Примеры решения типовых задач

Пример 1. Напишите электронные конфигурации атомов следующих элементов в основном состоянии: N, Fe, W.

Решение. Энергия атомных орбиталей увеличивается в следующем порядке:

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d.

На каждой s -оболочке (одна орбиталь) может находиться не более двух электронов, на р -оболочке (три орбитали) – не более шести, на d -оболочке (пять орбиталей) – не более 10 и на f -оболочке (семь орбиталей) – не более 14.

В основном состоянии атома электроны занимают орбитали с наименьшей энергией (см. приведенный выше ряд). Число электронов равно заряду ядра (атом в целом нейтрален) и порядковому номеру элемента. Например, в атоме азота – 7 электронов, два из которых находятся на 1 s- орбитали, два – на 2 s- орбитали, а оставшиеся три электрона – на 2 р -орбиталях.

Электронная конфигурация атома азота:

₊₇N: 1s² 2s² 2p³.

Электронная конфигурация атома железа:

₊₂₆Fe: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶.

Электронная конфигурация атома вольфрама:

₊₇₄W: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d⁴.

Пример 2. Каков состав ядер изотопов ¹²С и ¹³С, ¹⁴N и ¹⁵N?

Решение. Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента и одинаково для всех изотопов данного элемента. Число нейтронов равно массовому числу (указываемому слева сверху от номера элемента) за вычетом числа протонов. Разные изотопы одного и того же элемента имеют разные числа нейтронов.

Состав указанных ядер: ¹²С: 6р + 6п;

¹³С: 6р + 7п;

¹⁴N: 7р + 7п;

¹⁵N: 7р + 8п.

Пример 3. Описать свойства атома индия по его положению в периодической системе элементов.

Решение. Так как Z =49, заряд ядра атома In и общее количество электронов равны 49. Зная, что свойства атома определяет структура его валентных электронов, начнем с ее построения. Индий находится в 5 периоде III А группы, отсюда его валентные электроны имеют следующую структуру: 5s² 5p¹.

Наличие трех электронов на внешнем уровне и большой радиус атома (n =5) предполагают достаточную легкость отдачи электронов (небольшая энергия ионизации) и как следствие - металлические свойства и химическую активность.

Пример 4. Как зависят кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов от степени окисления атомов элементов, их образующих? Какие гидроксиды называются амфотерными (амфолитами)?

Решение. Если данный элемент проявляет переменную степень окисления и образует несколько оксидов и гидроксидов, то с увеличением степени окисления свойства последних меняются от основных к амфотерным и кислотным. Это объясняется характером электролитической диссоциации (ионизации) гидроксидов ЭОН, которая в зависимости от сравнительной прочности и полярности связей Э—О и О—Н может протекать по двум типам:

Э─┼─О─┼─Н (I) (II)

ЭОН↔Э⁺+ ОН^–

ЭОН↔ЭО^–+Н⁺

Полярность связей, в свою очередь, определяется разностью электроотрицательностей компонентов, размерами и эффективными зарядами атомов. Диссоциация по кислотному типу (II) протекает, если « (высокая степень окисления), а по основному типу, если » (низкая степень окисления). Если прочности связей О—Н и Э—О близки или равны, диссоциация гидроксида может одновременно протекать и по (I), и по (II) типам. В этом случае речь идет об амфотерных электролитах (амфолитах):