Ю.М. Коренев, В.П. Овчаренко - Общая и неорганическая химия (1114428), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Могут ли электроны иона Rb+ находиться на следующих орбиталях:1) 4р; 2) 3f; 3) 5s; 4) 5p?Решение. Элемент Rb находится в главной подгруппе I группы Vпериода таблицы Менделеева, значит, у него начинает заполнятьсяэлектронный уровень с главным квантовым числом n = 5: 5s1. У иона Rb+внешний электрон потерян. Значит, ни на 5р, ни на 5s-орбиталяхневозбужденного иона Rb+ электронов нет. Однако электроны могутпереходить на эти орбитали при возбуждении атома.Изобразим предпоследний уровень (n = 4): 4s2p6d 0f 0. На нем находится8 электронов, как и у любого s-элемента (т. е. элемента главной подгруппыI или II группы Периодической таблицы, у которого заполняется sподуровень).
Почему 4d и 4f-подуровни пустые? Дело в том, что энергия4d-подуровня выше, чем 5s, а 4f – даже выше, чем 6s, а сначалазаполняются подуровни с меньшей энергией (правило Клечковского). Итак,электроны Rb+ могут находиться на 4р-орбиталях.Осталось понять, могут ли они находиться на 3f-орбиталях. При n = 3орбитальное квантовое число l принимает значения 0,1,2, которыесоответствуют s, p и d-подуровням.
А 3f-подуровня попросту несуществует.2. Приведите примеры трех частиц (атомы, ионы) с электроннойконфигурацией 1s22s2p63s2p6.Решение. Подходящий элемент Периодической системы – Ar (8электронов на третьем – внешнем – электронном уровне). Ясно, что другихатомов с такой электронной конфигурацией нет. Но мы знаем, чтоэлементы, у которых не хватает, как правило, 1 – 3 электронов до устойчивой8-электронной оболочки, стремятся приобрести их и стать отрицательными38Строение атомаионами, а имеющие 1 – 3 электрона на следующем уровне – отдать их истать положительными ионами. Таким образом, это могут быть Cl–, S2–, P3–,K+, Ca2+, Sc3+... Выберите любые три частицы на ваш вкус.3.
Сколько элементов было бы в V периоде, если бы спиновоеквантовое число имело единственное значение – 1?Решение. В реальности спиновое квантовое число, как известно,принимает два разных значения: + 12 и – 12 . Если же оно имело быединственное значение, то электронная оболочка могла бы вместить вдвоеменьшее число электронов, т. к. все они должны отличаться друг от друганабором квантовых чисел (принцип Паули), а, следовательно, элементов впериоде было бы в 2 раза меньше.4. Какие квантовые числа и как должны, по вашему мнению,измениться при переходе от нашего мира к 1) одномерному;2) пятимерному?Решение. Для ответа на этот вопрос необходимо уяснить, какие из4 квантовых чисел имеют отношение к размерности пространства.Главное квантовое число n определяет число электронных уровней(оболочек, слоев) и характеризует в основном размер электронного облака:n=1 n=2n=3Понятно, что размерность пространства (ненулевая) не влияет на этухарактеристику.Орбитальное квантовое число l характеризует форму электронногооблака.
Кроме трехмерного, мы можем наглядно представить себе лишьдвух- и одномерный миры. В двухмерном мире электронные облака, как ивсе остальное, станут плоскими, но понятие формы сохранится. Всущности, изображение объемных электронных облаков на бумаге,проецирование их в плоскость листа, и есть в какой-то мере переход кдвухмерному миру. Что же касается одномерного, то здесь понятие формыстирается, остается лишь размер (протяженность). Вероятно, орбитальноеквантовое число при этом потеряет смысл.Если рассматривать пространство большей размерности, чем наше, топонятие «формы» здесь становится гораздо шире, и нельзя исключать, чтодля описания всего многообразия форм электронных облаков при данном nпотребуется больше различных значений l.Магнитное квантовое число ml характеризует пространственнуюориентацию электронного облака, а значит, зависит от размерностинапрямую.
При l = 0 ml может принимать единственное значение 0, чтоотражает единственную возможность ориентации в пространствесферически симметричного s-облака. При l = 1 ml принимает 3 различных39Глава IIзначения: – 1, 0, 1 – гантелеобразные p-облака могут быть вытянуты вдольразных координатных осей: px, py, pz. Если размерность пространства, т.
е.число координатных осей, меняется, то изменится и число возможностейдля расположения электронных облаков, а значит, набор ml будет другим.Поскольку же количество разных значений ml при данном l определяетколичество орбиталей на данном подуровне, это приводит к существеннымизменениям в химии.ms – спиновое квантовое число – принимает два значения: +½ и -½. Этоотражает тот факт, что на орбитали может находиться два«противоположно закрученных» электрона. Обычно спин связывается ссобственным моментом импульса электрона и, как таковой, можетизменяться при переходе к иной размерности пространства.Задачи для решения1. Найдите в Периодической системе как можно больше случаевнарушения Периодического закона в формулировке Д. И. Менделеева:«химические и физические свойства элементов находятся в периодическойзависимости от их атомных весов».
Чем объяснить эти нарушения?2. Могут ли электроны а) невозбужденного, б) возбужденного иона Na+находиться на 2s, 2d, 3f, 4s, 5d-орбиталях? Обоснуйте.3. Напишите электронное строение атомов элементов I и II периодовПериодической системы.4. Приведите два примера сложных веществ, в состав которых входяттолько частицы с электронным строением 1s22s2p6.5. Какие значения имеют квантовые числа для самого внешнегоэлектрона невозбужденного атома лития?6.
Допустим, что некая вселенная Y имеет набор квантовых чисел:n = 1, 2, 3, ...l = 0, 1, 2, ..., nml = –l, ..., +lms = ± 12 .Сколько элементов было бы в III периоде периодической системывселенной Y?Как вы думаете, сколько измерений может быть во Вселенной Y?7. Как изменилось бы число элементов во втором периоде нашейпериодической системы, если бы при прочих неизменных квантовыхчислах спин имел бы значения ms = ± 13 ?8. Сколько протонов и нейтронов содержится в ядрах атомов а) 7Li;б) 119Sn; в) 235U?40Глава IIIХимическая связь3.1. ЗаголовокМолекулы химических веществ представляют собой сложную системуатомных ядер и электронов.
Атомы в молекуле удерживаютсяпреимущественно силами электростатического характера. В этом случаеговорят, что они связаны химической связью. Химическая связьосуществляется s- и p-электронами внешнего и d-электронамипредвнешнего слоя. Эта связь характеризуется следующими параметрами:1. Длиной связи – межъядерным расстоянием между двумя химическисвязанными атомами.2. Валентным углом – углом между воображаемыми линиями,проходящими через центры химически связанных атомов.3. Энергией связи – количеством энергии, затрачиваемой на ее разрыв вгазообразном состоянии.4. Кратностью связи – числом электронных пар, посредствомкоторых осуществляется химическая связь между атомами.Атом в молекуле – понятие условное, т.
к. его энергетическое иэлектронное состояние в корне отличается от изолированного атома,строение которого было разобрано в предыдущей главе. Рассмотрим, какиесилы возникают между частицами в простейшей системе, состоящей издвух протонов и одного электрона (см. рис. 9). Если мы будем сближатьдва протона, то между ними возникнут силы отталкивания, и о полученииустойчивой системы говорить не приходится. Поместим в их поле одинэлектрон.
Здесь могут возникнуть два случая.e–f H +e−f H +e−aH+af H′ + e−abа)41f H′ +e−bH b+Глава IIIРис. 9. Распределение сил взаимодействия между ядрами и электроном в H +2 .Первый, когда электрон находится между протонами (а), и второй,когда он располагается за одним из них (б). В обоих случаях возникаютсилы притяжения. В первом случае составляющие этих сил (проекции) наось, проходящую через центры протонов, направлены в противоположныестороны с силами отталкивания (см. рис.
9а) и могут их компенсировать.При этом возникает энергетически устойчивая система. Во втором случаесоставляющие сил притяжения направлены в разные стороны (см. рис. 9б)и трудно говорить об уравновешивании сил отталкивания междупротонами. Отсюда следует, что для возникновения химической связи собразованием молекулы или иона электроны должны находитьсяпреимущественно в межъядерном пространстве. Эта область называетсясвязывающей, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
