Условие задачи

Установите распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням и укажите тип (s, p, или f) элементов: а) бериллий, азот, неон; б) натрий, алюминий, хлор.

Решение

Наша задача относится к разделу атомной теории (квантовой химии) и строится на понятиях электронных конфигураций атомов, принципа Aufbau, правила Хунда и принципа Паули. Здесь необходимо расписать распределение электронов по энергетическим уровням (оболочкам) и их подуровням (орбиталям: s, p, d, f) для указанных элементов и определить, к какому блоку элемента относится – s-блок, p-блок или f-блок.

Ниже приведём подробное решение для каждой группы элементов.

─────────────────────────────
1. Группа а) бериллий, азот, неон

■ Бериллий (Be)
• Атомный номер Z = 4.
• Распределяем электроны по порядку заполнения:
1-й энергетический уровень: 1s может вместить до 2 электронов → 1s²
2-й энергетический уровень: следующий орбитал – 2s, вместимость 2 электрона → 2s²
Таким образом, электронная конфигурация:
Be: 1s² 2s²
• Последний заполненный подуровень – 2s, значит элемент относится к s-блоку.

■ Азот (N)
• Z = 7.
• Распределение электронов:
1s² – 2 электрона
2s² – 2 электрона
Осталось 7 − 4 = 3 электрона, которые распределяются по орбитали 2p (вмещает до 6 электронов). При этом правило Хунда говорит, что электроны размещаются по отдельным орбиталям с одинаковой энергией прежде чем начнут спариваться → 2p³
Таким образом, конфигурация:
N: 1s² 2s² 2p³
• Последний заполняемый подуровень – 2p, поэтому азот является элементом p-блока.

■ Неон (Ne)
• Z = 10.
• Распределение электронов:
1s² – 2 электрона
2s² – 2 электрона
Остаётся 10 − 4 = 6 электронов, которые полностью заполнят орбиталь 2p → 2p⁶
Конфигурация:
Ne: 1s² 2s² 2p⁶
• Последний заполненный орбитал – 2p, значит неон принадлежит к p-блоку.

─────────────────────────────
2. Группа б) натрий, алюминий, хлор

■ Натрий (Na)
• Z = 11.
• Распределение:
1s² – 2 электрона
2s² – 2 электрона
2p⁶ – 6 электронов (2 + 2 + 6 = 10)
Остался 11-й электрон, который пойдёт в 3s орбиталь → 3s¹
Конфигурация:
Na: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹
• Электрон самым внешнего уровня находится в s-орбитали, поэтому натрий относится к s-блоку.

■ Алюминий (Al)
• Z = 13.
• Распределение:
1s² – 2 электрона
2s² – 2 электрона
2p⁶ – 6 электрона (нарастающий счёт: 2 + 2 + 6 = 10)
Осталось 3 электрона. Энергия следующего уровня: 3s и 3p. Согласно порядку заполнения сначала заполняется 3s:
– 3s² получаем 2 электрона,
– затем оставшийся 1 электрон пойдёт в 3p → 3p¹
Конфигурация:
Al: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹
• Последний заполняемый подуровень – 3p, следовательно алюминий относится к p-блоку.

■ Хлор (Cl)
• Z = 17.
• Распределение:
1s² – 2 электрона
2s² – 2 электрона
2p⁶ – 6 электрона (2 + 2 + 6 = 10)
Осталось 7 электронов. Следующий энергетический уровень – 3-й:
– 3s² → 2 электрона (счёт становится 12)
– оставшиеся 5 электронов пойдут в 3p → 3p⁵
Конфигурация:
Cl: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵
• Последний заполненный подуровень – 3p, значит хлор — элемент p-блока.

─────────────────────────────
Вывод:

а)
• Бериллий: 1s² 2s², s-блок
• Азот: 1s² 2s² 2p³, p-блок
• Неон: 1s² 2s² 2p⁶, p-блок

б)
• Натрий: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹, s-блок
• Алюминий: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹, p-блок
• Хлор: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵, p-блок

Таким образом, выполнено распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням с указанием типа соответствующих блоков элементов.