Составление электронно-графических формул атомов элементов 4 периода
Задача 56.
Напишите электронно-графическую формулу для элементов 4-го периода, определите их валентные электроны и охарактеризуйте их с помощью квантовых чисел.
Решение:
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 соответствующее буквенное обозначение – s, p, d, f), x – 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+1 (правило Клечковского). Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней следующая:
1s►2s►2р►3s►3р►4s►3d►4р►5s►4d►5р►6s►(5d1)►4f►5d►6р►7s►(6d1-2)►5f►6d►7р
а) Элемент № 19
Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядковому номеру в таблице Д.И. Менделеева, то для 19 элемента - калия (К – порядковый № 19) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
Валентный электрон калия 4s1 - находятся на 4s-подуровне. На валентной орбитали атома К находится 1 электрон. Поэтому элемент помещают в первую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
б) Элемент № 20
Для элемента № 20 - кальция (Са – порядковый № 20) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
Валентные электроны кальция 4s2 - находятся на 4s-подуровне На валентной орбитали атома Са находятся 2 электрона. Поэтому элемент помещают во вторую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
в) Элемент № 21
Для элемента № 21 - скандия (Са – порядковый № 21) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Валентные электроны скандия 4s2 3d1 - находятся на 4s- и 3d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Sc находится 3 электрона. Поэтому элемент помещают в третью группу периодической системы Д.И.Менделеева.
г) Элемент № 22
Для элемента № 22 - титана (Ti – порядковый № 22) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2
Валентные электроны скандия 4s2 3d2 - находятся на 4s- и 3d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Ti находится 4 электрона. Поэтому элемент помещают в четвертую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
д) Элемент № 23
Для элемента № 23 - ванадия (V – порядковый № 23) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3
Валентные электроны скандия 4s2 3d3 - находятся на 4s- и 3d-подуровнях. На валентных орбиталях атома V находится 5 электронов. Поэтому элемент помещают в пятую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
е) Элемент № 24
Для элемента- хрома (Cr – порядковый № 24) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5
Валентные электроны хрома 4s1 3d5 - находятся на 4s- и 3-подуровнях. На валентных орбиталях атома Cr находится 6 электронов. Поэтому элемент помещают в шестую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
У атома хрома один электрон с 4s-подуровня переходит на 3d-подуровень и при этом атом хрома приобретает более устойчивое состояние 4s1 3d5, чем 4s2 3d4. Объясняется это тем, что энергетически выгоднее для атома хрома когда на 3d-подуровне будет находиться не 4 а 5 электронов - все ячейки заполнены по одному электрону. Таким образом, атому хрома энергетически выгоднее валентная электроная конфигурация 4s1 3d5, а не 4s2 3d4.
ж) Элемент № 25 - марганец (Mn – порядковый № 25) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5
Валентные электроны марганца 4s2 3d5 - находятся на 4s- и 3d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Mn находится 7 электронов. Поэтому элемент помещают в седьмую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
з) Элемент № 26 - железо (Fe – порядковый № 26) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
Валентные электроны железа 4s2 3d6 - находятся на 4s- и 3d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Fe находится 8 электронов. Поэтому элемент помещают в восьмую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
к) Элемент № 27 - собальт (Со – порядковый № 27) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7
Валентные электроны собальта 4s2 3d7 - находятся на 4s- и 3d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Со находится 9 электронов. Поэтому элемент помещают в девятую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
л) Элемент № 28 - никель (Ni – порядковый № 28) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8
Валентные электроны никеля 4s2 3d8 - находятся на 4s- и 3d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Ni находится 10 электронов. Поэтому элемент помещают в десятую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
м) Элемент № 29 - меди (Cu – порядковый № 29) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10
Валентные электроны меди 4s1 3d10 - находятся на 4s- и 3d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Cu находится 11 электронов. Поэтому элемент помещают в одиннадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
У атома меди наблюдается проскок ("провал"): один электрон 4s-подуровня переходит на 3d-подуровень. Это объясняется тем, что состояние атома считается более энергетически выгодным, если на d-подуровне находится не 9, а 10 электронов. Потому что энергетически более выгоднее для атома меди когда заполнены все пять d-ячеек на 3d-подуровне, но не тогда когда четыре d-ячейки заполнены, а на пятой только один электрон. Для заполнения пятой d-ячейки 3d-подуровня один электрон 4s-подуровня переходит на 3d-подуровнь, как бы "проваливается". Таким образом, атому меди энергетически выгоднее валентная электроная конфигурация 4s1 3d10, а не 4s2 3d9.
н) Элемент № 30 - цинка (Zn – порядковый № 30) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10
Валентные электроны цинка 4s2 3d10 - находятся на 4s- и 3d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Zn находится 12 электронов. Поэтому элемент помещают в двенадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
о) Элемент № 31 - галлий (Ga – порядковый № 31) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р1
Валентные электроны галлия 4s2 3d10 4р1 - находятся на 4s-, 3d- и 4р-подуровнях. На валентных орбиталях атома Ga находится 13 электронов. Поэтому элемент помещают в тринадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
п) Элемент № 32 - германий (Ge – порядковый № 32) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р2
Валентные электроны германия 4s2 3d10 4р2 - находятся на 4s-, 3d- и 4р-подуровнях. На валентных орбиталях атома Gе находится 14 электронов. Поэтому элемент помещают в четырнадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
р) Элемент № 33 - мышьяк (As – порядковый № 33) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р3
Валентные электроны мышьяка 4s2 3d10 4р3 - находятся на 4s-, 3d- и 4р-подуровнях. На валентных орбиталях атома As находится 15 электронов. Поэтому элемент помещают в пятнадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
с) Элемент № 34 - селен (Se – порядковый № 34) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р4
Валентные электроны селена 4s2 3d10 4р4 - находятся на 4s-, 3d- и 4р-подуровнях. На валентных орбиталях атома Se находится 16 электронов. Поэтому элемент помещают в шестнадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
с) Элемент № 35 - бром (Br – порядковый № 35) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р5
Валентные электроны брома 4s2 3d10 4р5 - находятся на 4s-, 3d- и 4р-подуровнях. На валентных орбиталях атома Br находится 17 электронов. Поэтому элемент помещают в семнадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
т) Элемент № 36 - криптон (Kr – порядковый № 36) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6
Валентные электроны криптона 4s2 3d10 4р6 - находятся на 4s-, 3d- и 4р-подуровнях. На валентных орбиталях атома Kr находится 18 электронов. Поэтому элемент помещают в восемнадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
