Атом серы занимает шестнадцатое место в периодической системе элементов, что определяет особенности его электронного строения. Давайте подробно разберемся в том, как устроен этот атом.
Состав атомного ядра серы
Ядро любого атома состоит из протонов и нейтронов. Число протонов определяет порядковый номер элемента в таблице Менделеева, а сумма протонов и нейтронов дает массовое число. У серы порядковый номер 16, значит в ядре ее атома находится 16 протонов. Общее число нуклонов (протонов + нейтронов) равняется 32. Следовательно, число нейтронов составляет 16.
Таким образом, ядро любого атома серы содержит:
- 16 протонов
- 16 нейтронов
Суммарный положительный заряд протонов в ядре атома серы равен +16. Это важный параметр, определяющий химические свойства серы.
Распределение электронов по энергетическим уровням
В нейтральном атоме число электронов всегда равно числу протонов в ядре, то есть также составляет 16. Эти электроны располагаются на различных энергетических уровнях и подуровнях. Распределение электронов в атоме серы выглядит следующим образом:
- 1s2 - два электрона
- 2s2
- 2p6 - шесть электронов
- 3s2
- 3p4 - четыре электрона
Электронное строение атома серы соответствует формуле 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Электронное строение атома серы в основном состоянии
В основном, наинизшем по энергии состоянии, все 16 электронов атома серы распределены строго определенным образом по подуровням, как показано в предыдущем разделе. При этом электроны заполняют орбитали в порядке возрастания их энергии. Особенностью электронного строения серы в основном состоянии является наличие двух неспаренных электронов на внешнем 3p-подуровне. Это придает атому определенные химические свойства.
Электронное строение атома серы - основные возбуждения (состояние)
Помимо основного энергетического состояния, атом серы может переходить в возбужденные состояния. Это происходит за счет переходов электронов с внутренних подуровней 3s и 3p на внешние вакантные 3d-орбитали. Такие возбужденные состояния объясняют многообразие степеней окисления серы от -2 до +6.
Схема электронного строения и валентные возможности
Вся информация об электронном строении атома серы может быть представлена схематично с помощью формулы:
+16S) 2 ) 8 ) 6
Здесь +16 – заряд атомного ядра, далее в скобках указано распределение электронов по подуровням: 2 – на внутреннем 1s-подуровне, 8 – на 2s и 2p, 6 – на внешних 3s и 3p.
Электронное строение атома серы на внешнем уровне представлено шестью валентными электронами. Именно они определяют химическую активность серы и ее соединений.
| Возможные степени окисления серы | -2 | +2 | +4 | +6 |
Как видно из таблицы, благодаря особенностям электронного строения, атом серы способен проявлять различные степени окисления от -2 до +6. Это оказывает большое влияние на многообразие неорганических и органических соединений серы.
Влияние электронного строения на физические свойства
Особенности электронного строения во многом определяют и физические свойства простого вещества серы. Так, наличие ковалентных связей между атомами серы обуславливает тусклый цвет и хрупкость кристаллов этого элемента. А возможность образования цепочечных и циклических структур объясняет существование различных аллотропных модификаций.
Химическая активность
Электронное строение атома серы позволяет ей взаимодействовать с большинством химических элементов. Наличие неспаренных электронов обеспечивает высокую реакционную способность серы по отношению к веществам-окислителям – кислороду, галогенам, азотной кислоте. Восстановительные свойства серы проявляются в реакциях с металлами, оксидами металлов.
Разнообразие соединений
Благодаря широкому спектру возможных степеней окисления, сера образует огромное множество соединений с другими элементами. Особенно многочисленны органические соединения серы, такие как тиолы, сулфоксиды, кислоты и соли сульфокислот. Неорганические соединения представлены сульфидами, оксидами серы, кислотами.
Природные источники
В природе сера встречается в свободном виде в районах вулканической активности. Однако основная ее масса сосредоточена в сульфидных и сульфатных минералах, таких как пирит, галенит, гипс, барит. Добывают серу главным образом из серных колчеданов методом обжига в специальных печах.
Применение
Уникальные свойства серы, обусловленные особенностями ее электронного и атомного строения, определяют широчайшее практическое использование этого элемента. Сера применяется при производстве кислот, спичек, взрывчатых веществ, вулканизации каучука, медицине, сельском хозяйстве и многих других областях.
