Номер 39, страница 257 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.39. Назовите элемент, у которого полностью заселены четыре энергетических уровня, и составьте его электронную конфигурацию.

Решение

Энергетический уровень (электронная оболочка) считается полностью заселенным (заполненным), когда все его подуровни (орбитали) содержат максимально возможное число электронов. Максимальное число электронов на энергетическом уровне с главным квантовым числом n определяется по формуле $N = 2n^2$.

Найдем емкость первых четырех энергетических уровней:
- Первый уровень (n=1): $N_1 = 2 \cdot 1^2 = 2$ электрона. Полностью заполненный уровень имеет конфигурацию $1s^2$.
- Второй уровень (n=2): $N_2 = 2 \cdot 2^2 = 8$ электронов. Полностью заполненный уровень имеет конфигурацию $2s^2 2p^6$.
- Третий уровень (n=3): $N_3 = 2 \cdot 3^2 = 18$ электронов. Полностью заполненный уровень имеет конфигурацию $3s^2 3p^6 3d^{10}$.
- Четвертый уровень (n=4): $N_4 = 2 \cdot 4^2 = 32$ электрона. Полностью заполненный уровень имеет конфигурацию $4s^2 4p^6 4d^{10} 4f^{14}$.

Элемент, у которого полностью заселены четыре энергетических уровня, должен иметь в своей электронной конфигурации все перечисленные выше заполненные подуровни. Заполнение электронных оболочек происходит в соответствии с принципом наименьшей энергии (правило Клечковского), а не строго по порядку номеров уровней. Четвертый энергетический уровень полностью заполняется после заполнения подуровня $4f^{14}$.

Элемент, у которого впервые полностью заполняется $4f$-подуровень, — это иттербий (Yb). Его порядковый номер в Периодической системе — 70. Проверим его электронную конфигурацию, чтобы убедиться, что у него полностью заселены первые четыре энергетических уровня.

Электронная конфигурация иттербия (Yb, Z=70), записанная в порядке заполнения орбиталей:
$1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 5s^2 4d^{10} 5p^6 6s^2 4f^{14}$

Сгруппируем электроны по энергетическим уровням:
- n=1: $1s^2$ (2 электрона) — уровень заполнен.
- n=2: $2s^2 2p^6$ (8 электронов) — уровень заполнен.
- n=3: $3s^2 3p^6 3d^{10}$ (18 электронов) — уровень заполнен.
- n=4: $4s^2 4p^6 4d^{10} 4f^{14}$ (32 электрона) — уровень заполнен.
- n=5: $5s^2 5p^6$ (8 электронов) — уровень не заполнен.
- n=6: $6s^2$ (2 электрона) — уровень не заполнен.
Таким образом, у иттербия полностью заселены ровно четыре энергетических уровня (с первого по четвертый).

Ответ: Элемент — иттербий (Yb). Его электронная конфигурация: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 5s^2 4d^{10} 5p^6 6s^2 4f^{14}$.