Электронные формулы атомов элементов галлия, марганца, селена, скандия

Задание 23.
Какое максимальное число электронов могут занимать s-, p-, d- и f- орбитали данного энергетического уровня? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 31.
Решение:
Электроны в атоме должны отличаться хотя бы одним квантовым числом (принцип Паули), поэтому в атомной орбитали (АО) могут находиться не более двух электронов, различающихся своими спинами ms =  1/2. Максимальное число электронов в подуровне определяется по формуле 2(2l + 1), где l-орбитальное квантовое число. На s-подуровне располагается одна квантовая ячейка на р-подуровне – три атомные орбитали (ячейки), на d-подуровне – пять АО, на f-подуровне – семь АО. Исходя из этого, на s-подуровне максимальное число электронов может быть равно двум [2 (2 ^. 0 + 1) = 2], на р-подуровне – трём    [2 (2 ^. 1 + 1) = 6], на d-подуровне - [2 (2 ^. 2 + 1) = 10], на f-подуровне - [2 (2 ^. 3 + 1) = 14]. Электронные формулы отображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням (атомным орбиталям). Электронная конфигурация обозначается группами символов  nl^x, где n – главное квантовое число, l – орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующие буквенные обозначения – s, p, d, f), х – число электронов в данном подуровне (орбитали). При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он обладает наименьшей энергией – меньшая сумма n + l (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→(6d1-2)→5f→6d→7p. 

Так как число электронов в атоме элемента равно его порядковому номеру в таблице химических элементов Д. И. Менделеева, то для элементов №31 (галлий) электронная формула имеют вид:

₊₃₁Ga  1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹

Задание 24.
Напишите электронные формулы атомов с порядковыми номерами 25 и 34. К какому семейству относится каждый из этих элементов?
Решение: 
Электроны в атоме должны отличаться хотя бы одним квантовым числом (принцип Паули), поэтому в атомной орбитали (АО) могут находиться не более двух электронов, различающихся своими спинами ms =  1/2. Максимальное число электронов в подуровне определяется по формуле 2(2l + 1), где l-орбитальное квантовое число. На s-подуровне располагается одна квантовая ячейка на р-подуровне – три атомные орбитали (ячейки), на d-подуровне – пять АО, на f-подуровне – семь АО. Исходя из этого, на s-подуровне максимальное число электронов может быть равно двум [2 (2 ^. 0 + 1) = 2], на р-подуровне – трём    [2 (2 ^. 1 + 1) = 6], на d-подуровне - [2 (2 ^. 2 + 1) = 10], на f-подуровне - [2 (2 ^. 3 + 1) = 14]. Электронные формулы отображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням (атомным орбиталям). Электронная конфигурация обозначается группами символов  nl^x, где n – главное квантовое число, l – орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующие буквенные обозначения – s, p, d, f), х – число электронов в данном подуровне (орбитали). При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он обладает наименьшей энергией – меньшая сумма n + l (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→(6d1-2)→5f→6d→7p. 

Так как число электронов в атоме элемента равна его порядковому номеру в периодической системе химических элементов таблицы Д. И. Менделеева, то для элементов 25 и 34 электронные формулы будут иметь вид:

 ₊₂₅Mn  1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²;  
₊₃₄Se 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁴. 

У атома марганца валентными электронами являются пять 3d-электрона и два 4s- электрона, поэтому марганец относится к семейству d-элементов. У атома селена валентными электронами являются два 4s- электрона и один 4р-электрон, поэтому селен относится к семейству р-элементов. 

Задание 25.
Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4s или 3d; 5s или 4р? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21.
Решение:
Электроны в атоме должны отличаться хотя бы одним квантовым числом (принцип Паули), поэтому в атомной орбитали (АО) могут находиться не более двух электронов, различающихся своими спинами ms =  1/2. Максимальное число электронов в подуровне определяется по формуле 2(2l + 1), где l-орбитальное квантовое число. На s-подуровне располагается одна квантовая ячейка на р-подуровне – три атомные орбитали (ячейки), на d-подуровне – пять АО, на f-подуровне – семь АО. Исходя из этого, на s-подуровне максимальное число электронов может быть равно двум [2 (2 . 0 + 1) = 2], на р-подуровне – трём    [2 (2 . 1 + 1) = 6], на d-подуровне - [2 (2 . 2 + 1) = 10], на f-подуровне - [2 (2 . 3 + 1) = 14]. Электронные формулы отображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням (атомным орбиталям). Электронная конфигурация обозначается группами символов  nlx, где n – главное квантовое число, l – орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующие буквенные обозначения – s, p, d, f), х – число электронов в данном подуровне (орбитали). При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он обладает наименьшей энергией – меньшая сумма n + l (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→(6d1-2)→5f→6d→7p. 

Так как на 4s-подуровне сумма n + l равна 4 (4 + 0 = 4), на 3d-подуровне - 5 (3 + 2 = 5), то сначала будет заполняться 4s-подуровень, где сумма чисел n + l наименьшая.  На 5s-подуровне сумма n + l равна 5 (5 + 0 = 5), на 4р-подуровне - 5 (4 + 1 = 5), то, согласно правилу Клечковского, сначала будет заполняться 4р-подуровень, где главное квантовое число имеет меньшее значение (второе правило Клечковского).
Так как число электронов в атоме элемента равна его порядковому номеру в периодической системе химических элементов таблицы Д. И. Менделеева, то для элемента 21 (скандий) электронная формула будут иметь вид:

₊₂₁Sс 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²