Elektrony najbardziej oddalone od jądra atomowego są nazywane elektronami walencyjnymi, a powłoka przez nie utworzona – powłoką walencyjną.

5. Co to są izotopy?

Izotopy to atomy tego samego pierwiastka chemicznego, które mają jednakowy ładunek jądra (identyczną liczbę protonów) oraz taką samą liczbę poruszających się wokół jądra elektronów, a różnią się liczbą neutronów w jądrze atomowym.

R1Gax1SCPPuOT1

Ilustracja przedstawia uproszczone modele budowy trzech izotopów wodoru: protu, deuteru i trytu. Przedstawiające je rysunki mają postać dużych czerwonych kół symbolizujących powłokę elektronową z jedną rozmytą ciemniejszą plamą oznaczającą elektron. W samym środku tych kół znajdują się jądra atomów. Pierwszy od lewej z prezentowanych atomów to wodór-1, czyli prot. W jądrze jego modelu znajduje się białe koło symbolizujące proton. Drugi, środkowy z prezentowanych atomów to wodór-2, czyli deuter. W jądrze jego modelu znajduje się białe koło symbolizujące proton oraz niebieskie koło symbolizujące neutron. Trzeci z prezentowanych atomów znajdujący się po prawej stronie ilustracji to wodór-3, zwany też trytem. W jądrze jego modelu znajduje się białe koło symbolizujące proton oraz dwa niebieskie koła symbolizujące neutrony.

6. W jakich dziedzinach życia człowieka wykorzystujemy izotopy?

R1T7H5Nv6JkwF1

Zastosowanie izotopów

Zastosowanie izotopów

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D8LtZ5TCC

7. Atomowa jednostka masy, masa atomowa pierwiastków

Atomowa jednostka masy, nazywana inaczej jednostką masy atomowej lub unitem [u], jest jednostką masy używaną do określania względnych mas atomów (tzw. mas atomowych).

1 unit = 0,00000000000000000000000166 g = $\text{1,66·}{\text{10}}^{\text{-24}}$ g

Przy obliczaniu średnich mas atomowych pierwiastków bierze się pod uwagę skład izotopowy (skład procentowy) każdego z nich:

gdzie:
${\text{X}}_{\text{1-n}}\text{\%}$ – procentowa zawartość izotopu.

Średnie masy atomowe pierwiastków są podane w układzie okresowym pierwiastków.

8. Co to jest układ okresowy pierwiastków?

Układ okresowy pierwiastków to zestawienie w tabeli wszystkich pierwiastków chemicznych, uporządkowanych według rosnącej liczby atomowej. Pionowe kolumny określa się mianem grup, a poziome wiersze – okresów. Grupy i okresy są ponumerowane.

R75xF2oehxnmg1

Aplikacja interaktywna zawierająca Układ Okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, a dzięki opcjom zawartym w górnej części okna wyróżnienie podziału na grupy i okresy wraz z krótkim opisem tych podziałów, wyróżnienie sortowania pierwiastków według liczb atomowych lub wyróżnienie symboli pierwiastków oraz wyróżnienie i opis grup specjalnych: Lantanowców i Aktynowców.

Aplikacja interaktywna zawierająca Układ Okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, a dzięki opcjom zawartym w górnej części okna wyróżnienie podziału na grupy i okresy wraz z krótkim opisem tych podziałów, wyróżnienie sortowania pierwiastków według liczb atomowych lub wyróżnienie symboli pierwiastków oraz wyróżnienie i opis grup specjalnych: Lantanowców i Aktynowców.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D8LtZ5TCC

Pierwiastki położone po lewej stronie układu okresowego (oprócz wodoru) są metalami, na prawo zaś znajdują się niemetale.

R4sGUJXUFxDTg1

Aplikacja interaktywna zawierająca Układ Okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, a ponadto zawiera barwne rozróżnienie substancji metalicznych i niemetalicznych. Metale są oznaczone na niebiesko, a niemetale, których jest zdecydowana mniejszość, na zielono.

Aplikacja interaktywna zawierająca Układ Okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, a ponadto zawiera barwne rozróżnienie substancji metalicznych i niemetalicznych. Metale są oznaczone na niebiesko, a niemetale, których jest zdecydowana mniejszość, na zielono.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D8LtZ5TCC

Pierwiastki należące do jednej grupy mają podobne właściwości. W okresach następuje zmiana charakteru pierwiastków od aktywnych metali (1. i 2. grupy) poprzez mniej aktywne metale i aktywne niemetale do biernych chemicznie helowców (gazów szlachetnych).

9. Jaka jest zależność pomiędzy budową atomu a położeniem pierwiastka chemicznego w układzie okresowym?

Liczba powłok elektronowych jest równa numerowi okresu. Numery grup 1., 2. i 13.–18. pozwalają ustalić liczbę elektronów walencyjnych.

R1AcKPAYA1WZm1

Infografika bazująca na układzie okresowym pierwiastków, a dokładniej górnej jego części. Centralnym jej elementem jest górna krawędź tablicy z układem, zawierającej listę grup od 1 do 18. Układ podzielony jest kolorami na trzy strefy: grupy 1 i 2 mają kolor niebieski, grupy od 3 do 12 kolor zielony, a grupy od 13 do 18 czerwony. Nad linią zawierającą numery grup znajdują się, zgodnie z tytułem grafiki, reguły pomagające określić liczbę elektronów walencyjnych. W grupach od 3 do 12 takiej reguły nie ma, ale już w grupach 1 i 2 liczba elektronów walencyjnych zawsze równa jest numerowi grupy, natomiast w grupach od 13 do 18 liczba elektronów walencyjnych można uzyskać po odjęciu od numeru grupy liczby dziesięć. Jedynym wyjątkiem jest hel, który na powłoce walencyjnej ma 2 elektrony.

10. Co to jest wiązanie kowalencyjne?

Wiązanie kowalencyjne (wiązanie atomowe) polega na uwspólnianiu elektronów walencyjnych przez łączące się atomy. Utworzone pary elektronowe mogą należeć w jednakowym stopniu do obu atomów. Takie wiązania kowalencyjne tworzą tylko atomy tego samego niemetalu, które mogą uwspólniać po jednym, po dwa lub trzy elektrony.

R1Oun9IpfpmTh1

Ilustracja zawiera tabelę przedstawiającą trzy przykładowe cząsteczki o budowie bazującej na wiązaniach kowalencyjnych. W pierwszym wierszu tabeli znajdują się opisy kolumn. Od lewej są to: nazwa substancji, wzór elektronowy kropkowy, wzór elektronowy kreskowy, wzór sumaryczny, oraz krotność występującej w substancji wiązań. Pierwszą prezentowaną substancją jest prosta cząsteczka wodoru H2 o pojedynczym wiązaniu. Drugą jest bardzo podobna do niej cząsteczka chloru Cl2, której atomy we wzorach elektronowych różnią się tym, że mają po trzy niezwiązane pary elektronowe. Również ta cząsteczka zawiera wiązanie pojedyncze między cząsteczkami. Ostatnią substancją jest gazowy azot o symbolu N2. W tym przypadku wiązanie pomiędzy atomami jego cząsteczek jest potrójne.

11. Co to jest wiązanie kowalencyjne spolaryzowane?

Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane (atomowe spolaryzowane) jest tworzone pomiędzy atomami należącymi do różnych niemetali, które uwspólniają elektrony, a utworzona wiążąca para lub pary elektronowe są przesunięte w kierunku atomu mającego większą zdolność przyciągania elektronów.

R10SrdgPCKIr71

Ilustracja przedstawia tabelę zestawiającą sposoby zapisu wzoru trzech związków chemicznych o wiązaniach spolaryzowanych. Licząc od lewej strony kolejno wyszczególniane w tabeli elementy to nazwa substancji, jej wzór elektronowy kropkowy, wzór elektronowy kreskowy, oraz wzór sumaryczny. Pierwszy z prezentowanych związków to chlorowodór o wzorze HCl, w którym wodór z chlorem łączy się za pomocą jednej pary elektronowej. Drugi związek to zwykła woda, czyli H2O. Trzeci związek to omówiony w poprzednich akapitach amoniak o wzorze HN3. Czwarty związek to dwutlenek węgla o wzorze CO2, w którym centralnym atomem jest węgiel łączący się z dwoma leżącymi naprzeciw siebie atomami tlenu układami wiązań podwójnych.

12. Co to jest wiązanie jonowe?

Wiązanie jonowe jest to rodzaj wiązania chemicznego, które powstaje w wyniku przyciągania się jonów o przeciwnych znakach. Związki jonowe tworzą kryształy zbudowane z naprzemiennie ułożonych jonów.

RFVVBOa0JdNMd1

Ilustracja przedstawia atomowy model kryształku chlorku sodu, czyli soli kamiennej. Z lewej strony widoczny jest sześcian składający się z zielonych większych i szarych mniejszych kulek złożonych w regularny deseń. Po prawej stronie znajduje się legenda do tego modelu: mniejsze kulki szare opisane są jako jony Na+, a większe zielone jako Cl-.

13. Czym różnią się substancje jonowe od kowalencyjnych?

14. Do czego służą indeks i współczynnik stechiometryczny?

Liczbę atomów pierwiastka w cząsteczce lub w najmniejszym zbiorze powtarzających się jonów (w związku jonowym) przedstawia się za pomocą indeksu stechiometrycznego, który umieszcza się u dołu z prawej strony symbolu pierwiastka we wzorze chemicznym substancji.
Liczbę pojedynczych atomów, cząsteczek lub najmniejszych zbiorów powtarzających się jonów opisuje się za pomocą współczynnika stechiometrycznego, liczby umieszczanej przed symbolem lub wzorem chemicznym.

R1KiSQlVB1ij61

Ilustracja przedstawia klucz interpretacji zapisu chemicznego czterech cząsteczek dwutlenku siarki wzorem sumarycznym. Centralną część obrazka stanowi duży wzór 4SO2. Do liczby cztery na początku prowadzi strzałka z komentarzem: Współczynnik stechiometryczny określa liczbę cząsteczek. Do liczby 2 za symbolem tlenu prowadzi strzałka z komentarzem: Indeks stechiometryczny określa liczbę atomów w cząsteczce.

15. Co to jest wartościowość?

Wartościowość pierwiastka w związkach kowalencyjnych jest równa liczbie wiązań, które tworzą w cząsteczkach jego atomy z innymi atomami, natomiast w związkach jonowych jest równa ładunkowi jego jonów, z pominięciem znaków ujemnego i dodatniego.

Zadania

Pamiętam i rozumiem

• Wymień 3 podstawowe cząstki tworzące atomy. Które z nich znajdują się w jądrze?

• Wyjaśnij pojęcia: liczba atomowa, liczba masowa.

• Wyjaśnij, co to jest konfiguracja elektronowa.

• Dokończ zdanie: Elektrony walencyjne są to ….

• Podaj nazwy trzech izotopów wodoru, przedstaw różnice i podobieństwa w ich budowie.

• Wymień znane ci zastosowania izotopów.

• Opisz wiązania chemiczne: kowalencyjne (atomowe), kowalencyjne spolaryzowane (atomowe spolaryzowane), jonowe.

• Podaj po dwa przykłady substancji o budowie kowalencyjnej i jonowej.

• Wyjaśnij pojęcie wartościowość.

• Określ, ile wszystkich elektronów i elektronów walencyjnych mają atomy pierwiastka leżącego w 2. grupie i 4. okresie.

• Atom pewnego pierwiastka ma 8 elektronów i 10 neutronów w jądrze. Przedstaw go w konwencji: ${}_{\text{Z}}{}^{\text{A}}\text{E}$.

• Zapisz konfigurację elektronową siarki. Określ liczbę elektronów walencyjnych w jej atomach.

• Oblicz średnią masę atomową srebra, jeśli jego skład izotopowy jest następujący: $\text{Ag-107}$ (51,4%), $\text{Ag-109}$ (48,6%).

• Oblicz rzeczywistą masę atomu sodu $\text{Na-23}$, wiedząc, że masa jednego unita wynosi $\text{1}\text{,}\text{66 ·}{\text{10}}^{\text{-24}}$ g.

• Określ, ile powłok elektronowych występuje w atomie baru.

• Wskaż, które ze związków występują w postaci cząsteczek: $\text{NaCl, }{\text{CO}}_{\text{2}}\text{, }{\text{H}}_{\text{2}}$.

• Za pomocą symboli i wzorów chemicznych przedstaw trzy atomy tlenu, dwie cząsteczki tlenu i cztery cząsteczki tlenku azotu(V).

• Określ wartościowość żelaza w tlenku o wzorze: ${\text{Fe}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}$.

Czytam i interpretuję

• Oceń, jak w układzie okresowym (grupach i okresach) zmieniają się promienie atomów. Możesz skorzystać z układu okresowego dołączonego do e‑podręcznika.

• Na podstawie danych zawartych w układzie okresowym sprawdź, ile razy masa ostatniego pierwiastka w wybranej przez ciebie grupie jest większa od masy pierwszego przedstawiciela tej grupy.

• Podziel wymienione niżej substancje w zależności od rodzaju wiązań chemicznych, jakie w nich występują (na związki o wiązaniach kowalencyjnych i jonowych). Kieruj się zasadą, że wiązanie kowalencyjne tworzą atomy niemetali, wiązanie jonowe zaś występuje w związkach tworzonych przez metale i niemetale.
  Substancje do uporządkowania: $\text{KCl, HCl, }{\text{Br}}_{\text{2}}\text{, NaCl, NO, }{\text{Cl}}_{\text{2}}\text{, }{\text{S}}_{\text{8}}\text{, KBr, }{\text{H}}_{\text{2}}\text{, CaS}$.

• Zapoznaj się z okolicznościami odkrycia wybranego pierwiastka. Przygotuj krótką notatkę na wzór notki prasowej w czasopiśmie popularnonaukowym, w której zawrzesz informacje dotyczące tego, kto, kiedy i w jaki sposób tego dokonał.

Rozwiązuję problemy

• Wskaż pierwiastek, którego atomy mają identyczną liczbę elektronów co kation ${\text{Na}}^{\text{+}}$.

• Wśród podanych niżej substancji, wskaż te, w cząsteczkach których występuje największa i najmniejsza liczba wiążących par elektronowych.

  wodór, azot, amoniak, woda, dwutlenek węgla.

• Uporządkuj zbiory cząsteczek według wzrastającej liczby atomów tlenu w zbiorze: trzy cząsteczki tlenku chloru(VII), cztery cząsteczki tlenku siarki(VI), dziewięć cząsteczek tlenku węgla(II), dziesięć cząsteczek wody.

• Ile kationów sodu i ile anionów chlorkowych znajduje się w chlorku sodu o masie 585 u? Przedstaw wynik w postaci $\text{xNaCl}$ ($\text{x}$ – współczynnik stechiometryczny).

Projekt badawczy

Test sprawdzający z działu II. Budowa wewnętrzna substancji

Test sprawdzający

Klucz testu