Электронная структура атомов и одноатомных ионов

Цель работы: составление формул выражающих электронную конфигурацию, атомных и одноатомных ионов металлических и неметал­лических элементов.

Согласно квантово – механическим представлениям состояние каждого электрона в атоме химического элемента определяется значениями четырех квантовых чисел n, 1, m₁, m_s.

Главное квантовое число – n– принимает значения ряда целых чисел - 1, 2, 3…, показывает на каком электронном уровне находится электрон и определяет энергию этого уровня. При n = 1 энергия электрона в атоме минимальна.

Орбитальное квантовое число – l – принимает значения целых чисел в пределах от о до (п – 1) и характеризует подуровень энергии электрона на данном энергетическом уровне. При i = 0 подуровень энергии электрона минимальный. Для обозначения энергетических подуровней используют строчные буквы латинского алфавита:

Значение l ………….0 1 2 3...

Обозначение ………...s р d f.…

На первом энергетическом уровне (n = 1) могут находиться электроны, характеризующиеся орбитальным квантовым числом 1, равным 0. Такие электроны называются s – электронами, их электронные облака имеют форму шара. Условная запись первого энергетического уровня: 1s.

При значении n = 2, l = 0,1. Орбитальному числу l соответствуют электроны с формой электронного облака в виде гантелей или объемной восьмерки. Такие электроны называются р – электронами. На втором энергетическом уровне могут находиться s – и р – электроны, образующие 2s и 2р энергетические подуровни.

Максимальное число электронов в атоме, имеющих одинаковый уровень энергии определяется как 2n².

Каждый энергетический подуровень условно делится на квантовые ячейки, количество которых связанно с магнитным квантовым числом m_l, принимающим значения от – l до + l, включая 0. Например, при l = 1 на этом энергетическом подуровне р – электроны могут быть в трех состояниях (в трех квантовых ячейках), т.к. в этом случае m₁ имеет три значения:

- 1, 0, + 1 р – подуровень.

Квантовая ячейка – это графическое изображение атомной орбитали, т.е. состояния электрона в атоме, характеризующегося определенными значениями трех квантовых чисел n, 1 и т_l..

В каждой квантовой ячейке может быть не более двух электронов, отличающихся друг

от друга значением спинового квантового числа m_s = - и m_s = +

Электроны в квантовых ячейках принято обозначать стрелками ­ или ¯.

Общее число электронов в атоме определяется порядковым номером химического элемента впериодической системе Д.И. Менделеева. Последний электрон в атоме элемента, отличающий его от предыдущего элемента, называется формирующим электроном атома.

Элементы со сходной электронной конфигурацией атомов называются электронными аналогами.

Опыт 1. Электронная структура атомов и одноатомных ионов металлов.

При окислении атомов металлов число электронов в электронной оболочке уменьшается, и образуются ионы с положительным зарядом. Например:

Mg – 2e ® Mg²⁺

3s² 3s⁰

В три пробирки (на 1/3 объема) налейте раствор нитрата свинца Pb(NO₃)₂. В первую пробирку опустите железо, во вторую – цинк, в третью магний, Через несколько минут осмотрите поверхность металлов, опущенных в раствор соли свинца.

Составьте уравнения реакций, которые прошли между железом, магнием и цинком: с нитратом свинца. Опишите свои наблюдения. Заполните таблицу по образцу:

Приведите схему распределения в квантовых ячейках электронов, отвечающих сокращенным электронным формулам атомов: а) магния; б) железа; в) цинка, г) свинца.

Какими значениями квантовых чисел (n, 1 и т_l) характеризуется атомная орбиталь формирующего электрона в атомах: а) магния; б) железа; в) цинка; г) свинца?

Найдите в периодической системе электронные аналоги свинца и зашлите сокращенные формулы, выражающие электронную структуру атомов этих элементов.

Опыт 2. Электронная структура атомов и одноатомных ионов неметаллов.

При восстановлении атомов неметаллов число электронов в электронной оболочке возрастает, и образуются ионы с отрицательным зарядом. Например:

Вr + e —> Вr^-

4s² 4p⁵ 4s²4р⁶

Опыт проведите под тягой! В две пробирки (на 1/3 объема) налейте растворы сульфида и иодида натрия. Опустите в пробирку (сначала в первую, а потом во вторую) газоотводную трубку от аппарата (в котором получают Сl) и пропустите медленный ток хлора через раствор соли.

Составьте уравнения реакций и опишите свои наблюдения. Заполните таблицу по образцу:

Приведите схему распределения в квантовых ячейках электронов, отвечающих сокращенным электронным формулам атомов: а) серы; б) хлора; в) йода.

Какими значениями квантовых чисел (n, 1, m_l)характеризуется атомная орбиталь формирующего электрона в атомах: а) серы, б) хлора; в) йода?

Найдите в периодической системе Д.И. Менделеева элемент, электронная формула которого 4s² 4p⁴. Какими значениями квантовых чисел (главного и орбитального) характеризуются внешние р – электроны в атоме этого элемента?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4