Пример 1. Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 16. Покажите расположение электронов этого атома по энергетическим ячейкам

Решение. Электронные формулы отображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням (атомным орбиталям). Электронные конфигурации обозначаются группами символов n ^х, где n – главное квантовое число, –орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующее буквенное обозначение s, p, d, f), х – число электронов в данном подуровне (орбитали). При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором обладает наименьшей энергией – меньшей суммой n + (правило Клечковского). Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней следующая:

1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→5d¹→
→4f→5d→6p→7s→6d^1-2→5f→6d→7p.

Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядковому номеру в таблице Менделеева, то для элемента № 16 (сера) электронная формула будет иметь вид: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴.

Электронная структура атомов может быть изображена также в виде схемы размещения электронов в квантовых (энергетических) ячейках, которые являются схематическими изображениями атомных орбиталей (АО), квантовую ячейку изображают в виде прямоугольника или линейки, а электроны в этих ячейках обозначают стрелками. В каждой квантовой ячейке может быть не более двух электронов с противоположными спинами ↑↓ (принцип Паули).

Орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному электрону с одинаковыми спинами, а затем по второму электрону с противоположными спинами (правило Хунда).

Контрольные задания:

1. Напишите электронные формулы атомов фосфора и меди. Укажите, к какому электронному семейству относится каждый из элементов, и определите число протонов и нейтронов в ядре их атомов.

2. Укажите последовательность заполнения электронами атомных орбиталей 4d, 5s, 6s, 5р и сформулируйте правило, определяющее эту последовательность.

3. Напишите электронно- графические формулы атомов элементов с порядковыми номерами 15 и 27. определите число нейтронов и электронов в их атомов.

4. В соответствии с принципом Паули укажите максимальное число электронов на s-, р-, d-, f- подуровнях данного энергетического уровня.

5. Дайте определение понятия изотоп. Объясните причину нецелочисленных значений атомных масс большинства химических элементов. Вычислите атомную массу серебра, если известно, что массовые доли изотопов в природном серебре составляют соответственно - 40% и - 60%.

6. Дайте определения понятия s-, р-, d-, f- элемент. Приведите примеры.

7. Энергетическое состояние электрона в атоме описывается четырьмя квантовыми числами n, l, m, s.укажите, какие значения может принимать каждое из них. Определите набор квантовых чисел для внешнего электрона атома натрия.

8. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 17 и 25. Укажите, к какому электронному семейству относится каждый из них. Приведите электронные и электронно - графические формулы атомов элементов II периода, которые могут иметь на р – подуровне один электрон, учитывая как основное, так и возбужденное состояние атома.

9. Укажите число квантовых d – орбиталей в основном состоянии у атомов элементов с порядковыми номерами 23, 42, 47, 49.

10. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14, 25 и укажите, к какому электронному семейству они относятся.

11. Объясните физический смысл главного и орбитального квантовых чисел и укажите, какие значения они принимают.

12. Объясните физический смысл магнитного квантового числа и укажите, какие значения оно может принимать при данном числовом и буквенном значении орбитального квантового числа. Заполните таблицу:

	m
Числовое значение	Буквенное значение
	s

13. Напишите электронную формулу элемента, в атоме которого содержится один электрон на 3d – орбитали. Укажите период, группу и символ этого электрона.

14. Приведите формулы, позволяющие рассчитать электронную емкость энергетического уровня и подуровня, а также число орбиталей на данном уровне и подуровне.

15. Сформулируйте правило Клечковского. Определите порядок заполнения электронами орбиталей 3d, 4s, 4р, 5s, 5р.

16. Укажите период, группу и символ химического элемента, атому которого соответствует электронная формула: [Ne ] 3s² 3р⁶ 3d⁵ 4s². К какому электронному семейству он относится?

17. Укажите возможные значения квантовых чисел для электронов второго и третьего энергетических уровней. Заполните таблицу:

n		m	s

18. Укажите число протонов и нейтронов в ядре атома углерода, изотопа . Напишите электронную формулу атома углерода в основном и возбужденном состояниях.

19. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 8 и 24. Подчеркните валентные электроны и укажите, к какому электронному семейству относится каждый элемент.

20. Назвать элементы, имеющие по одному электрону на подуровне: а) 3d; б) 4d; в) 5d. Написать электронные формулы атомов этих элементов и указать их положение в периодической системе – период, группа и подгруппа.

21. Сколько свободных d-орбиталей имеется в атомах титана и ванадия? Написать для них электронно-графическую структуру d-подуровня.

22. Назвать элементы 4-го периода, атомы которых содержат наибольшее число непарных d-электронов. Написать электронно-графическую структуру их d-подуровня.

23. Написать электронно-графические формулы атомов индия, германия и титана в нормальном и возбужденном состоянии.

24. У элементов каких периодов электроны внешнего слоя характеризуются значением n + l = 5?

25. Указать порядковый номер элемента, у которого: а) заканчивается заполнение электронами орбиталей 4d; б) начинается заполнение подуровня 4р.

26. Сколько вакантных 3d-орбиталей имеют возбужденные атомы: а) Сl; б) V; в) Mn?

27. Среди приведенных ниже электронных конфигураций указать невозможные и объяснить причину невозможности их реализации: а) 1р³; б) 3р⁶; в) 3s²; г) 2s²; д) 2d⁵; е) 5d²; ж) 3f¹²; з) 3p⁷.

28. Написать электронные формулы атомов элементов четвертого периода – калия, марганца, криптона. К какому семейству элементов они относятся?

29. Написать электронные формулы атомов элементов четвертого периода – скандия, цинка, мышьяка. К какому семейству элементов они относятся?

30. Назвать элементы 4, 5 и 6-го периодов, у которых заканчивается заполнение d-орбиталей (3d¹⁰, 4d¹⁰ и 5d¹⁰). Написать электронные формулы атомов этих элементов и указать, к какому периоду, группе и подгруппе периодической системы они относятся.

31. Запишите общую сокращенную электронную конфигурацию галогенов.

32. Сколько валентных электронов у атома фосфора?

33. Запишите полную электронную конфигурацию атома марганца. К семейству каких элементов он относится?

34. К какому семейству элементов относится группа элементов, имеющая общую сокращенную конфигурацию ns²np²?

35. Структура валентного электронного уровня атома элемента выражается формулой: a) 5s²5p⁴;

36. б) 3d⁵4s¹. Определите порядковый номер и название элемента.

37. Какое максимальное число электронов может содержать атом на электронном уровне с главным квантовым числом n = 5 и n = 3?

38. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33. Составьте их графические схемы. К какому электронному семейству относится каждый из них, почему?

39. Сколько неспаренных электронов содержат невозбужденные атомы В, S, Сr? Составьте их электронные и графические схемы.

40. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковым номером 32 и 42. У последнего один 5s-электрон проваливается на 4d-подуровень. К какому электронному семейству они относятся?

41. Какой подуровень заполняется в атомах после заполнения 5p-подуровня; после заполнения 5d-подуровня, почему?

42. Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента, неверны: а) 1s²2s²2p⁵3s¹; б) 1s²2s²2p⁶; в) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁴;г) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²; д) 1s²2s²2p⁶3s²3d²? Почему?

43. Запишите электронные формулы атомов элементов с зарядом ядра 8; 13 и 18. Составьте графические схемы.

44. Какое максимальное количество электронов может располагаться в s-, p-, d- и f-подуровнях данного уровня? Почему? Напишите электронную структуру атома с порядковым номером 29.

45. Электронная структура атома описывается формулой 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s². Какой это элемент? Составьте его графическую схему.Какое максимальное число электронов может содержать атом на электронном уровне с главным квантовым числом n = 5 и n = 3? Ответ мотивируйте.

46. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33. Составьте их графические схемы. К какому электронному семейству относится каждый из них, почему?

Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Контрольные задании:

Периодический закон является главным инструментом систематизации и классификации химической информации, средствам направленного поиска соединений с ранее заданными свойствами.

Современная формулировка периодического закона: свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов.

Физический смысл периодического законы: при последовательном увеличении зарядов атомных ядер периодически повторяется конфигурация электронных оболочек, и как следствие, периодически повторяются химические свойства элементов.

Основные понятия и определения.

Химический элемент	-вид атомов с одинаковым положительном зарядом ядра
Порядковый номер элемента	- номер в таблице Менделеева, соответствующий заряду атомного ядра
Период	- горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания зарядов ядер их атомов, электронная конфигурация их внешнего энергетического уровня которых изменяется от ns1 до ns2np 6
Группа	- вертикальный ряд элементов, имеющих одинаковую электронную конфигурацию
Главная подгруппа	- последовательность элементов, у которых заполняется s- и p-подуровни внешних энергетических уровней, их начинают элементы 2 – 3 периодов
Побочная подгруппа	- последовательность элементов, у которых происходит заполнение внутренних (n-1)d- и (n-2)f- подуровней
Изоэлектронные атомы	- атомы, имеющие одинаковую электронную конфигурацию одноименных оболочек при разных значениях главного квантового числа n и проявляющие сходные химические свойства (т.е расположенные в одной группе)

Свойства атомов элементов и периодичность их изменения: