Практическая работа
СОСТАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ КОНФИГУРАЦИЙ АТОМОВ И ИОНОВ В СТАЦИОНАРНОМ И ВОЗБУЖДЁННОМ СОСТОЯНИЯХ
Цель: формирование представлений о строении атома и корпускулярно-волновой природе электрона и умения прогнозировать химические свойства элементов.
Задачи: получить знания о квантовых числах и принципах заполнения электронами атомных орбиталей; уметь писать формулы электронных конфигураций в стационарном и возбужденном состояниях внешних оболочек атомов и ионов s-, р- и d-элементов; осмыслить периодический закон и понять принципы периодичности изменения свойств элементов.
Теоретическая часть
Свойства атомов
Квантовые числа:
1) главное квантовое число n = 1, 2, 3 … ∞;
2) орбитальное квантовое число l = 0, 1, 2 … (n-1);
3) магнитное квантовое число m = 0, ± 1, ± 2, … ± l;
4) спиновое квантовое число (спин) s = ± 
.
Электроны с разными спинами обозначаются стрелками, направленными вверх и вниз:↑↓.
Атомная орбиталь – область пространства вокруг ядра атома, в которой высока вероятность обнаружения электрона (90-95%). Это слово происходит от латинского «орбита» (путь, колея), но имеет другой смысл, не совпадающий с понятием траектории (пути) электрона вокруг атома, предложенным Н. Бором для планетарной модели атома. Контуры атомной орбитали – это графическое отображение волновой функции.
Каждому значению главного квантового числа отвечает определённое значение энергии электрона (энергетический уровень). Совокупность электронов в многоэлектронном атоме с одинаковыми значениями квантового числа n называется электронной оболочкой. В соответствии со значениями n оболочки обозначают большими буквами латинского алфавита (табл. 1):
Таблица 1
| Значение n | |||||||
| Обозначение оболочки | K | L | M | N | O | P | Q |
Энергетический подуровень – совокупность энергетических состояний электрона в атоме, характеризующихся одними и теми же значениями квантовых чисел n и l. Кроме числовых значений имеет буквенные обозначения (табл. 2):
Таблица 2
| Значение l | |||||||
| Обозначение оболочки | s | p | d | f | g | h | i |
Примеры решения задач
1. Написать полную электронную формулу цезия.
Решение.
Цезий (Сs) находится в 6 периоде, его 55 электронов (порядковый номер 55) распределены по 6 энергетическим уровням и их подуровням. Cоблюдая последовательность заполнения электронами орбиталей, получим:
55Cs 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d104s2 4p6 4d10 5s2 5p6 6s1
2. Написать электронные формулы стационарного и возбужденного состояний атомов (возбужденное состояние показать графически). Указать все возможные валентные состояния. Хлор.
Решение.
Порядковый номер у атома хлора 17, электронная формула которого 1s22s22p63s23p5. Так как последний электрон находится на р-подуровне, то хлор относится к электронному р-семейству. Распределение электронов по квантовым ячейкам у атома хлора в нормальном состоянии:
| ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ | |||||
| 1s2 | 2s2 | 2p6 | 3s2 | 3p5 | 3d |
Имеет один неспаренный электрон, валентность равна 1.
Для атома хлора характерно три возбужденных состояния, которым соответствуют следующие распределение электронов по квантовым ячейкам:
Cl*…3s2 3p4 3d1 – имеет 3 неспаренных электрона и валентность равна 3.
| ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ | ↑ | ↑ | ||||
| 1s2 | 2s2 | 2p6 | 3s2 | 3p4 | 3d1 |
Cl**…3s2 3p3 3d2 – имеет 5 неспаренных электронов и валентность равна 5.
| ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ | ↑ | ↑ | ↑ | ↑ | |||
| 1s2 | 2s2 | 2p6 | 3s2 | 3p3 | 3d2 |
Cl***…3s1 3p3 3d3 – имеет 7 неспаренных электронов; валентность равна 7.
| ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ | ↑ | ↑ | ↑ | ↑ | ↑ | ↑ | ||
| 1s2 | 2s2 | 2p6 | 3s1 | 3p3 | 3d3 |
3. Написать электронные формулы ионов: Cl+, Cl+3, Cl+5 и составить формулы их оксидов.
Решение.
Сl+ … 3s23р4; Сl+3 …3s23р2; Сl+5 …3s23р0.
Формулы их оксидов: Cl2O, Cl2O3, Cl2O5.
Задачи для самостоятельного решения
1. Сколько протонов и сколько нейтронов содержится в ядре атома кислорода 168О?
2. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержится в атоме элемента бора 115B?
3. Сколько электронов содержится в электронной оболочке иона натрия 2311Na+1?
4. В атоме элемента кальция 20 протонов и 20 нейтронов. Какой заряд несет ион кальция с 18 электронами в электронной оболочке? Напишите латинский символ этого иона.
5. Заполните пропуски в таблице:
| Символ | 126C | 178O2- | |||
| Число протонов | |||||
| Число нейтронов | |||||
| Число электронов | |||||
| Суммарный заряд | -2 | +1 |
6. Напишите электронные формулы для следующих элементов: 6C, 12Mg, 16S, 21Sc.
7. Элементы имеют следующие электронные формулы:
а) 1s22s22p4.
б) 1s22s22p63s23p1.
в) 1s22s22p63s23p63d64s2.
Какие это элементы? Напишите их латинские символы и названия на латинском и русском языках.
8. Элемент имеет внешний электронный уровень такого строения:...3p3. Что это за элемент?
9. Заполните пропуски в таблице:
| Символ | 168O | 21D+ | |||
| Число протонов | |||||
| Число нейтронов | |||||
| Число электронов | |||||
| Суммарный заряд | +1 | +3 |
10. Заполните пропуски в таблице:
| Символ | 147N | 3517Cl- | |||
| Число протонов | |||||
| Число нейтронов | |||||
| Число электронов | |||||
| Суммарный заряд | -1 | +2 |
11. Какие из перечисленных атомов и ионов имеют электронные конфигурации, одинаковые с атомом 18Ar:
Ca2+, Cl-, K, Na+, S2-, As3-, Al3+?
12. Какие из перечисленных подуровней не существуют:
2s, 4f, 2p, 3d, 1p, 2d, 1s, 3f?
13. Сколько электронов и протонов содержит молекула аммиака NH3?
14. Назовите элементы и укажите число неспаренных электронов в атомах, имеющих следующие электронные конфигурации:
а) 1s22s22p63s23p2; б) 1s22s22p63s23p4;
в) 1s22s22p63s23p64s23d6.
Ответы к задачам
1. 8p + 8n. 2. 5p + 6n + 5e. 3. 10e. 4. Ca+2.
5.
| Символ | 126C | 178O2- | 2512Mg | 2311Na+ | 188O2- |
| Число протонов | |||||
| Число нейтронов | |||||
| Число электронов | |||||
| Суммарный заряд | -2 | +1 | -2 |
8. Фосфор (P). 12. 1p, 2d, 3f. 13. 10e + 10p. 14. а) Si (2), б) S (2), в) Fe (4).