Лабораторная работа № 4
7.1 Цель лабораторной работы
Привить навыки составления формул, выражающих электронную конфигурацию атомов и одноатомных ионов элементов.
7.2 Теоретическая часть
Согласно квантово-механическим представлениям, состояние электрона в атоме химического элемента определяется значениями четырех квантовых чисел: n, l, ml ms.
Главное квантовое число n принимает значения ряда целых чисел (1,2,3,4 и т. д.) и характеризует уровень энергии электрона в атоме.
Орбитальное квантовое число l принимает значения целых чисел в пределах от 0 до (n-1) и характеризует подуровень энергии электрона на данном энергетическом уровне. Для обозначения энергетических подуровней используют буквы латинского алфавита:
l …………………… 0 1 2 3
обозначение……. S p d f
Используя цифровые значения n и буквенные обозначения l, можно составить формулу, отражающую электронную конфигурацию атома химического элемента.
Максимальное число электронов, имеющих одинаковый уровень энергии, определяется как 2n2 . Максимальной число электронов, имеющих одинаковый подуровень энергии на данном энергетическом уровне, определяется как 2(2l+1).
Каждый энергетический подуровень условно делится на квантовые ячейки, количество которых связано с магнитным квантовым числом ml, принимающим значения от –l через нуль до +l.
Квантовая ячейка ٱ - графическое изображение атомной орбитали, т. е. состояние электрона в атоме, характеризующегося определенными значениями трех квантовых чисел: n, l, ml.
В каждой квантовой ячейке может быть не более двух электронов отличающихся друг от друга значением спинового квантового числа
(ms = ±1/2 ).
Электроны в квантовых ячейках обозначаются стрелками:↑ или ↓.
Общее число электронов в атоме определяется порядковым номером химического элемента в ПС. Элементы со сходной электронной конфигурацией атомов называются электронными аналогами. В ПС они располагаются в одной подгруппе, т. е. они являются и химическими аналогами.
Устойчивому состоянию атома отвечает такое распределение электронов по атомным орбиталям – АО, при ктором энергия атома минимальна. Поэтому АО заполняются в порядке последовательного возрастания их энергии, который определяется правилами Клечковского:
- АО заполняются электронами в порядке последовательного увеличения суммы (n+l) (1-е правило); а при одинаковых значениях этой суммы – в порядке последовательного возрастания главного квантового числа n (2-е правило).
7.3 Эксперименальная часть
7.3.1 Опыт 1. Электронная структура атомов и ионов металлов.
В три пробирки налейте по 2-3 мл раствора нитрата свинца.
В первую пробирку опустите кусочек железа, во вторую – цинка, в третью – магния. Через несколько минут отметьте изменения, которые произошли в пробирках. Составьте уравнения реакций.
Заполните предложенную таблицу:
До реакции | После реакции | ||
Химический знак атома или иона металла | Электронная формула атома или иона | Химический знак атома или иона металла | Электронная формула атома или иона |
Fe Zn Mg Pb2+ | Fe2+ Zn2+ Mg2+ Pb |
7.3.2 Опыт 2. Электронные структуры атомов и ионов неметаллов.
Опыт проводите под тягой!
В одну пробирку налейте 2 мл раствора сульфида натрия, а в другую 2 мл иодида натрия и в каждую по 1 мл хлорной воды.
Отметьте изменения, которые произошли в пробирках. Составьте уравнения реакций.
Заполните предложенную таблицу.
До реакции | После реакции | ||
Химический знак атома или иона неметалла | Электронная формула атома или иона | Химический знак атома или иона неметалла | Электронная формула атома или иона |
S2- I- Cl | S I Cl- |
7.4 Контрольные вопросы и задачи
1 Чем определяется общее число электронов в атоме?
2 Какими квантовыми числами определяется состояние электрона в атоме? Какие значения они имеют? Что характеризуют?
3 Что такое атомная орбиталь?
4 Как составляется электронная формула атома элемента? Графическая формула (квантовая ячейка)?
5 Какова последовательность заполнения электронами атомных орбиталей?
6 Электронную структуру атома выражают сокращенной формулой … 3d34s2. Что это за элемент?
7 Атому, какого элемента отвечает сокращенная формула:
а) …3s23p2 б) … 3s23p63d54s2 в) …4s24p4?
8 Укажите значения главного, орбитального и магнитного квантовых чисел, характеризующих атомную орбиталь:
а) 11-го электрона в атоме натрия,
б) 19-го электрона в атоме калия.
9 Проведите схему распределения внешних электронов по квантовым ячейкам в атоме:
а) мышьяка, б) селена.
10 На основании электронной структуры атомов серы и хлора охарактеризуйте их валентные свойства в невозбужденном и возбужденном состояниях.
11 Дать определение понятиям:
а) радиус атома;
б) энергия ионизации;
в) сродство к электрону;
г) электроотрицательность.
12 Как изменяется эти понятия для элементов главных и побочных подгрупп?
13 Как изменяются эти понятия по периоду?
14 Охарактеризовать свойства элементов и их соединений по вышеуказанному плану 3517Cl (хлор); 5224Mn (марганец).
15 Сравнить неметаллические свойства фосфора и сурьмы.
16 У какого элемента более выражено металлическое свойство (ванадий, мышьяк)? Почему?
17 Какой из элементов (хром, селен) образует летучее водородное соединение? Написать формулу и объяснить.
18 Какой из состояний марганца Mn+2, Mn+4, Mn+6, Mn+7 в окислительно-восстановительных реакциях проявляет свойство:
а) только восстановителя; б) только окислителя.
19 Какие состояния хлора Cl-1, Cl+1, Cl+3, Cl+5, Cl+7 в окислительно-восстановительных реакциях проявляют свойства окислителя и восстановителя.
20 Как изменяются кислотные свойства в ряду: H2SiO4, H3PO4, H2SO4, HClO4.
