Строение электронных оболочек атомов. Строение электронной оболочки атома хрома
Строение атома. Строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева
Атом — электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В центре атома находится положительно заряженное ядро. Оно занимает ничтожную часть пространства внутри атома, в нём сосредоточены весь положительный заряд и почти вся масса атома.
Ядро состоит из элементарных частиц — протона и нейтрона; вокруг атомного ядра по замкнутым орбиталям движутся электроны.
Протон (р) — элементарная частица с относительной массой 1,00728 атомной единицы массы и зарядом +1 условную единицу. Число протонов в атомном ядре равно порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева.
Нейтрон (n) — элементарная нейтральная частица с относительной массой 1,00866 атомной единицы массы (а. е. м.).
Число нейтронов в ядре N определяют по формуле:
где А — массовое число, Z — заряд ядра, равный числу протонов (порядковому номеру).
Обычно параметры ядра атома записывают следующим образом: слева внизу от символа элемента ставят заряд ядра, а вверху — массовое число, например:
Эта запись показывает, что заряд ядра (следовательно, и число протонов) для атома фосфора равен 15, массовое число равно 31, а число нейтронов равно 31 – 15 = 16. Так как массы протона и нейтрона очень мало отличаются друг от друга, то массовое число приблизительно равно относительной атомной массе ядра.
Электрон ( е–) — элементарная частица с массой 0,00055 а. е. м. и условным зарядом –1. Число электронов в атоме равно заряду ядра атома (порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева).
Электроны движутся вокруг ядра по строго определённым орбиталям, образуя так называемое электронное облако.
Область пространства вокруг атомного ядра, где наиболее (90 и более %) вероятно нахождение электрона, определяет форму электронного облака.
Электронное облако s-электрона имеет сферическую форму; на s-энергетическом подуровне может максимально находиться два электрона.
Электронное облако p-электрона имеет гантелеобразную форму; на трёх p-орбиталях максимально может находиться шесть электронов.
Орбитали изображают в виде квадрата, сверху или снизу которого пишут значения главного и побочного квантовых чисел, описывающих данную орбиталь. Такую запись называют графической электронной формулой, например:
В этой формуле стрелками обозначают электрон, а направление стрелки соответствует направлению спина — собственного магнитного момента электрона. Электроны с противоположными спинами ↑↓ называют спаренными.
Электронные конфигурации атомов элементов можно представить в виде электронных формул, в которых указывают символы подуровня, коэффициент перед символом подуровня показывает его принадлежность к данному уровню, а степень у символа — число электронов данного подуровня.
В таблице 1 приведено строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Химические элементы, в атомах которых s-подуровень внешнего уровня пополняется одним или двумя электронами, называют s-элементами. Химические элементы, в атомах которых заполняется p-подуровень (от одного до шести электронов), называют p-элементами.
Число электронных слоёв в атоме химического элемента равно номеру периода.
В соответствии с правилом Хунда электроны располагаются на однотипных орбиталях одного энергетического уровня таким образом, чтобы суммарный спин был максимален. Следовательно, при заполнении энергетического подуровня каждый электрон прежде всего занимает отдельную ячейку, а только после этого начинается их спаривание. Например, у атома азота все p-электроны будут находиться в отдельных ячейках, а у кислорода начнётся их спаривание, которое полностью закончится у неона.
Изотопами называют атомы одного и того же элемента, содержащие в своих ядрах одинаковое число протонов, но различное число нейтронов.
Изотопы известны для всех элементов. Поэтому атомные массы элементов в периодической системе являются средним значением из массовых чисел природных смесей изотопов и отличаются от целочисленных значений. Таким образом, атомная масса природной смеси изотопов не может служить главной характеристикой атома, а следовательно, и элемента. Такой характеристикой атома является заряд ядра, определяющий число электронов в электронной оболочке атома и её строение.
Рассмотрим несколько типовых заданий по этому разделу.
Пример 1. Атом какого элемента имеет электронную конфигурацию 1s22s22p63s23p64s1?
- Li
- Na
- K
- Cl
На внешнем энергетическом уровне у данного элемента находится один 4s-электрон. Следовательно, этот химический элемент находится в четвёртом периоде первой группе главной подгруппе. Этот элемент — калий.
К этому ответу можно прийти по-другому. Сложив общее количество всех электронов, получим 19. Общее число электронов равно порядковому номеру элемента. Под номером 19 в периодической системе находится калий.
Пример 2. Химическому элементу соответствует высший оксид RO2. Электронной конфигурации внешнего энергетического уровня атома этого элемента соответствует электронная формула:
- ns2np4
- ns2np2
- ns2np3
- ns2np6
По формуле высшего оксида (смотрите на формулы высших оксидов в Периодической системе) устанавливаем, что этот химический элемент находится в четвёртой группе главной подгруппы. У этих элементов на внешнем энергетическом уровне находятся четыре электрона — два s и два p. Следовательно, правильный ответ 2.
Тренировочные задания
1. Общее число s-электронов в атоме кальция равно
1) 202) 403) 84) 6
2. Число спаренных p-электронов в атоме азота равно
1) 72) 143) 34) 4
3. Число неспаренных s-электронов в атоме азота равно
1) 72) 143) 34) 4
4. Число электронов на внешнем энергетическом уровне атома аргона равно
1) 182) 63) 44) 8
5. Число протонов, нейтронов и электронов в атоме 94Be равно
1) 9, 4, 52) 4, 5, 43) 4, 4, 54) 9, 5, 9
6. Распределение электронов по электронным слоям 2; 8; 4 — соответствует атому, расположенному в(во)
1) 3-м периоде, IА группе2) 2-м периоде, IVА группе3) 3-м периоде, IVА группе4) 3-м периоде, VА группе
7. Химическому элементу, расположенному в 3-м периоде VA группе соответствует схема электронного строения атома
1) 2, 8, 62) 2, 6, 43) 2, 8, 54) 2, 8, 2
8. Химический элемент с электронной конфигурацией 1s22s22p4 образует летучее водородное соединение, формула которого
1) ЭН2) ЭН23) ЭН34) ЭН4
9. Число электронных слоёв в атоме химического элемента равно
1) его порядковому номеру2) номеру группы3) числу нейтронов в ядре4) номеру периода
10. Число внешних электронов в атомах химических элементов главных подгрупп равно
1) порядковому номеру элемента2) номеру группы3) числу нейтронов в ядре4) номеру периода
11. Два электрона находятся во внешнем электронном слое атомов каждого из химических элементов в ряду
1) He, Be, Ba2) Mg, Si, O3) C, Mg, Ca4) Ba, Sr, B
12. Химический элемент, электронная формула которого 1s22s22p63s23p64s1, образует оксид состава
1) Li2O2) MgO3) K2O4) Na2O
13. Число электронных слоев и число p-электронов в атоме серы равно
1) 2, 62) 3, 43) 3, 164) 3, 10
14. Электронная конфигурация ns2np4 соответствует атому
1) хлора2) серы3) магния4) кремния
15. Валентные электроны атома натрия в основном состоянии находятся на энергетическом подуровне
1) 2s2) 2p3) 3s4) 3p
16. Атомы азота и фосфора имеют
1) одинаковое число нейтронов2) одинаковое число протонов3) одинаковую конфигурацию внешнего электронного слоя4) одинаковое число электронов
17. Одинаковое число валентных электронов имеют атомы кальция и
1) калия2) алюминия3) бериллия4) бора
18. Атомы углерода и фтора имеют
1) одинаковое число нейтронов2) одинаковое число протонов3) одинаковое число электронных слоёв4) одинаковое число электронов
19. У атома углерода в основном состоянии число неспаренных электронов равно
1) 13) 32) 24) 4
20. В атоме кислорода в основном состоянии число спаренных электронов равно
1) 23) 42) 84) 6
Ответы
Строение электронных оболочек атомов » HimEge.ru
Атомы, первоначально считавшиеся неделимыми, представляют собой сложные системы.
•Атом состоит из ядра и электронной оболочки
•Электронная оболочка – совокупность движущихся вокруг ядра электронов
•Ядра атомов заряжены положительно, они состоят из протонов (положительно заряженных частиц) p+ и нейтронов (не имеющих заряда) no
•Атом в целом электронейтрален, число электронов е– равно числу протонов p+, равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.
На рисунке изображена планетарная модель атома, согласно которой электроны движутся по стационарным круговым орбитам. Она очень наглядна, но не отражает сути, т.к в действительности законы микромира подчиняются на классической механике, а квантовой, которая учитывает волновые свойства электрона.
Согласно квантовой механике электрон в атоме не движется по определенным траекториям, а может находиться в любой части околоядерного пространства, однако вероятность его нахождения в разных частях этого пространства неодинакова.
Пространство вокруг ядра, в котором вероятность нахождения электрона достаточно велика, называют орбиталью (не путать с орбитой!) или электронным облаком.
Т.е у электрона отсутствует понятие «траектория», электроны не движутся ни по круговым орбитам, ни по каким-либо другим. Самая большая сложность квантовой механики заключается в том, что это невозможно представить, мы все привыкли к явлениям макромира, подчиняющегося классической механике, где любая движущаяся частица имеет свою траекторию.
Итак, электрон имеет сложное движение, может находится в любом месте пространства около ядра, но с разной вероятностью. Давайте теперь рассмотрим те части пространства, где вероятность нахождения электрона достаточно высока — орбитали — их формы и последовательность заполнения орбиталей электронами.
Представим себе трехмерную систему координат, в центре которой находится ядро атома.
Вначале идет заполнение 1s орбитали, она располагается ближе всего к ядру и имеет форму сферы.
Обозначение любой орбитали складывается из цифры и латинской буквы. Цифра показывает уровень энергии, а буква — форму орбитали.
1s орбиталь имеет наименьшую энергию и электроны находящиеся на этой орбитали имеют наименьшую энергию.
На этой орбитали могут находиться не более двух электронов. Электроны атомов водорода и гелия (первых двух элементов) находятся именно на этой орбитали.
Электронная конфигурация водорода: 1s1
Электронная конфигурация гелия: 1s2
Верхний индекс показывает количество электронов на этой орбитали.
Следующий элемент — литий, у него 3 электрона, два из которых располагаются на 1s орбитали, а где же располагается третий электрон?
Он занимает следующую по энергии орбиталь — 2s орбиталь . Она также имеет форму сферы, но большего радиуса (1s орбиталь находится внутри 2s орбитали).
Электроны, находящиеся на этой орбитали имеют большую энергию, по сравнению с 1s орбиталью, т.к они расположены дальше от ядра. Максимум на этой орбитали может находится также 2 электрона.Электронная конфигурация лития: 1s2 2s1Электронная конфигурация бериллия: 1s2 2s2
У следующего элемента — бора — уже 5 электронов, и пятый электрон будет заполнять орбиталь, обладающую ещё большей энергией- 2р орбиталь. Р-орбитали имеют форму гантели или восьмерки и располагаются вдоль координатных осей перпендикулярно друг другу.
На каждой р-орбитали может находится не более двух электронов, таким образом на трех р-орбиталях — не более шести. Валентные электроны следующих шести элементов заполняют р-орбитали, поэтому их относят к р-элементам.
Электронная конфигурация атома бора: 1s2 2s2 2р1Электронная конфигурация атома углерода: 1s2 2s2 2р2Электронная конфигурация атома азота: 1s2 2s2 2р3Электронная конфигурация атома кислорода: 1s2 2s2 2р4Электронная конфигурация атома фтора: 1s2 2s2 2р5Электронная конфигурация атома неона: 1s2 2s2 2р6
Графически электронные формулы этих атомов изображены ниже:
Квадратик — это орбиталь или квантовая ячейка, стрелочкой обозначается электрон, направление стрелочки — это особая характеристика движения электрона — спин (упрощенно можно представить как вращение электрона вокруг своей оси по часовой и против часовой стрелки). Нужно знать то, что на одной орбитали не может быть двух электронов с одинаковыми спинами (в одном квадратике нельзя рисовать две стрелочки в одном направлении!). Это и есть принцип запрета В.Паули: «В атоме не может быть даже двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковыми»
Существует ещё одно правило (правило Гунда), по которому электроны расселяются на одинаковых по энергии орбиталях сначала по одиночке, и лишь когда в каждой такой орбитали уже находится по одному электрону, начинается заполнение этих орбиталей вторыми электронами. Когда орбиталь заселяется двумя электронами, такие электроны называют спаренными.
Атом неона имеет завершенный внешний уровень из восьми электронов (2 s-электрона+6 p-электронов =8 электронов на втором энергетическом уровне), такая конфигурация является энергетически выгодной, и её стремятся приобрести все другие атомы. Именно поэтому элементы 8 А группы — благородные газы — столь инертны в химическом отношении.
Следующий элемент — натрий, порядковый номер 11, первый элемент третьего периода, у него появляется ещё один энергетический уровень — третий. Одиннадцатый электрон будет заселять следующую по энергии орбиталь -3s орбиталь.
Электронная конфигурация атома натрия: 1s2 2s2 2р6 3s1
Далее происходит заполнение орбиталей элементов третьего периода, сначала заполняется 3s подуровень с двумя электронами, а потом 3р подуровень с шестью электронами (аналогично второму периоду) до благородного газа аргона, имеющего, подобно неону, завершенный восьмиэлектронный внешний уровень. Электронная конфигурация атома аргона (18 электронов): 1s2 2s2 2р6 3s2 3р6
Четвертый период начинается с элемента калия (порядковый номер 19), последний внешний электрон которого располагается на 4s орбитали. Двадцатый электрон кальция также заполняет 4s орбиталь.
За кальцием идет ряд из 10 d-элементов, начиная со скандия (порядковый номер 21) и заканчивая цинком (порядковый номер 30). Электроны этих атомов заполняют 3d орбитали, внешний вид которых представлен на рисунке ниже.
Далее идут шесть р-элементов (происходит заполнение 4р орбиталей). Заканчивается четвертый период инертным газом криптоном, электронная конфигурация которого 1s2 2s2 2р6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6
Итак, подведем итоги:
- Энергетические уровни соответствуют номеру периода. Энергетические уровни делятся на подуровни (первый уровень состоит из одного подуровня, второй уровень из двух подуровней, третий — из трех и т.д).
- s подуровень состоит из одной s орбитали, p подуровень — из трех р орбиталей, d подуровень из 5 d орбиталей.
- На каждой орбитали может находится не более двух электронов.
Смотрите также Атомная теория
и явление «проскока» электрона.
himege.ru
СТРОЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ОБОЛОЧКИ АТОМА
План:
1. Квантовые числа (главное, побочное, магнитное, спиновое).
2. Закономерности заполнения электронной оболочки атома:
- принцип Паули;
- принцип наименьшей энергии;
- правило Клечковского;
- правило Гунда.
3. Определения понятий: электронная оболочка, электронное облако, энергетический уровень, энергетический подуровень, электронный слой.
Атом состоит из ядра и электронной оболочки. Электронная оболочка атома – это совокупность всех электронов в данном атоме. От строения электронной оболочки атома напрямую зависят химические свойства данного хим. элемента. Согласно квантовой теории, каждый электрон в атоме занимает определенную орбиталь и образует электронное облако, которое является совокупностью различных положений быстро движущегося электрона.
Для характеристики орбиталей и электронов используют квантовые числа.
Главное квантовое число – n. Характеризует энергию и размер орбитали и электронного облака; принимает значения целых чисел от 1 до бесконечности (n = 1,2,3,4,5,6…). Орбитали, имеющие одинаковое значение n, близки между собой по энергии и по размеру и образуют один энергетический уровень.
Энергетический уровень – это совокупность орбиталей, имеющих одинаковое значение главного квантового числа. Энергетические уровни обозначают либо цифрами, либо большими буквами латинского алфавита (1-K, 2-L, 3-M, 4-N, 5-O, 6-P, 7-Q). С увеличением порядкового номера энергия и размер орбиталей увеличиваются.
Электронный слой – это совокупность электронов, находящихся на одном энергетическом уровне.
На одном энергетическом уровне могут находиться электронные облака, имеющие различные геометрические формы.
Побочное (орбитальное) квантовое число – l. Характеризует форму орбиталей и облаков; принимает значения целых чисел от 0 до n-l.
| УРОВЕНЬ | ГЛАВНОЕ КВАНТОВОЕ ЧИСЛО - n | ЗНАЧЕНИЕ ПОБОЧНОГО КВАНТОВОГО ЧИСЛА – l |
| K | 0 (s) | |
| L | 0,1 (s,p) | |
| M | 0,1,2 (s,p,d) | |
| N | 0,1,2,3 (s,p,d,f) |
Орбитали, для которых l=0, имеют форму шара (сферы) и называются s-орбиталями. Они имеются на всех энергетических уровнях, причем на К-уровне имеется только s-орбиталь. Схематично изобразите форму s-орбитали:
Орбитали, для которых l=1, имеют форму вытянутой восьмерки и называются р-орбиталями. Они имеются на всех энергетических уровнях, кроме первого (К). Схематично изобразите форму l-орбитали:
Орбитали, для которых l=2, называются d-орбиталями. Их заполнение электронами начинается с третьего энергетического уровня.
Заполнение f-орбиталей, для которых l=3, начинается с четвертого энергетического уровня.
Энергия орбиталей, находящихся на одном энергетическом уровне, но имеющих разную форму, неодинакова: Es<Ep<Ed<Ef, поэтому на одном уровне выделяют разные энергетические подуровни.
Энергетический подуровень – это совокупность орбиталей, которые находятся на одном энергетическом уровне и имеют одинаковую форму. Орбитали одного подуровня имеют одинаковые значения главного и побочного квантового числа, но отличаются направлением (ориентацией) в пространстве.
Магнитное квантовое число – ml. Характеризует ориентацию орбиталей (электронных облаков) в пространстве и принимает значения целых чисел от –l через 0 до +l. Число значений ml определяет число орбиталей на подуровне, например:
s-подуровень: l=0, ml=0, - 1 орбиталь.
p-подуровень: l=1, ml=-1, 0, +1, -3 орбитали
d-подуровень: l=2, ml=-2, -1, 0, +1, +2, - 5 орбиталей.
Таким образом, число орбиталей на подуровне можно вычислить как 2l+1. Общее число орбиталей на одном энергетическом уровне = n2. Общее число электронов на одном энергетическом уровне = 2n2. Графически любая орбиталь изображается в виде клетки (квантовой ячейки).
Схематично изобразите квантовые ячейки для разных подуровней и подпишите для каждой из них значение магнитного квантового числа:
Итак, каждая орбиталь и электрон, находящийся на этой орбитали, характеризуется тремя квантовыми числами: главным, побочным и магнитным. Электрон характеризуется еще одним квантовым числом – спином.
Спиновое квантовое число, спин (от англ. to spin – кружить, вращать) – ms. Характеризует вращение электрона вокруг своей оси и принимает только два значения: +1/2 и –1/2. Электрон со спином +1/2 условно изображают так: ; со спином –1/2: ¯.
Заполнение электронной оболочки атома подчиняется следующим законам:
Принцип Паули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел. Составьте наборы квантовых чисел для всех электронов атома кислорода и убедитесь в справедливости принципа Паули:
Принцип наименьшей энергии: Основное (устойчивое) состояние атома – это такое состояние, которое характеризуется минимальной энергией. Поэтому электроны заполняют орбитали в порядке увеличения их энергии.
Правило Клечковского: Электроны заполняют энергетические подуровни в порядке увеличения их энергии, который определяется значением суммы главного и побочного квантовых чисел (n + l): 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d.
Правила Гунда: На одном подуровне электроны располагаются так, чтобы абсолютное значение суммы спиновых квантовых чисел (суммарного спина) было максимальным. Это соответствует устойчивому состоянию атома.
Составьте электронно-графические формулы магния, железа и теллура:
Исключения составляют атомы хрома и меди, в которых происходит проскок (переход) одного электрона с 4s-подуровня на 3d-подуровень, что объясняется большой устойчивостью образующихся при этом электронных конфигураций 3d5 и 3d10. Составьте электронно-графические формулы атомов хрома и меди:
Для характеристики электронного строения атома можно использовать схемы электронного строения, электронные и электронно-графические формулы.
Используя вышеперечисленные схемы и формулы, покажите строение атома серы:
ТЕСТ НА ТЕМУ «СТРОЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ОБОЛОЧКИ АТОМА»
1. Элемент, невозбужденный атом которого не содержит неспаренных электронов, - это
| А) магний | Б) углерод | В) сера | Г) цинк |
2. Электронная конфигурация иона Cl+ в основном электронном состоянии (этот ион образуется при действии ультрафиолетового излучения на сильно нагретый хлор) имеет вид:
| А) [Ne] 3s23p5 | Б) [Ne] 3s13p6 | В) [Ne] 3s23p4 | Г) [Ne] 3s23p6 |
3. Элементу второго периода для завершения внешнего уровня не хватает трех электронов. Этот элемент
| А) бор | Б) углерод | В) азот | Г) фосфор |
4. Формула высшего оксида некоторого элемента – ЭО3. Какую конфигурацию валентных электронов может иметь этот элемент в основном состоянии?
| А) 4d6 | Б) 2s22p4 | В) 3s23p4 | Г) 3s13d5 |
5. Чему равно орбитальное квантовое число 3р электрона?
| А) 1 | Б) 3 | В) 0 | Г) +1/2 |
6. Число неспаренных электронов в атоме хрома в невозбужденном состоянии равно:
7. Электронную конфигурацию внешнего электронного слоя 3s23p6 имеют соответственно атом и ионы:
| А) Ar, Cl-, S-2 | Б) Kr, K+, Ca+2 | В) Ne, Cl-, Ca+2 | Г) Ar, Cl-, Ca+2 |
8. Число d-электронов у атома серы в максимально возбужденном состоянии равно:
9. Распределение электронов в нормальном состоянии в атоме хрома по энергетическим уровням соответствует ряду цифр:
| А) 2,8,12,2 | Б) 2,8,8,6 | В) 2,8,13,1 | Г) 2,8,14,0 |
10. Ионы О-2 и К+ имеют соответственно следующие электронные формулы:
| А) 1s22s22p4 | Б) 1s22s22p6 | В)1s22s22p63s23p64s0 | Г)1s22s22p63s23p64s1 |
КЛЮЧ К ТЕСТУ
| А,Г | В | В | В | А | Г | А,Г | Б | В | Б,В |
ЗАДАЧИ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВА ПО ПРОДУКТАМ СГОРАНИЯ
1. При полном сгорании 0,88 г вещества образовалось 0,51 г углекислого газа и 1,49 г сернистого газа. Определить простейшую формулу вещества. (CS2)
2. Установить истинную формулу органического вещества, если известно, что при сжигании 4,6 г его было получено 8,8 г углекислого газа и 5,4 г воды. Плотность паров этого вещества по водороду равна 23. (С2Н6О)
3. При полном сгорании 12,3 г органического вещества образовалось 26,4 г углекислого газа, 4,5 г воды и выделилось 1,4 г азота. Определить молекулярную формулу вещества, если его молярная масса в 3,844 раза больше молярной массы кислорода. (C6H5NO2)
4. При сгорании 20 мл горючего газа расходуется 50 мл кислорода, а получается 40 мл углекислого газа и 20 мл водяных паров. Определить формулу газа. (C2h3)
5. При сжигании 5,4 г неизвестного вещества в кислороде образовалось 2,8 г азота, 8,8 г углекислого газа и 1,8 г воды. Установите формулу вещества, если известно, что оно легче воздуха. (HCN)
6. При сжигании 3,4 г неизвестного вещества в кислороде образовалось 2,8 г азота и 5,4 г воды. Установить формулу вещества, если известно, что оно легче воздуха. (Nh4)
7. При сжигании 1,7 г неизвестного вещества в кислороде образовалось 3,2 г сернистого газа и 0,9 г воды. Установить формулу вещества, если известно, что оно легче аргона. (h3S)
8. Образец вещества массой 2,96 г в реакции с избытком бария при комнатной температуре дает 489 мл водорода (Т=298°К, давление нормальное). При сожжении 55,5 мг того же вещества получили 99 мг углекислого газа и 40,5 мг воды. При полном испарении образца этого вещества массой 1,85 г его пары занимают объем 0,97 л при 473°К и 101,3 кПа. Определить вещество, привести структурные формулы двух его изомеров, отвечающих условиям задачи. (С3Н6О2)
9. При сгорании 2,3 г вещества образовалось 4,4 г углекислого газа и 2,7 г воды. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 1,59. Определить молекулярную формулу вещества. (С2Н6О)
10. Определить молекулярную формулу вещества, если известно, что 1,3 г его при сгорании образует 2,24 л углекислого газа и 0,9 г паров воды. Масса 1 мл этого вещества при н.у. равна 0,00116 г. (C2h3)
11. При сжигании одного моля простого вещества образовалось 1,344 м3 (н.у.) газа, который в 11 раз тяжелее гелия. Установить формулу сжигаемого вещества. (С60)
12. При сжигании 112 мл газа было получено 448 мл углекислого газа (н.у.) и 0,45 г воды. Плотность газа по водороду составляет 29. Найти молекулярную формулу газа. (С4Н10)
13. При полном сгорании 3,1 г органического вещества образовалось 8,8 г углекислого газа, 2,1 г воды и 0,47 г азота. Найти молекулярную формулу вещества, если масса 1 л паров его при н.у. составляет 4,15 г. (C6H7N)
14. При сгорании 1,44 г органического вещества образовалось 1,792 л углекислого газа и 1,44 г воды. Установите формулу вещества, если его относительная плотность по воздуху составляет 2,483. (С4Н8О)
15. При полном окислении 1,51 г гуанина образуется 1,12 л углекислого газа, 0,45 г воды и 0,56 л азота. Вывести молекулярную формулу гуанина. (C5H5N5O)
16. При полном окислении органического вещества массой 0,81 г образуется 0,336 л углекислого газа, 0,53 г карбоната натрия и 0,18 г воды. Установить молекулярную формулу вещества. (C4h5O4Na2)
17. При полном окислении 2,8 г органического вещества образовалось 4,48 л углекислого газа и 3,6 г воды. Относительная плотность вещества по воздуху 1,931. Установить молекулярную формулу данного вещества. Какой объем 20% раствора гидроксида натрия (плотность 1,219 г/мл) необходим для поглощения выделившегося при сгорании углекислого газа? Какова массовая доля карбоната натрия в полученном растворе? (С4Н8; 65,6 мл; 23,9%)
18. При полном окислении 2,24 г органического вещества образуется 1,792 л углекислого газа, 0,72 г воды и 0,448 л азота. Вывести молекулярную формулу вещества. (C4h5N2O2)
19. При полном окислении органического вещества массой 2,48 г образуется 2,016 л углекислого газа, 1,06 г карбоната натрия и 1,62 г воды. Установить молекулярную формулу вещества. (C5H9O2Na)
3-net.ru
Строение электронной оболочки атома План 1
ЗАНЯТИЕ 310-й класс (первый год обучения)Строение электронной оболочки атома
План
1. Квантовые числа (главное, побочное, магнитное, спиновое).
2. Закономерности заполнения электронной оболочки атома: принцип Паули, принцип наименьшей энергии, правило Клечковского, правило Гунда (Хунда).
3. Определения понятий: «электронная оболочка», «электронное облако», «энергетический уровень», «энергетический подуровень», «электронный слой».
Атом состоит из ядра и электронной оболочки. Электронная оболочка атома – это совокупность всех электронов в данном атоме. От строения электронной оболочки атома напрямую зависят химические свойства данного химического элемента. Согласно квантовой теории каждый электрон в атоме занимает определенную орбиталь и образует электронное облако, которое является совокупностью различных положений быстро движущегося электрона.
Для характеристики орбиталей и электронов используют квантовые числа.
^ характеризует энергию и размеры орбитали и электронного облака, принимает значения целых чисел – от 1 до бесконечности (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6…). Орбитали, имеющие одинаковые значения n, близки между собой по энергии и по размерам, они образуют один энергетический уровень.
^ – это совокупность орбиталей, имеющих одинаковое значение главного квантового числа. Энергетические уровни обозначают либо цифрами, либо большими буквами латинского алфавита (1 – K, 2 – L, 3 – M, 4 – N, 5 – O, 6 – P, 7 – Q). С увеличением порядкового номера энергия орбиталей увеличивается.
Электронный слой – это совокупность электронов, находящихся на одном энергетическом уровне.
На одном энергетическом уровне могут находиться электронные облака, имеющие различные геометрические формы.
^ характеризует формы орбиталей и облаков, принимает значения целых чисел от 0 до n – 1.
| Энергетическийуровень | Значения главногоквантового числа n | Значения побочногоквантового числа l |
| K | 1 | 0 (s) |
| L | 2 | 0, 1 (s, p) |
| M | 3 | 0, 1, 2 (s, p, d) |
| N | 4 | 0, 1, 2, 3 (s, p, d, f) |
Орбитали, для которых l = 1, имеют форму вытянутой восьмерки и называются р-орбиталями. Они содержатся на всех энергетических уровнях, кроме первого (К).
Орбитали, для которых l = 2, называются d-орбиталями. Их заполнение электронами начинается с третьего энергетического уровня.
Заполнение f-орбиталей, для которых l = 3, начинается с четвертого энергетического уровня.
Энергия орбиталей, находящихся на одном энергетическом уровне, но имеющих разную форму, неодинакова: Espd f, поэтому на одном уровне выделяют разные энергетические подуровни.
^ – это совокупность орбиталей, которые находятся на одном энергетическом уровне и имеют одинаковую форму. Орбитали одного подуровня имеют одинаковые значения главного и побочного квантовых чисел, но отличаются направлением (ориентацией) в пространстве.
^ l характеризует ориентацию орбиталей (электронных облаков) в пространстве и принимает значения целых чисел от –l через 0 до +l. Число значений ml определяет число орбиталей на подуровне, например:
s-подуровень: l = 0, ml= 0 – одна орбиталь;
p-подуровень: l = 1, ml= –1, 0, +1 – три орбитали;
d-подуровень: l = 2, ml= –2, –1, 0, +1, +2 – пять орбиталей.
Таким образом, число орбиталей на подуровне равно 2l + 1. Общее число орбиталей на одном энергетическом уровне – n2. Общее число электронов на одном энергетическом уровне – 2n2. Графически любая орбиталь изображается в виде клетки (квантовой ячейки).
Итак, каждая орбиталь и электрон, находящийся на этой орбитали, характеризуются тремя квантовыми числами: главным, побочным и магнитным. Электрон характеризуется еще одним квантовым числом – спином.
^ s, спин (от англ. spin – кружение, вращение) – характеризует вращение электрона вокруг своей оси и принимает только два значения: +1/2 и –1/2. Электрон со спином +1/2 условно изображают так: ; со спином –1/2: .
Заполнение электронной оболочки атома подчиняется следующим законам.
П р и н ц и п П а у л и. В атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел.
П р и н ц и п н а и м е н ь ш е й э н е р г и и. Основное (устойчивое) состояние атома характеризуется минимальной энергией. Поэтому электроны заполняют орбитали в порядке увеличения их энергии.
П р а в и л о К л е ч к о в с к о г о. Электроны заполняют энергетические подуровни в порядке увеличения их энергии. Этот порядок определяется значением суммы главного и побочного квантовых чисел (n + l): 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d.
П р а в и л о Г у н д а. На одном подуровне электроны располагаются так, чтобы абсолютное значение суммы спиновых квантовых чисел (суммарного спина) было максимальным. Это соответствует устойчивому состоянию атома.
Например, электронные формулы магния, железа и теллура имеют вид:
Mg(+12) 1s22s22p63s2;
Fe(+26) 1s22s22p63s23p64s23d6;
Te(+52) 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p4.
Исключения в четвертом периоде составляют атомы хрома и меди, в которых происходит проскок (переход) одного электрона с 4s-подуровня на 3d-подуровень, что объясняется большой устойчивостью образующихся при этом электронных конфигураций 3d5 и 3d10. Таким образом, электронные формулы атомов хрома и меди имеют вид:
Cr(+24) 1s22s22p63s23p64s13d5;
Cu(+29) 1s22s22p63s23p64s13d10.
Для характеристики электронного строения атома можно использовать схемы электронного строения, электронные и электронно-графические формулы, например:
Тест по теме «Строение электронной оболочки атома»
(Возможно несколько правильных ответов)
1. Какую электронную конфигурацию имеет атом наиболее активного металла?
а) 1s22s22p1 б) 1s22s22p63s1 в) 1s22s2 г) 1s22s22p63s23p1
2. Электронная конфигурация иона Cl+ в основном электронном состоянии (этот ион образуется при действии ультрафиолетового излучения на сильно нагретый хлор) имеет вид:
а) [Ne] 3s23p5; б) [Ne] 3s13p6;
в) [Ne] 3s23p4; г) [Ne] 3s23p6.
3. Элементу 2-го периода для завершения внешнего уровня не хватает трех электронов. Этот элемент:
а) бор; б) углерод; в) азот; г) фосфор.
4. Формула высшего оксида некоторого элемента – ЭО3. Какую конфигурацию валентных электронов может иметь этот элемент в основном состоянии?
а) 4d6; б) 2s22p4; в) 3s23p4; г) 3s13d5.
5. Число электронов в ионе железа (+2) равно
а) 54; б) 28; в) 58; г) 24.
6. Число неспаренных электронов в атоме хрома в невозбужденном состоянии равно:
а) 1; б) 4; в) 5; г) 6.
7. Электронную конфигурацию внешнего электронного слоя 3s23p6 имеют соответственно атом и ионы:
а) Ar, Cl–, S2–; б) Kr, K+, Ca2+;
в) Ne, Cl–, Ca2+; г) Ar, Cl–, Ca2+.
8. Число d-электронов у атома серы в максимально возбужденном состоянии равно:
а) 1; б) 2; в) 4; г) 6.
9. Распределение электронов в нормальном состоянии в атоме хрома по энергетическим уровням соответствует ряду цифр:
а) 2, 8, 12, 2; б) 2, 8, 8, 6;
в) 2, 8, 13, 1; г) 2, 8, 14, 0.
10. Ионы Ag+ и Cs+ имеют соответственно следующие электронные формулы внешнего и предвнешнего энергетических уровней:
а) ...4d105s0 и ...5p66s1; б) ...4d95s1 и ...5p66s0;
в) ...4d105s0 и ...5p66s0; г) ...4d105s0 и ...5p56s1.
11. Элементы главных подгрупп имеют электронную конфигурацию:
а) 1s22s22p63s23p63d104s1 и 1s22s22p63s23p64s1
б) 1s22s22p63s23p63d104s24p4 и 1s22s22p3
в) 1s22s22p63s23p63d34s2 и 1s22s22p63s23p64s2
г) 1s22s22p63s23p63d104s2 и 1s22s22p63s23p63d74s2
12. Пять d-электронов содержит атом:
а) мышьяка б) ванадия в) фосфора г) марганца
13. Химический элемент образует высший оксид RO3. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня атома этого элемента в невозбуждённом состоянии:
а) ns2np2 б) ns2np4 в) ns2np6 г) ns2np5
14. Одинаковое число неспаренных электронов в основном состоянии имеют атомы элементов с порядковыми номерами:
а) 24 и 34 б)25 и 35 в) 16 и 17 г) 23 и 33
15. s- и p-элементы имеют электронную конфигурацию:
а) 1s22s22p63s23p63d64s2 и 1s22s22p63s23p6
б) 1s22s22p63s23p64s2 и 1s22s22p63s23p2
в) 1s22s22p63s23p6 и 1s22s22p63s23p63d54s1
г) 1s22s22p63s23p63d104s2 и 1s22s22p63s23p6
16. Пять завершённых подуровней имеют атомы и ионы элементов:а) Ne, Na+, F б) K, Ar, Cl- в) O2-, Mg, Al3+ г) Al, Mg2+, Ne
Задачи на определение формулы вещества по продуктам сгорания
1. При полном сгорании 0,88 г вещества образовалось 0,51 г углекислого газа и 1,49 г сернистого газа. Определить простейшую формулу вещества.
Ответ. CS2.
2. Установить истинную формулу органического вещества, если известно, что при сжигании 4,6 г этого вещества было получено 8,8 г углекислого газа и 5,4 г воды. Плотность паров этого вещества по водороду равна 23.
Решение
В исходном веществе присутствуют элементы С, Н и, возможно, О. Схема реакции:
(СО2) = m(CO2)/M(CO2) = 8,8/44 = 0,2 моль,
(С) = (СО2) = 0,2 моль,
m(С) = (C)•Ar(C) = 0,2•12 = 2,4 г.
(Н2О) = m(h3O)/M(h3O) = 5,4/18 = 0,3 моль,
(Н) = 2(Н2О) = 0,6 моль,
m(Н) = (H)•Ar(H) = 0,6•1 = 0,6 г.
m(С) + m(Н) = 2,4 + 0,6 = 3 г – это меньше массы исходного вещества. Следовательно, в исходном веществе содержится кислород.
m(О) = 4,6 – 3 = 1,6 г,
(О) = m(О)/Ar(О) = 1,6/16 = 0,1 моль.
(С) : (Н) : (О) = 0,2 : 0,6 : 0,1 = 2 : 6 : 1.
Простейшая формула – С2Н6О (^ = 46 г/моль).
Найдем молярную массу вещества, зная его относительную плотность по водороду:
М(в-ва) = •^ (h3) = 23•2 = 46 г/моль.
Отсюда истинная формула – С2Н6О.
Ответ. С2Н6О.
3. При полном сгорании 12,3 г органического вещества образовалось 26,4 г углекислого газа, 4,5 г воды и выделилось 1,4 г азота. Определить молекулярную формулу вещества, если его молярная масса в 3,844 раза больше молярной массы кислорода.
^ . C6H5NO2.
4. При сгорании 20 мл горючего газа СхНyрасходуется 50 мл кислорода, а получается 40 мл углекислого газа и 20 мл водяных паров. Определить формулу газа.
Решение
Составим схему реакции:
По третьему следствию из закона Авогадро объемы газов, участвующих в реакции, соотносятся между собой как простые целые числа, пропорциональные их объемам. Исходная схема реакции принимает вид:
2СxНy + 5О24СО2 + 2Н2О (г.).
Отсюда находим индексы х и у: х = у = 2.
Заданный горючий газ – С2Н2.
Ответ. C2h3.
5. При сжигании 5,4 г неизвестного вещества в кислороде образовалось 2,8 г азота, 8,8 г углекислого газа и 1,8 г воды. Установить формулу вещества, если известно, что оно легче воздуха.
Ответ. HCN.
6. При сжигании 3,4 г неизвестного вещества в кислороде образовалось 2,8 г азота и 5,4 г воды. Установить формулу вещества, если известно, что оно легче воздуха.
Ответ. Nh4.
7. При сжигании 1,7 г неизвестного вещества в кислороде образовалось 3,2 г сернистого газа и 0,9 г воды. Установить формулу вещества, если известно, что оно легче аргона.
Ответ. h3S.
8. Установите молекулярную формулу алкена, если известно, что одно и то же количество его, взаимодействуя с галогенами, образует, соответственно, или 56,5 г дихлорпроизводного, или 101 г дибромпроизводного.
РЕШЕНИЕ:
1) Запишем уравнения реакций:Сnh3n + Cl2 → Cnh3nCl2 (1)
Сnh3n + Br2 → Cnh3nBr2 (2)
1) ν(Сnh3n) в реакции (1) равно ν(Сnh3n) в реакции (2).
2) ν(Сnh3nCl2) = ν(Сnh3nBr2)
3) M(Сnh3nCl2) = 12n + 2n + 2·35,5 = 14n + 71
M(Сnh3nBr2) = 12n + 2n + 2·80 = 14n + 160
4) 56,5/14n + 71 = 101/14n + 160
n=3 → C3H6
Ответ.С3Н6.
9. При сгорании 2,3 г вещества образовалось 4,4 г углекислого газа и 2,7 г воды. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 1,45. Определить молекулярную формулу вещества.
Ответ. С2Н6.
10. Определить молекулярную формулу вещества, если известно, что 1,3 г его при сгорании образует 2,24 л углекислого газа и 0,9 г паров воды. Масса 1 мл этого вещества при н. у. равна 0,00116 г.
Ответ. C2h3.
11. Установите молекулярную формулу третичного амина, если известно, что при его сгорании выделилось 0,896 л (н.у.) углекислого газа, 0,99 г воды и 0,112 л (н.у.) азота.
| РЕШЕНИЕ: 1) Составляем в общем виде схему реакции горения амина: CxHyNz + O2 → CO2 + h3O + N2 2) Находим количества веществ углекислого газа, воды и азота: n(CO2) = 0,896/22,4 = 0,04 моль n(h3O) = 0,99/18 = 0,055 моль n(N2) = 0,112/22,4 = 0,005 моль 2) Находим предполагаемые коэффициенты в уравнении реакции горения амина, проставляем их: C : H : N = 0,04 : 0,055 : 0,005 = 40 : 55 : 5 = 8 : 11 : 1 CxHyNz + O2 → 8CO2 + 11h3O + N2 3) Устанавливаем индексы в формуле амина: С8Н22N2. Сокращаем: С4Н11N. 4) Устанавливаем молекулярную формулу третичного амина: (Ch4)2(C2H5)N Ответ: (Ch4)2(C2H5)N. |
12. При сжигании 112 мл газа было получено 448 мл углекислого газа (н.у.) и 0,45 г воды. Плотность газа по водороду составляет 29. Найти молекулярную формулу газа.
Ответ. С4Н10.
13. При полном сгорании 3,1 г органического вещества образовалось 8,8 г углекислого газа, 2,1 г воды и 0,47 г азота. Найти молекулярную формулу вещества, если масса 1 л паров его при н. у. составляет 4,15 г.
Ответ. C6H7N.
14. При сгорании 1,44 г органического вещества образовалось 1,792 л углекислого газа и 1,44 г воды. Установите формулу вещества, если его относительная плотность по воздуху составляет 2,483.
Ответ. С4Н8О.
15. При полном окислении 1,51 г гуанина образуется 1,12 л углекислого газа, 0,45 г воды и 0,56 л азота. Вывести молекулярную формулу гуанина.
Ответ. C5H5N5O.
16. При сгорании 0,7 г органического вещества получены оксид углерода (IV) и вода количеством 0,05 моля каждое. 0,1 г исходного вещества занимает объём 32 мл (н. у.). Установите молекулярную формулу вещества.
Ответ. C5h20.
17. При полном окислении 2,8 г органического вещества образовалось 4,48 л углекислого газа и 3,6 г воды. Относительная плотность вещества по воздуху 1,931. Установить молекулярную формулу данного вещества. Какой объем 20%-го раствора гидроксида натрия (= 1,219 г/мл) необходим для поглощения выделившегося при сгорании углекислого газа? Какова массовая доля карбоната натрия в полученном растворе?
Ответ. С4Н8; 65,6 мл; 23,9%.
18. При полном окислении 2,24 г органического вещества образуется 1,792 л углекислого газа, 0,72 г воды и 0,448 л азота. Вывести молекулярную формулу вещества.
Ответ. C4h5N2O2.
19. При взаимодействии 25,5 г предельной одноосновной кислоты с избытком раствора гидрокарбоната натрия выделилось 5,6 л (н.у.) газа. Определите молекулярную формулу кислоты.
Решение:
1) Cоставляем уравнение реакции в общем виде, и вычисляем количество вещества газа:
Сnh3n+1COOH + NaHCO3= Сnh3n+1COONa + h3O + CO2
n(CO2) =5,6 : 22,4 = 0,25 моль
2) Рассчитываем молярную массу кислоты:
n(CO2) = n(Сnh3n+1COOH) = 0,25 моль
М(Сnh3n+1COOH) = 25,5/0,25 = 102 г/моль
3) Устанавливаем молекулярную формулу кислоты:
М(Сnh3n+1COOH) = 12n + 2n + 1 + 45 = 102
14n + 46 = 102
14n = 56
n = 4
Молекулярная формула C4H9COOH
velikol.ru
Строение электронных оболочек атомов элементов первых четырех периодов периодической системы Д. И. Менделеева - ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИИ - ХИМИЯ - УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СПРАВОЧНИК ШКОЛЬНИКА
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИИ
Строение электронных оболочек атомов элементов первых четырех периодов периодической системы Д. И. Менделеева
Элементы первого периода
Схема электронного строения атома водорода:
Схемы электронного строения атомов показывают распределение электронов по электронным слоям (энергетическим уровням).
Электронная формула атома водорода (читается: один-эс-один):
Графическая электронная формула атома водорода (показывает распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням):
Графические электронные формулы атомов показывают распределение электронов не только по уровням и подуровням, но и по орбиталям.
В атоме гелия первый электронный слой завершен — в нем 2 электрона.
Водород и гелий — s-элементы; у этих атомов заполняется электронами s-орбиталь.
Элементы второго периода
У всех элементов второго периода первый электронный слой заполнен, и электроны заполняют s- и р-орбитали второго электронного слоя в соответствии с принципом наименьшей энергии (сначала s, а затем р) и правилами Паули и Хунда.
В атоме неона второй электронный слой завершен — в нем 8 электронов.
Элементы третьего периода
У атомов элементов третьего периода первый и второй электронные слои завершены, поэтому заполняется третий электронный слой, в котором электроны могут занимать 3s-, 3р- и 3d-подуровни (табл. 1).
Таблица 1
Строение электронных оболочек атомов элементов третьего периода
| Схема электронного строения | Электронная формула | Графическая электронная формула |
| 11Na Натрий | ||
| 13Al Алюминий | ||
У атома магния достраивается 3s-электронная орбиталь. Na и Mg — s-элементы.
У алюминия и последующих элементов заполняется электронами 3р-подуровень.
У элементов третьего периода остаются незаполненными 3d-орбитали.
Все элементы от Al до Ar — р-элементы. s- и p-элементы образуют главные подгруппы в Периодической системе.
Элементы четвертого — седьмого периодов
У атомов калия и кальция появляется четвертый электронный слой, заполняется 4s-подуровень, т. к. он имеет меньшую энергию, чем 3d-подуровень.
К, Са — s-элементы, входящие в главные подгруппы. У атомов от Sc до Zn заполняется электронами 3d-подуровень. Это 3d-элементы. Они входят в побочные подгруппы, у них заполняется предвнешний электронный слой, их относят к переходным элементам.
Обратите внимание на строение электронных оболочек атомов хрома и меди. В них происходит «провал» одного электрона с 4s- на 3d-подуровень, что объясняется большей энергетической устойчивостью образующихся при этом электронных конфигураций 3d5 и 3d10:
В атоме цинка третий электронный слой завершен — в нем заполнены все подуровни 3s, 3р и 3d, всего на них 18 электронов. У следующих за цинком элементов продолжает заполняться четвертый электронный слой, 4р-подуровень.
Элементы от Ga до Кr — р-элементы.
У атома криптона внешний слой (четвертый) завершен, имеет 8 электронов. Но всего в четвертом электронном слое может быть 32 электрона; у атома криптона пока остаются незаполненными 4d- и 4f-подуровни.
У элементов пятого периода идет заполнение подуровней в следующем порядке: 5s → 4d → 5р. И также встречаются исключения, связанные с «провалом» электронов, у 41Nb, 42Мо, 44Ru,45Rh, 46Pd, 47Ag.
В шестом и седьмом периодах появляются f-элементы, т. е. элементы, у которых идет заполнение соответственно 4f- и 5f-подуровней третьего снаружи электронного слоя.
4f-элементы называют лантаноидами.
5f-элементы называют актиноидами.
Порядок заполнения электронных подуровней в атомах элементов шестого периода: 55Cs и 56Ва — 6s-элементы; 57La ... 6s25d1 — 5d-элемент; 58Се — 71Lu — 4f-элементы; 72Hf - 80Hg — 5d-элементы; 81Тl - 86Rn — 6d-элементы. Но и здесь встречаются элементы, у которых «нарушается» порядок заполнения электронных орбиталей, что, например, связано с большей энергетической устойчивостью наполовину и полностью заполненных f-подуровней, т. е. nf7 и nf14.
В зависимости от того, какой подуровень атома заполняется электронами последним, все элементы делят на четыре электронных семейства, или блока (рис. 4):
1. s-элементы. Электронами заполняется s-подуровень внешнего уровня атома; к s-элементам относятся водород, гелий и элементы главных подгрупп I и II групп.
2. p-элементы. Электронами заполняется р-подуровень внешнего уровня атома; к р-элементам относятся элементы главных подгрупп III- VIII групп.
3. d-элементы. Электронами заполняется d-подуровень предвнешнего уровня атома; к d-элементам относятся элементы побочных подгрупп I—VIII групп, т. е. элементы вставных декад больших периодов, расположенных между s- и р-элементами. Их также называют переходными элементами.
4. f-элементы. Электронами заполняется f-подуровень третьего снаружи уровня атома; к ним относятся лантаноиды и антиноиды.
Рис. 4. Блоки химических элементов
Электронная конфигурация атома. Основное и возбужденное состояния
Швейцарский физик В. Паули в 1925 г. установил, что в атоме на одной орбитали может находиться не более двух электронов, имеющих противоположные (антипараллельные) спины (в переводе с английского — «веретено»), т. е. обладающих такими свойствами, которые условно можно представить себе как вращение электрона вокруг своей воображаемый оси: по часовой или против часовой стрелки. Этот принцип носит название принципа Паули. Если на орбитали находится один электрон, то он называется неспаренным, если два, то это спаренные электроны, т. е. электроны с противоположными спинами.
На рис. 5 показана схема подразделения энергетических уровней на подуровни.
Рис. 5. Схема подразделения энергетических уровней
Очень часто строение электронных оболочек атомов изображают с помощью энергетических или квантовых ячеек — записывают так называемые графические электронные формулы. Для этой записи используют следующие обозначения: каждая квантовая ячейка обозначается клеткой, которая соответствует одной орбитали; каждый электрон обозначается стрелкой, соответствующей направлению спина. При записи графической электронной формулы следует помнить два правила: принцип Паули и правило Ф. Хунда, согласно которому электроны занимают свободные ячейки сначала по одному и имеют при этом одинаковое значение спина, а лишь затем спариваются, но спины при этом по принципу Паули будут уже противоположно направленными.
www.compendium.su
Строение электронных оболочек атомов элементов первых четырех периодов: s-, p- и d-элементы. Электронная конфигурация атома. Основное и возбужденное состояние атомов - ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИИ - ЗАДАНИЯ ДЛЯ ТЕМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ - Химия - Единый государственный экзамен - Комплекс материалов для подготовки учащихся
ЧАСТЬ 1. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ТЕМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
1.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИИ
В структуре данного блока выделяют четыре содержательные линии:
• Современные представления о строении атома.
• Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева.
• Химическая связь и строение вещества.
• Химическая реакция.
Для каждой из этих линий указаны проверяемые элементы содержания (см. таблицу 1).
Таблица 1
| Проверяемые элементы содержания | Уровень сложности задания, проверяющего усвоение элемента содержания |
| Современные представления о строении атома | |
| Строение электронных оболочек атомов элементов первых четырех периодов: s-, р- и d-элементы. Электронная конфигурация атома. Основное и возбужденное состояние атомов | Б |
| Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева | |
| Закономерности изменения свойств элементов и их соединений по периодам и группам | Б |
| Химическая связь и строение вещества | |
| Электроотрицательность. Степень окисления и валентность химических элементов. | Б, П |
| Ковалентная химическая связь, её разновидности и механизмы образования. Характеристики ковалентной связи (полярность и энергия связи). Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь. | Б |
| Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решетки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения. | Б |
| Химическая реакция | |
| Классификация химических реакций в неорганической и органической химии. | Б |
| Скорость реакции, её зависимость от различных факторов. | Б |
| Обратимые и необратимые химические реакции. Химическое равновесие. Смещение химического равновесия под действием различных факторов. | П |
| Электролитическая диссоциация электролитов в водных растворах. Сильные и слабые электролиты. | Б |
| Реакции ионного обмена. | Б |
| Гидролиз солей. Среда водных растворов: кислая, нейтральная, щелочная. | П |
| Реакции окислительно-восстановительные. Коррозия металлов и способы защиты от неё. | П, В |
| Электролиз расплавов и растворов солей, щелочей, кислот. | П |
Строение электронных оболочек атомов элементов первых четырех периодов: s-, p- и d-элементы. Электронная конфигурация атома. Основное и возбужденное состояние атомов
Задания с комментариями и решениями
Пример 1. Из указанных в ряду химических элементов выберите два элемента, атомы которых имеют на внешнем энергетическом уровне в основном состоянии неспаренные электроны.
1) Be
2) Si
3) Аr
4) Mg
5) Al
Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Атом бериллия имеет конфигурацию внешнего электронного слоя 2s2 (два электрона на одной атомной орбитали спарены). Аналогичную электронную конфигурацию (3s2) имеет атом магния. В атоме аргона на внешнем уровне 8 электронов, образующих четыре электронные пары: 3s23p6. В атоме кремния на внешнем уровне четыре электрона: 3s23p2, два из них являются неспаренными. Элемент IIIА группы алюминий на внешнем уровне имеет три электрона 3s23p1, при этом электрон, находящийся на p-орбитали, является неспаренным.
Ответ: 25
Пример 2. Какие из указанных ионов имеют электронную конфигурацию инертного газа?
1) Сr3+
2) Сl-
3) Сu2+
4) Na+
5) Fe2+
Атомы инертных газов имеют завершенный внешний энергетический уровень: 1s2(He) или ns2nр6, т.е. содержащий 8 внешних электронов. В условии задания указаны положительно заряженные ионы хрома, меди и железа, которые относят к 3d-элементам. Число электронов в этих частицах равно, соответственно 21, 27 и 24, что не соответствует ни одному из инертных газов. Атом хлора на внешнем уровне содержит 7 электронов (3s23p5), соответственно хлорид-ион содержит 8 электронов и имеет строение внешнего уровня 3s23p6. Именно таково строение внешнего уровня инертного газа - аргона. Электронная конфигурация атома натрия 1s22s22p63s1. Катион натрия содержит на один электрон меньше. Строение внешнего уровня катиона натрия совпадает со строением внешнего уровня инертного газа-неона (1s22s22p6).
Ответ: 24
Пример 3. Из указанных в ряду химических элементов выберите два элемента, имеющих сходную конфигурацию внешнего энергетического уровня.
1) Rb
2) Р
3) Mg
4) Сr
5) Аl
Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Рубидий является элементом пятого периода IA группы. Электронная конфигурация внешнего слоя его атома 5s1. Фосфор, магний и алюминий - также элементы A-групп. Число электронов на внешнем энергетическом уровне атомов этих элементов равно номеру группы:
Р 3s23p3
Mg 3s2
Al 3s23p1
Атом хрома является d-элементом. На внешнем энергетическом уровне атомов d-элементов находится не более двух электронов. У атома хрома из-за «провала» электрона на внешнем энергетическом уровне находится только один электрон 4s1. Таким образом, сходную конфигурацию внешнего энергетического уровня имеют атомы хрома и рубидия.
Ответ: 14
Пример 4. Какие из указанных ионов имеют электронную конфигурацию атома гелия?
1) Аl3+
2) Н-
3) С+2
4) О2-
5) Li+
Атом гелия, расположенный в 1-м периоде VIIIА группе имеет конфигурацию 1s2. Среди предложенных ионов только гидрид-ион Н- и-катион лития содержат на внешнем 1s уровне два электрона. Электронные конфигурации остальных ионов отличаются от конфигурации атома гелия:
Ответ: 25
Задания для самостоятельной работы
1. Из указанных в ряду ионов выберите два иона, имеющих электронную конфигурацию 1s22s22p63s23p6.
1) Fe2+
2) S2-
3) Al3+
4) N3-
5) Са2+
Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Ответ:
2. Из указанных в ряду частиц выберите два атома или иона, которым соответствует электронная формула внешнего электронного слоя 3s23р6.
1) Na0
2) Аr0
3) К+
4) О2-
5) Li+
Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Ответ:
3. Из указанных в ряду элементов выберите два элемента, атомы которых в основном состоянии имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ж2пр\
1) Li
2) Аl
3) Сu
4) В
5) Fe
Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Ответ:
4. Из указанных в ряду элементов выберите два элемента, атомы которых в основном состоянии имеют только один неспаренный электрон.
1) Ва
2) Fe
3) Сu
4) F
5) S
Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Ответ:
5. Определите, какие из приведенных электронных конфигураций соответствуют возбуждённому состоянию атомов.
Ответ:
6. Определите, атомы каких из перечисленных элементов в основном состоянии содержат на внешнем энергетическом уровне неспаренные электроны.
1) фтор
2) цинк
3) кальций
4) магний
5) алюминий
Ответ:
7. Среди указанных частиц выберите две частицы, которые содержат одинаковое число электронов.
Запишите в поле ответа номера выбранных частиц.
Ответ:
8. У каких элементов, указанных в ряду, наиболее распространённые изотопы имеют равное число протонов и нейтронов.
1) Са
2) F
3) Аl
4) Si
5) Na
Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Ответ:
www.compendium.su
