Энергетические уровни, подуровни и орбитали многоэлектронного атома
Глав
ное
квантовое число
n
| Обозначение
энерге
тического уровня
| Максимальное число электронов
2n
| Орбительное (побочное)
квантовое число l
| Обозначение энергетического подуровня
(орбитали)
| Магнитное
квантовое число
m
| Максимальное число электронов
2(2l + 1)
| для данного n изменяется
от 0 до n-1
| для данного l
-изменяется от –l до +l
- принимает 2l + 1 -значение
|
| К
|
|
| 1s
|
|
|
| L
|
|
| 2s
2p
|
-1 , 0, +1
|
|
| M
|
|
| 3s
3p
3d
|
-1 , 0, +1
-2, -1, 0, +1, +2
|
|
|
N
|
|
| 4s
4p
4d
4f
|
-1 , 0, +1
-2, -1, 0, +1, +2
-3, -2, -1, 0, +1, 2, +3
|
|
Задача №1
Какие сведения можно получить об элементе №63, исходя из его положения в системе Д. И. Менделеева?
Ответ: это элемент Eu (европий). №63 показывает, что электронная оболочка атома состоит из 63 электронов. Eu находится в 6 периоде III B группе. Значит в его атоме различают 6 квантовых слоёв (или 6 энергетических уровней), характерная валентность элемента равна 3.
Задача №2
Запишите электронную формулу элемента №63, последовательно заполняя электронами энергетические подуровни по системе Д. И. Менделеева. Выделите сокращённую электронную формулу элемента. Какой тип элемента (s, p, d, f)?
Ответ:
1s2/ 2s2 2p6/ 3s2 3p6 3d10/ 4s2 4p6 4d10 4f6/ 5s2 5p6 5d1 5f0/ 6s2 6p0
Сокращённая формула: 4f6/ 5d1/ 6s2
(по валентным подуровням).
Eu – f – элемент
Логическая подсказка преподавателя:
Методами квантовой механики рассчитано, что устойчивое электронное состояние соответствует:
s0 s2; p0 p3 p6
d0 d5 d10; f0 f7 f14
Поэтому у элемента №63 наблюдается «эффект провала электрона» при реализации устойчивого состояния:
e -
4f6/ 5d1/ 6s2 ® 4f7/ 5d0/ 6s2
Задача №3
Напишите электронные формулы (начиная с четвёртого уровня) для ионов Eu2+, Eu3+, Eu4+ (без учёта провала электрона).
Ответ:
Eu2+ … 4s2 4p6 4d10 4f6/ 5s2 5p6 5d1 5f0/ 6s0
Eu3+ … 4s2 4p6 4d10 4f6/ 5s2 5p6 5d0 5f0/ 6s0
Eu4+ … 4s2 4p6 4d10 4f5/ 5s2 5p6 5d0 5f0/ 6s0
Задача №4
Какие величины квантовых чисел характеризуют состояние валентных электронов в атоме Eu?
Ответ:
Валентные электроны
| n
| l
| m
| s
| 4f
|
|
| -3,-2,-1,0,1,2,3
| + ½
| 5d
|
|
| -2,-1,0,1,2
| + ½
| 6s
|
|
|
| + ½
|
Задача №5
Почему в атомах химических элементов заполняется сначала 4s – подуровень, а затем 3d – подуровень?
Логическая подсказка преподавателя: согласно «принципу наименьшей энергии», при формировании электронных оболочек наблюдается «эффект запаздывания», так как сначала заполняются энергетически выгодные уровни и подуровни, на которых энергия связи электрона с ядром атома максимально возможная (соответственно, общая энергия электрона максимально возможная). По правилу Клечковского, наибольшая энергия связи с ядром у того электрона, у которого сумма (n + l) ® min.
Ответ:
подуровни
| n + l
| 4s – подуровень энергетически выгоднее, чем
3d – подуровень
| 4s
| 4 + 0 = 4
| 3d
| 3 + 2 = 5
|
Задача №6
Можно ли объяснить тот факт, что при формировании электронных оболочек в атомах химических элементов
прерывается заполнение 5d – подуровня и происходит заполнение электронами 4f – подуровня?
Ответ:
подуровни
| n + l
| 5d и 4f – подуровни
одинаково энергетически
выгодны
| 5d
| 5 + 2 = 7
| 4f
| 4 + 3 = 7
| Логическая подсказка преподавателя:
Очевидно, что при одинаковой сумме (n + l) энергетически выгоднее тот уровень, у которого n ® min.
Задача №7
Можно ли объяснить тот факт, что при формировании электронных оболочек в атомах химических элементов прерывается заполнение 5d – подуровня и происходит заполнение электронами 4f – подуровня?
Ответ:
подуровни
| n + l
| 5d и 4f – подуровни
одинаково энергетически
выгодны
| 5d
| 5 + 2 = 7
| 4f
| 4 + 3 = 7
| Логическая подсказка преподавателя:
Очевидно, при одинаковой сумме (n + l) энергетически выгоднее тот уровень, у которого n ® min.
Задача №8
По сокращённой электронной формуле …4d3/ 5s2 определите химический элемент и прогнозируйте его свойства.
Ответ: это элемент №41 (Nb), который находится в 5 периоде V B группе. Nb – металл, обладает только восстановительными свойствами. Nb – d – элемент.
Nb0 … 4d3/ 5s2 – 2e - ® Nb+2 … 4d3/ 5s0
Nb0 … 4d3/ 5s2 – 5e - ® Nb+5 … 4d0/ 5s0
Следовательно, Nb образует: оксид – Nb+2O и оксид Nb2+5O5, между которыми можно предполагать оксиды Nb2+3O3 и Nb+4O2.
Nb+2O Nb2+3O3
Усиление
основных свойств
| Nb+4O2
Амфотерные свойства
| Nb2+5O5
Усиление
кислотных свойств
|
Задача №9
По сокращённой электронной формуле … 3d10/ 4s2 4p4 определите химический элемент и прогнозируйте:
а) металл или неметалл?
б) какие кислоты и соли образует этот элемент?
в) какова ковалентность этого элемента в невозбуждённом состоянии и возбуждённом состоянии?
Ответы:
а) это элемент №34 – селен (Se).
p – элемент, неметалл ; расположен в 4 периоде VI A группе.
б) Se0 … 4s2 4p4 + 2e - ® Se- 2 … 4s2 4p6
Селен образует селеноводородную кислоту H2+Se-2 , её соли ─ селениды, например, Na2Se.
Se0 … 4s2 4p4 – 4e - ® Se+4 … 4s2 4p0
Селен образует оксид SeO2 и соответствующую кислоту:
SeO2 + H2O ® H2SeO3.
Селенистая кислота, её соли – селениты, например, Na2SeO3 ─ селенит натрия.
Se0 … 4s2 4p4 – 6e - ® Se+6 … 4s0 4p0
Селен образует оксид SeO3 и соответствующую кислоту:
SeO3 + H2O ® H2SeO4
Селеновая кислота, её соли – селенаты. H2SeO4 – селенат натрия.
в) ковалентность в невозбуждённом состоянии
Se0 = 2: Se …4s2 4p4 4d0
Это значит, что Se может образовать в соединениях две ковалентные химические связи. Например, H2Se;
H
Se
H
| Ковалентность в возбуждённом состоянии Se*=4: …4s2 4p3 4d1
|
|
|
|
|
|
| d
|
|
|
|
|
| p
|
|
|
|
|
|
|
| s
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ¯
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ковалентность в возбуждённом состоянии Se** = 6: …4s1 4p3 4d2
|
|
|
|
|
|
| d
|
|
|
|
|
| p
|
|
|
|
|
|
|
| s
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Это значит, что Se в возбуждённом состоянии может образовать в соединениях 4 или 6 ковалентных связей.
5. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ задания
1. Какие сведения можно получить об элементе, исходя из его положения в системе Д.И.Менделеева:
1) название элемента;
2) к какому семейству относится:
Щелочные металлы
| Неметаллы
| Щёлочноземельные металлы
| Галогены
| Переходные металлы
| Инертные газы
| Металлы
| Лантаноиды
| Полуметаллы — металлоиды
| Актиноиды
| 3) из какого числа электронов состоит его электронная оболочка;
4) сколько энергетических уровней различают в его атоме.
2. Запишите электронную формулу элемента. К семейству каких элементов он относится (s, p, d, f)?
3. Напишите электронную формулу для ионов элемента с зарядом q.
4. Какие величины квантовых чисел (n, l, m, s) характеризуют состояние валентных электронов в атоме элемента?
Вариант
| № элемента в таблице
Менделеева
| Заряд
иона
q
| | Вариант
| № элемента в таблице
Менделеева
| Заряд иона
q
| 1.
|
| +6
|
| 14.
|
| +4
| 2.
|
| +2,+3
|
| 15.
|
| +5
| 3.
|
| +5
|
| 16.
|
| +3
| 4.
|
| +4
|
| 17.
|
| +2
| 5.
|
| +2
|
| 18.
|
| +4
| 6.
|
| +4
|
| 19.
|
| +3
| 7.
|
| +3
|
| 20.
|
| +2
| 8.
|
| +2
|
| 21.
|
| +4
| 9.
|
| +4
|
| 22.
|
| +2
| 10.
|
| +3
|
| 23.
|
| +5
| 11.
|
| +2
|
| 24.
|
| +3
| 12.
|
| +1
|
| 25.
|
| +2
| 13.
|
| +3
|
| 26.
|
| +4
|
ЛИТЕРАТУРА
1. Химия: Справ. изд. / В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. – М.: Химия, 1989. – 648 с.
2. Глинка Н.Л. Общая химия: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.А. Рабиновича. – Л.: Химия, 1987. – 704 с.
3. Бондарев Б.В. Курс общей физики. В 3 кн. Кн.2: Электромагнетизм. Волновая оптика. Квантовая физика: Учеб. пособие. –М.: Высшая школа, 2003. – 438 с.
4. Эмсли Дж. Элементы: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. –256 с.
5. http://ru.wikipedia.org/wiki/Периодический закон
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение………………………………………………………….....3
1.Строение атома……………………………….……….……….....4
1.1.Ядро и электронная оболочка атома….…….….….........4
1.2. Строение ядра атома….………………………………....5
1.3. Нуклиды, изотопы, массовое число…..…………….…..6
1.4. Строение электронной оболочки атома. Энергетические уровни.…………………………………………………...........7
2. Квантово-механическое объяснение строения атома…….……8
2.1 Орбитальная модель атома……………………………..8
2.2 Орбитали с s,p,d,f-электронами (атомные
s,p,d,f-орбитали)…………………………………………..……11
2.3 Энергетические подуровни многоэлектронного атома. Принципы построения электронной оболочки…….………...13
3. Периодический закон и периодическая система элементов………………………………………………………………....17
4.Практическая часть……………………………………………..24
5.Индивидуальные задания..……………………………………..30
Литература……………………………………………………..31
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|