Условие задачи
Укажите электронную конфигурацию в атомах элементов:а) № 32, 39, 52;б) № 22, 36, 53;в) № 35, 37, 49;г) № 26, 51, 56;д) № 24, 47, 57;е) № 58, 72, 81.
Решение
Ниже приведён подробный разбор задачи по химии (конкретно – по построению электронной конфигурации атомов) с использованием принципа заполнения по схеме Aufbau, правилами (правило Хунда, принцип Паули) и записи через «ядровые сокращения». В решении все степени (степени заполненности орбиталей) записаны с использованием Unicode-символов (например, s², p⁴). Значок [Ar] означает конфигурацию благородного газа (аргона), [Kr] – криптона, [Xe] – ксенона.
Мы рассмотрим каждую группу по порядку.
──────────────────────────────
А) Элементы с номерами 32, 39, 52
1. Элемент №32 (Германий, Ge).
Общее число электронов Z = 32.
Используя ядро [Ar] (18 e–), далее:
– 4s² (2 e–) ⟹ 18 + 2 = 20
– 3d¹⁰ (10 e–) ⟹ 20 + 10 = 30
– 4p² (2 e–) ⟹ 30 + 2 = 32
Записываем конфигурацию полностью:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p²
или с использованием сокращения:
[Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p²
2. Элемент №39 (Иттрий, Y).
Z = 39. Ядро добиваем [Kr] (36 e–) – хотя здесь возможно использовать [Kr] для элементов с 36 электронами, для Y правило таково:
Затем:
– 5s² (2 e–) ⟹ 36 + 2 = 38
– 4d¹ (1 e–) ⟹ 38 + 1 = 39
Конфигурация:
[Kr] 5s² 4d¹
Иногда пишут орбиталями в другом порядке: [Kr] 4d¹ 5s².
3. Элемент №52 (Теллур, Te).
Z = 52. Используем ядро [Kr] (36 e–):
Далее:
– 4d¹⁰ (10 e–) ⟹ 36 + 10 = 46
– 5s² (2 e–) ⟹ 46 + 2 = 48
– 5p⁴ (4 e–) ⟹ 48 + 4 = 52
Конфигурация:
[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴
──────────────────────────────
Б) Элементы с номерами 22, 36, 53
1. Элемент №22 (Титан, Ti).
Z = 22. Ядро [Ar] (18 e–), затем:
– 4s² (2 e–) ⟹ 18 + 2 = 20
– 3d² (2 e–) ⟹ 20 + 2 = 22
Конфигурация:
[Ar] 4s² 3d²
2. Элемент №36 (Криптон, Kr).
Z = 36. Для полного заполнения:
– Используем ядро [Ar] (18 e–)
– 4s² (2 e–) ⟹ 20
– 3d¹⁰ (10 e–) ⟹ 30
– 4p⁶ (6 e–) ⟹ 36
Конфигурация:
[Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁶
3. Элемент №53 (Йод, I).
Z = 53. Ядро [Kr] (36 e–), затем:
– 4d¹⁰ (10 e–) ⟹ 46
– 5s² (2 e–) ⟹ 48
– 5p⁵ (5 e–) ⟹ 53
Конфигурация:
[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁵
──────────────────────────────
В) Элементы с номерами 35, 37, 49
1. Элемент №35 (Бром, Br).
Z = 35. Ядро [Ar] (18 e–), далее:
– 4s² (2 e–) ⟹ 20
– 3d¹⁰ (10 e–) ⟹ 30
– 4p⁵ (5 e–) ⟹ 35
Конфигурация:
[Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁵
2. Элемент №37 (Рубидий, Rb).
Z = 37. Ядро [Kr] (36 e–), затем:
– 5s¹ (1 e–) ⟹ 37
Конфигурация:
[Kr] 5s¹
3. Элемент №49 (Индий, In).
Z = 49. Ядро [Kr] (36 e–), далее:
– 4d¹⁰ (10 e–) ⟹ 46
– 5s² (2 e–) ⟹ 48
– 5p¹ (1 e–) ⟹ 49
Конфигурация:
[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p¹
──────────────────────────────
Г) Элементы с номерами 26, 51, 56
1. Элемент №26 (Железо, Fe).
Z = 26. Ядро [Ar] (18 e–), далее:
– 4s² (2 e–) ⟹ 20
– 3d⁶ (6 e–) ⟹ 26
Конфигурация:
[Ar] 4s² 3d⁶
2. Элемент №51 (Сурьма, Sb).
Здесь Z = 51. Ядро [Kr] (36 e–), затем:
– 4d¹⁰ (10 e–) ⟹ 46
– 5s² (2 e–) ⟹ 48
– 5p³ (3 e–) ⟹ 51
Конфигурация:
[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³
3. Элемент №56 (Барий, Ba).
Z = 56. Ядро [Xe] используется для Z = 54 (ксенона), затем:
– 6s² (2 e–) ⟹ 56
Конфигурация:
[Xe] 6s²
──────────────────────────────
Д) Элементы с номерами 24, 47, 57
1. Элемент №24 (Хром, Cr).
Z = 24. Хром – классический пример отклонения от обычного порядка заполнения. Вместо ожидаемого [Ar] 4s² 3d⁴ имеется более стабильная полу-заполненная d-подуровень.
Конфигурация:
[Ar] 4s¹ 3d⁵
(18 + 1 + 5 = 24)
2. Элемент №47 (Серебро, Ag).
Z = 47. Аналогично хрому, серебро имеет аномальную конфигурацию:
Ожидали бы [Kr] 5s² 4d⁹, но стабильнее получается полностью заполненный d-подуровень.
Конфигурация:
[Kr] 4d¹⁰ 5s¹
3. Элемент №57 (Лантан, La).
Z = 57. Для лантана обычно записывают конфигурацию с заполнением d-орбиталей, а 4f-орбитали ещё не заполняются:
Конфигурация:
[Xe] 5d¹ 6s²
(54 + 1 + 2 = 57)
──────────────────────────────
Е) Элементы с номерами 58, 72, 81
1. Элемент №58 (Церий, Ce).
Z = 58. Церий – первый элемент ряда лантаноидов. Его конфигурация может иметь несколько вариантов, но наиболее часто встречающийся:
Конфигурация:
[Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²
(54 + 1 + 1 + 2 = 58)
2. Элемент №72 (Гафний, Hf).
Z = 72. После ядра [Xe] происходит заполнение 4f-орбиталей до полного заполнения (14 e–), далее:
– 4f¹⁴ (14 e–) ⟹ 54 + 14 = 68
– 5d² (2 e–) ⟹ 70
– 6s² (2 e–) ⟹ 72
Конфигурация:
[Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s²
3. Элемент №81 (Таллий, Tl).
Z = 81. После [Xe] происходит:
– 4f¹⁴ (14 e–) ⟹ 54 + 14 = 68
– 5d¹⁰ (10 e–) ⟹ 78
– 6s² (2 e–) ⟹ 80
– 6p¹ (1 e–) ⟹ 81
Конфигурация:
[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p¹
──────────────────────────────
Итоговые ответы:
А)
1. Ge (Z = 32): [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p²
2. Y (Z = 39): [Kr] 5s² 4d¹
3. Te (Z = 52): [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴
Б)
1. Ti (Z = 22): [Ar] 4s² 3d²
2. Kr (Z = 36): [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁶
3. I (Z = 53): [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁵
В)
1. Br (Z = 35): [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁵
2. Rb (Z = 37): [Kr] 5s¹
3. In (Z = 49): [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p¹
Г)
1. Fe (Z = 26): [Ar] 4s² 3d⁶
2. Sb (Z = 51): [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³
3. Ba (Z = 56): [Xe] 6s²
Д)
1. Cr (Z = 24): [Ar] 4s¹ 3d⁵
2. Ag (Z = 47): [Kr] 4d¹⁰ 5s¹
3. La (Z = 57): [Xe] 5d¹ 6s²
Е)
1. Ce (Z = 58): [Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²
2. Hf (Z = 72): [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s²
3. Tl (Z = 81): [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p¹
Таким образом, для каждого заданного элемента составлена его электронная конфигурация с использованием ядровых сокращений и принципа заполнения орбиталей.