В этом разделе Вы сможете найти основные типы задач по теме строение атома: представление электронной конфигурации, определение квантовых чисел и другие.
Задача 1. Масса нейтрона 1,67*10-27 кг, а скорость движения его 4*102 м/с. Определите длину волны де Бройля.
Решение. Взаимосвязь между скоростью движения протона и его длиной волны выражается уравнением де Бройля:
λ=h/mv,
Исходя из уравнения, находим длину волны де Бройля:
λ=6,6262**10-34/(1,67*10-27*4*102)=0,99*10-9м.
Задача 2. Составить электронные формулы и представить графически размещение электронов по квантовым ячейкам для указанных элементов. Проанализируйте возможности разъединения спаренных электронов при возбуждении атомов с образованием-валентных электронов в соответствии с теорией спин-валентности. Углерод, хлор.
Решение:
Задача 3. Составьте электронные формулы и представьте графически размещение электронов по квантовым ячейкам для указанных элементов. Проанализируйте возможности разъединения спаренных электронов при возбуждении атомов с образованием валентных электронов в соответствии с теорией спин-валентности.
хлор, бериллий аргон
Решение.
Задача 4. Какое квантовое число определяет количество орбиталей в данном подуровне атома? Чему равно число орбиталей на s-, p-, d— и f— подуровнях?
11 и 25.
Решение:
Главное квантовое число n характеризует энергию и размер орбитали и принимает значения только целых чисел от 1 до ∞.
Побочное квантовое число (орбитальное) l характеризует геометрическую форму орбитали и для каждого энергетического уровня принимает значения целых чисел от 0 до (n-1).
В многоэлектронных атомах энергия электрона зависит и от значения l. Поэтому состояние электрона, характеризующееся различными значениями l называют энергетическими подуровнями:
l=0, s-орбитали имеют форму шара
l=1, p-орбитали имеют форму гантели
l=2, d-орбитали имеют более сложную форму
l=3, f-орбитали имеют более сложную форму
Магнитное квантовое число ml характеризует направление орбитали в пространстве и принимает значение от –l … 0 … +l .
s-подуровень характеризуется значением l=0, ml= 0
p-подуровень характеризуется значением l=1, ml= -1; 0; +1 (3 орбитали)
d-подуровень характеризуется значением l=2, ml= -2; -1; 0; +1; +2 (5 орбиталей)
f-подуровень характеризуется значением l=3, ml= -3; -2; -1; 0; +1; +2; +3 (7 орбиталей)
ml определяет количество орбиталей на данном энергетическом подуровне атома.
Спиновое квантовое число ms характеризует вращение электрона вокруг своей оси и принимает значения + ½ и – ½.
11Na 1s22s22p63s1
Na (натрий) находится в третьем периоде, n = 3, это s-элемент, l = 0, ml= 0, ms = ½
25Mn 1s22s22p63s23p64s23d5
Mn (марганец) находится в четвертом периоде, n = 4, l = 2, ml= -2; -1; 0; +1; +2 (5 орбиталей), ms = ±5 × ½
Задача 5. Напишите значения всех четырех квантовых чисел для трех любых электронов на 4p-подуровне. Значениями какого квантового числа различаются три электрона указанного попуровня? Почему максимальное число электронов на p-подуровне равно 6?
Решение: Главное квантовое число n характеризует энергию и размер орбитали и принимает значения только целых чисел от 1 до ∞.
Побочное квантовое число (орбитальное) l характеризует геометрическую форму орбитали и для каждого энергетического уровня принимает значения целых чисел от 0 до (n-1).
В многоэлектронных атомах энергия электрона зависит и от значения l. Поэтому состояние электрона, характеризующееся различными значениями l называют энергетическими подуровнями:
l=0, s-орбитали имеют форму шара
l=1, p-орбитали имеют форму гантели
l=2, d-орбитали имеют более сложную форму
l=3, f-орбитали имеют более сложную форму
Магнитное квантовое число ml характеризует направление орбитали в пространстве и принимает значение от –l … 0 … +l .
s-подуровень характеризуется значением l=0, ml= 0
p-подуровень характеризуется значением l=1, ml= -1; 0; +1 (3 орбитали)
d-подуровень характеризуется значением l=2, ml= -2; -1; 0; +1; +2 (5 орбиталей)
f-подуровень характеризуется значением l=3, ml= -3; -2; -1; 0; +1; +2; +3 (7 орбиталей)
ml определяет количество орбиталей на данном энергетическом подуровне атома.
Спиновое квантовое число ms характеризует вращение электрона вокруг своей оси и принимает значениея + ½ и – ½.
На 4 уровне для внешнего слоя атома возможны 4s, 4p, 4d энергетические состояния.
Распишем для них набор квантовых чисел:
4s: n =4, l = 0, ml= (2l+1)=1 (1 орбиталь), ms = ±½
4p: n =4, l = 1, ml= (2l+1)=3 (3 орбитали -1,0,+1), ms = ±3½
4d: n =4, l = 2, ml= (2l+1)=5 (5 орбитали -2,-1,0,+1,+2), ms = ±5½
ms указана для максимального числа электронов.
Максимальное число электронов на на p-подуровне равно 6 согласно принципу Паули:
2(2l+1)=2(2+1)=6
Задача 6. Напишите электронные формулы атома водорода и ионов Н+, Н—. Какие элементарные частицы входят в состав атома водорода и ионов? Вычислите энергию связи электрона в электрон-Вольтах (эВ) на первой и пятой стационарных орбиталях атома водорода и сравните (<, >) их величины.
Решение.
H+1
| ↑ |
1s1 , p=1; e—=1; n=0
H+
1s0 , p=1; e—=0; n=0
H—
| ↓↑ |
1s1 , p=1; e—=2; n=0
Энергию связи электрона находим по формуле:
—
E1=-13,6/12=-13,6 эВ
E5=-13,6/52=-0,544 эВ
E1 ˂ E5 , поэтому для перехода на n=5 требуется больше энергии.
Задача 7. Представьте электронные структуры Zn2+; S6+
Решение.
Zn0 – 2e = Zn2+
S0 – 6e = S6+
