Сделай Сам Свою Работу на 5

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

              d    
      p            
  s ­¯ ­ ­          
­¯                

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.