Пример решения задания 1

Вам выдано домашнее задание в виде нескольких чисел, например 20 (2,4,6,18,19). Первая цифра означает номер элемента в Периодической системе. Следовательно, элемент №20 -кальций, химический символ Са. Цифры в скобках указывают номера электронов в оболочке атома кальция, состояние которых надо охарактеризовать с помощью четырех квантовых чисел. Теперь переходим к выполнению задания 1 по пунктам 1 - 6.

Решение:

1.1. Запишем электронно-графическую формулу атома элемента №20, найдем и подчеркнем указанные в задании пять электронов в его оболочке (пользуясь правилом Гунда):

а) полная электронная формула:

₂₀Ca 1s² 2s² 2p⁶3s²3p⁶4s²;

б) краткая электронная формула:

₂₀Ca [Ar]4s²;

в) электронно-графическая формула

Определим квантовые числа для заданных электронов в атоме кальция и составим табл. 2.

Таблица 2

Значения квантовых чисел для электронов в атоме кальция

При определении m_l исходим из предположения, что орбитали каждого подуровня заполняются в порядке увеличения m_l от наименьшего отрицательного значения к наибольшему положительному, т.е. при l=1 m_l изменяется [–1,0,+1], следовательно, для p-подуровня

p_x p_{y Pz}

для d-подуровня

При определении m_s условно принимаем направление стрелочки вверх за положительное значение спинового квантового числа, то есть m_s = + ½; вниз - за отрицательное, то есть m_s = - l/2.

1.2. Существует четыре типа элементов s-, p-,d- f-. Валентные электроны – это электроны внешнего электронного слоя, а также предвнешнего подуровня, который заполняется в данном атоме. Таким образом, валентные электроны Са – 4s² и, следовательно, Са - s- элемент, металл. В основном состоянии кальций 0-валентен, так как не имеет неспаренных электронов. Возбуждение возможно, так как на внешнем уровне есть вакантные орбитали: ₂₀Са^* 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹4p¹.

Ca*…4s 4р

В возбужденном состоянии атом кальция содержит два неспаренных электрона, поэтому в соединениях кальций двухвалентен.

Таблица 3

Валентные возможности атома кальция

1.3. Характерные степени окисления элементов, его валентности и наиболее устойчивые ионы, которые он может образовать, определяются конфигурацией валентных электронных слоев. Атом кальция может образовать только ион Са²⁺, так как на внешнем слое у него только 2 валентных электрона. Его электронная формула 1s²2s²2р⁶3s²3р⁶; ионный радиус составляет 0.97А.

Изоэлектронными являются частицы, имеющие одинаковую электронную конфигурацию. Поэтому изоэлектронными по отношению к иону Са²⁺ будут следующие частицы:

При ответе на этот вопрос для d– и f- элементов, полезно просмотреть учебную литературу по химии элементов.

1.4. Запишем схемы процессов последовательного отрыва пяти электронов от атома кальция, которым соответствуют первые пять энергий (потенциалов) ионизации:

С отрывом каждого последующего электрона увеличивается заряд частицы от 0 до +5 и уменьшается её радиус, так как при одном и том же заряде ядра число электронов убывает, и оставшиеся сильнее притягиваются к ядру. Поэтому каждый последующий потенциал больше, чем предыдущий. Резкое увеличение потенциала ионизации происходит при отрыве электрона с внутреннего уровня, например, сравним I₃ = 51,0эВ >> I₂ = 11,87эВ.

1.5. Электронными аналогами являются элементы, имеющие подобные конфигурации валентных электронных слоев. Они могут быть описаны общей электронной формулой и являются элементами одной подгруппы Периодической системы.

Электронные аналоги кальция: Be, Mg, Sr, Ba, Ra. Общая электронная формула валентных электронов: Э...ns². Все элементы - металлы, относятся ко 2 группе, главной подгруппе. Радиусы атомов элементов с увеличением заряда ядра в подгруппе (в направлении сверху вниз) увеличиваются, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность в этом направлении уменьшается, восстановительная способность увеличивается (табл. 4).

Таблица 4

Изменение свойств атомов элементов одной подгруппы

1.6. Элементами-соседями кальция по периоду являются К и Sс. Их свойства приведены в табл. 5.

Таблица 5

Изменение свойств атомов элементов одного периода

увеличиваются окислительные свойства ионов

увеличиваются восстановительные свойства металлов

Поиск по сайту: