2. Строение атома. Электронные конфигурации атомов элементов

Типовая задача 1

Написать электронную конфигурацию атома элемента с порядковым номером 15 в основном и возбужденном состояниях. Используя электронную конфигурацию внешнего и предвнешнего энергетических уровней, определить местоположение элемента в периодической системе (группа, подгруппа, период), указать его название и символ. Определить к какому семейству принадлежит элемент. Указать значения валентностей и степеней окисления элементов в основном и возбужденном состояниях.

Решение. 1. Порядковый номер элемента – 15 – указывает на количество протонов в ядре атома элемента и, соответственно, электронов. Распределяем 15 электронов по энергетическим уровням и подуровням атома, используя принцип минимальной энергии и правила Клечковского. Электронная конфигурация атома будет следующей:

1S2 2s2 2p6 3s2 3p3 сокращенно [Ne]3s23p3

2. Составляем графическую схему распределения электронов по энергетическим уровням и подуровням атома элемента. Для этого используем принцип Паули и правило Гунда.

					3s	3p
	2s		2р		↑↓	↑	↑	↑
1s	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓
↑↓					основное состояние

Для данного атома возможен переход в возбужденное состояние, поскольку имеются вакантные орбитали на d-подуровне внешнего уровня.

3s

3p

3d

2s

2р

↑

↑

↑

↑

↑

1s

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

возбужденное состояние

3. Элемент принадлежит p-семейству, поскольку последним в атоме этого элемента заполняется p-подуровень.

4. В атоме три энергетических уровня, соответственно элемент расположен в третьем периоде периодической системы. На внешнем энергетическом уровне содержится пять электронов, что указывает на принадлежность элемента к пятой группе. Последним в атоме заполняется внешний энергетический уровень, значит, элемент стоит в главной подгруппе. Рассматриваемый атом является атомом фосфора и обозначается символом Р.

5. Валентные возможности атома р-элемента определяются конфигурацией внешнего энергетического уровня. В атоме данного элемента в основном состоянии на внешнем уровне три не спаренных электрона, соответственно значение валентности 3. Возможные значения степеней окисления -3,+3. В возбужденном состоянии на внешнем уровне пять электронов, это определяет значение валентности 5 и степень окисления +5.

Типовая задача 2

Написать электронную конфигурацию и составить графическую схему распределения электронов для иона Mg²⁺.

Решение. Электронная конфигурация атома магния записывается следующим образом:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² или [Ne]3s²

Процесс превращения атома в ион сопровождается потерей или принятием электронов на внешний или предвнешний энергетический уровень. В данном случае, атом магния теряет два электрона с внешнего энергетического уровня и превращается в положительно заряженный ион. В соответствии с вышесказанным, можем записать электронную конфигурацию иона магния:

1s² 2s² 2p⁶ 3s⁰

Электронографическая схема распределения электронов:

					3s0		3р0
	2s2		2р6
1s2	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓
↑↓

Варианты заданий

Таблица 2

№ п/п	Порядковый номер элемента (а)	Порядковый номер элемента (б)	Порядковый номер элемента (в)	Ион
1	2	3	4	5
	11	32	39	K+
	4	9	24	Ca2+
	12	17	42	Cl-
	3	35	74	As3-
	37	53	41	As3+
	55	85	39	As5+
	20	52	72	Sn2+
	30	34	25	Sn4+
	56	51	26	S2-
	19	33	43	Mg2+
	12	32	27	P3-
	3	31	42	Se2-
	48	50	40	Cs+
	87	51	41	Sb3+
	88	16	49	Sb5+
	4	8	28	Pb2+
	38	34	45	Pb4+
	19	53	73	Sn4+
	11	13	39	Ca2+
	3	5	78	Rb+
	38	31	27	Br-
	48	49	23	Na+
	56	82	22	Bi3+
	80	83	21	Bi5+
	88	51	49	Al3+
	37	52	43	Li+
	20	34	46	Sr2+
	30	49	27	Ba2+
	48	13	42	I-
	12	14	40	F-