1. Какое максимальное число электронов могут занимать s-, p-, d- и f- орбитали данного энергетического уровня? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 31.

Принцип Паули позволяет рассчитать максимальное число электронов на каждом энергетическом уровне и подуровне в атоме.  Максимальное число электронов на подуровне с орбитальным квантовым числом l равно 2(2l + 1). При l = 0 (s-подуровень) магнитное квантовое число тоже равно нулю. Следовательно, на s-подуровне имеется всего одна орбиталь, и максимальное число электронов на s-подуровне каждого электронного слоя равно двум. При l = 1 (p-подуровень) магнитное квантовое число m_s может принимать три значения. На трёх p-орбиталях может находиться не более шести электронов. При l = 2 (d-подуровень) магнитное квантовое число может принимать пять значений и, следовательно, на пяти d-орбиталях может находиться до 10 электронов. При l = 3 (f-подуровень) магнитное квантовое число может принимать семь значений, следовательно, на семи f-орбиталях может находиться до 14 электронов.

Полная электронная формула галлия Ga 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p¹

Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4s или 3d; 5s или 4p? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21.

Решение.

Орбиталь – это пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона. Электроны, движущиеся в орбиталях близкого размера, образуют электронные слои, или энергетические уровни.

Энергетические уровни нумеруют в порядке возрастания от ядра: 1,2,3,4,5,6,7. Иногда их обозначают соответственно: K, L, M, N, O, P, Q.

Целое число n, обозначающее номер уровня, называют квантовым числом. Оно характеризует энергию электронов, занимающих данный уровень. Наименьшей энергией обладают электроны первого уровня, поэтому они сильнее притягиваются к ядру. Чем больше номер энергетического уровня, тем, соответственно, выше энергия электронов этого уровня.

Число энергетических уровней в атоме равно номеру периода в системе Менделеева, в котором он стоит.

Наибольшее число электронов на энергетическом уровне равно удвоенному квадрату номера уровня:

N=2n²;

N – число электронов; n- номер уровня(считая от ядра) или главное квантовое число.

В соответствии с эти уравнением наибольшее число электронов:

на 1-ом уровне-не более2; на 2-ом не более 8; на 3-ем не более 18, на 4-ом не более32.

Строение электронного уровня.

Начиная со 2-го уровня, уровни разделяются на подуровни. Число подуровней равно значению главного квантового числа, т.е. числу уровня, но не более 4.

Подуровни состоят из орбиталей. Подуровни обозначают в направлении от ядра: s, p, d, f.

Первый подуровень s состоит из одной s-орбитали;

Второй подуровень p состоит из 3-ех p-орбиталей;

третий подуровень d –из 5-ти d-орбиталей;

четвертый подуровень f состоит из 7-ми f-орбиталей.

Принцип Паули: в каждой орбитали может находиться не более 2-ух электронов.

Принцип наименьшей энергии: Каждый электрон в атоме занимает свободную орбиталь с наиболее низкой энергией, отвечающей его прочной связи с ядром. Наименьшей энергией обладают электроны 1-го энергетического уровня. С ростом порядкового номера элемента электроны заполняют орбитали и уровни в порядке их возрастания: уровни от1 к 7, подуровни от s до f.

В соответствии с этим составляется электронная формула атомов периодической системы элементов Менделеева.

Электронная конфигурация обозначается : nl^, где n-главное квантовое число, l-орбиталь (s, p, d, f), ^- число электронов.

Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней следующая:

1s/2s/2p/3s/3p/4s/3d/4p/5s/4d/5p/6s/5d'/4f/5d/6p/7s/(6d¹¯²)/5f/6d/7p

Ответ:

Так как по принципу наименьшей энергии электроны заполняют орбитали и уровни в порядке возрастания их энергий: уровни от1 до 7, орбитали от s до f, то из орбиталей 4s и 3d раньше заполнится орбиталь 3 уровня, т.е. 3d, а из орбиталей 5s и 4p раньше заполнится орбиталь 4 уровня, т.е. 4p.

Электронная формула атома элемента с порядковым номером 21 будет содержать 4 уровня, т.к. число уровней равно номеру периода в системе Менделеева.

Итак, электронная формула элемента скандия выглядит так:

21 Sc 1s²/2s²2p6/ 3s²3p63d¹ / 4s²

4 уровень 4s²

3 уровень3s²3p63d¹

2 уровень2s²2p6

1 уровень1s²

7. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4d или 5s; 6s или 5p? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента, порядковый номер которого 43.

Заполнение электронами орбиталей в атоме происходит по правилу Клечковского: в порядке возрастания суммы главного (n) и орбитального (l) квантовых чисел. При одинаковой сумме раньше заполняется орбиталь с меньшим значением n.

Для орбитали 4d n = 4, l = 2; n + l = 6

Для орбитали 5s n = 5, l = 0; n + l = 5

Значит 5s заполнится раньше, чем 4d.

Для орбитали 6s n = 6, l = 0; n + l = 6

Для орбитали 5p n = 5, l = 1; n + l = 6

Значит 5p заполнится раньше, чем 6s.

43Tc 1s22s22p63s23p63d104s24p64d55s2

5.Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 21 ,14,40, 23. Сколько свободных 3d-орбиталей в атомах этих элементов?

21Sc 1s22s22p63s23p63d14s2. У скандия 4 свободных 3d-орбитали, т.к. на 3d у него находится всего один электрон, который занимает одну 3d-орбиталь (для d - максимум 5).

23V 1s22s22p63s23p63d34s2. У ванадия 2 свободных 3d-орбитали, т.к. на 3d у него находится три электрона, которые занимают три 3d-орбитали (для d - максимум 5).

14 - это  кремний Si: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

40 - это цирконий Zr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d2 5s2 У атома циркония все 3d-орбитали заполнены, есть 3 свободных 4d-орбитали.

7. Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента неверны:

a) 1s22s22p53s1;

б) 1s22s22p6;

в) 1s22s22p63s23p63d4;

г) 1s22s22p63s23p64s2;

д) 1s22s22p63s23d2.

Почему? Атомам каких элементов отвечают правильно составленные электронные формулы?

Неправильно составлены электронные формулы под буквами: а, в, д. Потому что заполнение электронами орбиталей должно происходить по правилу Клечковского, в атоме распределение электронов происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел (n+l). При одинаковой сумме раньше заполняется орбиталь с меньшим значением.

Составим последовательность заполнения орбиталей по этому правилу:

1s < 2s <2p <3s <3p <4s ? 3d < 4p < 5s ? 4d < 5p < 6s ? 5d ? 4f < 6p и тд.

Соответственно правильно составлены 1s22s22p6 (соответствует неону) и 1s22s22p63s23p64s2 (соответствует кальцию).

8. Составьте электронные формулы для атомов элементов с порядковыми номерами 15 и 24, учитывая, что у последнего происходит провал одного 4s-электрона на 3d-подуровень. решение: с фосфором всё понятно, а у хрома так будет? 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 и такой ещё вопрос по теме. Какое максимальное число электронов могут занимать s-, р-, d- и f-орбитали данного энергетического уровня? Почему?  Максимальное число электронов на s-орбитали равно 2, на p-орбитали равно 8, на d-орбитали равно 18, на f-орбитали равно 32. а как ответить "почему"??? 

9. Внешний энергетический уровень при n = 4, l = 0, m_l = 0, m_s = ±1/2 имеет вид: 4s¹, что соответствует атому калия. ₁₉K 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹. У калия 5 свободных 3d-орбитали, т.к. на 3d у него нет ни одного электрона.

10. Принцип Паули " В атоме не может быть двух электоронов обладающих одинаковым значением квантовых чисел"         Может ли быть на р-подуровне атома 7 электронов или на d-подуровне 12 электронрв? - нет не может так как в пределах определенного подуровня электроны располагаются так чтобы их суммарный спин был максимальным На p подуровне это - 6электронов а на d-  10 электорнов ......Ti         (+2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2  4s2 4p0 4d0

11. Тридцать второй:  Ge:1s2-2s2p6-3s23p6-4s2-3d10-4p2  Сорок второй:  Mo:1s2-2s22p6-3s23p6-4s2-3d10-4p6-5s1-4d5

2 Периодическая система элементов Д.И. Менделеева

1.Исходя из положения германия, цезия и технеция в периодической системе составьте формулы следующих соединений: мета- и ортогерманиевой кислот, дигидрофосфата цезия и оксида технеция, отвечающего его высшей степени окисления. Изобразите графически формулы этих соединений.

H2GeO3 - метагерманиевая кислота

H4GeO4 - ортогерманиевая кислота

CsH2PO4 - дигидрофосфат цезия

Tc2O7 - оксида технеция

Соответственно графические формулы этих соединений: