Номер 3, 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 3, страница 30.

Условие.

3. Что такое электронная формула атома или простого иона? Как она составляется?

Решение.

Решение 2.

Что такое электронная формула атома или простого иона?

Электронная формула (или электронная конфигурация) атома или простого иона — это символическая запись, которая показывает распределение электронов по атомным орбиталям в соответствии с их энергетическими уровнями и подуровнями. Она является основным способом описания электронного строения атома.

Общий вид записи для одного подуровня: $nl^x$, где:

• $\text{n}$ – главное квантовое число, которое указывает номер энергетического уровня (электронной оболочки), например, 1, 2, 3...
• $\text{l}$ – буквенное обозначение подуровня (типа орбитали): s, p, d, f.
• $\text{x}$ – число электронов на данном подуровне, указывается в виде верхнего индекса (степени).

Например, электронная формула атома неона (Ne), у которого 10 электронов, записывается как $1s^22s^22p^6$. Это означает, что на первом энергетическом уровне на s-подуровне находится 2 электрона, а на втором энергетическом уровне на s-подуровне — 2 электрона и на p-подуровне — 6 электронов.

Ответ: Электронная формула (конфигурация) – это условная запись распределения электронов в атоме или ионе по энергетическим уровням и орбиталям вида $nl^x$, где $\text{n}$ – номер уровня, $\text{l}$ – тип орбитали (s, p, d, f), а $\text{x}$ – число электронов на ней.

Как она составляется?

Составление электронной формулы основано на трех основных принципах:

1. Принцип наименьшей энергии (Правило Клечковского). Электроны в атоме занимают орбитали последовательно, в порядке увеличения их энергии. Порядок заполнения орбиталей:
   $1s \rightarrow 2s \rightarrow 2p \rightarrow 3s \rightarrow 3p \rightarrow 4s \rightarrow 3d \rightarrow 4p \rightarrow 5s \rightarrow 4d \ldots$
2. Принцип запрета Паули. На одной орбитали не может находиться более двух электронов, причём их спины должны быть противоположными (антипараллельными). Из этого следует максимальная ёмкость подуровней: s — 2 электрона, p — 6 электронов, d — 10 электронов, f — 14 электронов.
3. Правило Хунда. В пределах одного подуровня (например, p, d, f) электроны сначала по одному занимают все свободные орбитали (имея одинаковый спин), и только после этого начинают образовывать электронные пары с противоположными спинами.

Алгоритм составления для нейтрального атома:

1. Найти элемент в Периодической системе и определить его порядковый номер ($\text{Z}$). Число электронов в нейтральном атоме равно $\text{Z}$.
2. Последовательно распределить все электроны по орбиталям, начиная с самой низкой по энергии ($\text{1s}$), соблюдая указанные выше принципы.

Пример для атома серы (S): $Z=16$, значит, в атоме 16 электронов. Распределяем их: $1s^22s^22p^63s^23p^4$.

Алгоритм составления для простого иона:

1. Записать электронную формулу соответствующего нейтрального атома.
2. Для катиона (положительного иона) удалить число электронов, равное заряду иона. Электроны удаляются с внешнего энергетического уровня (с наибольшим значением $\text{n}$). Например, для d-элементов электроны сначала удаляются с ns-подуровня, а затем с (n-1)d-подуровня.
3. Для аниона (отрицательного иона) добавить число электронов, равное заряду иона. Электроны добавляются на свободные места на внешнем подуровне, соблюдая общие правила.

Пример для иона кальция $Ca^{2+}$:
Атом Ca ($Z=20$): $1s^22s^22p^63s^23p^64s^2$.
Для образования $Ca^{2+}$ атом теряет 2 электрона с внешнего 4s-подуровня.
Формула $Ca^{2+}$: $1s^22s^22p^63s^23p^6$.

Пример для сульфид-иона $S^{2-}$:
Атом S ($Z=16$): $1s^22s^22p^63s^23p^4$.
Для образования $S^{2-}$ атом принимает 2 электрона. Они занимают свободные места на 3p-подуровне.
Формула $S^{2-}$: $1s^22s^22p^63s^23p^6$.

Ответ: Электронная формула составляется путем последовательного заполнения электронами атомных орбиталей в порядке возрастания их энергии (принцип наименьшей энергии) с учетом принципа Паули (не более двух электронов на орбитали) и правила Хунда. Для ионов конфигурация строится на основе конфигурации нейтрального атома путем добавления или удаления электронов с внешнего энергетического уровня.