Номер 2, страница 30 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 1. Строение атома. Периодический закон и периодическая система элементов L. И. Менделеева. Параграф 4. Электронные конфигурации атомов - номер 2, страница 30.

Условие.

2. С помощью периодической таблицы напишите ряд заполнения орбиталей электронами до 6s-подуровня. Продемонстрируйте выполнение правила Клечковского для четырёх произвольных пар атомных орбиталей.

Решение.

Решение 2.

Решение

Ряд заполнения орбиталей электронами до 6s-подуровня

Порядок заполнения атомных орбиталей электронами определяется принципом наименьшей энергии, который формулируется правилом Клечковского. Согласно этому правилу, электроны последовательно занимают орбитали с наименьшей энергией, которая определяется суммой главного ($\text{n}$) и орбитального ($\text{l}$) квантовых чисел ($n+l$). При одинаковой сумме $n+l$ раньше заполняется орбиталь с меньшим значением $\text{n}$.

Исходя из этого правила или анализируя структуру периодической таблицы, получаем следующий ряд заполнения орбиталей до 6s-подуровня:

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s

Ответ: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s.

Выполнение правила Клечковского для четырёх произвольных пар атомных орбиталей

Правило Клечковского (правило $n+l$) гласит:

1. Атомные орбитали заполняются электронами в порядке возрастания суммы главного ($\text{n}$) и орбитального ($\text{l}$) квантовых чисел ($n+l$).

2. При одинаковых значениях суммы ($n+l$) раньше заполняется та орбиталь, у которой значение главного квантового числа ($\text{n}$) меньше.

Орбитальному квантовому числу $\text{l}$ соответствуют следующие подуровни: $l=0$ (s-орбиталь), $l=1$ (p-орбиталь), $l=2$ (d-орбиталь).

Продемонстрируем правило на четырех парах орбиталей:

1. Пара 4s и 3d.
Для 4s-орбитали: $n=4, l=0$; сумма $n+l = 4+0=4$.
Для 3d-орбитали: $n=3, l=2$; сумма $n+l = 3+2=5$.
Поскольку $4 < 5$, 4s-орбиталь заполняется раньше, чем 3d-орбиталь.

2. Пара 3d и 4p.
Для 3d-орбитали: $n=3, l=2$; сумма $n+l = 3+2=5$.
Для 4p-орбитали: $n=4, l=1$; сумма $n+l = 4+1=5$.
Суммы $n+l$ равны. В этом случае раньше заполняется орбиталь с меньшим значением $\text{n}$. Так как для 3d $n=3$, а для 4p $n=4$, и $3 < 4$, то 3d-орбиталь заполняется раньше 4p-орбитали.

3. Пара 5s и 4d.
Для 5s-орбитали: $n=5, l=0$; сумма $n+l = 5+0=5$.
Для 4d-орбитали: $n=4, l=2$; сумма $n+l = 4+2=6$.
Поскольку $5 < 6$, 5s-орбиталь заполняется раньше, чем 4d-орбиталь.

4. Пара 4f и 6p.
Для 4f-орбитали: $n=4, l=3$; сумма $n+l = 4+3=7$.
Для 6p-орбитали: $n=6, l=1$; сумма $n+l = 6+1=7$.
Суммы $n+l$ равны. Сравниваем значения $\text{n}$: так как для 4f $n=4$, а для 6p $n=6$, и $4 < 6$, то 4f-орбиталь заполняется раньше 6p-орбитали.

Ответ: Демонстрация на четырёх произвольных парах орбиталей (например, 4s и 3d; 3d и 4p; 5s и 4d; 4f и 6p) подтверждает, что последовательность заполнения определяется правилом Клечковского.