Анализ значений приведенных квантовых чисел подтверждает принцип Паули. В атоме не может быть двух электронов, у которых значения всех квантовых чисел (n, l, m, S ) были бы одинаковы.

Пример 2. Укажите какому состоянию: а) основному; б) возбужденному; в) ионизированному; г) запрещенному  соответствует электронная конфигурация атома хлора. Ответ необходимо обосновать.

Решение

а) 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁵       ₁₇Cl – основное состояние электронейтрального атома, все электроны находятся в состояниях с минимальной для них энергией;

б) 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁴, 3d¹  ₁₇Cl – возбужденное состояние электронейтрального атома, при энергетическом импульсе на электронную оболочку атома один из электронов с подуровня 3p переброшен на более высокую по энергии  3d орбиталь ₁₇Cl^*;

в) 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁴,3d⁰  ₁₇Cl – т.к. в электронной структуре частицы недостает одного электрона на внешнем электронном слое, следовательно, частица имеет заряд Cl⁺, ионизированное состояние атома;

г) 1s², 2s³, 2p⁵, 3s², 3p⁵      ₁₇Cl – запрещенное состояние, т.к. в электронной структуре 2 s ³ нарушен принцип Паули, в структуре  2 p ⁵ нарушено правило наименьших энергий (правило Клечковского).

Пример 3. Укажите местоположение (период, группу, подгруппу) элемента в Периодической Системе элементов, принимая во внимание, что валентные энергетические подуровни атома имеют следующие электронные конфигурации: 3d³,4s². К какому электронному семейству относится этот элемент? Какую высшую и низшую степень окисления он может проявлять? Приведите формулы высшего и низшего оксида и гидроксида.

Решение

а). Т.к. значение главного квантового числа внешнего электронного слоя равно 4, следовательно, данный элемент находится в IV периоде. Поскольку валентная структура атома содержит два подуровня 3d и 4s, один из которых (3d) является подуровнем предвнешнего слоя, данный атом принадлежит побочной подгруппе (В) и относится к d- электронному семейству. Сумма электронов в валентной структуре атома равна 5, это определяет нахождение данного элемента в V(В) группе. Символ данного элемента ₂₃V (ванадий).

б). Высшая степень окисления у d- элементов первой половины декады в больших периодах (это элементы III(В) – VII(В) групп) равна номеру группы, в которой элемент находится. Высшая степень окисления ванадия равна +5, высший оксид имеет формулу V₂О₅. Высший гидроксид проявляет явно выраженные кислотные свойства и является ванадиевой кислотой с формулой НVО₃. Низшая степень окисления у d- элементов определяется количеством электронов на внешнем энергетическом уровне. Практически у всех d- элементов это два электрона s- подуровня внешнего слоя. Незначительное количество электронов на внешнем слое у d- элементов определяет очень низкую устойчивость внешнего электронного слоя и низкие потенциалы ионизации, следовательно, эти элементы все металлические и проявляют только положительную степень окисления. У ванадия это +2, низший оксид VО, низший гидроксид это очень слабое, плохо растворимое основание V(ОН)₂.

Пример 4. Приведите процесс электролитической диссоциации гидроксидов элементов: а) Rb; б) S,  указажите тип диссоциации (кислотный или основной).

Решение

а). Рубидий ₃₇Rb относится к s - элементам и находится в I(А) группе V периода, электронная формула внешнего слоя: 5s¹. Гидроксиды s - элементов I(А) группы являются сильными, хорошо растворимыми основаниями, в растворе диссоциируют полностью по уравнению: RbОН → Rb⁺ + ОН^͞. 

б). Сера ₁₆S это элемент р- семейства, у которого валентной структурой является только внешний слой, и находятся эти элементы как и s - элементы в главных подгруппах. Сера находится в VI(А) группе III периода, электронная формула: 3s², 3p⁴. Это типичный неметалл, гидроксид которого проявляет кислотные свойства. Гидроксид серы высшей степени окисления (+6) является очень сильной кислотой, в растворе диссоциирует: Н₂ SО₄ →2Н⁺ + (SО₄)^2-.

Пример 5. Что такое сродство к электрону? Атомы какого элемента из 3-х (Rb, Bi, I) имеют наибольшее сродство к электрону? Ответ необходимо обосновать.

Решение

а). Сродство атома к электрону - это энергетический эффект присоединения электрона к нейтральному атому с превращением его в отрицательный ион. Оно периодически изменяется в зависимости от электронной конфигурации атома. Сродство атомов металлов к электрону равно нулю, у атомов неметаллов сродство к электрону тем больше, чем ближе стоит элемент (неметалл) к инертному газу в периодической системе Д. И. Менделеева. Поэтому в пределах периода усиливаются неметаллические свойства по мере приближения к концу периода.

б). Атомы йода  ₅₃I имеют наибольшее сродство к электрону, т.к. внешний электронный слой атомов йода (5 s ² ,5р⁵) наиболее близок к завершению, к образованию устойчивой восьми электронной конфигурации (правило октета). Следовательно, захват “чужого” электрона в этом случае является процессом экзотермическим с выделением энергии, атом превращается в отрицательно заряженный ион I^- (5 s ² ,5р⁶).

          Контрольные задания (выполняются по вариантам)

1. Охарактеризуйте энергетическое состояние каждого электрона набором 4-х квантовых чисел следующих электронных состояний:

           а) _________________________________________

           б)__________________________________________

2. Укажите состояние (основное, возбужденное, ионизированное, запрещенное), которое соответствует электронной конфигурации атома данного элемента:

          а)________________________________________________ 

         б)_________________________________________________

         в)_________________________________________________

3. Валентные энергетические подуровни атома имеют следующие электронные конфигурации:

                    а)__________________________________________

                   б)___________________________________________.

Укажите период, группу, подгруппу, электронное семейство элемента. Какую высшую и низшую степень окисления он может проявлять? Привести формулы высших и низших оксидов и гидроксидов.

4. Приведите процесс диссоциации гидроксидов элементов: а)__________; б)__________, указать тип диссоциации (кислотный или основной). Ответ обосновать.

5. Атомы какого элемента: ______________________________________ имеют наибольшее сродство к электрону? Почему?

                                                                                                              Таблица 10

                     Варианты заданий к теме «Строение атома»

Раздел 3