III. Примеры выполнения заданий по разделу строение атома

Пример 1. Определить число протонов, нейтронов, электронов в атоме элемента с зарядом ядра +86.

Решение. Согласно закону Мозли заряд ядра равен порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева.

Этот элемент радон ²²²₈₆Rn.

Так как заряд ядра определяется протонами, а заряд протона равен единице, то порядковый номер (86) элемента в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева определяет число протонов. Атом по заряду нейтральная частица. Следовательно, число электронов в атоме должно быть равно числу протонов. Атомная масса элемента (222) состоит из массы протонов и нейтронов. Поэтому число нейтронов в атоме равно атомной массе за вычетом числа протонов.

В атоме радона число протонов (р) равно 86;

число электронов (е) равно 86;

число нейтронов (n) равно 222 – 86 = 136.

Пример 2. Составить электронную формулу атома элемента с атомным номером 84.

Решение. Согласно закону Мозли элемент с атомным номером 84 – полоний. В Периодической системе элементов Д.И. Менделеева находится в VI периоде и VI группе, главной подгруппе. Число электронов (е) равно 84. Построенная согласно квантовым числам, структура электронной оболочки

1s

2s 2p

3s 3p 3d

4s 4p 4d 4f

5s 5p 5d 5f 5g

6s 6p 6d 6f 6g 6h

В соответствии с принципом Паули, что на одной орбитали максимально может находиться только два электрона с противоположными спинами, находим, что

на 1 энергетическом уровне находится 2 электрона 1s²;

на 2 энергетическом уровне находится 8 электронов 2s²2р⁶;

на 3 энергетическом уровне находится 18 электронов 3s²3р⁶3d¹⁰;

на 4 энергетическом уровне находится 32 электрона 4s²4р⁶4d¹⁰4f¹⁴ и т.д.

Заполнение электронной оболочки атома происходит по правилу Клечковского.

Правило В. Клечковского. «Увеличение энергии и заполнение орбиталей происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел (n+ℓ). При равных значениях суммы (n+ℓ) заполняется орбиталь с меньшим значением главного квантового числа».

Для атома элемента полония (₈₄Po) электронная оболочка будет заполняться в следующей последовательности

1s²

2s²2p⁶

3s²3p⁶

4s²3d¹⁰4p⁶

5s²4d¹⁰5p⁶

6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁴

Электронная формула атома элемента полония ₈₄Po 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁴

Пример 3. Назовите элемент II группы в предпоследнем энергетическом уровне, которого содержится 8 электронов.

Решение. Если сопоставить структуру электронной оболочки атома и Периодическую систему элементов Д.И. Менделеева, то видно, что Периодическая система элементов Д.И. Менделеева представляет собой классификацию элементов по структуре заполненных электронных оболочек атомов и является графическим изображением строения электронной оболочки атома.

Запишем электронные формулы элементов в периодах Периодической системы элементов Д.И. Менделеева:

I период 1s² 2 элемента

II период 2s²2p⁶ 8 элементов

III период 3s²3p⁶ 8 элементов

IV период 4s²3d¹⁰4p⁶ 18 элементов

V период 5s²4d¹⁰5p⁶ 18 элементов

VI период 6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶ 32 элемента

VII период 7s²5f¹⁴6d³ не закончен

Как видно из электронных формул элементами в предпоследнем энергетическом уровне, которых содержится 8 электронов могут быть элементы III и IV периодов. Во II группе находятся элементы: магний и кальций.

Пример 4.Записать электронную формулу валентных электронов для атома элемента с атомным номером 81.

Решение. Согласно закону Мозли элемент с атомным номером 81 – таллий.

Электронная формула атома элемента таллия ₈₁Tl 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p¹.

Элемент таллий является р-элементом так как последний (81) электрон занимает р-подуровень.

Для p – элементов валентными являются s и p - электроны внешнего уровня.

Электронная формула валентных электронов для атома элемента таллий 6s²6p¹.

Пример 5. По распределению валентных электронов 5s²4d² определите элемент Периодической системы элементов Д.И. Менделеева.

Решение. Из электронной формулы валентных электронов, элемент относится к d-элементам.

В зависимости от принадлежности к электронному семейству элементов в Периодической системе Д.И.Менделеева валентными электронами для d – элементов являются s электроны внешнего уровня и d-электроны предвнешнего уровня.

Электронная формула атома элемента 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d²

Элемент находится в V периоде и IV группе, побочной подгруппе.

Этот элемент с порядковым номером 40 – цирконий.

Пример 6.Сколько свободных f-орбиталей содержится на IV энергетическом уровне в атоме элемента с атомным номером 66.

Решение. Согласно закону Мозли элемент с атомным номером 62 – самарий.

Электронная формула атома элемента самарий ₆₂Sm 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f⁵.

Cтруктуру электронной оболочки IV энергетического уровня можно изобразить электронной схемой

4 энергетический уровень: 4 p d f

s

На f- подуровне расположено семь f-орбиталей. Заполнение орбиталей внутри одного подуровня происходит по правилу Хунда: Каждая орбиталь заполняется вначале одним электроном, а затем происходит их заполнение вторыми электронами. Поэтому на f-подуровне

будет заполнено только 5 орбиталей. f

На IV энергетическом уровне f- подуровне останется две свободных (незаполненных) орбитали.

Пример 7. У какого из элементов германий или йод выше неметаллические свойства. Ответ обосновать.

Решение. Неметаллические свойства элементов определяются способностью принимать электроны. Эти свойства связаны с атомными радиусами, а в конечном результате – с относительной электроотрицательностью элементов (см. таблицу). Чем выше электроотрицательность элемента, тем выше неметаллические свойства элемента. Из таблицы относительной электроотрицательности элементов, электроотрицательность элемента германия равна 1,8, а элемента йода – 2,5. Следовательно, у элемента йод выше неметаллические свойства, чем у элемента германий.