Номер 4, страница 22 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 1. Строение атома. Периодический закон и периодическая система элементов L. И. Менделеева. Параграф 3. Состояние электронов в атоме - номер 4, страница 22.

Условие.

4. Охарактеризуйте строение электронной оболочки атомов. Поясните понятия «энергетический уровень», «подуровень». Сколько орбиталей и какого типа расположено на каждом из четырёх первых энергетических уровней?

Решение.

Решение 2.

Решение

Электронная оболочка атома представляет собой совокупность всех электронов, движущихся вокруг атомного ядра. В соответствии с современной квантово-механической моделью, электрон в атоме не имеет определённой траектории, а может находиться в любой точке околоядерного пространства. Область этого пространства, в которой вероятность нахождения электрона наиболее высока (около 90%), называется атомной орбиталью. Состояние каждого электрона описывается набором четырёх квантовых чисел.

Электроны в атоме распределяются по энергетическим уровням (или электронным слоям). Это совокупность орбиталей, характеризующихся близкими значениями энергии. Номер энергетического уровня обозначается главным квантовым числом $\text{n}$ (принимает целые значения $1, 2, 3, \ldots$). Чем больше $\text{n}$, тем выше энергия электрона и тем дальше от ядра он находится. Максимальное число электронов на уровне с номером $\text{n}$ вычисляется по формуле $2n^2$.

Каждый энергетический уровень (кроме первого) состоит из одного или нескольких подуровней. Подуровень объединяет орбитали, имеющие одинаковую форму и энергию. Тип подуровня определяется орбитальным квантовым числом $\text{l}$, которое для данного $\text{n}$ может принимать значения от $\text{0}$ до $n-1$. Подуровни обозначаются буквами в зависимости от значения $\text{l}$: s-подуровень ($l=0$), p-подуровень ($l=1$), d-подуровень ($l=2$), f-подуровень ($l=3$).

Число и типы орбиталей на первых четырёх энергетических уровнях следующие:

Первый энергетический уровень ($n=1$): имеет один подуровень — 1s, который состоит из одной s-орбитали. Всего: 1 орбиталь.

Второй энергетический уровень ($n=2$): имеет два подуровня — 2s (одна s-орбиталь) и 2p (три p-орбитали). Всего: $1+3=4$ орбитали.

Третий энергетический уровень ($n=3$): имеет три подуровня — 3s (одна s-орбиталь), 3p (три p-орбитали) и 3d (пять d-орбиталей). Всего: $1+3+5=9$ орбиталей.

Четвёртый энергетический уровень ($n=4$): имеет четыре подуровня — 4s (одна s-орбиталь), 4p (три p-орбитали), 4d (пять d-орбиталей) и 4f (семь f-орбиталей). Всего: $1+3+5+7=16$ орбиталей.

Ответ: Электронная оболочка атома состоит из электронов, занимающих атомные орбитали. Орбитали группируются в подуровни (s, p, d, f), а подуровни — в энергетические уровни. Энергетический уровень — это совокупность орбиталей с близкими значениями энергии, определяемая главным квантовым числом $\text{n}$. Подуровень — это совокупность орбиталей одного типа (формы) в пределах одного энергетического уровня.
На первых четырёх энергетических уровнях расположены:
1-й уровень ($n=1$): одна s-орбиталь.
2-й уровень ($n=2$): одна s-орбиталь и три p-орбитали (всего 4).
3-й уровень ($n=3$): одна s-орбиталь, три p-орбитали и пять d-орбиталей (всего 9).
4-й уровень ($n=4$): одна s-орбиталь, три p-орбитали, пять d-орбиталей и семь f-орбиталей (всего 16).