Номер 37, страница 257 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.37. Запишите электронную конфигурацию атома алюминия. Сколько энергетических уровней заполнено электронами в этом атоме? Сколько валентных электронов имеет атом алюминия в основном состоянии? Сколько из них неспаренных?

Атом алюминия ($Al$) — химический элемент с порядковым номером 13. Он расположен в 3-м периоде и 13-й группе (старая классификация — IIIА группа) периодической таблицы. Это означает, что нейтральный атом алюминия содержит 13 протонов в ядре и 13 электронов на электронных оболочках.

Запишите электронную конфигурацию атома алюминия.
Распределение 13 электронов по орбиталям в основном состоянии подчиняется принципу наименьшей энергии, принципу Паули и правилу Хунда. Электроны последовательно заполняют уровни и подуровни: $1s, 2s, 2p, 3s, 3p, ...$
1. На первый энергетический уровень ($n=1$), $1s$-подуровень, помещается 2 электрона: $1s^2$.
2. На второй энергетический уровень ($n=2$), $2s$- и $2p$-подуровни, помещается $2+6=8$ электронов: $2s^22p^6$.
3. Оставшиеся $13 - 2 - 8 = 3$ электрона помещаются на третий энергетический уровень ($n=3$). Сначала заполняется $3s$-подуровень (2 электрона), а затем $3p$-подуровень (1 электрон): $3s^23p^1$.
Таким образом, полная электронная конфигурация атома алюминия выглядит следующим образом: $1s^22s^22p^63s^23p^1$.
Ответ: $1s^22s^22p^63s^23p^1$.

Сколько энергетических уровней заполнено электронами в этом атоме?
Электроны в атоме алюминия ($1s^22s^22p^63s^23p^1$) располагаются на трех энергетических уровнях, соответствующих главным квантовым числам $n=1, n=2$ и $n=3$.
- Первый уровень ($n=1$) содержит 2 электрона и является полностью завершенным.
- Второй уровень ($n=2$) содержит 8 электронов и также является полностью завершенным.
- Третий уровень ($n=3$) содержит 3 электрона и является незавершенным (внешним).
Вопрос "сколько уровней заполнено" обычно означает, на скольких уровнях присутствуют электроны. В данном случае электроны есть на трех уровнях.
Ответ: В атоме алюминия электронами занято 3 энергетических уровня.

Сколько валентных электронов имеет атом алюминия в основном состоянии?
Валентными являются электроны внешнего энергетического уровня, которые определяют химические свойства элемента. Для алюминия внешним является третий энергетический уровень ($n=3$).
Электронная конфигурация внешнего уровня — $3s^23p^1$.
Число валентных электронов равно сумме электронов на этом уровне: $2$ электрона на $3s$-подуровне + $1$ электрон на $3p$-подуровне.
Итого: $2 + 1 = 3$.
Ответ: Атом алюминия в основном состоянии имеет 3 валентных электрона.

Сколько из них неспаренных?
Чтобы определить количество неспаренных электронов, рассмотрим распределение валентных электронов по орбиталям внешнего уровня ($3s^23p^1$).
- На $3s$-орбитали находятся 2 электрона. Согласно принципу Паули, они имеют противоположные спины, то есть они спарены.
- На $3p$-подуровне, который состоит из трех вырожденных (равных по энергии) орбиталей ($p_x, p_y, p_z$), находится 1 электрон. Согласно правилу Хунда, этот электрон занимает одну орбиталь, а остальные остаются пустыми. Этот электрон не имеет пары и является неспаренным.
Таким образом, из трех валентных электронов два спарены, а один — неспаренный.
Ответ: В атоме алюминия в основном состоянии 1 неспаренный электрон.