Квантовые числа для электронов внешнего энергетического уровня атомов элементов
Задание 34.
Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число при орбитальном числе l = 0, 1, 2 и 3? Какие элементы в периодической системе называют s-, р-, d- и f-элементами? Приведите примеры.
Решение:
Квантовое число l определяет форму, а магнитное квантовое число ms— ориентацию атомной орбитали в пространстве. Занимая ту или иную атомную орбиталь, электрон образует электронное облако, которое у электронов одного и того же атома может иметь различную форму. При орбитальном числе l = 0 магнитное квантовое число может иметь только одно значение ms = 0, при l = 1 — магнитное квантовое число может иметь три значения: +1, 0, -1. При l = 2 — магнитное квантовое число может иметь пять значений: +2, +1, 0, -1, +2. При l = 3 — магнитное квантовое число может иметь семь значений: +3, +2, +1, 0, -1, +2, +3.
s-элементами в периодической системе называют элементы, содержащие на внешнем энергетическом уровне только валентные s-электроны, например натрий содержит один s-электрон (1s22s22p63s13р0), кальций – два s-электрона (1s22s22p63s23р64s24p0), а алюминий (1s22s22p63s33р0) – три s-электрона.
р-элементами в периодической системе называют элементы, содержащие на внешнем энергетическом уровне кроме s-электронов содержат и р-электроны, например, атом серы содержит три s-электрона и четыре р-электрона (1s22s22p63s23р4), которые являются валентными.
d-элементами в периодической системе называют элементы, атомы которых на внешнем уровне содержат s-электроны (валентные электроны) и дополнительно в валентности данного элемента принимают участие d-электроны предпоследнего энергетического уровня. Например, у ниобия (+41Nb) валентными электронами, кроме двух s-электронов, могут быть и четыре 4d-электрона (1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s2).
f-элементами в периодической системе называют элементы, атомы которых на внешнем уровне содержат s-электроны (валентные электроны) и дополнительно в валентности данного элемента принимают участие f-электроны, например, у менделевия (+101Md) валентными электронами, кроме двух 7s-электронов, могут 5f-электроны.
Задание 35.
Какие значения могут принимать квантовые числа n, l, mi и ms, характеризующие состояние электронов в атоме? Какие значения они принимают для внешних электронов атома магния?
Решение:
Движение электрона в атоме имеет вероятностный характер. Околоядерное пространство, в котором с наибольшей вероятностью (0,9 – 0,95) может находиться электрон, называется атомной орбиталью (АО). Атомная орбиталь, как любая геометрическая фигура, характеризуется тремя параметрами (координатами), получившими название квантовых чисел (n, l, mi и ms). Квантовые числа принимают определённые дискретные (прерывные) значения. Соседние значения квантовых чисел различаются на единицу. Квантовое число (n) определяет размер, квантовое число (l) – определяет форму и квантовое число mi — определяет ориентацию орбитали в пространстве. Занимая ту или иную атомную орбиталь, электрон образует электронное облако, которое у электрона одного и того же атома может иметь различную форму, которая аналогична АО. Электронное облако характеризуется четырьмя квантовыми числами (n, l, mi и ms). Эти числа связаны с физическими свойствами электронов, и число n (главное квантовое число) характеризует энергетический (квантовый) уровень электрона. Число n принимает целочисленные значения от 1 до 7. Число l (орбитальное квантовое число) определяет момент количества движения (энергетический подуровень), оно принимает значения 0, 1, 2, 3 и обозначается соответствующими буквенными знаками – s, p, d, f. Число (магнитное квантовое число) – магнитный момент принимает значения 0, 1, 2, 3. Так как n, l определяет ориентацию АО в пространстве, то на s-подуровне оно имеет единственное значение 0, на р-подуровне оно будет иметь значения -1, 0. +1, на d-подуровне – будет иметь значения -2, -1, 0, +1, +2, на f-подуровне – соответственно -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Число ms — спин электрона. Он возникает за счёт вращения электрона вокруг собственной оси. Электроны в атоме должны отличаться хотя бы одним квантовым числом (принцип Паули), поэтому в атомной орбитали могут находиться не более двух электронов, различающиеся своими спинами ( 1/2).
Магний – элемент с порядковым номером 12, расположен в таблице Д. И. Менделеева в третьем периоде во II группе и в главной подгруппе, имеет на внешнем электронном слое два электрона, квантовые числа которых имеют следующие значения:
1)n = 3, l = 0, mi= 0, ms = +1/2;
2)n = 3, l = 0, mi = 0, ms = -1/2.
Таким образом, внешние электроны атома магния различаются между собой лишь квантовым числом
ms[ms (1) = -1/2 ms(2) = +1/2].
Задание 38.
Квантовые числа для электронов внешнего энергетического уровня атомов некоторых элементов имеют следующие значения: n = 4; l = 0; mi = 0; ms = 1/2. Напишите электронные формулы атомов этих элементов и определите, сколько свободных орбиталей содержит каждый из них.
Решение:
Значение квантовых чисел на внешнем электроном уровне: n = 4; l = 0; m = 0; ms = 1/2 соответствуют атомам калия и кальция. Электронные формулы этих элементов имеют вид:
а) +19К 1s22s22p63s23p63d04s1; б) +20Са 1s22s22p63s23p63d04s2.
У атома калия на внешнем электронном слое на 4s-подуровне находится один неспаренный электрон со спином +1/2, а у кальция – два спаренных электрона со спинами ms = +1/2 и ms = -1/2 (согласно принципу Паули). У атомов обоих элементов 3d-подуровень не будет заполнен электронами, потому что, согласно правилу Клечковского, сначала будет заполняться электронами 4s-подуровень и, только после его заполнения начнётся заполнение 4р-подуровня, так как сумма n +l меньше у 4s-подуровня, чем у 4р-подуровня (первое правило Клечковского), а 4р-подуровень будет заполняться лишь после того как заполнится 3d-подуровень (второе правило Клечковского).
Таким образом, у атомов калия и кальция на внешнем энергетическом уровне будут свободны все три АО 4р-подуровня.
🎥 Видео
Квантовые числа (видео 14) | Квантовая физика | ФизикаСкачать
11. Строение атома. Квантовые числаСкачать
Квантовые числа. 1 часть. 10 класс.Скачать
СТАРТ КУРСА «ХимФак 2023» | 1 урок | Строение атома | Екатерина Строганова | 100балльный репетиторСкачать
5.1 Квантовые числаСкачать
СТРОЕНИЕ АТОМА ХИМИЯ 8 класс // Подготовка к ЕГЭ по Химии - INTENSIVСкачать
Квантовые числа. Принцип Паули, правило Гунда (Хунда) и правило Клечковского. 2 часть. 10 класс.Скачать
Строение атома: квантовые числаСкачать
Квантовые числа и атомные орбитали. 10 класс.Скачать
БЕЗ ЭТОГО НЕ СДАТЬ ЕГЭ по Химии — Электронная конфигурация атомаСкачать
8 класс. Распределение электронов в атоме. Электронные формулы.Скачать
Квантовые числа. Практическая часть. 10 класс.Скачать
Нуклиды. Изотопы. Массовое число атома. Урок 17. Химия 8 классСкачать
Квантовые числа ⚗️ | Строение атома ⚛️Скачать
Квантовые постулаты Бора. Модель атома | Физика 11 класс #43 | ИнфоурокСкачать
Строение атома. Как составить электронную и электронно-графическую формулы?Скачать
Урок 459. Обзор квантовой теории атома водородаСкачать
Строение атома и электронные орбиталиСкачать
Электронная оболочка атома. Квантовые числа. Электронные орбитали.Скачать
Строение атома, электронные конфигурации | Химия ЕГЭ для 10 класса | УмскулСкачать