2. Строение вещества

2.1. Электронные оболочки атомов. Пз и псэ

Пример 1. Исходя из положения элемента в ПСЭ дать характеристику атома фосфора. Показать его основное и ионизированное электронное состояние. Указать валентные электроны и семейство элементов.

Ответ: Фосфор (P) находится в III периоде, V группе, главной подгруппе. Порядковый номер Z=15; массовое число А = 31. Порядковый номер соответствует положительному заряду ядра атома, т.е. числу протонов (p), а также числу электронов (ē). Число нейтронов (n) соответствует разности массового числа и порядкового номера.

Запись:

, р = 15; ē = 15; n = A – Z = 31 – 15 = 16.

15 электронов атома фосфора располагаются на трех энергетических уровнях (слоях), т.к. он находится в III периоде. Валентными электронами являются электроны внешнего незавершенного уровня. Их число соответствует номеру группы (для элементов главных подгрупп), в которой находится данный элемент.

Запись: P⁰: 1s²2s²2p⁶3s²3p³, 3s²3p³ – валентные электроны.

Фосфор относится к семейству р-элементов, т.к. электронная конфигурация (формула) основного (электронейтрального) состояния показывает незавершенный р-подуровень внешнего энергетического уровня.

Для атома фосфора возможно ионизированное состояние. Оно характеризуется приемом или отдачей электронов с внешнего энергетического уровня.

Например:

а) P⁰ – 3ē  P⁺³ (в соединениях P₂O₃, H₃PO₃, Na₃PO₃)

Запись: Р⁺³: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁰

б) P⁰ – 5ē  P⁺⁵ (в соединениях P₂O₅, H₃PO₄, К₃PO₄)

Запись: Р⁺⁵: 1s²2s²2p⁶3s⁰3p⁰

в) P⁰ + 3ē  P^-3 (в соединении PH₃).

Запись: Р⁺⁵: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

Пример 2. Строение внешнего энергетического уровня атома …4s²4p³. Назовите элемент и укажите, к какому семейству он относится.

Ответ:

Исходя из строения внешнего энергетического уровня следует: элемент находится в IV периоде, 5 группе, главной подгруппе. Этот элемент – мышьяк (As). Также можно записать электронную конфигурацию атома элемента полностью (с учетом правила Клечковского): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p³. Сумма всех электронов равна 33. Это соответствует порядковому номеру элемента, следовательно, элемент – ₃₃As. Т.к. внешний незавершенный подуровень – р, то As относится к семейству р-элементов.

Пример 3. Главное квантовое число n=2. Определите максимальное число электронов. Какие значения принимает побочное квантовое число? Как называются соответствующие им электроны?

Ответ:

Максимальное число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле Х_n = 2n², следовательно, в данном случае: Х_n = 22² = 8. Побочное квантовое число l изменяется от 0 до n-1, следовательно, в данном случае l = 0, 1. Так как значения l определяют подуровни, на которых располагаются электроны, то в этом случае: l=0 (s-электроны), l=1 (р-электроны).

Пример 4. Исходя из положения элементов в ПСЭ, сравнить по свойствам а) Si и P; б) P и As.

Ответ:

а) Si и Р находятся в III периоде ПСЭ, в IV и V группах (главных подгруппах) соответственно. Их электронное строение:

₁₄Si⁰: 1s²2s²2p⁶3s²3p²

₁₅P⁰: 1s²2s²2p⁶3s²3p³

Оба элемента относятся к семейству р-элементов. Но у Si 4 валентных электрона, а у Р – 5 валентных электронов. До завершения энергетического уровня Р не хватает только 3-х электронов, а Si – 4-х, поэтому Р обладает в большей степени неметаллическими свойствами, он более электроотрицателен, а Si – металлическими свойствами.

б) Р и As находятся в V группе ПСЭ, в III и IV периодах соответственно. Их электронное строение

₁₅P⁰: 1s²2s²2p⁶3s²3p³ – 5 валентных электронов

₃₃As⁰: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p³ – 5 валентных электронов;

Оба элемента относятся к семейству р-элементов. Но валентные электроны As располагаются дальше от ядра, чем у Р, т.к. у As радиус атома больше (с увеличением порядкового номера элемента в группах радиус атома возрастает). Поэтому отрыв электронов с IV уровня будет легче, чем с III-го, значит As обладает более металлическими свойствами, чем Р, который является типичным неметаллом.