Номер 12, страница 16, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

12.* Укажите набор всех квантовых чисел для электронов внешнего уровня для атома алюминия.

Дано:

Атом алюминия (Al).

Найти:

Набор всех квантовых чисел для электронов внешнего уровня.

Решение

1. Найдем алюминий (Al) в периодической системе химических элементов. Он расположен в 3-м периоде, 13-й группе, и имеет порядковый номер $Z=13$. Это означает, что нейтральный атом алюминия содержит 13 электронов.

2. Запишем электронную конфигурацию атома алюминия в основном состоянии, распределив 13 электронов по орбиталям в порядке возрастания их энергии: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1$.

3. Внешним электронным уровнем является уровень с самым большим значением главного квантового числа ($\text{n}$). Для алюминия это третий уровень ($n=3$). На этом уровне находится 3 валентных электрона: два на $3s$-подуровне и один на $3p$-подуровне. Нам необходимо определить наборы квантовых чисел для каждого из этих трех электронов.

Состояние электрона в атоме описывается четырьмя квантовыми числами:

- Главное квантовое число $\text{n}$: определяет номер энергетического уровня и, следовательно, энергию электрона. Для внешнего уровня алюминия $n=3$.

- Орбитальное (азимутальное) квантовое число $\text{l}$: определяет форму орбитали (подуровень) и принимает значения от $\text{0}$ до $n-1$. Для $\text{s}$-подуровня $l=0$, для $\text{p}$-подуровня $l=1$.

- Магнитное квантовое число $m_l$: определяет ориентацию орбитали в пространстве и принимает целые значения от $-l$ до $+l$, включая 0.

- Спиновое квантовое число $m_s$: определяет собственный момент импульса электрона и принимает значения $+1/2$ (спин "вверх") или $-1/2$ (спин "вниз").

Теперь определим наборы квантовых чисел для трех валентных электронов.

Электроны на $3s$-подуровне ($3s^2$):

Для этих двух электронов $n=3$ и $l=0$. При $l=0$ магнитное квантовое число $m_l$ может быть только 0. Согласно принципу запрета Паули, два электрона на одной орбитали должны иметь противоположные спины.

- Первый $3s$-электрон: $n=3, l=0, m_l=0, m_s=+1/2$

- Второй $3s$-электрон: $n=3, l=0, m_l=0, m_s=-1/2$

Электрон на $3p$-подуровне ($3p^1$):

Для этого электрона $n=3$ и $l=1$. При $l=1$ магнитное квантовое число $m_l$ может принимать значения $-1, 0, +1$, что соответствует трем $\text{p}$-орбиталям, вырожденным по энергии. По соглашению, можно выбрать любое из этих значений (например, первое, $m_l=-1$). Согласно правилу Хунда, неспаренный электрон на подуровне обычно имеет спин $m_s=+1/2$.

- $3p$-электрон: $n=3, l=1, m_l=-1, m_s=+1/2$

Ответ: Наборы квантовых чисел для трех электронов внешнего уровня ($n=3$) атома алюминия:

1. $n=3, l=0, m_l=0, m_s=+1/2$

2. $n=3, l=0, m_l=0, m_s=-1/2$

3. $n=3, l=1, m_l=-1, m_s=+1/2$ (для этого электрона также возможны наборы с $m_l=0$ или $m_l=+1$, так как $\text{p}$-орбитали вырождены по энергии).