Образец выполнения самостоятельного расчетного задания.
для ИТАЭ (гр. Тф – 9¸ 14)
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ.
Задача 1. Даны молекулы М1 и М2.
1. Напишите полную и сокращенную электронные формулы атомов, образующих данные молекулы.
Покажите распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в рассматриваемых молекулах. Укажите возможные валентности атомов.
Охарактеризуйте и объясните положение каждого атома заданных молекул (порядковый номер, период, группа, подгруппа) в таблице Менделеева.
Укажите квантовые числа для формирующего электрона в каждом атоме заданных молекул.
Сравните окислительно-восстановительные свойства атомов, образующих данные молекулы.
Напишите полную и сокращенную электронные конфигурации атомов, образующих данные молекулы М1 и М2.
Покажите графически распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в рассматриваемых молекулах, используя сокращенную электронную конфигурацию. Определите возможные валентности атомов в невозбужденном и возбужденном состояниях.
Молекула М1 | Молекула М2 |
H2S | RuCl2 |
Молекула H2S состоит из двух атомов водорода Н и одного атома
серы S.
Атом водорода Н относится к s - элементам.
Полная и сокращенная электронные конфигурации совпадают: Н 1 s 1.
Распределение валентных электронов по орбиталям:
1 s 1
Валентность атома водорода В=1, т.к. на его внешнем энергетическом уровне имеется один электрон.
Атом серы S относится к p - элементам.
Полная электронная конфигурация: S 1 s 12 s 22 p 23 s 23 p 4.
Сокращенная электронная конфигурация: S … 3 s 23 p 4.
Распределение валентных электронов по орбиталям:
3 s 2 3 p 4
Валентность атома серы в невозбужденном состоянии В =2, т.к. на внешнем энергетическом уровне на р -орбитали имеются два неспаренных электрона.
При возбуждении атома серы спаренные s -электроны и р -электроны
распариваются и переходят на свободную d –орбиталь 3-го энергетического уровня:
3 s 3 p 3 d
3 s 3 p 3 d
Валентность атома серы в возбужденном состоянии В* = 4, 6.
Молекула RuCl2 состоит из одного атома рутения Ru и двух атомов хлора Cl.
Атом хлора Cl относится к p - элементам.
Полная электронная конфигурация: Cl 1 s 12 s 22 p 23 s 23 p 5.
Сокращенная электронная конфигурация: Cl … 3 s 23 p 5.
Распределение валентных электронов по орбиталям:
3 s 2 3 p 5
Валентность атома хлора в невозбужденном состоянии В =1, т.к. на внешнем энергетическом уровне на р -орбитали имеется один неспаренный электрон.
При возбуждении атома хлора спаренные s -электроны и р -электроны распариваются и переходят на свободную d –орбиталь 3-го энергетического уровня:
3 s 3 p 3 d
Валентность атома хлора в возбужденном состоянии В* = 3, 5, 7.
Атом рутения Ru относится к d - элементам.
Полная электронная конфигурация:
Ru 1 s 12 s 22 p 23 s 23 p 6 3 d 104 s 24 p 64 d 65 s 2.
Сокращенная электронная конфигурация: Ru … 4 d 65 s 2 .
Распределение валентных электронов по орбиталям:
4 d 6 5 s 2
Валентность атома рутения в невозбужденном состоянии В =0, т.к. на внешнем энергетическом уровне нет неспаренных электронов.
При возбуждении атома рутения спаренные s -электроны распариваются и переходят на свободную р –орбиталь 5-го энергетического уровня:
4 d 5 s 5 р В* = 2.
Кроме внешних, валентными электронами могут быть неспаренные электроны предвнешнего подуровня. Имеющаяся пара d –электронов распаривается, и один неспаренный электрон переходит на свободную f –орбиталь 4-го энергетического уровня:
4 d 4 f 5 s 5 р
В результате валентность атома рутения в возбужденном состоянии
может быть равной: В* = 2, 3, 4, 5, 6, 8.
Для атомной орбитали формирующего электрона у кажите квантовые числа (n, l, ml,) в каждом атоме заданных молекул.
Атом водорода Н. Формирующий электрон 1 s 1.
Главное квантовое число n = 1; орбитальное квантовое число l = 0; магнитное квантовое число ml = 0.
Атом серы S. Формирующий электрон 3 p 4.
n = 3; l = 1; ml = 1, 0, -1 (одно из значений).
Атом хлора Cl. Формирующий электрон 3 p 5.
n = 3; l = 1; ml = 1, 0, -1 (одно из значений).
Атом рутения Ru. Формирующий электрон 4 d 6 .
n = 4; l = 2; ml =2, 1, 0, -1, -2 (одно из значений).
Охарактеризуйте и объясните положение каждого атома заданных молекул (порядковый номер, период, группа, подгруппа) в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева.
Атом водорода Н.
Порядковый номер элемента № =1, т.к. заряд ядра атома водорода =+1; количество электронов на электронных орбиталях =1.
В атоме водорода формируется первый энергетический уровень, поэтому элемент помещен в 1 период.
Валентность атома водорода В=1, поэтому элемент помещен в 1 группу. В атоме водорода формируется энергетический s – подуровень, поэтому элемент помещен в главную подгруппу.
Атом серы S.
Порядковый номер элемента № =16, т.к. заряд ядра атома серы =+16; количество электронов на электронных орбиталях =16.
В атоме серы формируется третий внешний энергетический уровень, поэтому элемент помещен в 3 период.
Максимальная валентность атома серы В*=6, поэтому элемент помещен в 6 группу. В атоме серы формируется энергетический p – подуровень, поэтому элемент помещен в главную подгруппу.
Атом хлора Cl.
Порядковый номер элемента № =17, т.к. заряд ядра атома серы =+17; количество электронов на электронных орбиталях =17.
В атоме хлора формируется третий внешний энергетический уровень, поэтому элемент помещен в 3 период.
Максимальная валентность атома хлора В*=7, поэтому элемент помещен в 7 группу. В атоме хлора формируется энергетический p – подуровень, поэтому элемент помещен в главную подгруппу.
Атом рутения Ru.
Порядковый номер элемента № =44, т.к. заряд ядра атома рутения =+44; количество электронов на электронных орбиталях =44.
В атоме рутения формируется энергетический подуровень 4 d. Внешние s -электроны расположены на 5 энергетическом уровне, поэтому элемент помещен в 5 период.
Максимальная валентность атома рутения В*=8, поэтому элемент помещен в 8 группу. В атоме рутения формируется энергетический d – подуровень, поэтому элемент помещен в побочную подгруппу.
Сравните окислительно-восстановительные свойства атомов, образующих данные молекулы.
Для характеристики окислительно-восстановительных способностей атомов используется понятие электроотрицательность (ЭО).
В молекуле H2S: ЭО(Н) = 2,1 < ЭО(S) = 2,5.
Электронная конфигурация атома водорода: Н 1 s 1.
На s –подуровне имеется один электрон, энергия для отрыва электрона (энергия ионизации) мала, следовательно, водород отдает электрон, т.е. является восстановителем.
Сокращенная электронная конфигурация атома серы: S … 3 s 23 p 4.
До полного заполнения р -подуровня атому недостает двух электронов.
Принимая их, атом серы проявляет свойства окислителя.
Атом серы характеризуется большей величиной энергии ионизации и энергии сродства к электрону по сравнению с атомом водорода.
В молекуле RuCl2: ЭО(Ru) = 2,2 < ЭО(Cl) = 3,0.
Сокращенная электронная конфигурация атома хлора: Cl … 3 s 23 p 5.
До полного заполнения р -подуровня атому недостает одного электрона.
Принимая их, атом хлора проявляет свойства сильного окислителя. Атом хлора характеризуется большой величиной энергии ионизации и энергии сродства к электрону.
Сокращенная электронная конфигурация атома рутения: Ru … 4 d 65 s 2.
На внешнем s –подуровне имеется два электрона, подуровень полностью заполнен, энергия для отрыва электронов мала, следовательно, рутений отдает электроны, т.е. является восстановителем. Атом рутения характеризуется малой величиной энергии ионизации и энергии сродства к электрону.