Пример 1. Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 16. Покажите расположение электронов этого атома по энергетическим ячейкам

Решение. Электронные формулы отображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням (атомным орбиталям). Электронные конфигурации обозначаются группами символов n х , где n – главное квантовое число, –орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующее буквенное обозначение s, p, d, f), х – число электронов в данном подуровне (орбитали). При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором обладает наименьшей энергией – меньшей суммой n+ (правило Клечковского). Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней следующая:

Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядковому номеру в таблице Менделеева, то для элемента № 16 (сера) электронная формула будет иметь вид: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 .

Электронная структура атомов может быть изображена также в виде схемы размещения электронов в квантовых (энергетических) ячейках, которые являются схематическими изображениями атомных орбиталей (АО), квантовую ячейку изображают в виде прямоугольника или линейки, а электроны в этих ячейках обозначают стрелками. В каждой квантовой ячейке может быть не более двух электронов с противоположными спинами ↑↓ (принцип Паули).

Орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному электрону с одинаковыми спинами, а затем по второму электрону с противоположными спинами (правило Хунда).

Контрольные задания:

1.Напишите электронные формулы атомов фосфора и меди. Укажите, к какому электронному семейству относится каждый из элементов, и определите число протонов и нейтронов в ядре их атомов.

2.Укажите последовательность заполнения электронами атомных орбиталей 4d, 5s, 6s, 5р и сформулируйте правило, определяющее эту последовательность.

3.Напишите электронно- графические формулы атомов элементов с порядковыми номерами 15 и 27. определите число нейтронов и электронов в их атомов.

4.В соответствии с принципом Паули укажите максимальное число электронов на s-, р-, d-, f- подуровнях данного энергетического уровня.

5.Дайте определение понятия изотоп. Объясните причину нецелочисленных значений атомных масс большинства химических элементов. Вычислите атомную массу серебра, если известно, что массовые доли изотопов в природном серебре составляют соответственно - 40% и - 60%.

6.Дайте определения понятия s-, р-, d-, f- элемент. Приведите примеры.

7.Энергетическое состояние электрона в атоме описывается четырьмя квантовыми числами n, l, m, s.укажите, какие значения может принимать каждое из них. Определите набор квантовых чисел для внешнего электрона атома натрия.

8.Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 17 и 25. Укажите, к какому электронному семейству относится каждый из них. Приведите электронные и электронно - графические формулы атомов элементов II периода, которые могут иметь на р – подуровне один электрон, учитывая как основное, так и возбужденное состояние атома.

9.Укажите число квантовых d – орбиталей в основном состоянии у атомов элементов с порядковыми номерами 23, 42, 47, 49.

10.Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14, 25 и укажите, к какому электронному семейству они относятся.

11.Объясните физический смысл главного и орбитального квантовых чисел и укажите, какие значения они принимают.

12.Объясните физический смысл магнитного квантового числа и укажите, какие значения оно может принимать при данном числовом и буквенном значении орбитального квантового числа. Заполните таблицу:

m Числовое значение Буквенное значение s

13.Напишите электронную формулу элемента, в атоме которого содержится один электрон на 3d – орбитали. Укажите период, группу и символ этого электрона.

14.Приведите формулы, позволяющие рассчитать электронную емкость энергетического уровня и подуровня, а также число орбиталей на данном уровне и подуровне.

15.Сформулируйте правило Клечковского. Определите порядок заполнения электронами орбиталей 3d, 4s, 4р, 5s, 5р.

16.Укажите период, группу и символ химического элемента, атому которого соответствует электронная формула: [Ne ] 3s 2 3р 6 3d 5 4s 2 . К какому электронному семейству он относится?

17.Укажите возможные значения квантовых чисел для электронов второго и третьего энергетических уровней. Заполните таблицу:

n m s

18.Укажите число протонов и нейтронов в ядре атома углерода, изотопа . Напишите электронную формулу атома углерода в основном и возбужденном состояниях.

19.Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 8 и 24. Подчеркните валентные электроны и укажите, к какому электронному семейству относится каждый элемент.

20.Назвать элементы, имеющие по одному электрону на подуровне: а) 3d; б) 4d; в) 5d. Написать электронные формулы атомов этих элементов и указать их положение в периодической системе – период, группа и подгруппа.

21.Сколько свободных d-орбиталей имеется в атомах титана и ванадия? Написать для них электронно-графическую структуру d-подуровня.

22.Назвать элементы 4-го периода, атомы которых содержат наибольшее число непарных d-электронов. Написать электронно-графическую структуру их d-подуровня.

23.Написать электронно-графические формулы атомов индия, германия и титана в нормальном и возбужденном состоянии.

24.У элементов каких периодов электроны внешнего слоя характеризуются значением n + l = 5?

25.Указать порядковый номер элемента, у которого: а) заканчивается заполнение электронами орбиталей 4d; б) начинается заполнение подуровня 4р.

26.Сколько вакантных 3d-орбиталей имеют возбужденные атомы: а) Сl; б) V; в) Mn?

27.Среди приведенных ниже электронных конфигураций указать невозможные и объяснить причину невозможности их реализации: а) 1р 3 ; б) 3р 6 ; в) 3s 2 ; г) 2s 2 ; д) 2d 5 ; е) 5d 2 ; ж) 3f 12 ; з) 3p 7 .

28.Написать электронные формулы атомов элементов четвертого периода – калия, марганца, криптона. К какому семейству элементов они относятся?

29.Написать электронные формулы атомов элементов четвертого периода – скандия, цинка, мышьяка. К какому семейству элементов они относятся?

30.Назвать элементы 4, 5 и 6-го периодов, у которых заканчивается заполнение d-орбиталей (3d 10 , 4d 10 и 5d 10 ). Написать электронные формулы атомов этих элементов и указать, к какому периоду, группе и подгруппе периодической системы они относятся.

31.Запишите общую сокращенную электронную конфигурацию галогенов.

32.Сколько валентных электронов у атома фосфора?

33.Запишите полную электронную конфигурацию атома марганца. К семейству каких элементов он относится?

34.К какому семейству элементов относится группа элементов, имеющая общую сокращенную конфигурацию ns 2 np 2 ?

35.Структура валентного электронного уровня атома элемента выражается формулой: a) 5s 2 5p 4 ;

36.б) 3d 5 4s 1 . Определите порядковый номер и название элемента.

37.Какое максимальное число электронов может содержать атом на электронном уровне с главным квантовым числом n = 5 и n = 3?

38.Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33. Составьте их графические схемы. К какому электронному семейству относится каждый из них, почему?

39.Сколько неспаренных электронов содержат невозбужденные атомы В, S, Сr? Составьте их электронные и графические схемы.

40.Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковым номером 32 и 42. У последнего один 5s-электрон проваливается на 4d-подуровень. К какому электронному семейству они относятся?

41.Какой подуровень заполняется в атомах после заполнения 5p-подуровня; после заполнения 5d-подуровня, почему?

42.Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента, неверны: а) 1s 2 2s 2 2p 5 3s 1 ; б) 1s 2 2s 2 2p 6 ; в) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 4 ;г) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 ; д) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3d 2 ? Почему?

43.Запишите электронные формулы атомов элементов с зарядом ядра 8; 13 и 18. Составьте графические схемы.

44.Какое максимальное количество электронов может располагаться в s-, p-, d- и f-подуровнях данного уровня? Почему? Напишите электронную структуру атома с порядковым номером 29.

45.Электронная структура атома описывается формулой 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 . Какой это элемент? Составьте его графическую схему.Какое максимальное число электронов может содержать атом на электронном уровне с главным квантовым числом n = 5 и n = 3? Ответ мотивируйте.

46.Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33. Составьте их графические схемы. К какому электронному семейству относится каждый из них, почему?

Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Контрольные задании:

Периодический закон является главным инструментом систематизации и классификации химической информации, средствам направленного поиска соединений с ранее заданными свойствами.

Современная формулировка периодического закона: свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов.

Физический смысл периодического законы: при последовательном увеличении зарядов атомных ядер периодически повторяется конфигурация электронных оболочек, и как следствие, периодически повторяются химические свойства элементов.