Какой энергетический подуровень заполняется электронами раньше: 5s или 4d; 6s или 5p и почему?
Решение.
Заполнение электронами энергетических уровней и подуровней подчиняется принципу «минимума энергии», т. е. вначале заполняются орбитали с меньшей энергией. Энергетическое состояние электрона характеризуется главным и орбитальным квантовыми числами и заполнение орбиталей происходит в последовательности увеличения их суммы (n + l). Для 5s-орбитали эта сумма равна 5 + 0 = 5, а для 4d-орбитали 4 + 2 = 6. Поэтому 5s- орбиталь заполняется электронами раньше.
Если сумма главного и орбитального квантовых чисел для двух орбиталей одинакова, то раньше заполняется та, у которой меньше значение главного квантового числа. Так, для 6s- и 5d-орбиталей эти суммы одинаковы (6 + 0 = 6 и 5 + 1 = 6), поэтому, вначале заполняется 5p-орбиталь, а потом 6s. Под семейством понимают ряд атомов элементов, у которых заполняется или заполнился однотипный валентный подуровень.
Задания
21. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. Распределите электроны этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
22. Напишите электронные формулы атомов фосфора и ванадия. Распределите электроны этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
23. Какое максимальное число электронов может занимать s-, p-, d- и f-орбитали данного энергетического уровня? Почему?
24. Напишите электронные формулы атомов марганца и селена. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
25. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4s или 3d; 5s или 4р? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21.
26. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 17 и 29. У последнего происходит провал одного 4s-электрона на
3d-подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
27. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 5d или 6s; 7s или 6р? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 43.
28. Что такое изотопы? Чем можно объяснить, что у большинства элементов периодической системы атомные массы выражаются дробным числом? Могут ли атомы разных элементов иметь одинаковую массу? Как называются подобные атомы?
29. В чем сущность a-, b–- и b+-радиоактивного распада? Изотоп какого элемента получится в результате последовательного излучения 4a- и 2b-частиц с атомным ядром 238U?
30. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 40. Какие электроны этих атомов являются валентными?
31. Какую радиоактивность называют искусственной? Изотоп какого элемента образуется в результате ядерной реакции, происходящей при бомбардировке ядер атомов 27Аl протонами, если при этом поглощается один протон и выделяется одна a-частица? Составьте уравнение этой ядерной реакции.
32. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 16 и 28. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
33. Изотоп какого элемента образуется в результате ядерной реакции, происходящей при бомбардировке ядер атомов 54Fe a-частицами, если при этом поглощается одна a-частица и выделяется один нейтрон. Составьте уравнение этой ядерной реакции.
34. Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число m l при орбитальном квантовом числе l = 0; 1; 2 и 3? Какие элементы в периодической системе носят название s-, р-, d- и f-элементов? Приведите примеры.
35. Какие значения могут принимать квантовые числа n, l, ml и ms, характеризующие состояние электронов в атоме. Какие значения они принимают для внешних электронов атома магния?
36. Чем отличается последовательность в заполнении атомных орбиталей у атомов d-элементов от последовательности заполнения их у атомов s- и
р-элементов? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 46, учитывая, что, находясь в пятом периоде, атомы этого элемента на пятом энергетическом уровне не содержат ни одного электрона.
37. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33, учитывая, что у первого происходит провал одного 4s-электрона на 3d-подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
38. Значения какого квантового числа определяют число s-, p-, d- и
f-орбиталей на энергетическом уровне? Сколько всего s-, p- и d-электронов в атоме кобальта?
39. В чем заключается принцип запрета Паули? Может ли быть на каком-нибудь подуровне атома p7 или d12-электронов? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 22 и укажите его валентные электроны.
40. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 32 и 42, учитывая, что у последнего происходит провал одного
5s-электрона на 4d-подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
Периодическая система элементов Д. И. Менделеева
