Страница 258 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.45. Сколько элементов 2-го периода имеют один неспаренный электрона на внешнем уровне (в основном состоянии)? Назовите все эти элементы и запишите их электронные конфигурации.

Решение

Чтобы определить, какие элементы 2-го периода имеют один неспаренный электрон на внешнем уровне в основном состоянии, необходимо рассмотреть электронные конфигурации всех элементов этого периода. Внешним электронным уровнем для элементов 2-го периода является второй энергетический уровень (главное квантовое число n=2), который состоит из 2s- и 2p-подуровней.

Проанализируем электронное строение каждого элемента 2-го периода:

Литий (Li)

Порядковый номер Z=3. Электронная конфигурация атома лития в основном состоянии: $1s^2 2s^1$. На внешнем 2s-подуровне находится один электрон, который является неспаренным.
Количество неспаренных электронов: 1.

Бериллий (Be)

Порядковый номер Z=4. Электронная конфигурация: $1s^2 2s^2$. На внешнем 2s-подуровне находятся два электрона, которые образуют электронную пару (имеют противоположные спины).
Количество неспаренных электронов: 0.

Бор (B)

Порядковый номер Z=5. Электронная конфигурация: $1s^2 2s^2 2p^1$. На внешнем уровне (n=2) три электрона. Два электрона на 2s-подуровне спарены, а один электрон на 2p-подуровне занимает одну из трех p-орбиталей и является неспаренным.
Количество неспаренных электронов: 1.

Углерод (C)

Порядковый номер Z=6. Электронная конфигурация: $1s^2 2s^2 2p^2$. На внешнем 2p-подуровне находятся два электрона. Согласно правилу Хунда, они занимают две разные p-орбитали и имеют одинаковые (параллельные) спины.
Количество неспаренных электронов: 2.

Азот (N)

Порядковый номер Z=7. Электронная конфигурация: $1s^2 2s^2 2p^3$. На внешнем 2p-подуровне находятся три электрона. Согласно правилу Хунда, они занимают по одному все три доступные p-орбитали.
Количество неспаренных электронов: 3.

Кислород (O)

Порядковый номер Z=8. Электронная конфигурация: $1s^2 2s^2 2p^4$. На внешнем 2p-подуровне находятся четыре электрона. Одна из р-орбиталей заполнена парой электронов, а две другие заняты по одному неспаренному электрону.
Количество неспаренных электронов: 2.

Фтор (F)

Порядковый номер Z=9. Электронная конфигурация: $1s^2 2s^2 2p^5$. На внешнем 2p-подуровне находятся пять электронов. Две р-орбитали заполнены парами электронов, а на третьей находится один неспаренный электрон.
Количество неспаренных электронов: 1.

Неон (Ne)

Порядковый номер Z=10. Электронная конфигурация: $1s^2 2s^2 2p^6$. Внешний электронный уровень (n=2) полностью завершен. Все электроны на нем спарены.
Количество неспаренных электронов: 0.

Таким образом, в результате анализа было установлено, что три элемента 2-го периода имеют по одному неспаренному электрону в основном состоянии: Литий (Li), Бор (B) и Фтор (F).

Ответ:

В основном состоянии один неспаренный электрон на внешнем уровне имеют 3 (три) элемента 2-го периода.

Это следующие элементы и их электронные конфигурации:

Литий (Li): $1s^2 2s^1$

Бор (B): $1s^2 2s^2 2p^1$

Фтор (F): $1s^2 2s^2 2p^5$

10.46. Запишите в порядке увеличения энергии первые 8 подуровней атома кислорода.

Решение

Порядок расположения электронных подуровней в атоме по возрастанию их энергии определяется правилом Клечковского (также известным как правило $n+l$). Согласно этому правилу, энергия подуровня тем ниже, чем меньше сумма главного квантового числа $n$ и орбитального (побочного) квантового числа $l$. При одинаковом значении суммы $n+l$ меньшей энергией обладает тот подуровень, у которого меньше значение главного квантового числа $n$.

Орбитальное квантовое число $l$ принимает значения от 0 до $n-1$ и определяет форму орбитали:

• Если $l=0$, подуровень называется s-подуровнем.
• Если $l=1$, подуровень называется p-подуровнем.
• Если $l=2$, подуровень называется d-подуровнем.
• Если $l=3$, подуровень называется f-подуровнем.

Определим порядок первых 8 подуровней, рассчитав для каждого из них сумму $n+l$:

1. 1s-подуровень: $n=1$, $l=0$. Сумма $n+l = 1+0=1$.
2. 2s-подуровень: $n=2$, $l=0$. Сумма $n+l = 2+0=2$.
3. 2p-подуровень: $n=2$, $l=1$. Сумма $n+l = 2+1=3$.
4. 3s-подуровень: $n=3$, $l=0$. Сумма $n+l = 3+0=3$. (Сумма такая же, как у 2p, но $n=3 > n=2$, поэтому энергия 3s > 2p).
5. 3p-подуровень: $n=3$, $l=1$. Сумма $n+l = 3+1=4$.
6. 4s-подуровень: $n=4$, $l=0$. Сумма $n+l = 4+0=4$. (Сумма такая же, как у 3p, но $n=4 > n=3$, поэтому энергия 4s > 3p).
7. 3d-подуровень: $n=3$, $l=2$. Сумма $n+l = 3+2=5$.
8. 4p-подуровень: $n=4$, $l=1$. Сумма $n+l = 4+1=5$. (Сумма такая же, как у 3d, но $n=4 > n=3$, поэтому энергия 4p > 3d).

Таким образом, последовательность подуровней в порядке увеличения их энергии (независимо от того, заполнены они в атоме кислорода или нет) выглядит так: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p.

Ответ: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p.

10.47. Запишите в порядке увеличения энергии первые 18 орбиталей атома кислорода. Есть ли среди них орбитали с одинаковой энергией? На каких орбиталях есть электроны?

Для решения задачи воспользуемся правилом Клечковского (принципом Ауфбау), которое определяет порядок заполнения электронами атомных орбиталей. Энергия орбитали определяется суммой главного ($n$) и орбитального ($l$) квантовых чисел ($n+l$). При одинаковой сумме ($n+l$) меньшую энергию имеет орбиталь с меньшим значением $n$.

Запишите в порядке увеличения энергии первые 18 орбиталей атома кислорода.

Первые 18 орбиталей в порядке увеличения их энергии располагаются следующим образом. Орбитали, принадлежащие одному подуровню (например, три 2p-орбитали), имеют одинаковую энергию.

Последовательность подуровней по энергии: $1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p$

Распишем все 18 орбиталей в порядке возрастания энергии, указывая равенство энергий для орбиталей одного подуровня:

$1s$ (1 орбиталь) $< 2s$ (1 орбиталь) $< 2p_x = 2p_y = 2p_z$ (3 орбитали) $< 3s$ (1 орбиталь) $< 3p_x = 3p_y = 3p_z$ (3 орбитали) $< 4s$ (1 орбиталь) $< 3d_{xy} = 3d_{yz} = 3d_{xz} = 3d_{x^2-y^2} = 3d_{z^2}$ (5 орбиталей) $< 4p_x = 4p_y = 4p_z$ (3 орбитали)

Ответ: Порядок увеличения энергии для первых 18 орбиталей: $1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p$. Эта последовательность включает одну 1s-орбиталь, одну 2s-орбиталь, три 2p-орбитали, одну 3s-орбиталь, три 3p-орбитали, одну 4s-орбиталь, пять 3d-орбиталей и три 4p-орбитали.

Есть ли среди них орбитали с одинаковой энергией?

Да, среди этих орбиталей есть группы с одинаковой энергией. Такие орбитали называются вырожденными. Орбитали, принадлежащие одному и тому же энергетическому подуровню, являются вырожденными.

• Три $2p$-орбитали ($2p_x, 2p_y, 2p_z$) имеют одинаковую энергию.
• Три $3p$-орбитали ($3p_x, 3p_y, 3p_z$) имеют одинаковую энергию.
• Пять $3d$-орбиталей ($3d_{xy}, 3d_{yz}, 3d_{xz}, 3d_{x^2-y^2}, 3d_{z^2}$) имеют одинаковую энергию.
• Три $4p$-орбитали ($4p_x, 4p_y, 4p_z$) имеют одинаковую энергию.

Ответ: Да, есть. Это группы орбиталей, принадлежащие подуровням $2p, 3p, 3d$ и $4p$.

На каких орбиталях есть электроны?

Атом кислорода (O) имеет порядковый номер $Z=8$, следовательно, у него 8 электронов. Заполнение орбиталей электронами происходит в соответствии с принципом наименьшей энергии, принципом Паули и правилом Хунда.

Электронная конфигурация атома кислорода: $1s^22s^22p^4$.

Это означает, что электроны распределены следующим образом:

• На $1s$-орбитали находятся 2 электрона (одна электронная пара).
• На $2s$-орбитали находятся 2 электрона (одна электронная пара).
• На трех $2p$-орбиталях находятся оставшиеся 4 электрона. Согласно правилу Хунда, сначала в каждую из трех $2p$-орбиталей помещается по одному электрону, а четвертый электрон образует пару в одной из них. Таким образом, все три $2p$-орбитали ($2p_x, 2p_y, 2p_z$) содержат электроны: одна из них содержит 2 электрона, а две другие — по одному.

Остальные орбитали из перечисленных ($3s, 3p, 4s, 3d, 4p$) в основном состоянии атома кислорода являются вакантными (не содержат электронов).

Ответ: В атоме кислорода электроны находятся на $1s$, $2s$ и всех трех $2p$-орбиталях.

10.48. Химический элемент имеет 3 электрона на подуровне, характеризующемся квантовыми числами n = 3, l = 1. Какой это подуровень? Определите элемент и напишите его полную электронную конфигурацию.

Какой это подуровень?

Подуровень в атоме характеризуется главным ($n$) и орбитальным ($l$) квантовыми числами. Главное квантовое число $n=3$ указывает на третий энергетический уровень. Орбитальное квантовое число $l$ определяет форму орбитали и тип подуровня. Для $l=1$ подуровень является p-подуровнем. Совокупность этих квантовых чисел ($n=3$, $l=1$) однозначно определяет 3p-подуровень.

Ответ: 3p-подуровень.

Определите элемент и напишите его полную электронную конфигурацию.

По условию, на 3p-подуровне находятся 3 электрона. Это означает, что электронная конфигурация атома заканчивается на $3p^3$. Чтобы определить элемент, необходимо восстановить его полную электронную конфигурацию, заполняя все предыдущие подуровни в соответствии с принципом наименьшей энергии (правилом Клечковского):

$1s \rightarrow 2s \rightarrow 2p \rightarrow 3s \rightarrow 3p$

Заполняем подуровни максимальным числом электронов:

• 1-й энергетический уровень: $1s^2$
• 2-й энергетический уровень: $2s^2 2p^6$
• 3-й энергетический уровень: $3s^2 3p^3$ (заполняем до указанного в условии состояния)

Полная электронная конфигурация элемента будет выглядеть следующим образом: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3$.

Чтобы определить химический элемент, нужно подсчитать общее количество электронов в его атоме, которое равно порядковому номеру элемента (Z) в Периодической системе.

$Z = 2 + 2 + 6 + 2 + 3 = 15$

Элемент с атомным номером 15 — это фосфор (P).

Ответ: Искомый элемент — фосфор (P). Его полная электронная конфигурация: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3$.

10.49. Химический элемент имеет 5 электронов на подуровне, характеризующемся квантовыми числами n = 2, l = 1. Какой это подуровень? Определите элемент и напишите его полную электронную конфигурацию.

Какой это подуровень?

Квантовые числа используются для описания состояния электронов в атоме. Главное квантовое число $n$ указывает на номер энергетического уровня (электронной оболочки). В данном случае $n=2$, что соответствует второму энергетическому уровню. Орбитальное (азимутальное) квантовое число $l$ определяет форму атомной орбитали и тип подуровня. Существует соответствие между значением $l$ и буквенным обозначением подуровня:

- если $l=0$, это s-подуровень;
- если $l=1$, это p-подуровень;
- если $l=2$, это d-подуровень;
- если $l=3$, это f-подуровень.

Поскольку в условии задачи $n=2$ и $l=1$, речь идет о p-подуровне второго энергетического уровня, что записывается как 2p.

Ответ: Это 2p-подуровень.

Определите элемент и напишите его полную электронную конфигурацию.

Чтобы определить химический элемент, необходимо знать общее число электронов в его атоме. Для этого нужно записать полную электронную конфигурацию, заполняя орбитали в порядке возрастания их энергии (согласно правилу Клечковского) до тех пор, пока на 2p-подуровне не окажется 5 электронов, как указано в условии.

1. Заполняем первый энергетический уровень: $1s^2$ (2 электрона).
2. Заполняем второй энергетический уровень:
- сначала s-подуровень: $2s^2$ (2 электрона);
- затем p-подуровень, на котором, по условию, 5 электронов: $2p^5$.

Полная электронная конфигурация элемента имеет вид: $1s^22s^22p^5$.

Теперь посчитаем общее число электронов. В нейтральном атоме оно равно порядковому номеру элемента (Z) в Периодической системе Д.И. Менделеева.
Общее число электронов = $2 (на \ 1s) + 2 (на \ 2s) + 5 (на \ 2p) = 9$.

Следовательно, порядковый номер элемента $Z=9$. Элемент с атомным номером 9 — это Фтор (F).

Ответ: Химический элемент — Фтор (F). Его полная электронная конфигурация: $1s^22s^22p^5$.

10.50. Сколько элементов 3-го периода имеют два неспаренных электрона на внешнем уровне? Назовите все эти элементы и напишите их электронные конфигурации.

Решение

Для того чтобы определить, сколько элементов 3-го периода имеют два неспаренных электрона, необходимо рассмотреть электронные конфигурации их внешних энергетических уровней. Элементы 3-го периода включают атомы от натрия (Na, Z=11) до аргона (Ar, Z=18). Их внешний электронный слой — третий ($n=3$), который состоит из $3s$- и $3p$-подуровней.

Проанализируем конфигурации валентных электронов и число неспаренных электронов для каждого элемента 3-го периода в основном (невозбужденном) состоянии:

1. Na (натрий): $...3s^1$ — 1 неспаренный электрон.
2. Mg (магний): $...3s^2$ — 0 неспаренных электронов.
3. Al (алюминий): $...3s^23p^1$ — 1 неспаренный электрон.
4. P (фосфор): $...3s^23p^3$ — 3 неспаренных электрона (по правилу Хунда).
5. Cl (хлор): $...3s^23p^5$ — 1 неспаренный электрон.
6. Ar (аргон): $...3s^23p^6$ — 0 неспаренных электронов.

Два элемента из этого периода соответствуют условию задачи:

Кремний (Si). Порядковый номер 14. Электронная конфигурация внешнего слоя $3s^23p^2$. Согласно правилу Хунда, два электрона на $3p$-подуровне занимают две разные орбитали и имеют параллельные (одинаково направленные) спины. Следовательно, атом кремния имеет два неспаренных электрона.
Полная электронная конфигурация кремния: $1s^22s^22p^63s^23p^2$.

Сера (S). Порядковый номер 16. Электронная конфигурация внешнего слоя $3s^23p^4$. Четыре электрона на $3p$-подуровне распределяются по трем орбиталям следующим образом: одна орбиталь содержит электронную пару (два спаренных электрона), а две другие орбитали содержат по одному неспаренному электрону. Следовательно, атом серы также имеет два неспаренных электрона.
Полная электронная конфигурация серы: $1s^22s^22p^63s^23p^4$.

Ответ: Два элемента 3-го периода имеют два неспаренных электрона на внешнем уровне: кремний (Si) и сера (S). Их электронные конфигурации: Si: $1s^22s^22p^63s^23p^2$; S: $1s^22s^22p^63s^23p^4$.

10.51. Дан перечень элементов: С, Р, Si, As, Al. Определите, атомам каких из них до завершения внешнего уровня не хватает трёх электронов.

Решение

Чтобы определить, атомам каких элементов не хватает трёх электронов до завершения внешнего электронного уровня, нужно найти элементы, которые имеют 5 валентных электронов. Завершённый внешний уровень для элементов главных подгрупп содержит 8 электронов (согласно правилу октета). Таким образом, элементам с 5 валентными электронами для завершения уровня не хватает $8 - 5 = 3$ электрона.

Количество валентных электронов для элементов главных подгрупп соответствует номеру группы в Периодической системе химических элементов.

Проанализируем каждый из данных элементов:

C (углерод). Находится в 14-й (IVA) группе, 2-м периоде. Имеет 4 валентных электрона. До завершения внешнего уровня ему не хватает $8 - 4 = 4$ электрона.

P (фосфор). Находится в 15-й (VA) группе, 3-м периоде. Имеет 5 валентных электронов. До завершения внешнего уровня ему не хватает $8 - 5 = 3$ электрона.

Si (кремний). Находится в 14-й (IVA) группе, 3-м периоде. Имеет 4 валентных электрона. До завершения внешнего уровня ему не хватает $8 - 4 = 4$ электрона.

As (мышьяк). Находится в 15-й (VA) группе, 4-м периоде. Имеет 5 валентных электронов. До завершения внешнего уровня ему не хватает $8 - 5 = 3$ электрона.

Al (алюминий). Находится в 13-й (IIIA) группе, 3-м периоде. Имеет 3 валентных электрона. До завершения внешнего уровня ему не хватает $8 - 3 = 5$ электронов (однако, как металл, алюминий склонен отдавать 3 электрона, а не принимать 5).

Следовательно, элементами, атомам которых не хватает трёх электронов до завершения внешнего уровня, являются фосфор и мышьяк.

Ответ: P (фосфор) и As (мышьяк).

10.52. Дан перечень элементов: Al, В, N, Р, F. Определите, атомы каких из них имеют в основном состоянии три р-электрона на внешнем уровне.

Дано:

Перечень химических элементов: Al, B, N, P, F.

Найти:

Определить, атомы каких из этих элементов имеют в основном состоянии три p-электрона на внешнем уровне.

Решение:

Для решения задачи необходимо написать электронные конфигурации атомов данных элементов в основном состоянии и проанализировать количество электронов на p-подуровне внешнего электронного уровня.

1. Алюминий (Al) имеет порядковый номер 13. Он находится в 3-м периоде, 13-й (IIIА) группе периодической системы. Электронная конфигурация его атома: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1$. Внешний электронный уровень — третий ($n=3$). На внешнем уровне находится один p-электрон.

2. Бор (B) имеет порядковый номер 5. Он находится во 2-м периоде, 13-й (IIIА) группе. Электронная конфигурация его атома: $1s^2 2s^2 2p^1$. Внешний электронный уровень — второй ($n=2$). На внешнем уровне находится один p-электрон.

3. Азот (N) имеет порядковый номер 7. Он находится во 2-м периоде, 15-й (VА) группе. Электронная конфигурация его атома: $1s^2 2s^2 2p^3$. Внешний электронный уровень — второй ($n=2$). На внешнем уровне находятся три p-электрона. Этот элемент соответствует условию задачи.

4. Фосфор (P) имеет порядковый номер 15. Он находится в 3-м периоде, 15-й (VА) группе. Электронная конфигурация его атома: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3$. Внешний электронный уровень — третий ($n=3$). На внешнем уровне находятся три p-электрона. Этот элемент также соответствует условию задачи.

5. Фтор (F) имеет порядковый номер 9. Он находится во 2-м периоде, 17-й (VIIА) группе. Электронная конфигурация его атома: $1s^2 2s^2 2p^5$. Внешний электронный уровень — второй ($n=2$). На внешнем уровне находятся пять p-электронов.

Сравнивая количество p-электронов на внешнем уровне у всех элементов из списка, делаем вывод, что только у азота (N) и фосфора (P) их число равно трем.

Ответ: N, P.

10.53. Дан перечень элементов: Li, Са, Cs, Р, К. Определите, какие из них образуют устойчивый положительный ион, содержащий 18 электронов.

Решение

Чтобы определить, какие из предложенных элементов образуют устойчивый положительный ион, содержащий 18 электронов, необходимо проанализировать электронное строение атомов этих элементов и их способность к образованию ионов. Устойчивый ион, как правило, имеет электронную конфигурацию инертного (благородного) газа. Положительный ион (катион) образуется, когда атом отдает электроны со своего внешнего энергетического уровня.

Количество электронов в нейтральном атоме равно его порядковому номеру (Z) в периодической системе. Количество электронов в катионе равно $Z - n$, где $n$ — число отданных электронов. Нам нужно найти элементы, для которых выполняется условие: число электронов в ионе равно 18.

• Li (Литий): Порядковый номер Z = 3. Литий находится в 1-й группе, поэтому для достижения стабильности отдает 1 электрон, образуя устойчивый ион $Li^+$. Число электронов в ионе $Li^+$: $3 - 1 = 2$. Не подходит.
• Ca (Кальций): Порядковый номер Z = 20. Кальций находится во 2-й группе, поэтому для достижения стабильности отдает 2 электрона, образуя устойчивый ион $Ca^{2+}$. Число электронов в ионе $Ca^{2+}$: $20 - 2 = 18$. Подходит.
• Cs (Цезий): Порядковый номер Z = 55. Цезий находится в 1-й группе, поэтому для достижения стабильности отдает 1 электрон, образуя устойчивый ион $Cs^+$. Число электронов в ионе $Cs^+$: $55 - 1 = 54$. Не подходит.
• P (Фосфор): Порядковый номер Z = 15. Фосфор — это неметалл 15-й группы. Для получения 18 электронов (конфигурации аргона) ему необходимо принять 3 электрона, образуя при этом устойчивый отрицательный ион $P^{3-}$. Он не может образовать устойчивый положительный ион с 18 электронами, так как для этого ему нужно было бы отдать электроны, что привело бы к числу электронов меньше 15. Не подходит.
• K (Калий): Порядковый номер Z = 19. Калий находится в 1-й группе, поэтому для достижения стабильности отдает 1 электрон, образуя устойчивый ион $K^+$. Число электронов в ионе $K^+$: $19 - 1 = 18$. Подходит.

Таким образом, из предложенного списка элементы, которые образуют устойчивый положительный ион с 18 электронами, — это кальций и калий.

Ответ: Ca, K.

10.54. Дан перечень элементов: О, Se, F, S, Na. Определите, какие из них образуют устойчивый отрицательный ион, содержащий 10 электронов.

Дано:

Перечень химических элементов: O, Se, F, S, Na.

Искомый ион должен быть:

• устойчивым;
• отрицательным;
• содержать 10 электронов.

Найти:

Какие из перечисленных элементов образуют ион, удовлетворяющий данным условиям.

Решение:

Чтобы определить, какой элемент может образовать устойчивый отрицательный ион с 10 электронами, необходимо проанализировать каждый элемент из списка. Устойчивый ион с 10 электронами имеет электронную конфигурацию благородного газа неона (Ne): $1s^2 2s^2 2p^6$. Отрицательный ион образуется, когда нейтральный атом принимает один или несколько электронов.

1. O (Кислород). Атомный номер кислорода (Z) равен 8. Нейтральный атом кислорода имеет 8 электронов. Чтобы получить 10 электронов, атому кислорода необходимо принять $10 - 8 = 2$ электрона. В результате образуется ион $O^{2-}$. Кислород — это неметалл 16-й группы, для которого характерно принятие двух электронов для достижения стабильной электронной конфигурации. Ион $O^{2-}$ является устойчивым. Следовательно, кислород подходит.

2. Se (Селен). Атомный номер селена (Z) равен 34. Нейтральный атом селена имеет 34 электрона. Для образования отрицательного иона атом должен принять электроны, и их общее число станет больше 34. Следовательно, селен не может образовать ион с 10 электронами. Он образует устойчивый ион $Se^{2-}$, но с 36 электронами.

3. F (Фтор). Атомный номер фтора (Z) равен 9. Нейтральный атом фтора имеет 9 электронов. Чтобы получить 10 электронов, атому фтора необходимо принять $10 - 9 = 1$ электрон. В результате образуется ион $F^{-}$. Фтор — это галоген (17-я группа), самый электроотрицательный элемент, для которого очень характерно принятие одного электрона для получения стабильной конфигурации неона. Ион $F^{-}$ является устойчивым. Следовательно, фтор подходит.

4. S (Сера). Атомный номер серы (Z) равен 16. Нейтральный атом серы имеет 16 электронов. Как и в случае с селеном, для образования отрицательного иона общее число электронов должно быть больше 16. Следовательно, сера не может образовать ион с 10 электронами. Она образует устойчивый ион $S^{2-}$, но с 18 электронами.

5. Na (Натрий). Атомный номер натрия (Z) равен 11. Нейтральный атом натрия имеет 11 электронов. Чтобы получить 10 электронов, атому натрия необходимо отдать 1 электрон, в результате чего образуется положительный ион $Na^{+}$. Так как в задаче требуется найти элемент, образующий отрицательный ион, натрий не подходит.

Таким образом, из предложенного перечня только кислород и фтор могут образовывать устойчивые отрицательные ионы с 10 электронами.

Ответ: O, F.

10.55. Дан перечень элементов: Mg, Cl, N, Si, He. Определите, в атомах каких из них (в основном состоянии) общее число р-электронов превосходит общее число s-электронов.

Чтобы определить, в атомах каких из перечисленных элементов общее число p-электронов превосходит общее число s-электронов, необходимо для каждого элемента в основном состоянии записать его электронную конфигурацию и подсчитать количество электронов на s- и p-подуровнях.

Mg (Магний)

Порядковый номер магния (Mg) равен 12. Электронная конфигурация его атома в основном состоянии: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$.
Общее число s-электронов: $2 + 2 + 2 = 6$.
Общее число p-электронов: $6$.
Сравниваем количество электронов: $6$ p-электронов не превосходят $6$ s-электронов ($6 = 6$).

Cl (Хлор)

Порядковый номер хлора (Cl) равен 17. Электронная конфигурация его атома в основном состоянии: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$.
Общее число s-электронов: $2 + 2 + 2 = 6$.
Общее число p-электронов: $6 + 5 = 11$.
Сравниваем количество электронов: $11$ p-электронов превосходят $6$ s-электронов ($11 > 6$).

N (Азот)

Порядковый номер азота (N) равен 7. Электронная конфигурация его атома в основном состоянии: $1s^2 2s^2 2p^3$.
Общее число s-электронов: $2 + 2 = 4$.
Общее число p-электронов: $3$.
Сравниваем количество электронов: $3$ p-электрона не превосходят $4$ s-электрона ($3 < 4$).

Si (Кремний)

Порядковый номер кремния (Si) равен 14. Электронная конфигурация его атома в основном состоянии: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^2$.
Общее число s-электронов: $2 + 2 + 2 = 6$.
Общее число p-электронов: $6 + 2 = 8$.
Сравниваем количество электронов: $8$ p-электронов превосходят $6$ s-электронов ($8 > 6$).

He (Гелий)

Порядковый номер гелия (He) равен 2. Электронная конфигурация его атома в основном состоянии: $1s^2$.
Общее число s-электронов: $2$.
Общее число p-электронов: $0$.
Сравниваем количество электронов: $0$ p-электронов не превосходят $2$ s-электронов ($0 < 2$).

Таким образом, из данного перечня элементов только у хлора (Cl) и кремния (Si) общее число p-электронов превосходит общее число s-электронов.

Ответ: Cl, Si.

10.56. Дан перечень элементов: О, S, Zn, Se, Mg. Определите, атомы каких из них в основном состоянии не имеют неспаренных электронов.

Дано:

Перечень химических элементов: O, S, Zn, Se, Mg.

Найти:

Атомы, которые в основном состоянии не имеют неспаренных электронов.

Решение:

Чтобы определить наличие неспаренных электронов, необходимо записать электронные конфигурации атомов данных элементов в их основном (невозбужденном) состоянии и проанализировать заполнение внешних электронных орбиталей. Неспаренные электроны — это электроны, которые в одиночку занимают одну квантовую ячейку (орбиталь). Атомы не имеют неспаренных электронов, если все их электронные подуровни полностью заполнены.

1. Кислород (O)

Порядковый номер Z=8. Электронная конфигурация атома кислорода: $1s^2 2s^2 2p^4$. На внешнем p-подуровне, состоящем из трех орбиталей, находятся 4 электрона. Согласно правилу Хунда, они распределяются следующим образом: на одной орбитали находится пара электронов, а на двух других — по одному неспаренному электрону. Таким образом, атом кислорода имеет 2 неспаренных электрона.

2. Сера (S)

Порядковый номер Z=16. Электронная конфигурация атома серы: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4$. Сера находится в той же группе, что и кислород, и имеет аналогичную конфигурацию валентных электронов ($3s^2 3p^4$). Следовательно, на p-подуровне внешнего слоя у атома серы также есть 2 неспаренных электрона.

3. Цинк (Zn)

Порядковый номер Z=30. Электронная конфигурация атома цинка: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10}$. Внешний s-подуровень ($4s^2$) полностью заполнен. Предвнешний d-подуровень ($3d^{10}$) также является полностью заполненным, так как он вмещает ровно 10 электронов. Все электроны в атоме цинка спарены. Таким образом, атом цинка не имеет неспаренных электронов.

4. Селен (Se)

Порядковый номер Z=34. Электронная конфигурация атома селена: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^4$. Селен, как и кислород и сера, является элементом 16-й группы. Его валентная конфигурация $4s^2 4p^4$ аналогична конфигурации серы и кислорода. Следовательно, атом селена имеет 2 неспаренных электрона.

5. Магний (Mg)

Порядковый номер Z=12. Электронная конфигурация атома магния: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$. Магний — элемент 2-й группы. Его внешний электронный подуровень $3s^2$ полностью заполнен, так как s-подуровень вмещает два электрона. Все электроны в атоме магния спарены. Таким образом, атом магния не имеет неспаренных электронов.

Ответ:

Атомы, которые в основном состоянии не имеют неспаренных электронов: цинк (Zn) и магний (Mg).

10.57. Дан перечень элементов: Н, Na, Ba, N, К. Определите, атомы каких из них имеют в основном состоянии два s-электрона на внешнем уровне.

Решение

Чтобы определить, атомы каких из перечисленных элементов имеют в основном состоянии два s-электрона на внешнем уровне, необходимо рассмотреть их электронные конфигурации в основном состоянии. Внешним электронным уровнем является уровень с наибольшим главным квантовым числом n. Наличие двух s-электронов на внешнем уровне означает, что s-подуровень этого уровня полностью заполнен. Такая ситуация характерна для элементов 2-й группы (щелочноземельных металлов), конфигурация внешнего слоя которых $ns^2$, а также для p-элементов (группы 13-18), конфигурация внешнего слоя которых $ns^2np^x$.

Рассмотрим электронное строение каждого элемента:

• H (Водород): Порядковый номер 1. Элемент 1-го периода, 1-й группы. Электронная конфигурация атома: $1s^1$. На внешнем уровне находится один s-электрон.
• Na (Натрий): Порядковый номер 11. Элемент 3-го периода, 1-й группы. Электронная конфигурация внешнего уровня: $3s^1$. На внешнем уровне находится один s-электрон.
• Ba (Барий): Порядковый номер 56. Элемент 6-го периода, 2-й группы. Электронная конфигурация внешнего уровня: $6s^2$. На внешнем уровне находятся два s-электрона.
• N (Азот): Порядковый номер 7. Элемент 2-го периода, 15-й группы. Электронная конфигурация внешнего уровня (n=2): $2s^22p^3$. На внешнем уровне (на 2s-подуровне) находятся два s-электрона.
• K (Калий): Порядковый номер 19. Элемент 4-го периода, 1-й группы. Электронная конфигурация внешнего уровня: $4s^1$. На внешнем уровне находится один s-электрон.

Таким образом, из предложенного списка атомы бария и азота имеют два s-электрона на внешнем электронном уровне.

Ответ: Ba, N.

10.58. Дан перечень элементов: Si, Na, Ne, Р, В. Определите, атомы каких из них имеют в основном состоянии шесть р-электронов.

Дано:

Перечень химических элементов: Si, Na, Ne, P, B.

Найти:

Элементы, атомы которых в основном состоянии имеют шесть p-электронов.

Решение:

Чтобы определить, у каких элементов в основном состоянии имеется шесть p-электронов, необходимо записать их электронные конфигурации. Общее число электронов в атоме элемента равно его порядковому номеру (Z) в Периодической системе химических элементов.

Si (кремний)
Порядковый номер Z = 14. Электронная конфигурация атома: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^2$.
Общее число p-электронов: 6 (на 2p-подуровне) + 2 (на 3p-подуровне) = 8.

Na (натрий)
Порядковый номер Z = 11. Электронная конфигурация атома: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$.
Общее число p-электронов: 6 (на 2p-подуровне). Всего 6 p-электронов.

Ne (неон)
Порядковый номер Z = 10. Электронная конфигурация атома: $1s^2 2s^2 2p^6$.
Общее число p-электронов: 6 (на 2p-подуровне). Всего 6 p-электронов.

P (фосфор)
Порядковый номер Z = 15. Электронная конфигурация атома: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3$.
Общее число p-электронов: 6 (на 2p-подуровне) + 3 (на 3p-подуровне) = 9.

B (бор)
Порядковый номер Z = 5. Электронная конфигурация атома: $1s^2 2s^2 2p^1$.
Общее число p-электронов: 1 (на 2p-подуровне).

Из анализа электронных конфигураций следует, что атомы натрия (Na) и неона (Ne) в основном состоянии имеют по шесть p-электронов.

Ответ: Na, Ne.