Link to the lesson

History of atom

R1ApxowStOmpC

Exercise 1

Describe Bohr's model of atom.

Describe Bohr's model of atom.

Organize the discoveries regarding the construction of the atomic model

Democritus (400 B.C.) taught that atoms are infinite in number, eternal. Describes atoms as all made of the same substance, and differing only in size, shape and arrangement in space., N. Bohr (1913) model include the electrons move in spherical orbits at fixed distances from the positively charged nucleus., J. Chadwick (1932) Modern model of atom contain positively charged protons and no-charged neutrons in nuclei., J. J. Thomson (1897) proposed that model of atom is like ,,plum pudding’’. He pictured negatively charged electrons embedded in concentric ring in a sphere of positive electric charge., E. Rutherford (1911) proposed that the positive charge of the atom is concentrated in a tiny nucleus at the center of the atom. Electrons move randomly in the space around the nucleus., E. Schrödinger (1926) developed mathematical equations to describe the motion of electrons in atoms. Electrons exist as clouds of electric charge within ,,orbitals’’ that define regions of space with a high probability of containing the electrons.

.................

.................

.................

.................

.................

.................

Bohr proposed that the electrons are arranged in concentric circular orbits around the nucleus. The Bohr model was modeled on the solar system, known as the planetary model.
Generally, the Bohr model can be summed up with the following principles:

1. Electrons occupy only some orbits around the nucleus. These orbits are stable (stationary orbits).

2. Each orbit has associated energy. The orbit nearest the nucleus has the energy E1, the next orbits in the order from the nucleus have the energies E2, E3, etc.

3. Energy is absorbed when the electron jumps from a lower orbit to a higher one and energy is emitted when the electron drops from a higher orbit to a lower orbit.

4. The energy and frequency of the emitted or absorbed light can be calculated using the difference between the two orbital energies.

The Bohr model concerned mainly the hydrogen atom model and did not explain the structure of atoms more complex than hydrogen. It was not until 1926 that a new, more complete atomic theory was developed - a modern atomic theory.

During the 10 years since the discovery of the Bohr atom model, there has been a great development in this field of science. In 1921 Louis de Brogllie introduced the wave/particle duality of matter. Werner Heisenberg elucidated the Uncertainty Principle in 1923. In 1926 Erwin Schrödinger, an Austrian physicist, took the Bohr atom model one step further. He developed the equation which is used today to understand atoms and molecules - the Schrodinger Equation.

Schrödinger used mathematical equations to describe the probability of finding an electron in a particular position. This atomic model is known as the quantum‑mechanical atom model. In contrast to the Bohr model, the quantum‑mechanical model does not specify the exact path of the electron, but rather predicts the chances of locating the electron. The model is presented as a nucleus surrounded by an electron cloud. Where the cloud is the most dense, the probability of finding an electron is greatest, and vice versa, the electron is less likely in a less dense cloud area. In 1932, James Chadwick discovered that the atomic nucleus consists of positively charged protons and neutron neutral electric charge particles. From 1932, through continuous experiments, many additional particles were discovered in the atom. The atomic theory has been further enhanced by the idea that protons and neutrons even form smaller units called quarks. The quarks themselves are in turn made of vibrating energy strings. The atomic composition theory is a continuous and exciting adventure.

In a quantum (wave) mechanical model, an electron is seen as a standing wave. This is related to a series of wave functions (orbitals) that describe the possible energies and spatial distributions available for the electron. According to Heisenberg's uncertainty principle, the model can not specify detailed electron movements. Instead, it represents the probability distribution of the electron on this orbital. Thanks to this, the image of orbitals is possible due to the probability distribution of electron density maps.

R1ZZXfVscmp51

Ilustracja przedstawia kształty przykładowych orbitali. jeden es, dwa es, dwa pe iks, dwa pe igrek, dwa pe zet. Jeden es to mały kulisty orbital. Dwa es to duży kulisty Orbitale pe mają kształt hantli.

How electrons move?

The electrons occupy the space around the nucleus in the atom. They move there at high speed and in different directions. They are said to create an electron cloud.

The space in the atom occupied by electrons is enormous in relation to the volume occupied by the atomic nucleus. However, this does not mean that each of the electrons moves freely in every point of this space. It turns out that electrons move only in limited areas. These areas are named electron shells. Within them, electrons move at high speed and in all directions. The number of electron shells in atoms varies and depends on the number of electrons. The largest atoms we know have seven shells, and the smallest ones – one.

Electrons moving on different shells differ in energy. The closer the electron is to the atomic nucleus, the lower its energy is. And on the contrary – the farther away from the atomic nucleus electron is, the higher its energy is.

Electron shells are not physically reflected in the structure of the atom. It is primarily the energy of a given electron and the presence of other electrons that determine in which area around the nucleus it will move. There are no physical barriers in the space around the nucleus that would hold the electron on a given shell.

An electron shell around a given atom is considered a set of atomic orbitals having the same major quantum number n. The next n values are assigned to subsequent shells: K, L, M, N, O, P and Q. The shells consist of different numbers of electron subcoatings, corresponding to certain types of atomic orbitals.

Electrons on shells

Electron shells in the atom have been given letter symbols from K to Q. The shell closest to the nucleus (the first one) is marked with the letter K. Next are: L, M, N, O, P, Q.

A specified number of electrons can be found on each shell. For example, the first shell holds only two electrons, and the third one can hold only eight of them. The further away from the nucleus of the atom is the shell, the more electrons it can hold. The maximum number of electrons that can be found on the shell is described by the formula 2nIndeks górny 2², where n means the number of the shell.

Configuration of electrons

The arrangement of electrons on individual shells is called electron configurationelectron configurationelectron configuration. Presentation of the electron configuration of the atom will start with a helium atom that has two electrons. These two electrons can be located on the first K shell. This information can be presented in several ways. These are presented in the table below.

Writing in the form of the scheme

R1GHphiViJ1gv

Ilustracja przedstawiająca schemat rozmieszczenia elektronów w atomie helu. Po lewej stronie narysowane jest jądro w postaci niebieskiego małego koła. Po prawej za pomocą linii stanowiącej wycinek większego okręgu zaznaczona jest powłoka elektronowa oznaczona literą ka. Pod literą ka znajduje się liczba 2 oznaczająca liczbę elektronów na powłoce.

We draw a diagram on which we mark the nucleus of the atom and all shell filled with electrons. We note down the symbols of the shells and the number of electrons assigned to them.

Electron configurations of elements on shells and orbitals

RPlso6KEkjqts

Ilustracja przedstawia konfiguracje elektronowe atomów różnych pierwiastków chemicznych na powłokach i orbitalach. Liczby występujące przed literami to numery kolejnych powłok elektronowych. Ich numeracja zaczyna się od powłoki najbliższej jądra, czyli K, która zawiera orbital jeden es i rośnie wraz z oddalaniem się od niego. Małe litery "es", "pe", "de" i "ef" to rodzaje typów orbitali. Górne indeksy liczbowe oznaczają liczbę elektronów znajdujących się na danym poziomie orbitalnym. Przykład: na pierwszej powłoce orbital jeden es z dwoma elektronami, na drugiej dwa es z dwoma elektronami i trzy orbitale dwa pe łącznie z sześcioma elektronami. Na trzeciej powłoce jest orbital 3 es, na którym znajduje się jeden elektron.

Task 1

Watch the presentation „Stages of drawing a simplified model of the atom of a chemical element” and pay attention to how the configuration of electrons on electron shells is determined. Remember what further actions should be taken to draw the model of the atom of element. When do we note the electron configuration, creating such a simplified model? Write down the answer.

RkFK08wu3Ru9E

Ilustracja przedstawia slajd zawierający napis : Stage of drawing a simplified model of the atom of a chemical element.

R1ZZWtzp9AW04

Model atomu sodu. Symbol en a. Przed symbolem u góry liczba masowa 23, na dole liczba atomowa 11.

R1Sp0CIdin6JV

Model atomu sodu. Symbol en a. Przed symbolem u góry 23 mass number, na dole 11 atomic number.

R1cLlQvhoZbTE

Ilustracja prezentująca jądro atomu nucleus with protons z liczbą protonów w nim oznaczoną jako 11+.

R15S2zdMlv1qq

Ilustracja prezentująca jądro atomu nucleus with protons z liczbą protonów w nim oznaczoną jako 11+ oraz trzema powłokami Ka, eL, eM ( oznaczonymi czarnymi półkolistymi liniami).

RLgGQya2jaAwj

Ilustracja przedstawia rozkład elektronów na powłokach elektronowych. Maksymalną liczbę elektronów na danej powłoce można obliczyć za pomocą wzoru dwa en kwadrat. Pierwsza powłoka elektronowa ka, gdzie en = 1, zawiera maksymalnie 2 elektrony, ponieważ dwa en kwadrat, co oznacza 2 razy 1 do potęgi 2 równa się 2. Trzecia powłoka elektronowa em trzyma maksymalnie 1 elektron walencyjny. Druga powłoka elektronowa - el - zawiera 8 elektronów.

R1FfloAgqmG7x

Ilustracja przedstawia konfigurację elektronów. W nawiasach kwadratowych piszemy 2, 8, 1 or ka górny indeks 2, el górny indeks 8, em górnym indeks 1.

R1Z4Og11XrL4q

Ilustracja prezentująca model atomu potasu (Model of potassium). Symbol ka, przed symbolem u góry liczba masowa 39, na dole liczba atomowa 19.

R13qBkX6iwY8j

Ilustracja prezentująca model atomu potasu - symbol ka, na którym określamy liczbę masową i liczbę atomową. Liczba masowa mass number wynosi 39, liczba atomowa atomic number wynosi 19.

R1ARwGr7wxVIO

Ilustracja prezentująca jądro atomu nucleus with protons z liczbą protonów w nim oznaczoną jako 19+.

R1YTT7GWfIZAd

Ilustracja prezentująca jądro atomu z liczbą protonów w nim oznaczoną jako 19 + oraz 4 powłokami ka, el, eM, eN (znaczonymi czarnymi półkolistymi liniami).

R1NGfPGyS3ZoF

Ilustracja przedstawia rozkład elektronów na powłokach elektronowych. Pierwsza powłoka elektronowa ka, en równa się jeden, zawiera maksymalnie dwa elektrony. Druga powłoka elektronowa el, en równa się dwa utrzymuje max. osiem elektronów. Trzecia powłoka elektronowa - em - zawiera maksymalnie jeden elektron walencyjny. Jest to liczba, którą odczytujemy z numeru grupy w układzie okresowym pierwiastków, w których znajduje się potas, tj. jeden. Czwarta powłoka elektronowa en zawiera osiem elektronów. Jest to liczba, którą odczytujemy z numeru grupy w układzie okresowym pierwiastków, w których znajduje się sód, tj. jeden.

R1VYUAmvxYQdA

Ilustracja przedstawia konfigurację elektronów. W nawiasie kwadratowym 2, 8, 8, 1 or ka 2 el 8 em 8 en 1.

RKUUvSrJkaSw3

Ilustracja przedstawia uproszczony model atomu siarki. Symbol es, przed es u góry 32, na dole 16.

R1dzSTlbYsVs7

Ilustracja przedstawia uproszczony model atomu siarki z liczbą masową i atomową. Liczba masowa, mass number, wynosi 32, liczba atomowa (atomic number) wynosi 16.

R1AX4Un4dmLUS

Ilustracja prezentująca jądro atomu nucleus with protons z liczbą protonów w nim oznaczoną jako 16+.

R76sDO9g7tK7O

Ilustracja prezentująca jądro atomu nucleus with protons z liczbą protonów w nim oznaczoną jako 16+ oraz 3 powłokami ka, el, em (oznaczonymi czarnymi półkolistymi liniami).

RgGzdOS85FvXC

Ilustracja przedstawia rozkład elektronów na powłokach elektronowych. Maksymalną liczbę elektronów można obliczyć za pomocą wzoru dwa en kwadrat, gdzie uwzględniana jest liczba elektronów z jądra atomu. Pierwsza powłoka elektronowa ka, gdzie en = 1, zawiera maksymalnie 2 elektrony. Trzecia powłoka elektronowa em trzyma maksymalnie 6 elektronów walencyjnych. Druga powłoka elektronowa - el - zawiera 8 elektronów.

R12ntEsosLbqp

Ilustracja przedstawia konfigurację elektronów siarki. W nawiasie kwadratowym 2, 8, 6 zamknąć nawias lub ka dwa el osiem em sześć.

RG61J5QB0toF9

Electron configuration is expressed (Uzupełnij).

Electron configuration is expressed (Uzupełnij).

Electron configuration is expressed…

---

Electron configuration of the silicon atom ${}_{14}\mathrm{Si}$

Write down using square brackets [2,8,4]

Write down using shell symbols K Indeks górny 2²L Indeks górny 8⁸M Indeks górny 4⁴

Writing in the form of the scheme

R1cGgExmN2oP1

Ilustracja przedstawiająca schemat rozmieszczenia elektronów w atomie krzemu. Po lewej stronie narysowane jest jądro w postaci niebieskiego małego koła. Po prawej za pomocą linii stanowiących wycinki większych okręgów zaznaczone są powłoki elektronowe oznaczone kolejno, licząc od jądra w prawo, literami ka, el i em. Pod literą ka znajduje się liczba 2 oznaczająca liczbę elektronów na powłoce. Liczby pod literami el i em to kolejno 8 i 4.

Valence electrons

The electrons farthest from the atomic nucleus are the least attracted by the nucleus and often affect the electrons of other atoms. It can be said that these represent an atom outside. These determine the properties of the atom. As the only one of all of the electrons, these have their own name – valence electronsvalence electronsvalence electrons, and the shell on which these are located is called valence shellvalence shellvalence shell. Atoms can have a different number of valence electrons (from one to eight).

Summary

• The electrons in the atom circulate in a strictly defined space around the nucleus (in areas known as electron shells).

• Each shell can accommodate a limited number of electrons (2nIndeks górny 2², n – shell number).

• The arrangement of electrons in an atom is called electron configuration.

• The last shell in the atom is called the valence shell, and the electrons moving in its space are valence electrons.

Key words

Valence electrons, electron configuration, valence shell

Glossary