Номер 1, страница 133 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Вопросы в начале параграфа. Параграф 28. Общий обзор металлических элементов Б-групп. Глава VI. Металлы - номер 1, страница 133.

Условие.

• В чём особенность заполнения электронных оболочек у d-элементов?

Решение.

Решение 2.

Особенность заполнения электронных оболочек у d-элементов (переходных металлов) заключается в том, что у них происходит заполнение d-подуровня предвнешнего энергетического уровня, в то время как внешний s-подуровень уже, как правило, заполнен.

Рассмотрим это на примере элементов 4-го периода, где главное квантовое число внешнего уровня $n=4$.

1. Последовательность заполнения по правилу Клечковского. Согласно правилу Клечковского (или правилу суммы $n+l$), электроны заполняют орбитали в порядке возрастания суммы главного ($n$) и орбитального ($l$) квантовых чисел. Для 4s-орбитали сумма $n+l = 4+0 = 4$. Для 3d-орбитали сумма $n+l = 3+2 = 5$. Поскольку $4 < 5$, 4s-подуровень заполняется энергией раньше, чем 3d-подуровень. Поэтому у калия (K) и кальция (Ca) сначала заполняется 4s-подуровень:
   $_{19}K: 1s^22s^22p^63s^23p^64s^1$
   $_{20}Ca: 1s^22s^22p^63s^23p^64s^2$

2. Заполнение d-подуровня. Начиная со скандия ($Sc$), электроны начинают заполнять 3d-подуровень, который относится к третьему (предвнешнему) энергетическому уровню, в то время как на внешнем четвертом уровне уже есть два электрона.
   $_{21}Sc: 1s^22s^22p^63s^23p^63d^14s^2$
   $_{22}Ti: 1s^22s^22p^63s^23p^63d^24s^2$
   ...и так далее.
   Таким образом, общая формула валентных электронов для большинства d-элементов имеет вид $(n-1)d^{1-10}ns^{1-2}$.

3. «Провал» или «проскок» электрона. Важнейшей особенностью является явление «провала» электрона. Оно связано с особой энергетической устойчивостью полностью ($d^{10}$) или наполовину ($d^5$) заполненных d-подуровней. Для достижения такой более выгодной конфигурации один электрон с внешнего ns-подуровня «проваливается» на предвнешний $(n-1)d$-подуровень.
   Пример 1: Хром ($_{24}Cr$)
   Ожидаемая конфигурация: $[Ar] 3d^44s^2$.
   Реальная конфигурация: $[Ar] 3d^54s^1$. Конфигурация $d^5$ с пятью неспаренными электронами на d-орбиталях более стабильна.
   Пример 2: Медь ($_{29}Cu$)
   Ожидаемая конфигурация: $[Ar] 3d^94s^2$.
   Реальная конфигурация: $[Ar] 3d^{10}4s^1$. Полностью заполненный $d^{10}$-подуровень является очень устойчивым.
   Подобные аномалии наблюдаются и у других d-элементов, например, у молибдена ($Mo$), серебра ($Ag$), золота ($Au$).

4. Влияние на свойства. Поскольку внешний электронный слой у большинства d-элементов содержит один или два s-электрона, они проявляют схожие химические свойства, являясь типичными металлами. Близость энергий $(n-1)d$ и $ns$ электронов приводит к тому, что в образовании химических связей могут участвовать электроны обоих подуровней. Это объясняет характерное для d-элементов проявление переменных степеней окисления.

Ответ:

Главная особенность заполнения электронных оболочек у d-элементов заключается в том, что у них заполняется d-подуровень предвнешнего энергетического уровня ($(n-1)d$) после того, как уже начал заполняться s-подуровень внешнего уровня ($ns$). Это приводит к явлениям «провала электрона» (например, у $Cr$ и $Cu$) для достижения более стабильных конфигураций $d^5$ и $d^{10}$, а также обусловливает их характерные металлические свойства и переменные степени окисления.