Составление электронно-графических формул для атомов элементов 5-го периода
Задача 57.
Напишите электронно-графическую формулу для элементов 5-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 № 37
Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядковому номеру в таблице Д.И. Менделеева, то для 37 элемента - рубидия (Rb – порядковый № 37) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s1
Валентный электрон рубидия 5s1 - находятся на 5s-подуровне На валентной орбитали атома Rb находится 1 электрон. Поэтому элемент помещают в первую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
б) Элемент № 38
Для элемента № 38 - стронция (Sr – порядковый № 38) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s2
Валентные электроны кальция 5s2 - находятся на 5s-подуровне На валентной орбитали атома Sr находятся 2 электрона. Поэтому элемент помещают во вторую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
в) Элемент № 39
Для элемента № 39 - иттрия (Y – порядковый № 39) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s2 4d1
Валентные электроны иттрия 5s2 4d1 - находятся на 5s- и 4d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Y находится 3 электрона. Поэтому элемент помещают в третью группу периодической системы Д.И.Менделеева.
г) Элемент № 40
Для элемента № 40 - цирконий (Ti – порядковый № 40) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s2 4d2
Валентные электроны циркония 5s2 4d2 - находятся на 5s- и 4d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Zr находится 4 электрона. Поэтому элемент помещают в четвертую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
д) Элемент № 41
Для элемента № 41 - ниобия (Nb – порядковый № 41) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s1 4d4
Валентные электроны ниобия 5s1 4d4 - находятся на 5s- и 4d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Nb находится 5 электронов. Поэтому элемент помещают в пятую группу периодической системы Д.И.Менделеева. Ниобий в обычных условиях проявляет валентность рпаную 5, поэтому для атома энергетически выгодным является когда все 5 валентных электронов находятся по одному в ячейках 5s- и 4d-подуровнях. Таким образом, в атоме ниобия один s-электрон с 5s-подуровня "проваливается" на 4d-подуровень.
е) Элемент № 42 - молибден (Mo – порядковый № 42) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s1 4d5
Валентные электроны молибдена 5s1 4d5 - находятся на 5s- и 4d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Мо находится 6 электронов. Поэтому элемент помещают в шестую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
У атома молибдена один электрон с 5s-подуровня переходит на 4d-подуровень и при этом атом молибдена приобретает более устойчивое состояние 5s1 4d5, чем 5s2 4d4. Объясняется это тем, что энергетически выгоднее для атома молибдена когда на 4d-подуровне будет находиться не 4 а 5 электронов - все ячейки заполнены по одному электрону. Таким образом, атому молибдена энергетически выгоднее валентная электроная конфигурация 5s1 4d5, а не 5s2 4d4.
ж) Элемент № 43 - технеций (Тс – порядковый № 43) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s2 4d5
Валентные электроны технеция 5s2 4d5 - находятся на 5s- и 4d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Тс находится 7 электронов. Поэтому элемент помещают в седьмую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
з) Элемент № 44 - рутений (Ru – порядковый № 44) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s1 4d7
Валентные электроны рутения 5s2 4d7 - находятся на 4s- и 3d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Ru находится 8 электронов. Поэтому элемент помещают в восьмую группу периодической системы Д.И.Менделеева. Рутений в соединениях проявляет валентность 4, что указывает на то что в атоме рутения имеетсся 4 неспаренных элелтрона, один на последнем 5s-подуровне и три - на 4d-подуровне. Поэтому энергетически выгодной электронной конфигурацией валентных оболчек атома рутения является 5s1 4d7. а не 5s2 4d6.
к) Элемент № 45 - родий (Rh – порядковый № 45) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s1 4d8
Валентные электроны родия 5s1 3d8 - находятся на 5s- и 4d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Rh находится 9 электронов. Поэтому элемент помещают в девятую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
У атома родия также как и у атома рутения наблюдается "провал" одного электрона с 5s-подуровня на 4d-подуровень. Это можно объяснить тем, что в своих соединениях родий в основном проявляет валентность 3, что указывает на то что в атоме родия имеетсся 3 неспаренных элелтрона, один на последнем 5s-подуровне и два - на 4d-подуровне. Поэтому энергетически выгодной электронной конфигурацией валентных оболчек атома рутения является 5s1 4d8. а не 5s2 4d7.
л) Элемент № 46 - палладий (Pd – порядковый № 46) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s0 4d10
Валентные электроны палладия 4d10 - находятся на 4d-подуровне. На валентной орбитали атома Pd находится 10 электронов. Поэтому элемент помещают в десятую группу периодической системы Д.И.Менделеева. В электронной оболочке элемента палладия наблюдается провал двух электронов с подуровня 5s на уровень 4d. Электронная конфигурация валентных электронов атома палладия 5s0 4d10 энергетически более выгодна, чем конфигурации 5s1 4d9 или 5s2 4d8. Таким образом, целиком заполненный 4d-подуровень является энергетически выгодным для атома палладия.
м) Элемент № 47 - серебро (Ag – порядковый № 47) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s1 4d10
Валентные электроны меди 5s1 4d10 - находятся на 5s- и 4d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Cu находится 11 электронов. Поэтому элемент помещают в одиннадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
У атома серебра наблюдается проскок ("провал"): один электрон 5s-подуровня переходит на 4d-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 серебра, когда заполнены все пять d-ячеек на 4d-подуровне, но не тогда когда четыре d-ячейки заполнены, а на пятой только один электрон. Для заполнения пятой d-ячейки 3d-подуровня один электрон 5s-подуровня переходит на 4d-подуровнь, как бы "проваливается". Таким образом, целиком заполненный 4d-подуровень является энергетически выгодным для атома серебра.
н) Элемент № 48 - кадмий (Cd – порядковый № 48) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s2 4d10
Валентные электроны кадмия 5s2 4d10 - находятся на 5s- и 4d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Cd находится 12 электронов. Поэтому элемент помещают в двенадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
о) Элемент № 49 - индий (In – порядковый № 49) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s2 4d10 5р1
Валентные электроны индия 5s2 4d10 5р1 - находятся на 4s-, 4d- и 5р-подуровнях. На валентных орбиталях атома In находится 13 электронов. Поэтому элемент помещают в тринадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
п) Элемент № 50 - олово (Sn – порядковый № 50) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s2 4d10 5р2
Валентные электроны олова 5s2 4d10 5р2 - находятся на 5s-, 4d- и 5р-подуровнях. На валентных орбиталях атома Sn находится 14 электронов. Поэтому элемент помещают в четырнадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
р) Элемент № 51 - сурьма (Sb – порядковый № 51) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s2 4d10 5р3
Валентные электроны сурьма 5s2 4d10 5р3 - находятся на 5s-, 4d- и 5р-подуровнях. На валентных орбиталях атома Sb находится 15 электронов. Поэтому элемент помещают в пятнадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
с) Элемент № 52 - теллур (Te – порядковый № 52) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s2 4d10 5р4
Валентные электроны теллура 5s2 4d10 5р4 - находятся на 5s-, 4d- и 5р-подуровнях. На валентных орбиталях атома Se находится 16 электронов. Поэтому элемент помещают в шестнадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
с) Элемент № 53 - йод (I – порядковый № 53) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s2 4d10 5р5
Валентные электроны йода 5s2 4d10 5р5 - находятся на 5s-, 4d- и 5р-подуровнях. На валентных орбиталях атома I находится 17 электронов. Поэтому элемент помещают в семнадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
т) Элемент № 54 - ксенон (Xe – порядковый № 54) электронная формула имеет вид:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4р6 5s2 4d10 5р6
Валентные электроны ксенона 5s2 4d10 5р6 - находятся на 5s-, 4d- и 5р-подуровнях. На валентных орбиталях атома Xe находится 18 электронов. Поэтому элемент помещают в восемнадцатую группу периодической системы Д.И.Менделеева.
