Страница 16 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

• Какие элементы называют $s$-элементами? $p$-элементами?

s-элементы

s-элементами называют химические элементы, у атомов которых в основном (невозбужденном) состоянии последним заполняется электронами s-подуровень внешнего энергетического уровня. Электроны, находящиеся на этом подуровне, являются валентными.

В Периодической системе s-элементы составляют s-блок, который включает в себя:

• Элементы 1-й группы (главной подгруппы I группы) — щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), а также водород (H). Их общая электронная формула внешнего слоя — $ns^1$.
• Элементы 2-й группы (главной подгруппы II группы) — щелочноземельные металлы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra). Их общая электронная формула внешнего слоя — $ns^2$.
• Гелий (He). Его электронная конфигурация $1s^2$. Несмотря на то что гелий расположен в 18-й группе, по типу заполняющейся орбитали он является s-элементом.

Все s-элементы, кроме водорода и гелия, являются металлами с высокой химической активностью.

Ответ: s-элементы — это химические элементы, у атомов которых валентные электроны находятся на s-орбитали. К ним относятся элементы 1-й и 2-й групп Периодической системы, а также водород и гелий.

p-элементы

p-элементами называют химические элементы, у атомов которых в основном состоянии последним заполняется электронами p-подуровень внешнего энергетического уровня. Валентными у p-элементов являются электроны как внешнего p-подуровня, так и внешнего s-подуровня.

В Периодической системе p-элементы образуют p-блок, который включает элементы с 13-й по 18-ю группу (за исключением гелия). Общая электронная формула их внешнего энергетического уровня — $ns^2np^x$, где $n$ — номер периода, а $x$ — число электронов на p-подуровне, которое варьируется от 1 до 6.

• 13-я группа (семейство бора): $ns^2np^1$
• 14-я группа (семейство углерода): $ns^2np^2$
• 15-я группа (пниктогены): $ns^2np^3$
• 16-я группа (халькогены): $ns^2np^4$
• 17-я группа (галогены): $ns^2np^5$
• 18-я группа (благородные газы, кроме гелия): $ns^2np^6$

Семейство p-элементов очень разнообразно по своим свойствам: оно включает в себя активные металлы (например, алюминий Al), металлоиды (например, кремний Si), неметаллы (например, кислород O, хлор Cl) и инертные газы (например, аргон Ar).

Ответ: p-элементы — это химические элементы, у атомов которых происходит заполнение p-подуровня внешнего энергетического уровня. К ним относятся элементы 13–18-й групп Периодической системы, за исключением гелия.

• Как рассчитать число электронов на энергетическом уровне?

Как рассчитать число электронов на энергетическом уровне?

Чтобы рассчитать максимальное число электронов, которое может находиться на определённом энергетическом уровне (электронной оболочке) атома, используется формула, основанная на главном квантовом числе n. Главное квантовое число (n) соответствует номеру энергетического уровня и принимает целые значения: 1, 2, 3, 4 и так далее.

Максимальное число электронов N на энергетическом уровне с номером n вычисляется по формуле:

$N = 2n^2$

В этой формуле: N — это максимальное возможное число электронов на уровне. n — это номер энергетического уровня (главное квантовое число).

Примеры расчета для первых четырех уровней:

Для первого энергетического уровня, где n=1: $N = 2 \cdot 1^2 = 2 \cdot 1 = 2$ электрона.

Для второго энергетического уровня, где n=2: $N = 2 \cdot 2^2 = 2 \cdot 4 = 8$ электронов.

Для третьего энергетического уровня, где n=3: $N = 2 \cdot 3^2 = 2 \cdot 9 = 18$ электронов.

Для четвертого энергетического уровня, где n=4: $N = 2 \cdot 4^2 = 2 \cdot 16 = 32$ электрона.

Эта формула является следствием квантово-механической модели строения атома. Каждый энергетический уровень n состоит из $n^2$ атомных орбиталей. Согласно принципу Паули, на каждой отдельной орбитали может находиться не более двух электронов, причём их спины должны быть противоположны. Таким образом, общее максимальное число электронов на уровне равно удвоенному числу орбиталей: $2 \times n^2$.

Ответ: Максимальное число электронов N на энергетическом уровне с главным квантовым числом n рассчитывается по формуле $N = 2n^2$.

• Как определить число подуровней на энергетическом уровне?

Число подуровней на определённом энергетическом уровне в атоме определяется главным квантовым числом, которое обозначается как $n$. Главное квантовое число $n$ соответствует номеру энергетического уровня ($n = 1, 2, 3, \dots$).

Правило для определения числа подуровней следующее: число подуровней на энергетическом уровне равно номеру этого уровня $n$.

Энергетические уровни состоят из подуровней, которые, в свою очередь, характеризуются орбитальным (или побочным) квантовым числом $l$. Для заданного главного квантового числа $n$ орбитальное квантовое число $l$ может принимать целочисленные значения от $0$ до $n-1$. Общее количество возможных значений $l$ и есть число подуровней, и оно равно $n$.

Каждому значению $l$ соответствует подуровень определённого типа (формы орбиталей):
• $l=0$ — s-подуровень (содержит 1 s-орбиталь)
• $l=1$ — p-подуровень (содержит 3 p-орбитали)
• $l=2$ — d-подуровень (содержит 5 d-орбиталей)
• $l=3$ — f-подуровень (содержит 7 f-орбиталей)

Примеры:
1. На первом энергетическом уровне ($n=1$): возможно только одно значение $l=0$. Следовательно, здесь только один подуровень — 1s.
2. На втором энергетическом уровне ($n=2$): $l$ может принимать значения $0$ и $1$. Следовательно, здесь два подуровня — 2s и 2p.
3. На третьем энергетическом уровне ($n=3$): $l$ может принимать значения $0, 1$ и $2$. Следовательно, здесь три подуровня — 3s, 3p и 3d.
4. На четвёртом энергетическом уровне ($n=4$): $l$ может принимать значения $0, 1, 2$ и $3$. Следовательно, здесь четыре подуровня — 4s, 4p, 4d и 4f.

Ответ: Число подуровней на энергетическом уровне равно номеру этого уровня (его главному квантовому числу $n$).