CТРОЕНИЕ АТОМА. МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

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, ml ms) 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, ml = -1, ms = + 1/2;

2-й электрон: n = 4, l =1, ml = 0, ms = + 1/2;

3-й электрон: n = 4, l =1, ml = +1, ms = + 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 ml (-1, 0, +1) определяет ориентацию орбитали в пространстве. На всех трех р-орбиталях (рх, ру, рг) находится по одному электрону (ms = + l/2). Наружный энергетический уровень атома этого элемента содержит пять электронов: . 4s 2 4p 3 . Такую электронную конфигурацию наружного энергетического уровня имеет атом мышьяка As, электронная формула которого следующая: Is 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 .

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 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2 .

Принимая во внимание правило Гунда, заполним энергетические ячейки следующим образом:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓

Пример 3.Определение значений квантовых чисел для эле­ктронов атома элемента.Для атома с электронной структурой 1s 2 2s 2 p 1 найдите значения четырех квантовых чисел n, l, ml, ms, определяющие каждый из электронов в нормальном состоянии.

Решение. Электронную структуру 1s 2 2s 2 p 1 имеет атом бора. Значения квантовых чисел для электронов атома бора надо определять с учетом принципа Паули, согласно которому в атоме не может быть даже двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковыми. 1-й энергетический уровень атома бора содержит два электрона в s-состоянии. Эти электроны характеризуются следующим набором квантовых чисел: 1,0, 0, ±1/2. Электроны в s-состоянии второго энергетического уровня имеют значения квантовых чисел: 2, 0, 0, ±1/2.

Квантовые числа 2, 1, -1, +1/2 описывают р-электрон второго энергетического уровня бора в р-состоянии. Значения квантовых чисел пяти электронов атома бора следующие:

Квантовое число Электрон n l ml -1 s +1/2 -1/2 +1/2 -1/2 +1/2

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 3s 1 ; 5s 2 5p 2 ; 4s 2 4p 6 ; 2s 2 2p 5 . 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) 1s 2 2s 2 2p 5 3s 3 ; б) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 5 3d 1 ; в) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 4p 6 4d 4 5s 1 ; г) 1s 2 2s 1 2p 7 .

45. Напишите электронные формулы атомов фосфора, цезия и ванадия. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

46. Какое максимальное число электронов могут занимать s-, р-, d- и f-орбитали данного энергетического уровня? Почему?

47. Какие значения имеют квантовые числа n, l, m и s для следующих атомных орбиталей: а)4s; б)2р; в)3d; г)4f?

48. 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?

49. 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.

50. Какие значения могут принимать квантовые числа п, l, т1 и тs, характеризующие состояние электронов в атоме. Какие значения они принимают для внешних электронов атома фосфора?

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

52.Внешние энергетические уровни атомов имеют вид 4s 1 ; 6s 2 6p 2 ; 5s 2 5p 6 ; 2s 2 2p 5 . В каких периодах и в каких подгруппах находятся эти элементы? К каким электронным семействам они принадлежат?

53.Сколько электронов находится на каждом энергетическом уровне и подуровне у атомов элементов с зарядом ядра +24; +46; +55? Составьте электронные формулы для атомов этих элементов.

54.Какие из электронных конфигураций соответствуют основному, возбужденному или запрещенному (невозможному) состояниям:

a) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 3 ; б) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d 1 ;

в) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 4p 6 ; г) 1s 2 2s 2 2p 7 .

55. 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?

56. Определите значения всех квантовых чисел для электронов атомов:

а) лития; б) бора; в) азота; г) фтора.

57. 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?

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

59.Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: а) 4s или 3d;

б) 5s или 4р; в)5p или 4d? Почему? Составьте электронные формулы атомов эле-ментов с зарядом ядра +53 и +80.

60. Энергетическое состояние внешнего электрона атома описывается следующими значениями квантовых чисел: n = 3, l = 0, m = 0. Атомы каких эле-ментов имеют такой электрон? Составьте электронные формулы атомов этих элементов.