Условие задачи
Что общего и в чём отличие между электронными конфигурациями: а) натрия и калия; б) натрия и магния?
Решение
Дисциплина: химия (теория атомной структуры, периодическая система элементов, электронные конфигурации).
Мы рассмотрим электронные конфигурации для элементов натрия (Na), калия (K) и магния (Mg). Напомним, что электронная конфигурация описывает распределение электронов по атомным орбиталям, и её правилами являются принципы заполнения орбиталей (правило Паули, принцип запрета, принцип Хунда).
1. Электронные конфигурации:
а) Натрий (Na), Z = 11
Итак, полная конфигурация: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹
Здесь видно, что внешняя орбиталь 3s содержит 1 электрон.
Калий (K), Z = 19
Полная конфигурация: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹
Здесь внешняя орбиталь 4s содержит 1 электрон.
б) Магний (Mg), Z = 12
Полная конфигурация: 1s² 2s² 2p⁶ 3s²
В данном случае внешняя орбиталь 3s полностью заполнена двумя электронами.
2. Что общего:
а) Натрий и калий
• Оба являются щелочными металлами, то есть их последняя (валентная) орбиталь – s-орбиталь, содержащая один электрон (обозначается как ns¹, где n – номер главного квантового числа, равный 3 для натрия и 4 для калия).
• Имеют аналогичную химическую активность, обусловленную легко отдающимся одним валентным электроном.
б) Натрий и магний
• Оба имеют заполненную внутреннюю оболочку 1s² 2s² 2p⁶, которая соответствует положению благородного газа неона.
• Электроны, расположенные внутренним образом, формируют стабильное ядро, которое повторяется у обоих элементов.
3. В чём отличие:
а) Натрий и калий
• Главное отличие – номер главного энергетического уровня внешней s-орбитали. У натрия внешний электрон находится в орбитали 3s, а у калия – в орбитали 4s. Это приводит к различиям в размерах атомов, энергиях и свойств (например, калий имеет более высокую реакционную способность в некоторых случаях из‑за большего радиуса атома).
б) Натрий и магний
• Разница заключается в числе валентных электронов в последней оболочке:
– Натрий имеет один электрон в 3s (конфигурация 3s¹), что определяет его как щелочной металл.
– Магний имеет два электрона в 3s (конфигурация 3s²), что делает его щелочноземельным металлом.
• Это различие определяет их химическую активность: натрий легко образует одновалентные катионы Na⁺, а магний – двувалентные катионы Mg²⁺.
• Также разница в распределении валентных электронов приводит к различным типам химических связей и свойств соединений.
Вывод:
а) Натрий и калий имеют одинаковую внешнюю конфигурацию вида ns¹ (соответственно 3s¹ и 4s¹), что определяет их сходство как представителей щелочных металлов, но отличаются номером энергетического уровня, в котором находится последний электрон.
б) Натрий и магний имеют одинаковый благородный «ядро» (электроны до 2p⁶), но различаются количеством электронов на внешней оболочке: у натрия – 1, а у магния – 2, что приводит к отличиям в химических свойствах (образование Na⁺ против Mg²⁺).
Таким образом, ответ оформлен с учётом правил периодичности и принципов построения электронных конфигураций.