Тема 3. Строение атома

Пример 1. Составление электронных формул атомов элементов с учетом значений квантовых чисел электронов наружного слоя. Напишите электронную формулу атома элемента и назовите его, если значения квантовых чисел (n, l, m_l m_s) электронов наружного электронного слоя следующие: 4, 1, -1, + 1/2; 4, 1, 0, +1/2; 4, 1, +1, +1/2.

Решение. Состояние каждого электрона наружного энергетического уровня определяется следующим набором квантовых чисел:

1-й электрон: n = 4, l =1, m_l = -1, m_s = + 1/2;

2-й электрон: n = 4, l =1, m_l = 0, m_s = + 1/2;

3-й электрон: n = 4, l =1, m_l = +1, m_s = + 1/2;

Главное квантовое число равно четырем, следовательно, электроны находятся на 4-м энергетическом уровне. Орбитальное квантовое число определяет форму орбитали. Если l=1, то орбиталь называется р-орбиталью, следовательно, три электрона находятся на р-подуровне 4-го энергетического уровня. Магнитное квантовое число m_l (-1, 0, +1) определяет ориентацию орбитали в пространстве. На всех трех р-орбиталях (р_х, р_у, р_г) находится по одному электрону (m_s = + l/2). Наружный энергетический уровень атома этого элемента содержит пять электронов: ...4s²4p³. Такую электронную конфигурацию наружного энергетического уровня имеет атом мышьяка As, электронная формула которого следующая: Is²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³.

Пример 2. Изображение электронной структуры атомов элементов с помощью энергетических ячеек. Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по энергетическим ячейкам для атома элемента с порядковым номером 40.

Решение. Элемент с порядковым номером 40 - цирконий Zr, находится он в пятом периоде, IVВ подгруппе. Цирконий - это d-элемент. Электронная формула атома циркония - Zr 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d²5s².

По правилу Гунда, заполним энергетические ячейки следующим образом:

1s2

2s2

2p6

3s2

3p6

3d10

4s2

4p6

4d2

5s2

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑

↑

↑↓

Задания

41. Приведите по два примера, относящихся к s-, p- и d-электронным семействам. Ответ мотивируйте строением внешних и предвнешних (для d-элементов) энергетических уровней атомов.

42. Внешние энергетические уровни атомов имеют вид 3s¹; 5s²5p²; 4s²4p⁶; 2s²2p⁵. В каких периодах и в каких подгруппах находятся эти элементы? К каким электронным семействам они принадлежат?

43. Сколько электронов находится на каждом энергетическом уровне и подуровне у атомов элементов с зарядом ядра +42; +28; +19? Составьте электронные формулы для атомов этих элементов.

44. Какие из электронных конфигураций соответствуют основному, возбужденному или запрещенному (невозможному) состоянию:

а) 1s²2s²2p⁵3s³; б) 1s²2s²2p⁶3s¹3p⁵3d¹; в) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²4p⁶4d⁴5s¹; г) 1s²2s¹2p⁷. Напишите электронные формулы атомов фосфора, цезия и ванадия. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

45. Составьте электронную формулу атомов элементов с зарядом ядра +25 и +33. Покажите распределение валентных электронов в нормальном и возбужденном состояниях. Какие степени окисления возможны у этих элементов?

46. Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число m при орбитальном квантовом числе l=0; 1; 2 и З? Какие элементы в Периодической системе носят названия s, p, d и f-элементов? Приведите примеры.

47. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

48. Внешние энергетические уровни атомов имеют вид 3s¹; 5s²5p²; 4s²4p⁶; 2s²2p⁵. В каких периодах и в каких подгруппах находятся эти элементы? К каким электронным семействам они принадлежат?

49. Сколько электронов находится на каждом энергетическом уровне и подуровне у атомов элементов с зарядом ядра +42; +28; +19? Составьте электронные формулы для атомов этих элементов.

50. Строение внешнего энергетического уровня атомов одного элемента …3s²3p¹, а атомов другого элемента… 4s²4p¹. Составьте полные электронные формулы атомов этих элементов. У какого из них сильнее выражены металлические свойства?

51. Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по орбиталям, отвечающим высшему энергетическому состоянию атомов фосфора, алюминия, кремния и никеля. Сколько неспаренных электронов в атомах этих элементов в основном и возбужденном состояниях?

52. Определите значения всех квантовых чисел для электронов атомов: а) лития; б) бора; в) азота; г) фтора.

53. Напишите электронные формулы атомов элементов с зарядом ядра:

а) +46; б) +105; в) +114 и в) еще не открытого элемента с зарядом ядра +120. К каким электронным семействам относятся эти элементы?

54. В электронных оболочках атомов трех элементов содержатся: а) 21 электрон; б)15 d-электронов; в) 20 f-электронов. Напишите полные электронные формулы этих элементов и назовите их. Какие степени окисления они могут проявлять в химических соединениях?

55. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: а) 4s или 3d; б) 5s или 4р; в)5p или 4d? Почему? Составьте электронные формулы атомов элементов с зарядом ядра +53 и +80.

56. Строение внешнего энергетического уровня атомов одного элемента …3s²3p¹, а атомов другого элемента… 4s²4p¹. Составьте полные электронные формулы атомов этих элементов. У какого из них сильнее выражены металлические свойства?

57. Внешние и предпоследние энергетические уровни атомов некоторых элементов выражаются формулами …3s²3р⁶3d²4s² и 3s²3р⁶3d¹⁰4s²4р^1. Составьте полные электронные формулы элементов. Какой из них относится к d-элементам?

58. Какой энергетический подуровень в атомах заполняется раньше: 4р или 3d, 3d или 4s? Составьте полную электронную формулу атома элемента, порядковый номер которого 35.

59. Составьте полные электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 40. Укажите энергетические уровни и подуровни, на которых располагаются их валентные электроны.

60. Составьте полные электронные формулы атомов молибдена и теллура. На каких подуровнях находятся их валентные электроны?