» » Элемент с электронной конфигурацией атома

Элемент с электронной конфигурацией атома

Электронные конфигурации атомов - Общая и неорганическая химия

в атоме не может быть двух электронов, имеющих одинаковый набор всех четырех квантовых чисел.

Водород и гелий


Литий


Бериллий


1s22s2 (основное состояние) +  → 1s22s12p1 (возбужденное состояние).


Сравнение основного и возбужденного состояний атома бериллия показывает, что они различаются числом неспаренных электронов. В основном состоянии атома

неспаренных электронов нет, в возбужденном их два. Несмотря на то что при возбуждении атома в принципе любые электроны с более низких по энергии орбиталей могут переходить на более высокие орбитали, для рассмотрения химических процессов существенными являются только переходы между энергетическими подуровнями с близкой энергией.


Это объясняется следующим. При образовании химической связи всегда выделяется энергия, т. е. совокупность двух атомов переходит в энергетически более выгодное состояние. Процесс возбуждения требует затрат энергии. При распаривании электронов в пределах одного энергетического уровня затраты на возбуждение компенсируются за счет образования химической связи. При распаривании электронов в пределах разных уровней затраты на возбуждение столь велики, что не могут быть компенсированы образованием химической связи. В отсутствие партнера по возможной химической реакции возбужденный атом выделяет квант энергии и возвращается в основное состояние - такой процесс называется релаксацией.

Бор


Пять электронов в атоме

распределяются по орбиталям следующим образом: 1s

В 1925 г. швейцарский физик установил правило, названное впоследствии принципом Паули (или запретом Паули):

В атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковы.

Хотя бы одно из квантовых чисел должно обязательно отличаться. Так, электроны с одинаковыми квантовыми числами должны обязательно различаться проекцией спина. Поэтому в атоме могут быть лишь два электрона с одинаковыми один с другой с Напротив, если проекции спина двух электронов одинаковы, должно отличаться одно из квантовых чисел или

Зная принцип Паули, посмотрим теперь, сколько же электронов в атоме может находиться на определенной «орбите» с главным квантовым числом n.

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 2s1
Электронная 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.

                      

Элементы, в атомах которых заполняется
d-подуровень второго снаружи энергетического уровня, называются d-элементами.

Например, десять элементов – от скандия до
цинка – относятся к d-электронному семейству и являются d-элементами, потому
что формирующие электроны в их атомах находятся на d-подуровне:

Элементы, в атомах которых заполняется
f-подуровень третьего снаружи уровня, называются f-элементами.

Например, элементы церий и протактиний
относятся к f-элементам:

Таблица 2 Строение электронных оболочек атомов элементов второго периода
Электронные конфигурации атомов химических элементов

Окончание табл. 2
Электронные конфигурации атомов химических элементов

Li, Ве — в-элементы.

В, С, N, О, F, Nе — р-элементы, у этих атомов заполняются электронами р-орбитали.

Элементы третьего периода

У атомов элементов третьего периода первый и второй электронные слои завершены, поэтому заполняется третий электронный слой, в котором электроны могут занимать Зs-, 3р- и Зd-подуровни (табл. 3).

Таблица 3 Строение электронных оболочек атомов элементов третьего периода

Так как атом - электронейтральная частица, то число протонов должно быть равно числу электронов (число + = числу - ):

N(e-) = N(p) = Z

Массовое число А– складывается из числа протонов и нейтронов в ядре данного атома. Тогда число нейтронов легко найти, вычитая заряд ядра атома из массового числа.

А = N(p) + N(n) N(n) = A – Z

Пример: определить число протонов и нейтронов в ядре атома мышьяка с массовым числом 75.

массовое число

75

заряд ядра атома 33 As

4

Учитывая
уменьшение энергии полностью заполненных d- и
f-подуровней, запишите полную электронную
формулу.

5

Отметьте
валентные электроны.

1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p5

6

Выделите
электронную конфигурацию предшествующего атома
благородного газа.

7

Запишите сокращенную электронную
формулу, объединив в квадратных скобках все невалентные
электроны.

[Kr, 4d10]5s25p5

Примечания
1. Для элементов 2-го и 3-го периодов третья
операция (без четвертой) сразу приводит к полной
электронной формуле.
2. (n – 1)d10-Электроны остаются
валентными у атомов элементов IB группы.

ПОЛНАЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ФОРМУЛА, ВАЛЕНТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ
ФОРМУЛА, СОКРАЩЕННАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ФОРМУЛА,
АЛГОРИТМ СОСТАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ФОРМУЛ АТОМОВ.
1.Составьте
валентную электронную формулу атома элемента а)
второго периода третьей А группы, б) третьего
периода второй А группы, в) четвертого периода
четвертой А группы.
2.Составьте сокращенные электронные формулы
атомов магния, фосфора, калия, железа, брома и
аргона.

За 100 с лишним лет, прошедших с момента
открытия естественной системы элементов, было
предложено несколько сотен самых разнообразных
таблиц, графически отражающих эту систему. Из
них, кроме длиннопериодной таблицы, наибольшее
распространение имеет так называемая
короткопериодная таблица элементов Д. И.
Менделеева. Короткопериодная таблица получается
из длиннопериодной, если 4-й, 5-й, 6-й и 7-й периоды
разрезать перед элементами IB группы, раздвинуть
и получившиеся ряды сложить так, как раньше мы
складывали периоды. Результат изображен на
рисунке 6.24.

Таким образом, наиболее важным выводом, следующим из сопоставления данных, приведенных в таблице 6, с периодической системой химических элементов Д. И. Менделеева, является вывод о строгой периодичности изменения электронных конфигураций атомов элементов в их естественном ряду, что отвечает периодичности изменения их свойств.


­↑↓


↑↓


f


n = 4


­↑↓


­↑


­↑

29. Число протонов и нейтронов, содержащихся в ядре атома изотопа 40K, равно соответственно

1) 19 и 40 2) 21 и 19 3) 20 и 40 4) 19 и 21

30. Химический элемент, один из изотопов которого имеет массовое число 44 и содержит в ядре 24 нейтрона, - это

1) хром

2) кальций

3) рутений

4) скандий

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

Наверх