Электронные формулы атомов и ионов

Число электронов в атоме определяется порядковым номером элемента в периодической системе. Используя правила размещения электронов в атоме, для атома натрия (11 электронов) можно получить следующую электронную формулу:

₁₁Na: 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ¹

Электронная формула атома титана:

₂₂Ti: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d²

Если до полного или половинного заполнения d -подуровня (d ¹⁰ или d ⁵-конфигурации) не хватает одного электрона, то происходит «проскок электрона» - переход на d -подуровень одного электрона с соседнего s -подуровня. В результате электронная формула атома хрома имеет вид ₂₄Cr: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵, а не ₂₄Cr: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁴, а атома меди – ₂₉Cu: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d¹⁰, а не ₂₉Cu: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁹.

Число электронов в отрицательно заряженном ионе – анионе – превышает число электронов нейтрального атома на величину заряда иона: ₁₆ S ^2– 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ (18 электронов).

При образовании положительно заряженного иона – катиона – электроны прежде всего уходят с подуровней с большим значением главного квантового числа: ₂₄Cr³⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s⁰3d³ (21 электрон).

Электроны в атоме можно разделить на два типа: внутренние и внешние (валентные). Внутренние электроны занимают полностью завершенные подуровни, имеют низкие значения энергии и не участвуют в химических превращениях элементов.

Валентные электроны – это все электроны последнего энергетического уровня и электроны незавершенных подуровней.

Валентные электроны принимают участие в образовании химических связей. Особую активность имеют неспаренные электроны. Число неспаренных электронов определяет валентность химического элемента.

Если на последнем энергетическом уровне атома имеются пустые орбитали, то возможно распаривание на них валентных электронов (образование возбужденного состояния атома).

Например, валентные электроны серы - это электроны последнего уровня (3 s ²3 p ⁴). Графически схема заполнения электронами этих орбиталей имеет вид:

В основном (невозбужденном) состоянии атом серы имеет 2 неспаренных электрона и может проявлять валентность II.

На последнем (третьем) энергетическом уровне атом серы имеет свободные орбитали (3d-подуровень). При затрате некоторой энергии один из спаренных электронов серы может быть переведен на пустую орбиталь, что соответствует первому возбужденному состоянию атома

В этом случае атом серы имеет четыре неспаренных электрона, а его валентность равна IV.

Спаренные 3s-электроны атома серы также могут быть распарены на свободную орбиталь 3d-орбиталь:

В таком состоянии атом серы имеет 6 неспаренных электронов и проявляет валентность, равную VI.

Если на последнем электронном уровне атома элемента пустых орбиталей нет, то распаривание электронов с образованием возбужденного состояния невозможно, и элемент проявляет постоянную валентность. Атом кислорода, например, в основном состоянии имеет электронную формулу, сходную с электронной формулой атома серы, однако пустых орбиталей на втором энергетическом уровне нет, распаривание валентных электронов невозможно, поэтому валентность кислорода постоянна и равна II.

Примеры решения задач

Пример 5. Определите состав ядра атома изотопа .

Решение. Порядковый номер элемента Mg – 12, следовательно, ядро этого элемента содержит 12 протонов. Массовое число атома – 26 – это сумма числа протонов и нейтронов: М = N(p) + N(n);

N(n) = M – N(p) = 26 – 12 = 14.

Пример 6. Составьте электронную формулу атома магния.

Решение. Магний имеет порядковый номер 12, следовательно его атом содержит 12 электронов. Так как магний находится в третьем периоде, электроны расположены на трех энергетических уровнях.

На первом энергетическом уровне имеются только s-электроны, на втором и на третьем s- и p- электроны (s- и p- подуровни). Максимальная емкость подуровня s- 2 электрона, подуровня р- 6 электронов.

Таким образом, электронную конфигурацию атома магния можно записать так: 1s²2s²2p⁶3s².

Пример 7. Составьте графические электронные формулы нормального и возбужденных состояний атома хлора и определите его возможные валентности.

Решение. Атом хлора имеет порядковый номер 17. Это значит, что атом содержит 17 протонов, (А – р) = 18 нейтронов и 17 электронов. В соответствии с правилами заполнения электронами атомных орбиталей составим формулу атома хлора:

₁₇Cl 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Валентные электроны хлора – это электроны последнего уровня:

(3s²3p⁵). Графически схема заполнения электронами этих орбиталей имеет вид:

₁₇Cl

В основном (невозбужденном) состоянии атом хлора имеет один неспаренный электрон и может проявлять валентность, равную I.

На последнем (третьем) знергетическом уровне атом хлора имеет свободные орбитали d-подуровня. При затрате некоторой энергии один из спаренных электронов хлора может быть переведен на свободную орбиталь d-подуровня, что соответствует первому возбужденному состоянию атома:

₁₇Cl^*

Возбужденное состояние атома отмечено звездочкой. В этом случае атом хлора имеет три неспаренных электрона, а его валентность равна III.

При затрате некоторой энергии следующая пара спаренных спинов р-подуровня может распариться, а атом хлора получит второе возбужденное состояние, которому может соответствовать следующее распределение электронов:

₁₇Cl^**

В этом случае атом хлора имеет пять неспаренных электронов, а валентность равна V.

Спаренные 3s-электроны также могут быть распарены на свободную 3d-орбиталь:

₁₇Cl^***

В таком состоянии атом хлора имеет 7 неспаренных электронов, а валентность равна VII.

Таким образом, в соединениях хлор может проявлять валентности I, III, V, VII.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: