6. Примеры решения типовых задач

Пример 1. По положению в периодической системе: а) рассмотрите строение электронных оболочек атома кремния; б) составьте электронную формулу и графическую схему заполнения электронами валентных орбиталей атома в нормальном и возбужденном состояниях.

Решение.

а) Кремний Si имеет порядковый номер 14 и находится в третьем периоде главной подгруппы IV A - группы периодической системы. Следовательно, в атоме кремния 14 электронов, которые расположены на 3-х энергетических уровнях. На внешнем валентном уровне находятся 4 (3s²3p²), т.е. кремний относится к р - электронному семейству;

б) Электронная формула атома кремния: ₁₄Si 1s²2s²2p⁶3s²3p².

Валентными орбиталями в этом атоме являются орбитали внешнего (третьего) электронного уровня, т.е. 3s- и Зр-орбитали и не заполненные Зd-орбитали. Графическая схема заполнения электронами этих орбиталей в нормальном состоянии имеет следующий вид (в соответствии с правилом Гунда):

3	↑↓	↑	↑
2	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓
1	↑↓		p
	s

При затрате некоторой энергии один из Зs-электронов атома кремния может быть переведен на Зр-орбиталь, при этом атом переходит в возбужденное состояние, которому соответствует электронная конфигурация: 1s²2s²2p⁶3s¹3p³

3	↑	↑	↑	↑
2	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓
1	↑↓		p
	s

Максимальная валентность определяется максимальным числом неспаренных электронов, которые могут быть на валентных орбиталях, т.е. для атома Si равна 4. Формула оксида – SiO₂.

Кремний проявляет неметаллические свойства, образуя кремневую кислоту H₂SiO₃.

Пример 2. Составьте схемы распределения электронов по энергетическим ячейкам в атоме СI и ионе CI⁻.

Решение. Электронная формула хлора CI⁰: 1s²2s²2p⁶3s²Зр⁵3d⁰. При переходе в ионное состояние происходят следующие изменения конфигурации валентного уровня:

Сl⁰ Сl⁻ ... 3s²3p⁶3d⁰.

Тогда схемы распределения электронов по энергетическим ячейкам будут выглядеть следующим образом:

3

↑↓

↑↓

↑↓

↑

3

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

2

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

2

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

1

↑↓

p

1

↑↓

p

s

s

Cl0 Cl-

Пример 3. Объясните, на каком основании селен ₃₄Se и молибден ₄₂Мо находятся в одной группе, но в разных подгруппах периодической системы? Какие химические свойства проявляют эти элементы?

Решение. Атомы Se и Мо имеют следующие электронные конфигурации:

Se − 1s²2s²2р⁶3s²Зр⁶4s²3d¹⁰4р⁴;

Mo − 1s²2s²2р⁶3s²Зр⁶4s²3d¹⁰5s¹4d⁵.

Валентные электроны: Se − 4s²4p⁴; Mo − 5s¹4d⁵. Таким образом, эти элементы не являются электронными аналогами и не должны размещаться в одной и той же подгруппе одной группы, но в образовании связей у них может участвовать одинаковое максимальное число электронов – 6 . У селена – это 4s²4p⁴, у молибдена – 5s¹4d⁵, где 4d⁵-электроны предпоследнего (n–1) недостроенного энергетического уровня. На этом основании оба элемента помещены в одну VI группу периодической системы, но в разные подгруппы (Se – VI А, Мо – VI В).

Внешний энергетический уровень атома селена содержит 6 , что определяет его неметаллические свойства. Молибден – металл, так как у него на внешнем энергетическом уровне 2 , но если в образовании связей участвуют 4d-электроны, то Мо может проявлять и неметаллические свойства.

Формулы высших оксидов: SеO₃; МоО₃.