2020-04-12
337
Пример 1. Определить последовательность заполнения электронами подуровней в атомах элементов, если их суммы п + l соответственно равны 4 и 5.
Решение. Напишем для каждого из случаев возможные значения:
| 
|
| Последовательность заполнения подуровней | |
| 
|
Следует иметь в виду, что разница в энергии у орбиталей 
сравнительно невелика, благодаря чему последовательность заполнения 
может быть нарушена (см. Cr и Cu). Различие энергетических состояний, по-видимому, еще меньше в случае 
(см. Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag) и особенно 
(см. лантаноиды).
Пример 2. Написать электронные формулы атомов кальция и титана. К какому семейству элементов они относятся?
Решение. Кальций и титан – элементы IV периода и атомы их имеют 4 электронных слоя. У кальция (Z = 20), следующего через один элемент после аргона (Z = 18), заполняется двумя электронами подуровень 
. Электронная формула кальция
После заполнения подуровня электроны поступают в подуровень 
и поэтому электронная формула титана, атомный номер которого на 2 единицы больше, чем у кальция, имеет вид:
Кальций – s –элемент, а титан 
-элемент.
Пример 3. Написать электронные формулы атомов хрома, меди и германия. К какому семейству элементов они относятся?
Решение. У элементов IV периода хрома (Z = 24) и меди (Z = 29), атомы которых имеют 4 электронных слоя, происходит, начиная от Sc, заполнение подуровня 3 
и поэтому следовало бы ожидать, что их формулы будут иметь вид
 |
Однако в действительности расположение электронов на внешних уровнях атомов этих элементов выражается соответственно формулами 
и 
, что объясняется провалом одного из электронов подуровня 
на подуровень 
. Атом германия (Z = 32) содержит сверх электронной структуры аргона (Z = 18) 14 электронов, заполнение которыми происходит в такой последовательности:
Электронная формула германия имеет вид
Хром и медь относятся к семейству 
-элементов, а германий – к семейству р -элементов.
Пример 4. Написать электронно-графические формулы атомов бериллия и бора в нормальном и в возбужденном состоянии.
Решение. Электронные формулы бериллия – 
и бора - 
могут быть представлены структурами:
бериллий бор
Такие электронные структуры соответствуют нормальному, т.е. невозбужденному, состоянию их атомов. Однако наличие на втором уровне вакантных орбиталей в подуровне 
делает возможным возбуждение этих электронов до -состояния с затратой сравнительно небольшого количества энергии, которое впоследствии полностью и даже с избытком компенсируется энергией, освобождающейся при образовании новых связей. Электронные формулы возбужденных атомов бериллия и бора 
и 
, а их структуры имеют следующий вид:
бериллий бор
В таком состоянии валентность Ве и В равна соответственно двум и трем.
Пример 5. Написать электронно-графические формулы атомов азота и кислорода.
Решение. Электронные формулы атомов азота и кислорода:
и 
.
Возможны два варианта графических формул р -подуровня:
Из них обладают наименьшим запасом энергии, и, следовательно, энергетически более предпочтительны вторые варианты, отвечающие правилу Гунда, согласно которому наименьшим запасом энергии обладают атомы, у которых в пределах данного значения l электроны располагаются так, чтобы число неспаренных электронов с параллельными спинами было максимальным.
Пример 6. Написать электронную формулу атома железа. Как распределяются в нем электроны d -подуровня и какова высшая валентность железа?
Решение. В зависимости от значения п электроны по отдельным уровням K, L, M и т.д. распределяются в атоме железа (Z = 26) следующим образом: 2, 8, 14, 2, а электронная формула имеет вид
.
Энергетически наиболее выгодному распределению шести d -электронов отвечает схема
После возбуждения подуровня 
и перехода одного s -электрона на подуровень 4 р общее число непарных электронов равно 6, что и соответствует высшей валентности железа.
Пример 7. Написать электронные формулы трех последних квантовых уровней атомов церия и гадолиния. Как распределяются в них электроны подуровней 
?
Решение. Электронная формула трех последних квантовых уровней имеет для атома ксенона (Z = 54) следующий вид:
.
Атомы церия (Z = 58) и гадолиния (Z = 64) обладают сверх этой структуры соответственно четырьмя и десятью электронами, которые распределяются следующим образом:
