Определение структуры валентного электронного слоя атомов элементов

Задача 188. 
Структура валентного электронного слоя атома элемента выражается электронной формулой: а) 5s25p4; б) 3d54s1. Определить порядковый номер и название элемента.
Решение:
а) Валентный электронный слой 5s25p4 указывает на то, что атом элемента имеет пять электронных энергетических уровней, значит, атом расположен в пятом периоде. Наличие на внешнем энергетическом уровне двух 5s- и четырёх 5p-электронов указывает на то, что данный элемент относится к семейству p-элементов, и расположен в шестой группе главной подгруппе периодической системы Д. И. Менделеева. В пятом периоде шестой группы находится элемент с порядковым номером 52 (теллур). 

б) Электронная конфигурация валентного слоя 3d54s1 указывает на то, что атом находится в четвёртом периоде (n = 4), относится к d-элементам (наличие 3d-подуровня) и является элементом шестой группы побочной подгруппы. Такому состоянию соответствует элемент с порядковым номером 24 (хром).

Ответ: Te; Cr.


Задача. 189. 
Электронная структура атома описывается формулой: 1s22s22p63s23p63d64s2. Какой это элемент?
Решение:
Так как число электронов в атоме элемента равно его порядковому номеру в таблице Д. И. Менделеева, то для элемента с электронной структурой, описываемой формулой 1s22s22p63s23p63d64s2, порядковый номер равен 26 (общее число электронов равно 26). Под номером 26 в таблице Д. И. Менделеева находится железо.


Задача 190. 
Написать электронные формулы ионов: а) Sn2+; б) Sn4+; в) Мn2+; г) Сu2+; д) Сг3+; е) S2-.
Решение:
а) Электронная формула олова имеет вид: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p2. Отдав два с 5p-подуровня атом, олова превращается в ион Sn2+, который имеет электронную формулу: 

1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p0

б) Атом олова, отдав четыре электрона, два с 5p-подуровня и два с 4s-подуровня, атом олова превращается в ион Sn4+. Электронная формула иона олова Sn4+ имеет вид: 
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s05p0.

в) Электронная формула марганца имеет вид: 1s22s22p63s23p63d54s2. При отдаче двух электронов с 4s-подуровня, атом марганца превращается в ион Мn2+ с электронной формулой:  1s22s22p63s23p63d54s0

г) Атом меди имеет электронную формулу: 1s22s22p63s23p63d104s1. при отдаче одного электрона с 4s-подуровня и одного с 3d-подуровня атом меди превращается в ион Сu2+, электронная формула которого будет иметь вид: 1s22s22p63s23p63d9.

д) Атом хрома имеет следующую электронную формулу: 1s22s22p63s23p63d54s1. При отдаче одного электрона с 4s-подуровня и двух с 3d-подуровня атом хрома превращается в ион Сг3+, электронная формула которого будет иметь вид: 1s22s22p63s23p63d34s0.

е) Электронная формула атома серы имеет вид: 1s22s22p63s23p4. Присоединив два недостающих электрона на 3p-подуровень, атом серы превращается в ион S2-, электронная формула которого будет иметь вид: 1s22s22p63s23p6.


Задача 191. 
У элементов каких периодов электроны внешнего слоя характеризуются значением n +  l  = 5?
Решение:
Значение квантовых чисел n + l  = 5 означает, что у элементов электроны внешнего слоя могут находиться на пятом энергетическом уровне и s-подуровне (5 + 0 = 5) или на четвёртом энергетическом уровне и p-подуровне (4 +1 = 5). Таким образом, у элементов IV и V периодов электроны внешнего слоя характеризуются значением n + l = 5.


Задача 192. 
Перечислить электронные аналоги среди элементов VI группы периодической системы элементов. Написать в общем виде электронные формулы валентных электронных подуровней атомов этих элементов.
Решение:
Электронными аналогами называют элементы, у которых валентные электроны расположены на орбиталях, описываемых формулой, общей для всех элементов. В периодической системе электронные аналоги входят в состав одной подгруппы.

Валентные электроны элементов главной подгруппы VI группы (кислород, сера, селен, теллур и полоний) описываются общей формулой  ns2np4, а элементы побочной подгруппы VI группы (хром, молибден и вольфрам) -  nd4ns2. У хрома и молибдена валентные электроны описываются формулой  nd5ns1, что объясняется «провалом» (переходом электрона с наружного s-подуровня на d-подуровень).


Задача 193. 
На каком основании хром и сера, фосфор и ванадий расположены в одной группе периодической системы? Почему их помещают в разных подгруппах?
Решение:
Электронные конфигурации атомов хрома, серы, ванадия и фосфора имеют виды:
+24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1;  +16S 1s22s22p63s23p4;  +23V 1s22s22p63s23p63d34s2;
+15P 1s22s22p63s23p3.

а) Атомы ванадия и фосфора содержат по пять валентных электронов, поэтому они расположены в пятой группе периодической системы химических элементов. На основании того, что валентными электронами атома серы являются наружные два 3s- и четыре 3p-электрона, фосфор расположен в главной подгруппе. У атома ванадия валентными электронами являются два 4s- и три 3d-электроны, ванадий расположен в побочной подгруппе. 

б) Атомы хрома и серы содержат по шесть валентных электронов, поэтому они располо-жены в шестой группе периодической системы химических элементов. На основании того, что валентными электронами атома серы являются наружные два 3s- и три 3p-электрона, сера расположена в главной подгруппе. У атома хрома валентными электронами являются один 4s- и пять 3d-электроны, хром расположен в побочной подгруппе.


Задача 194. 
Почему медь имеет меньший атомный объем, чем калий, расположенный в той же группе и том же периоде?
Решение:
Зависимость атомного объёма от заряда атома (Z) имеет периодический характер. В пределах одного периода с увеличением Z проявляется тенденция к уменьшению размеров атома, что объясняется увеличивающимся притяжением электронов внешнего слоя к ядру по мере возрастания его заряда. В пределах подгруппы с увеличением Z атома, но самое существенное, с появлением нового электронного слоя, атомные объёмы возрастают. 

Калий и медь являются элементами IV периода главной подгруппы. Количество электронных слоёв у атомов калия и меди одинаковое (4), а заряды имеют разное значение (+19K; +29Cu) и разное число электронов (K содержит 19 электронов, а Cu – 29). Поэтому электростатические силы взаимодействия в атоме меди будут значительно меньше, чем у калия. Следовательно, у элементов, расположенных в одном периоде и в одной группе периодической системы химических элементов, атомные объёмы уменьшаются с увеличением порядкового номера элемента. Так у меди атомный радиус имеет меньшее значение, чем у калия (r+29Cu = 129 нм; r+19K = 236 нм), потому что при большем значении Z и большем количестве электронов электростатическое взаимодействие больше, что приводит к сжиманию атома меди в большей степени, чем атома калия.