Меню

Электронная конфигурация атома Часть 2



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 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 ?

  1. Li
  2. Na
  3. K
  4. 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:

  1. ns 2 np 4
  2. ns 2 np 2
  3. ns 2 np 3
  4. ns 2 np 6

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

2. Число спаренных p-электронов в атоме азота равно

3. Число неспаренных s-электронов в атоме азота равно

4. Число электронов на внешнем энергетическом уровне атома аргона равно

5. Число протонов, нейтронов и электронов в атоме 9 4Be равно

1) 9, 4, 5
2) 4, 5, 4
3) 4, 4, 5
4) 9, 5, 9

Читайте также:  Античная и новая философия таблицы

6. Распределение электронов по электронным слоям 2; 8; 4 — соответствует атому, расположенному в(во)

1) 3-м периоде, IА группе
2) 2-м периоде, IVА группе
3) 3-м периоде, IVА группе
4) 3-м периоде, VА группе

7. Химическому элементу, расположенному в 3-м периоде VA группе соответствует схема электронного строения атома

1) 2, 8, 6
2) 2, 6, 4
3) 2, 8, 5
4) 2, 8, 2

8. Химический элемент с электронной конфигурацией 1s 2 2s 2 2p 4 образует летучее водородное соединение, формула которого

9. Число электронных слоёв в атоме химического элемента равно

1) его порядковому номеру
2) номеру группы
3) числу нейтронов в ядре
4) номеру периода

10. Число внешних электронов в атомах химических элементов главных подгрупп равно

1) порядковому номеру элемента
2) номеру группы
3) числу нейтронов в ядре
4) номеру периода

11. Два электрона находятся во внешнем электронном слое атомов каждого из химических элементов в ряду

1) He, Be, Ba
2) Mg, Si, O
3) C, Mg, Ca
4) Ba, Sr, B

12. Химический элемент, электронная формула которого 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 , образует оксид состава

13. Число электронных слоев и число p-электронов в атоме серы равно

1) 2, 6
2) 3, 4
3) 3, 16
4) 3, 10

14. Электронная конфигурация ns 2 np 4 соответствует атому

1) хлора
2) серы
3) магния
4) кремния

15. Валентные электроны атома натрия в основном состоянии находятся на энергетическом подуровне

1) 2s
2) 2p
3) 3s
4) 3p

16. Атомы азота и фосфора имеют

1) одинаковое число нейтронов
2) одинаковое число протонов
3) одинаковую конфигурацию внешнего электронного слоя
4) одинаковое число электронов

17. Одинаковое число валентных электронов имеют атомы кальция и

1) калия
2) алюминия
3) бериллия
4) бора

18. Атомы углерода и фтора имеют

1) одинаковое число нейтронов
2) одинаковое число протонов
3) одинаковое число электронных слоёв
4) одинаковое число электронов

19. У атома углерода в основном состоянии число неспаренных электронов равно

20. В атоме кислорода в основном состоянии число спаренных электронов равно

Источник

Конфигурация энергетического уровня всей таблицы

Теория кристаллического поля исходит из того, что природа лигандов и их расположение вокруг центрального иона (симметрия комплекса) уменьшают вырождение орбиталей и изменяют их энергию.

Рассмотрим это на примере комплексного иона октаэдрической симметрии [ML6] , в котором центральный атом имеет электронную конфигурацию . Ион M расположен в центре октаэдра, сoвпадающем с началом прямоугольной системы координат, а лиганды – в вершинах октаэдра, через которые проходят оси координат ().

Орбитали и совпадают с координатными осями, а остальные три (, , ) проходят вдоль биссектриc соответствующих координатных углов (рис. 9.5). B отсутствии лигандов все пять орбиталей были энергетически равноценны. Но с появлением лигандов в вершинах октаэдра электрон, находясь на орбиталях и , испытывает сильное отталкивание от отрицательно заряженных лигандов или от отрицательного конца полярной молекулы. Другие три орбитали попадают в области с минимальными значениями отрицательного потенциала, поэтому вероятность нахождения электрона на орбиталях , , будет больше. Это соответствует тому, что под действием лигандов прежде энергетически равноценные орбитали разделились на две группы: орбитали и *) , энергетически невыгодные для электрона, и орбитали , , *) с меньшей энергией. Схема расщепления орбиталей октаэдрическим (тетраэдрическим) окружением показана на рис. 9.5.

Разность между и уровнями обозначается через Δокттетр) и называется параметром расщепления *) .

*) В научной литературе орбитали обычно и обозначают и , а параметр расщепления .

Из рис. 9.5 следует, что заселение любой орбитали одним электроном приводит к уменьшению на 0,4Δокт энергии октаэдрического комплекса, т. е. стабилизирует его по сравнению со свободным (сферически симметричным) ионом, а заселение электроном любой из орбиталей этот комплекс дестабилизирует на 0,6Δокт. В тетраэдрическом поле порядок расщепления орбиталей будет обратным, а потому энергия стабилизации на один электрон будет 0,6 Δтетр, а дестабилизации – 0,4 Δтетр.

Величина понижения энергии координационного соединения в результате перераспределения электронов по и орбиталям называется энергией стабилизации кристаллическим полем (ЭСКП) . Эта энергия зависит от числа электронов на и орбиталях и вычисляется по формулам:

  • ЭСКПокт = () Δокт,
  • ЭСКПтетр = () Δтетр,

где – число электронов на нижнем подуровне, – число электронов на верхнем подуровне.

Параметр расщепления в октаэдрическом поле больше, чем в тетраэдрическом, содержащем те же лиганды, и равен Δокт = 9/4 Δтетр

Параметр расщепления Δ зависит от размеров центрального иона, его заряда, электронной конфигурации и от природы лиганда (табл. 9.1). Экспериментально его определяют по спектрам поглощения комплексных соединений. Возбуждение электрона с нижнего уровня на верхний сопровождается поглощением энергии и появлением в спектре полосы, максимум которой соответствует энергии расщепления Δ. Значение Δ обычно выражают в волновых числах ν = 1/λ см –1 *) . Большинство значений Δ лежит в пределах от 10000 до 30000 см –1 .

*) 1 см –1 соответствует энергии .

В ряду 3, 4, 5элементов при прочих равных условиях Δ увеличивается от периода к периоду на 30–35 %. Например, для
[Co(NH3)6] 3+ Δ = 23000 см –1 , для [Rh(NH3)6] 3+ Δ = 34000 см –1 , для [Ir(NH3)6] 3+ Δ = 41000 см –1 .

Величина Δ возрастает при переходе от комплексов двухрядных ионов 3элементов к трехрядным. Так для [Fe(H2O)6] 2+ и [Fe(H2O)6] 3+ значения Δ равны соответственно 10400 см –1 и 13700 см –1 .

Из спектроскопических измерений была найдена последовательность расположения лигандов по возрастанию их влияния на величину расщепления Δ, называемая спектрохимическим рядом:

Лиганды слабого поля Лиганды средней силы Лиганды сильного поля
I – , Br – , Cl – , OH – , F – H2O, NCS – , CH3COO – , NH3

Таблица 9.1

В октаэдрических комплексах, образуемых ионами с электронными конфигурациями , , , , возможно различное размещение электронов – либо высоко-, либо низкоспиновое в зависимости от параметра расщепления Δ и энергии спаривания . Последняя определяется как разность энергий межэлектронного взаимодействия низкоспиновой (НС) и высокоспиновой (ВС) конфигураций, деленная на число спаривающихся электронов. Очевидно, что низкоспиновое состояние реализуется тогда, когда , а высокоспиновое – когда .

Электронная конфигурация координ. иона Ион-комплексообразователь , Лиганды Δ, см –1 Электр. конфигурация октаэдр. иона Спиновое состояние
Cr 2+ 23500 H2O 13900 BC
Mn 3+ 28000 H2O 21000 BC
Mn 2+ 25200 H2O 7800 BC
Fe 3+ 30000 H2O 13700 BC
Fe 2+ 17700 H2O 10400 BC
17700 CN – 33000 HC
Co 3+ 21000 F – 1300 BC
21000 NH3 23000 HC
Co 2+ 22500 H2O 10100 BC

Таблица 9.2

В рамках ТКП высокоспиновый комплекс с электронной конфигурацией будет менее устойчив (ЭСКП = 0,4Δ), чем низкоспиновый (электронная конфигурация ЭСКП = 2,4 ).

Источник

Конфигурация энергетического уровня всей таблицы

Как определить электронную конфигурацию

Химические реакции не затрагивают ядра атомов. Химические свойства элементов зависят от строения их электронных оболочек. Состояние электронов в атоме описывается четырьмя квантовыми числами, принципом Паули, правилом Гунда и принципом наименьшей энергии. Статьи по теме:

Вопрос «И всё-таки! Что появилось первым? «Яйцо или курица?»» — 14 ответов Инструкция
1 Посмотрите на ячейку элемента в таблице Менделеева. Порядковый номер указывает заряд ядра атома этого элемента, а также число электронов в атоме, поскольку в основном состоянии атом электрически нейтрален. Как правило, порядковый номер пишется сверху слева от наименования элемента. Это целое число, не путайте его с массовым числом элемента.
2 Сначала электроны заполняют первый энергетический уровень, содержащий только 1s-подуровень. s-подуровень может содержать не больше двух электронов, причем они должны отличаться направлениями спина. Квантовую ячейку изобразите с помощью прямоугольника или небольшого отрезка. В ячейку поместите две разнонаправленные стрелки – смотрящую вверх и вниз. Так вы символически обозначили два электрона на s-подуровне первого энергетического уровня.
3 Второй энергетический уровень содержит одну ячейку s-подуровня и три ячейки p-подуровня. На p-орбитали может находиться до шести электронов. Эти три ячейки заполняются последовательно: сначала по одному электрону в каждой, затем еще по одному. Согласно правилу Гунда, электроны располагаются так, чтобы суммарный спин был максимальным.
4 Третий энергетический уровень заполняется, начиная с натрия, имеющего 11 электронов. Существует подуровень 3d, но он будет заполняться электронами только после ячейки 4s. Такое поведение электронов объясняется принципом наименьшей энергии: каждый электрон стремиться к такому расположению в атоме, чтобы его энергия была минимальной. А энергия электрона на подуровне 4s меньше, чем на 3d.
5 Вообще, заполнение электронами энергетических уровней происходит в такой последовательности: 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d. При этом на любой s-оболочке может находиться не больше двух электронов (одна орбиталь), на p-оболочке – не больше шести электронов (три орбитали), на d-подуровне – не более 10 (пять орбиталей), на f-подуровне – не более 14 (семь орбиталей). Обратите внимание В возбужденном состоянии атома электроны могут «перескакивать» из одной ячейки в другую, увеличивая, тем самым, валентность элемента. При образовании связей электрону энергетически выгодно переходить с заполненной s-орбитали на свободную p-орбиталь в пределах одного энергетического уровня. Источники:

  • «Начала химии», Н.Е. Кузьменко, В.В. Еремин, В.А. Попков, 2008

Источник

Электронная конфигурация атома. Часть 2

В начале страницы вы можете выполнить тест онлайн: после ввода ответа нажимайте кнопку «Проверить решение»: если ответ неверный, то вводите другой ответ, пока не введёте верный или нажмите кнопку «Показать ответ» и у вас появится правильный ответ на это задание и вы сможете перейти к следующему заданию (для некоторых заданий есть видео-объяснения, тогда после ввода ответа нажимайте кнопку «Проверить решение»: если ответ неверный, то у вас появится ссылка красного цвета, а если верный — то зелёного цвета. С помощью ссылки вы можете просмотреть подробное видео-объяснение этого задания, но помните, что ссылка неактивная, поэтому для просмотра видео-объяснения вам необходимо скопировать эту ссылку и вставить на новую страницу и нажать клавишу Enter, как результат у вас откроется видео на YouTube). В середине страницы вы увидите текстовые условия заданий, для некоторых из которых видео-объяснения даны сразу после задания, а текстовые ответы представлены в конце страницы.

Задание 1

Задание 2

Задание 3

Задание 4

Задание 5

Задание 6

Задание 7

Задание 8

Задание 9

Задание 10

Задание 11

Задание 12

Задание 13

Задание 14

Для выполнения заданий 1 – 3 используйте следующий ряд химических элементов:

1) Na; 2) As; 3) Al; 4) Cr; 5) P.

Ответом в заданиях 1 – 3 является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду

  1. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют электронную формулу внешнего энергетического уровня ns 1 .

Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 15

Для выполнения заданий 1 – 3 используйте следующий ряд химических элементов:

1) Li; 2) Cs; 3) Ba; 4) O; 5) F.

Ответом в заданиях 1 – 3 является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду

  1. Определите, в атомах каких из указанных элементов связь валентных электронов с ядром наиболее слабая. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 16

Для выполнения заданий 1 – 3 используйте следующий ряд химических элементов:

1) Cu; 2) P; 3) Zn; 4) K; 5) Cl.

Ответом в заданиях 1 – 3 является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду

  1. Определите, атомы каких из указанных элементов в основном состоянии имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня 4s 1 . Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 17

Для выполнения заданий 1 – 3 используйте следующий ряд химических элементов:

1) Mg; 2) Se; 3) Al; 4) Те; 5) S.

Ответом в заданиях 1 – 3 является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду

  1. Определите, атомы каких из указанных элементов в основном состоянии имеют только 2 спаренных электрона на внешнем электронном слое. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 18

Для выполнения заданий 1 – 3 используйте следующий ряд химических элементов:

1) Ar; 2) Be; 3) He; 4) Fe; 5) Xe.

Ответом в заданиях 1 – 3 является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду

  1. Определите, атомы каких из указанных элементов в основном состоянии имеют наименьшее отношение числа нейтронов к массовому числу. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 19

Для выполнения заданий 1 – 3 используйте следующий ряд химических элементов:

1) Cr; 2) Fe; 3) As; 4) N; 5) P.

Ответом в заданиях 1 – 3 является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду

  1. Определите, атомы каких из указанных элементов в основном состоянии имеют спаренные электроны на 3d-подуровне. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 20

Для выполнения заданий 1 – 3 используйте следующий ряд химических элементов:

1) Fe; 2) Zn; 3) Cu; 4) Cr; 5) K.

Ответом в заданиях 1 – 3 является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду

  1. Определите, атомы каких из указанных элементов в основном состоянии имеют конфигурацию внешнего электронного слоя ns 2 . Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 21

Для выполнения заданий 1 – 3 используйте следующий ряд химических элементов:

1) C; 2) S; 3) Al; 4) P; 5) Zn.

Ответом в заданиях 1 – 3 является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду

  1. Определите, простые анионы каких из указанных элементов в основном состоянии имеют конфигурацию внешнего электронного слоя 3s 2 3p 6 . Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 22

Для выполнения заданий 1 – 3 используйте следующий ряд химических элементов:

1) Cl; 2) Br; 3) S; 4) Se; 5) V.

Ответом в заданиях 1 – 3 является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду

  1. Определите, атомам каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии не хватает двух электронов для завершения внешнего электронного слоя.

Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 23

Для выполнения заданий 1 – 3 используйте следующий ряд химических элементов:

1) H; 2) O; 3) B; 4) Zn; 5) F.

Ответом в заданиях 1 – 3 является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду

  1. Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют вакантные орбитали.

Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 24

Задание 25

Задание 26

Среди перечисленных элементов выберите два элемента, у которых на внешнем энергетическом уровне имеется два электрона.

1) P 2) Cl 3) Zn 4) Be 5) Al

Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 27

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат 2 неспаренных электрона.

1) С 2) O 3) Cl 4) Cu 5) Ne

Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 28

Определите элементы из указанных, атомы которых в основном состоянии содержат не более двух неспаренных электрона.
1) Mn 2) B 3) Si 4) N 5) Sb
Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 29

Из предложенного перечня выберите два элемента, которые содержат одинаковое число спаренных электронов на внешнем энергетическом уровне в основном состоянии.
1) Ba 2) F 3) Ga 4) S 5) K
Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Задание 30

Определите , атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат валентные электроны на разных энергетических уровнях.
1) F 2) Cr 3) Mn 4) O 5) P
Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

Ответы:

  1. 35
  2. 23
  3. 35
  4. 45
  5. 14
  6. 13
  7. 14
  8. 15
  9. 25
  10. 25
  11. 13
  12. 34
  13. 45
  14. 14
  15. 23
  16. 14
  17. 13
  18. 34
  19. 23
  20. 12
  21. 24
  22. 34
  23. 34
  24. 14
  25. 13
  26. 34
  27. 12
  28. 23
  29. 13
  30. 23

Также предлагаем вам плейлист видео-уроков и видео-объяснений заданий на эту тему:

Источник