Строение атома магния: электронные оболочки и их особенности

Магний - удивительный химический элемент, который играет важную роль в функционировании живых организмов. В этой статье мы подробно разберем строение его атома, электронные оболочки и их уникальные особенности.

Основные характеристики атома магния

Начнем с базовых характеристик атома магния. В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева магний обозначается символом Mg и имеет порядковый номер 12. Это означает, что в ядре его атома содержится 12 протонов, которые придают ему положительный заряд +12⁺.

Помимо протонов, в ядре атома магния находится 12 нейтронов - частиц, не имеющих заряда. Таким образом, суммарная масса нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре равна 24 атомным единицам массы. Это значение называется атомной массой магния.

Вокруг положительно заряженного ядра по электронным орбиталям движутся 12 электронов, имеющих отрицательный заряд. Электроны уравновешивают положительный заряд ядра, и в целом атом электронейтрален.

Схема строения и электронные формулы

Как химический элемент III периода, магний имеет три электронные оболочки. Внешняя оболочка является валентной и содержит 2 электрона, определяющих химические свойства магния.

Атом магния обладает положительно заряженным ядром (+12) с 12 протонами и 12 нейтронами.

Распределение электронов по орбиталям энергетических уровней записывают с помощью электронных формул.

Так как валентные электроны магния располагаются на внешнем энергетическом уровне (3s²), его относят к s-элементам.

Энергетическая диаграмма атома

Наглядно увидеть распределение электронов по энергетическим уровням можно с помощью диаграммы. Здесь цифрами обозначены номера энергетических уровней, а стрелками - электроны на различных орбиталях. Хорошо видно, что валентными являются два 3s-электрона.

Строение атома элемента магния. Диаграмма наглядно демонстрирует закономерность заполнения орбиталей: сначала заполняются более низкие по энергии уровни, затем более высокие. Также видно правило Хунда, согласно которому сначала заполняются орбитали с одинаковым значением главного квантового числа.

Химические реакции с участием магния

Благодаря наличию двух валентных электронов, атом магния проявляет степень окисления +2, отдавая эти электроны для образования химических связей. Например:

• Mg -> Mg²⁺ + 2e

Теряя электроны, магний выступает восстановителем. Это обуславливает его высокую химическую активность и способность взаимодействовать с большинством неметаллов.

Строение атомов натрия магния. Кроме того, в природе магний часто встречается в составе минералов, таких как доломит CaMg(CO₃)₂ и магнезит MgCO₃. В промышленности металлический магний и его соединения находят широкое применение благодаря легкости, пластичности, способности к литью и обработке давлением.

Рассмотрим некоторые примеры реакций с участием магния.

Взаимодействие с простыми веществами

Магний активно реагирует с простыми веществами, такими как кислород, азот, галогены. Например, при нагревании магния в кислороде происходит реакция горения с образованием оксида магния:

2Mg + O₂ → 2MgO

Аналогично протекает взаимодействие магния с азотом, дающее нитрид магния Mg₃N₂ и галогенами с образованием галогенидов, таких как MgCl₂, MgBr₂ и др.

Реакции с водой и кислотами

При комнатной температуре поверхность магния покрыта защитной оксидной пленкой, препятствующей дальнейшему окислению. Однако при нагревании происходит бурное взаимодействие с водой:

Mg + 2H₂O → Mg(OH)₂ + H₂

Аналогично магний вступает в реакцию с кислотами, вытесняя из них водород:

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂

Применение в металлургии

Благодаря высокой химической активности, магний широко используется в металлургической промышленности. Например, для восстановления оксидов металлов из руд:

SiO₂ + 2Mg → 2MgO + Si

Здесь кремний вытесняется из оксида кремния магнием с образованием оксида магния MgO.

Применение в органическом синтезе

Органические соединения магния, такие как реактив Гриньяра, нашли широкое применение в органическом синтезе. Например, для присоединения к карбонильной группе:

R‧MgX + R’CHO → R‧CH(OH)‧R’

Магний жизненно необходим для нормальной работы живых организмов, в том числе человека. Он участвует ферментативных реакциях, работе нервной и сердечно-сосудистой систем, а также входит в состав хлорофилла.