Условие задачи

Укажите распределение электронов по энергетическим уровням в атомах следующих элементов: а) магний; б) кальций; в) алюминий; г) фосфор; д) хлор.

Решение

Ниже приведено подробное решение задачи из раздела квантовой химии (атомная теория, строение атома) с использованием правил построения электронной конфигурации (принцип Aufbau, принцип Паули, правило Хунда). Задача состоит в том, чтобы для каждого указанного элемента определить, каким образом распределяются электроны по энергетическим оболочкам/уровням, то есть указать, сколько электронов находится на каждом главном квантовом числе (K, L, M, …) или, что то же самое, записать полную электронную конфигурацию.

Рассмотрим каждый элемент по порядку.

──────────────────────────────
1. Магний (Mg), атомный номер Z = 12

Полная электронная конфигурация определяется согласно следующему порядку заполнения орбиталей:

• Заполнение начинается с 1s-орбитали.
• Далее идут 2s, затем 2p, потом 3s.

Таким образом, имеем:
1s² 2s² 2p⁶ 3s².

При распределении по основным уровням (главному квантовому числу n):
n = 1 (K-оболочка): 2 электрона,
n = 2 (L-оболочка): 2 + 6 = 8 электронов,
n = 3 (M-оболочка): 2 электрона.

──────────────────────────────
2. Кальций (Ca), Z = 20

Порядок заполнения орбиталей:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s².

Распределение по энергетическим уровням:
n = 1: 1s² → 2 электрона,
n = 2: 2s² + 2p⁶ → 2 + 6 = 8 электронов,
n = 3: 3s² + 3p⁶ → 2 + 6 = 8 электронов,
n = 4: 4s² → 2 электрона.

──────────────────────────────
3. Алюминий (Al), Z = 13

Электронная конфигурация:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹.

Распределение по уровням:
n = 1: 2 электрона,
n = 2: 2 + 6 = 8 электронов,
n = 3: 2 + 1 = 3 электрона.

──────────────────────────────
4. Фосфор (P), Z = 15

Электронная конфигурация:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³.

Распределение по уровням:
n = 1: 2 электрона,
n = 2: 2 + 6 = 8 электронов,
n = 3: 2 + 3 = 5 электронов.

──────────────────────────────
5. Хлор (Cl), Z = 17

Электронная конфигурация:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵.

Распределение по уровням:
n = 1: 2 электрона,
n = 2: 2 + 6 = 8 электронов,
n = 3: 2 + 5 = 7 электронов.

──────────────────────────────
Выводы:

а) Магний: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² → распределение: 2, 8, 2.
б) Кальций: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² → распределение: 2, 8, 8, 2.
в) Алюминий: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ → распределение: 2, 8, 3.
г) Фосфор: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ → распределение: 2, 8, 5.
д) Хлор: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ → распределение: 2, 8, 7.

Таким образом, используя принципы квантовой химии, мы получили распределение электронов по энергетическим уровням для представленных элементов.