3. Строение атома. Электронные формулы атомов

Устойчивое состояние электрона в атоме описывается значениями четырех характеристик – квантовых чисел Состояние электрона, отвечающее определенным значениям квантовых чисел называют атомной электронной орбиталью. Энергетическим подуровням электрона в атоме, отвечающим различным значениям , соответствуют следующие буквенные обозначения:

Цифровое обозначение энергетического подуровня :	0	1	2	3
Буквенное обозначение энергетического подуровня :

Графически каждая орбиталь обозначается символом-клеткой:

Электроны в атоме распределяются согласно следующим принципам: принципу Паули, принципу наименьшей энергии с дополнениями Клечковского и правилу Хунда.

Согласно принципу Паули в атоме не может быть двух электронов, характеризующихся одинаковым набором квантовых чисел. Из этого следует, что каждая атомная электронная орбиталь может быть занята не более чем двумя электронами:

↑↓

причем различаться они будут только спиновыми квантовыми числами.

Порядок заполнения электронами энергетических уровней и подуровней определяется принципом наименьшей энергии: электроны в атоме располагаются так, чтобы их энергия была наименьшей. Поскольку энергию электрона характеризуют как главное п, так и орбитальное l квантовые числа, то электроны прежде всего занимают положение, соответствующее минимальной сумме – первое дополнение Клечковского. Если сумма одинакова, то электроны занимают орбиталь с меньшим значением – второе дополнение Клечковского.

Распределение электронов в энергетическом подуровне определяется правилом Хунда: устойчивому состоянию атома соответствует такое распределение электронов в подуровне, при котором абсолютное значение суммарного спина будет максимальным. Поэтому распределение электронов в подуровне происходит в максимальном числе орбиталей и с параллельными спинами:

Так	↑	↑	↑	или так	↓	↓	↓
(+1/2+1/2+1/2) = 3/2				│(-1/2-1/2-1/2)│ = 3/2
но не так	↑	↓	↑	И не так	↑↓	↑
(+1/2-1/2+1/2)=1/2				(+1/2-1/2+1/2)=+1/2

Необходимо иметь понятие о квантовых числах, трех указанных принципах и, опираясь на них, уметь составлять электронные формулы атомов.

Пример 1. Какой подуровень заполняется электронами в атоме после заполнения -подуровня?

Решение. -подуровню отвечает сумма , равная 3 + 1 = 4. После заполнения -подуровня возможно заполнение или -подуровня. Подсчитаем сумму в обоих случаях: (3 + 2) = 5, a (4 + 0) = 4. В соответствии с первым дополнением Клечковского электрон стремится занять положение на -подуровне, так как в этом случае сумма будет наименьшей.

Пример 2. Составьте электронную формулу атома кремния и графическую схему заполнения электронами уровней и подуровней в нормальном и возбужденном его состояниях.

Решение. Электронная формула атома кремния имеет следующий вид: . Графическая схема невозбужденного атома кремния имеет следующий вид:

	↑ ↓	↑	↑
	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓
	↑↓

Валентными орбиталями здесь являются орбитали третьего внешнего электронного уровня. В возбужденном состоянии при поглощении некоторой энергии электрон с 3s-подуровня перейдет на свободную -орбиталь:

	↑	↑	↑	↑
	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓
	↑↓
	s

Контрольные задания

41. Структура валентного электронного уровня атома элемента выражается формулой: a) Определите порядковый номер и название элемента.

42. Какое максимальное число электронов может содержать атом в электронном уровне с главным квантовым числом

43. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33. Составьте их графические схемы. К какому электронному семейству относится каждый из них и почему?

44. Сколько не спаренных электронов содержат невозбужденные атомы Составьте их электронные и графические схемы.

45. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковым номером 32 и 42. У последнего один -электрон «проваливается» на -подуровень. К какому электронному семейству они относятся?

46. Какой подуровень заполняется в атомах после заполнения -подуровня? после заполнения -подуровня?

47. Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента, не верны:

1) 1s²2s²2p⁵3s¹; 2) 1s²2s²2p⁶; 3) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d^4;

4) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s² ; 5) 1s²2s²2p⁶3s²3d² ? Почему?

48. Запишите электронные формулы атомов элементов с зарядом ядра 8; 13 и 18. Составьте электронно-графические схемы.

49. Какое максимальное количество электронов может располагаться в -подуровнях данного уровня? Почему? Написать электронную структуру атома с зарядом ядра

50. Электронная структура атома описывается формулой Какой это элемент?

51. Сколько атомных орбиталей содержит второй энергетический уровень в атомах химических элементов?

52. Сколько атомных орбиталей содержит третий энергетический уровень в атомах химических элементов?

53. Сколько атомных орбиталей содержит третий энергетический уровень атома цинка? Приведите электронную формулу атома этого элемента.

54. Сколько атомных орбиталей содержит пятый энергетический уровень атома лантана? Приведите электронную формулу атома этого элемента.

55. Сколько атомных орбиталей содержит шестой энергетический уровень атома церия? Приведите электронную формулу атома этого элемента.

56. Из приведенных электронных конфигураций: выберите те, которые практически существовать не могут. Объясните причины.

57. По электронным конфигурациям ионов определите заряд ядер их атомов: Запишите электронные формулы атомов и электронные структуры их внешних оболочек.

58. По заряду ядра атома запишите электронные конфигурации валентных подуровней и, используя правила Клечковского, укажите последовательность их заполнения.

59, 60. По зарядам ядер запишите электронные структуры атомов в основном и возбужденном состояниях. Объясните, как использовано правило Гунда при записи этих электронных структур.

59.

60.