Условие задачи

Формула наружного электронного слоя химического элемента 4s24p3. Определите: а) какой это химический элемент; б) заряд ядра его атома, число протонов и нейтронов в ядре; в) относится ли он к s-, p-, d- или f-элементам. Составьте формулы его высшего оксида и летучего водородного соединения, если оно существует.

Решение

Нам дано, что внешняя электронная конфигурация имеет вид 4s² 4p³. Это означает, что на внешнем энергетическом уровне у элемента находится 2 электрона в орбитали s и 3 электрона в орбитали p, то есть всего 5 валентных электронов. Такие элементы относятся к группе 15 (оксигенно́й группе) периодической системы элементов, где расположены элементы с общей внешней конфигурацией ns² np³.

Рассмотрим каждый пункт по отдельности.

─────────────────────────────
1. Определите, какой это химический элемент.

Поскольку конфигурация дана для четвёртого периода (энергетический уровень n = 4) и группа – 15, то соответствующий элемент – мышьяк (As). Для него полная конфигурация выглядит как [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³.

Ответ (а): это мышьяк (As).

─────────────────────────────
2. Определите заряд ядра его атома, число протонов и нейтронов в ядре.

– Заряд ядра определяется числом протонов. У мышьяка атомный номер равен 33, следовательно, число протонов равно 33, а заряд ядра равен +33 (в единицах элементарного заряда).

– Число нейтронов обычно определяется по наиболе стабильному изотопу. У мышьяка действует практически единственный стабильный изотоп ⁷⁵As, где массовое число A = 75. Тогда число нейтронов = A – Z = 75 – 33 = 42.

Ответ (б): заряд ядра +33; протонов 33, нейтронов 42.

─────────────────────────────
3. Определите, к какому блоку (s-, p-, d- или f-) относится элемент, и составьте формулы его высшего оксида и летучего водородного соединения (если оно существует).

– Из внешней конфигурации видно, что последние электроны занимают орбитали p (4p³), что означает, что мышьяк относится к p-элементам.

– Высший оксид – это оксид, где данный элемент проявляет свою высшую степень окисления. У мышьяка наивысшая степень окисления равна +5. Для установления формулы оксида следует составить нейтральное соединение: если степень окисления мышьяка равна +5, а кислорода – –2, то при двух атомах мышьяка суммарный положительный заряд +10, для нейтральности необходимо 5 атомов кислорода (5×(–2) = –10). Таким образом, формула оксида: As₂O₅.

– Летучее водородное соединение – это водородсодержащее соединение, которое при нормальных условиях является летучим (обычно газообразным). Для мышьяка таким соединением является арсин, имеющий формулу AsH₃. Арсин – бесцветный или слегка желтоватый газ с характерным запахом, аналогичный аммиаку, но обладающий высокой ядовитостью.

Ответ (в):
• Относится к p-элементам;
• Высший оксид: As₂O₅;
• Летучее водородное соединение: AsH₃.

─────────────────────────────
Итоговое решение:

а) Химический элемент с внешней конфигурацией 4s² 4p³ – мышьяк (As).

б) Заряд ядра +33, число протонов 33 и, для стабильного изотопа ⁷⁵As, число нейтронов 42.

в) Мышьяк относится к p-элементам. Его высший оксид – As₂O₅, а летучее водородное соединение – арсин, AsH₃.