Виды общения

6. Один оксид марганца содержит 22,56% кислорода, а другой – 50,50%. Вычислите молярную массу эквивалента и стехиометрическую валентность марганца в этих оксидах. Составьте формулы оксидов.

7. Выразите в молях: а) 6,02×10²² молекул С₂Н₂; б) 1,80×10¹⁴ атомов N₂; в) 3,01×10²³ молекул NH₃. Чему равна мольная масса указанных веществ?

8. Вычислите эквивалент и молярную  массу эквивалента Н₃РО₄ в реакциях образования: а) гидрофосфата; б) дигидрофосфата; в) ортофосфата.

9. В 2,48 г оксида одновалентного  металла содержится 1,84 г металла. Вычислите молярные массы эквивалента металла и его оксида. Чему равна мольная и атомная масса этого металла?

10. 3,04 г некоторого металла вытесняют  0,252 г водорода, 26,965 г серебра и 15,885 г меди из соединений этих элементов. Вычислите молярные массы эквивалентов указанных металлов. Ответ: 12,16 г/моль, 107,86 г/моль, 63,54 г/моль.

11. Оксид металла содержит 28,57% кислорода,  а его фторид48,72% фтора. Вычислите молярные массы эквивалента металла и фтора. Ответ: 20,0г/моль, 19,0 г/моль.

12. Напишите уравнения реакций  Fe(OH)₃ с хлороводородной (соляной) кислотой, при которых образуются следующие соединения железа: а) дигидроксохлорид; б) гидроксохлорид; в) трихлорид. Вычислите эквивалент и молярную массу эквивалента Fe(OH)₃ в каждой из этих реакций.

13. Избытком гидроксида калия  подействовали на растворы: а)  дигидрофосфата калия; б) дигидроксонитрата висмута (III). Напишите уравнения реакций этих веществ с КОН и определите их эквиваленты и молярные массы эквивалентов.

14. Вещество содержит 38,0% серы и мышьяк. Молярная масса эквивалента серы 16,0 г/моль. Вычислите молярную массу эквивалента и стехиометрическую валентность мышьяка, составьте формулу данного сульфида.

15. Избытком хлороводородной (соляной)  кислоты подействовали на растворы: а) гидрокарбоната кальция; б) гидроксодихлорида алюминия. Напишите уравнения реакций этих веществ с НСl и определите их эквиваленты и молярные массы эквивалентов.

16. При окислении 16,74 г двухвалентного  металла образовалось 21,54 г оксида. Вычислите молярные массы эквивалентов металла и его оксида. Чему равна мольная и атомная масса металла?

17. При взаимодействии 3,24 г трехвалентного  металла с кислотой выделяется 4,03 л водорода (н. у.). Вычислите молярную массу эквивалента, мольную массу и атомную массу металла.

18. Исходя из мольной массы  углерода и воды, определите абсолютную  массу атома углерода и молекулы  воды. Ответ: 2,0×10^-23 г, 3,1×10^-27 г.

19. Какой объем при н. у.  занимает молярная масса эквивалента  кислорода? Вычислите мольную и атомную массу двухвалентного металла, если на окисление 6,34 г этого металла пошло 0,68 л кислорода (н. у.).

20. На нейтрализацию 0,943 г фосфористой  кислоты Н₃РО_з израсходовано 1,291 г КОН. Вычислите эквивалент, молярную массу эквивалента и основность кислоты. Ответ: 0,5 моль, 41 г/моль, 2.

Строение  атома

Пример 1.

Определите количество протонов и нейтронов в ядре атома платины.

Решение.

Символ ядра атома обозначается символом соответствующего элемента. Слева вверху над символом указывается  массовое число (А), слева внизу - заряд атома (Z), численно равный порядковому номеру элемента.

Согласно современным представлениям, ядро атома состоит из положительно заряженных протонов (p) и не обладающих электрическим зарядом нейтронов (n). Массовое число атома и есть сумма протонов и нейтронов. Число протонов равно порядковому номеру элемента (т. е. его положительному заряду), тогда количество нейтронов находим по разности между массовым числом и порядковым номером элемента: A - Z = N.

Для платины с зарядом  ядра 78 число протонов равно 78, а число нейтронов рассчитываем по разности атомной массы и заряда ядра атома:

 

195 - 78 = 117.          

Pt (78 p, 117 n).

 

Пример 2.

При бомбардировке нейтронами изотопов B и Mn выделяется a-частица и образуются изотопы Li и V. Составьте в полной и сокращенной формах уравнения протекающих ядерных реакций.

Решение.

При записи уравнения ядерной  реакции в левой части пишут  вступающие в реакцию ядра, в правой - продукты реакции. При этом следует учитывать законы сохранения заряда и массы частиц. Массы электронов и позитронов не учитываются. Уравнения ядерных реакций:

 

1. B + n = Li + He,

2. Mn + n = V + He.

 

Суммы массовых чисел и зарядов  в левой и правой частях равны:

 

1. 10 + 1 = 7 + 4,  5 + 0 = 3 + 2,

2. 55 + 1 = 52 + 4,  25 + 0 = 23 + 2.

 

При сокращенной записи уравнения  вначале указывают символ исходного  ядра, в скобках пишут бомбардирующую частицу и образующуюся частицу, а за скобками - символ получающегося ядра:

 

1. B (n, a) Li,

2. Mn (n, a) V.

 

Пример 3.

Электрон в атоме  характеризуется набором квантовых  чисел: n = 3, l = 1, m_l = 0. Какая форма записи отражает энергетическое состояние электрона?

Решение.

Квантовая химия атомов и молекул  состояние каждого электрона описывает волновой функцией y, называемой атомной орбиталью и характеризуемой набором квантовых чисел. Волновая функция y выводится из уравнения Шредингера, а квантовые числа входят в это уравнения в виде целочисленных параметров. Квантовые числа принимают следующие значения:

 

n = 1, 2, 3, 4, …7;

l = 0, 1 ,2, 3, … (n - 1)

m_l = 0, 1, 2, … l;

m_s = 1/2.

 

Главное квантовое число n характеризует энергию электрона на энергетическом уровне и размер электронного облака, орбитали. При n = 3 электрон находится на третьем энергетическом уровне. При записи электронной формулы главное квантовое число пишется цифрой.

Орбитальное квантовое число l характеризует энергию электрона на энергетическом подуровне, определяет значение орбитального момента количества движения электрона и форму электронного облака. Орбитальное квантовое число при записи электронной формулы пишется буквой. При l = 0, s-подуровень; l = 1, p-подуровень; l = 2, d-подуровень; l = 3, f-подуровень. Соответственно электроны этих подуровней называются s-, p-, d-, f-электронами. По условию задачи l = 1, это p-электрон.

Магнитное квантовое число  m_l определяет пространственную ориентацию атомной орбитали в магнитном поле и принимает при данном l – (2l + 1) значений. s-состоянию (l = 0) отвечает всегда только одна орбиталь; p-состоянию (l = 1) - три орбитали с одинаковой энергией; d-состоянию (l = 2) - пять орбиталей и f-состоянию (l = 3) - семь орбиталей с одинаковой энергией. В условии задачи l = 1, этому состоянию отвечают три орбитали: p_x, p_y, p_z, соответственно координатным осям.

Итак, запись, отражающая энергетическое состояние электрона при n = 3, l = 1, m_l = 0, будет иметь вид 3p_z.

Четыре квантовых числа  полностью характеризуют состояние электрона в атоме. Они определяют энергию электрона, его размер и форму, спиновый момент количества движения электрона. При переходе электрона с одной орбитали на другую меняются квантовые числа, соответственно меняется состояние электрона в атоме.

 

Пример 4.

Какой энергетический подуровень заполняется электронами раньше: 5s или 4d ; 6s или 5p и почему?

Решение.

Заполнение электронами  энергетических уровней и подуровней подчиняется принципу «минимума энергии», т. е. вначале заполняются орбитали с меньшей энергией. Энергетическое состояние электрона характеризуется главным и орбитальным квантовыми числами и заполнение орбиталей происходит в последовательности увеличения их суммы (n + l). Для 5s-орбитали эта сумма равна 5 + 0 = 5, а для 4d-орбитали 4 + 2 = 6. Поэтому 5s- орбиталь заполняется электронами раньше.

Если сумма главного и  орбитального квантовых чисел для  двух орбиталей одинакова, то раньше заполняется та, у которой меньше значение главного квантового числа. Так, для 6s- и 5d-орбиталей эти суммы одинаковы (6 + 0 = 6 и 5 + 1 = 6), поэтому вначале заполняется 5p-орбиталь, а потом 6s.

Задания

 

21. Напишите электронные  формулы атомов элементов с  порядковыми номерами 9 и 28. Распределите электроны этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

22. Напишите электронные  формулы атомов фосфора и ванадия.  Распределите электроны этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

23. Какое максимальное число  электронов может занимать s-, p-, d- и f-орбитали данного энергетического уровня? Почему?

24. Напишите электронные  формулы атомов марганца и  селена. К какому электронному  семейству относится каждый из  этих элементов?

25. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4s или 3d; 5s или 4р? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21.

26. Составьте электронные  формулы атомов элементов с  порядковыми номерами 17 и 29. У последнего происходит провал одного 4s-электрона на 3d-подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

27. Какие орбитали атома  заполняются электронами раньше: 4d или 5s; 6s или 5р? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 43.

28. Что такое изотопы?  Чем можно объяснить, что у  большинства элементов периодической системы атомные массы выражаются дробным числом? Могут ли атомы разных элементов иметь одинаковую массу? Как называются подобные атомы?

29. В чем сущность a-, b^–- и b⁺-радиоактивного распада? Изотоп какого элемента получится в результате последовательного излучения 4a- и 2b-частиц с атомным ядром ²³⁸U?

30. Составьте электронные формулы  атомов элементов с порядковыми  номерами 14 и 40. Какие электроны этих атомов являются валентными?

51. Какую радиоактивность называют  искусственной? Изотоп какого  элемента образуется в результате ядерной реакции, происходящей при бомбардировке ядер атомов ²⁷Аl протонами, если при этом поглощается один протон и выделяется одна a-частица? Составьте уравнение этой ядерной реакции.

32. Составьте электронные формулы  атомов элементов с порядковыми  номерами 16 и 28. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

33. Изотоп какого элемента образуется  в результате ядерной реакции, происходящей при бомбардировке ядер атомов ⁵⁴Fe a-частицами, если при этом поглощается одна a-частица и выделяется один нейтрон. Составьте уравнение этой ядерной реакции.

34. Сколько и какие значения  может принимать магнитное квантовое  число m_l при орбитальном квантовом числе l=0; 1; 2 и 3? Какие элементы в периодической системе носят название s-, р-, d- и f-элементов? Приведите примеры.

35. Какие значения могут принимать  квантовые числа n, l,m_l и m_s, характеризующие состояние электронов в атоме. Какие значения они принимают для внешних электронов атома магния?

36. Чем отличается последовательность  в заполнении атомных орбиталей у атомов d-элементов от последовательности заполнения их у атомов s- и р-элементов? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 46, учитывая, что, находясь в пятом периоде, атомы этого элемента на пятом энергетическом уровне не содержат ни одного электрона.

37. Составьте электронные  формулы атомов элементов с  порядковыми номерами 24 и 33, учитывая, что у первого происходит провал одного 4s-электрона на 3d-подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

38. Значения какого квантового  числа определяют число s-, p-, d- и f-орбиталей на энергетическом уровне? Сколько всего s-, p- и d-электронов в атоме кобальта?

39. В чем заключается  принцип несовместимости Паули?  Может ли быть на каком-нибудь  подуровне атома p⁷ или d¹²-электронов? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 22 и укажите его валентные электроны.

40. Составьте электронные  формулы атомов элементов с  порядковыми номерами 32 и 42, учитывая, что у последнего происходит провал одного 5s-электрона на 4d-подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

Периодическая система элементов Д. И. Менделеева

 

Пример 1.

Составьте электронные формулы  атомов элементов № 20 и № 53. На каких  энергетических уровнях и подуровнях находятся валентные электроны?

Решение.

Порядковый номер элемента, равный заряду ядра атома, указывает число электронов в структуре атома. Согласно принципу «минимума энергии» (см. пример 2.4) заполнение электронами энергетических уровней и подуровней идет в следующем порядке:

 

1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5p⁶, 6s², (5d¹), 4f¹⁴, 5d^{2 - 10}, 6p⁶, 7s², (6d^{1 - 2}), 5f¹⁴, 6d^{3 - 10}, 7p.

 

Цифрой указывается значение главного квантового числа n – энергетический уровень, буквой - значение орбитального квантового числа l - энергетический подуровень. Индекс справа вверху показывает число электронов на данном подуровне. Суммарное число индексов должно совпадать с числом электронов в атоме, т. е. с его порядковым номером. При записи электронной формулы используют только главное и орбитальное квантовые числа.

Электронные формулы атомов элементов № 20 и № 53 имеют вид:

 

№ 20 (Ca) - 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 4s² ,

№ 53 (I) - 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5p⁵.

 

Валентные электроны в атоме  расположены на последнем энергетическом уровне и на заполняющемся подуровне. У Ca это 4s², у I - 5s² 5p⁵. Поскольку последним заполняется у Ca электронами s-подуровень, то он относится к семейству s-элементов, а I - к семейству p-элементов.