14

Форма и ориентация электронных орбиталей

Электронные формулы показывают распределение электронов по энергетическим уровням и подуровнями.

Ряд последовательного заполнения электронами орбиталей.

1s2| 1s2 2p6| 3s2 3p6| 4s2 3d10 4p6| 5s2 4d10 5p6| 6s2 4f14 5d10 6p6| 7s2 5f14 6d10 7p6|

Графическое изображение электронных структур атомов – графические электронные формулы

N = наибольшее число электронов на энергетическом уровне;

n = номер уровня (главное квантовое число) соответствует номеру периода периодической системы элементов.

Тип элементов (семейства) – зависит от того, какой подуровень последним заполняется электронами.

S-элементы – заполняется электронами s-подуровень внешнего уровня (первые 2 элемента каждого периода периодической системы Д.И. Менделеева). Р-элементы – заполняется р-подуровень внешнего уровня (последние 6 элементов каждого периода, кроме первого и седьмого периода).

15

d-элементы – заполняется d-подуровень второго снаружи уровня, а на внешнем уровне остается 1 или 2 электрона (элементы вставных декад больших периодов, расположенные между s и р-элементами – переходные элементы). f-элементы – заполняется f-подуровень третьего снаружи уровня, а на внешнем уровне остается 2 электрона (лантаиды и актиноиды).

Периодическая система элементов Д.И. Менделеева

Периодический закон: свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра элемента.

Обучающая задача 1

Сколько протонов и нейтронов содержится в ядре ванадия 5123 V? Составьте

электронную формулу атома ванадия и электронографическую схему. К какому электронному семейству относится этот элемент?

Решение:

Порядковый номер элемента в периодической системе элементов совпадает с величиной заряда ядра (индекс внизу слева символа элемента) следовательно, в ядре атома ванадия 23 протона. Верхний левый индекс у символа элемента указывает на величину массового числа А. Тогда число протонов Z = А – N = 50 – 23 = 27. Значит в ядре атома ванадия 27 нейтронов.

Электронная формула атома ванадия согласно шкале энергий (т. е. электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он будет обладать

наименьшей энергией) будут иметь следующий вид:

23V 1s2 2s2 2p6 3p63s23p6 4d3 4s2

Электрографические схемы отражают распределение электронов атомов по квантовым (энергетическим) ячейкам. В каждый квантовой ячейке может быть не более двух электронов (принцип Паули). Орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному электрону с одинаковыми степенями, а затем по второму электрону с противоположными спинами (правило Хунда). Так как последним заполняется, согласно «принципа минимума энергии», 3d подуровень, то элемент ванадий относится к d-электронному семейству.

16

Обучающая задача 2

В каком периоде, группе и подгруппе находится элемент, атом которого имеет следующее строение последнего и предпоследнего электронных уровней: 4s2 3d5? К какому электронному семейству относится этот элемент? Какова высшая степень окисления этого элемента в соединениях? Составьте формулы оксидов и гидроксидов этого элемента, отвечающих высшей степени окисления?

Решение:

Электроны атома расположены на четырех энергетических уровнях, следовательно, данный элемент находится в 4 периоде. Общее число s-электронов внешнего уровня и незавершенного d-подуровня равно 7-ми, следовательно, элемент расположен в 7 группе побочной подгруппе. В периодической системе элементов в 7 группе побочной подгруппы 4 периода находится элемент Mn – это d-элемент, с высшей степенью окисления +7. Оксид отвечает формуле Mn2O7, гидроксид HMnO4.

Задания для самоподготовки:

1.Приведите современную формулировку периодического закона. Как изменяются свойства у элементов IА группы. Ответ мотивируйте строением атомов элементов.

2.Как изменяются свойства элементов III периода слева направо. Ответ моти-

вируйте.

Сколько протонов и нейтронов содержат ядра изотопов следующих элементов (см. таблицу 1). Составьте электронную формулу и электронографическую схему данного атома; подчеркните валентные электроны; определите семейство.

Таблица 1

В каком периоде, группе и подгруппе находятся элементы, атомы которых имеют следующее строение предпоследнего и последнего электронного уровней (см. таблицу 2) К какому электронному семейству относится данный элемент? Укажите эти элементы.