Работа 4. Электронная структура атомов и одноатомных ионов.

Цель работы: привить навыки составления формул, выражающих электронную конфигурацию атомов и одноатомных ионов металлических и неметаллических элементов.

Согласно квантово - механическим представлениям состояния каждого электрона в атоме химического элемента определяется значениями четырех квантовых чисел ,,,.

Главное квантовое число принимает значения ряда целых чисел и характеризует уровень энергии электрона в атоме. Если, то уровень электрона минимальный.

Орбитальное квантовое число принимает значения в пределах от 0 дои характеризует подуровень электрона на данном энергетическом уровне. Для обозначения энергетических подуровней используются строчные буквы латинского алфавита:

Используя цифровые значения n и буквенные обозначения можно составить формулу, отражающую электронную конфигурацию химического элемента.

Максимальное число электронов в атоме, имеющих одинаковый уровень энергии определяется как . Максимальное число электронов, имеющих одинаковый подуровень энергии на данном энергетическом уровне определяется как.

Каждый энергетический подуровень делится на квантовые ячейки, количество которых связано с магнитным квантовым числом , принимающим значения от -1 до +1, включая ноль.

Например, на энергетическом подуровне Р электроны могут быть трех состояниях (в трех квантовых ячейках) так как при .

Квантовая ячейка - графическое изображение атомной орбитали, т.е. состояния электронов в атоме, характеризующегося определенными значениями трех квантовых чисел ,,.

В каждой квантовой ячейке может быть не более двух электронов, отличающихся друг от друга значением спинового квантового числа (и). Электроны в квантовых ячейках принято обозначать стрелками:и.

Общее число электронов в атоме определяется порядковым, номером химического элемента в периодической системе Д. И. Менделеева.

Элементы, со сходной электронной конфигурацией атомов называют электронными аналогами. Так, например, электронными аналогами являются азот и фосфор;

Электронные аналоги располагаются в периодической системе Д. И. Менделеева в одной подгруппе.

Экспериментальная часть.

ОПЫТ 1. Электронная структура атомов и одноатомных ионов металлов.

При окислении атомов металла число электронов в электронной оболочке уменьшается, и образуются ионы с положительным зарядом, например:

В три пробирки (на 1/3 объема) налейте раствор нитрата свинца . В первую пробирку опустите железо, во вторую-цинк, в третью-магний. Через несколько минут осмотрите поверхность металлов опущенных в раствор соли свинца.

Составьте уравнения реакций, которые прошли между железом, магнием и цинком с нитратом свинца. Опишите свои наблюдения. Заполните таблицу по образцу:

До реакции		После реакции
Химический знак атома или иона металла	Электронная формула атома или иона	Химический знак атома или иона металла	Электронная формула атома или иона

Приведите схему распределения в квантовых ячейках электронов, отвечающих сокращенным электронным формулам атомов: а) магния; б) железа; в) цинка; г) свинца.

Какими значениями квантовых чисел (n, I, m) характеризуется атомная орбиталь валентного электрона в атомах: а) магния; б) железа; в) цинка; г) свинца?

Найдите в периодической системе электронные аналоги свинца и запишите сокращенные формулы, выражающие электронную структуру атомов этих элементов.

ОПЫТ 2 Электронная структура атомов и одноатомных ионов металлов.

При восстановлении атомов металлов число электронов в электронной оболочке возрастает, и образуются ионы с отрицательным зарядом. Например;

Опыт проводите под тягой. В две пробирки (на 1/3 объема) налейте растворы сульфида и иодида натрия. Опустите сначала в первую, а затем во вторую пробирку газоотводную трубку от аппарата Киппа и пропустите медленный ток хлора через раствор соли.

Составьте уравнения реакций и опишите свои наблюдения.

До реакции		После реакции
Химический знак атома или иона металла	Электронная формула атома или иона	Химический знак атома или иона металла	Электронная формула атома или иона

Приведите схему распределения в квантовых ячейках электронов, отвечающих сокращенным формулам атомов: а) серы; б) хлора; в) иода.

Какими значениями квантовых чисел (,,) характеризуется атомная орбиталь валентного электрона в атомах: а) серы; б) хлора; в) иода?

Найдите в периодической системе Менделеева элемент, электронная формула которого . Какими значениями квантовых чисел (главного и орбитального) характеризуются внешние р - электроны в атоме этого элемента?

Контрольные вопросы.

1. Укажите значение главного квантового числа , характеризующее уровень энергии электронов в атоме гелия.

2. Укажите значение спинового квантового числа двух электронов внешнего энергетического уровня в атоме магния.

3. Какие значения магнитного квантового числа характеризую состояние р - электронов в атоме азота.

4. Атому, какого химического элемента отвечает электронная конфигурация ?

5. Электронную конфигурацию атома выражают следующей сокращенной формулой: . Что это за элемент?

6. Напишите формулу (полную и сокращенную) электронной конфигурации атома и иона.

7. Сколько электронов на внешнем энергетическом уровне в атоме кремния? Покажите их расположение в квантовых ячейках.

8. Приведите схему распределения внешних электронов по квантовым ячейкам атома селена.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.