Номер 81, страница 261 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.81. Какой элемент 4-го периода имеет наибольшее число неспаренных электронов? Напишите его электронную конфигурацию.

Решение

Элементы 4-го периода заполняют электронами 4s-, 3d- и 4p-подуровни. Число неспаренных электронов определяется заполнением этих подуровней в соответствии с правилом Хунда, согласно которому в пределах одного подуровня электроны сначала занимают свободные орбитали по одному, и только после этого начинают образовывать пары.

Рассмотрим последовательное заполнение электронных оболочек у элементов 4-го периода:

• У s-элементов калия (K) и кальция (Ca) заполняется 4s-подуровень. Калий ($4s^1$) имеет 1 неспаренный электрон, кальций ($4s^2$) не имеет неспаренных электронов.

• У d-элементов (от скандия Sc до цинка Zn) заполняется 3d-подуровень, который состоит из 5 орбиталей. Максимально возможное число неспаренных электронов на d-подуровне равно 5 (конфигурация $d^5$).

• У p-элементов (от галлия Ga до криптона Kr) заполняется 4p-подуровень, который состоит из 3 орбиталей. Максимальное число неспаренных электронов на p-подуровне равно 3 (конфигурация $p^3$).

Наибольшее число неспаренных электронов следует ожидать у d-элементов в середине ряда. Проанализируем электронные конфигурации d-элементов 4-го периода:

• V (Ванадий, Z=23): $[Ar] 3d^3 4s^2$. 3 неспаренных электрона.

• Cr (Хром, Z=24): Для хрома характерен "провал" или "проскок" электрона с 4s- на 3d-подуровень, так как наполовину заполненный d-подуровень является энергетически более выгодным. Поэтому его конфигурация не $[Ar] 3d^4 4s^2$, а $[Ar] 3d^5 4s^1$. В этом случае атом хрома имеет 5 неспаренных электронов на 3d-подуровне и 1 неспаренный электрон на 4s-подуровне. Суммарно это дает 6 неспаренных электронов.

• Mn (Марганец, Z=25): $[Ar] 3d^5 4s^2$. 5 неспаренных электронов на 3d-подуровне.

У последующих элементов (Fe, Co, Ni) число неспаренных электронов уменьшается, так как электроны начинают спариваться на 3d-орбиталях. У меди (Cu) также наблюдается "провал" электрона, приводящий к конфигурации $[Ar] 3d^{10} 4s^1$, что дает только 1 неспаренный электрон. У p-элементов максимальное число неспаренных электронов у мышьяка (As) – 3.

Сравнивая все элементы 4-го периода, мы видим, что наибольшее число неспаренных электронов (6) имеет хром (Cr).

Электронная конфигурация хрома (Cr, порядковый номер 24):

$1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^5 4s^1$

Или в сокращенном виде:

$[Ar] 3d^5 4s^1$

Ответ: Элемент с наибольшим числом неспаренных электронов в 4-м периоде – хром (Cr). Его электронная конфигурация: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^5 4s^1$.