Пример
1-4
: Написать ЭК: а)
16
S
и иона
S
2+
в основном
состоянии; б)
22
Ti
и иона
Ti
2+
в основном состоянии.
Решение
: а) Согласно принципу наименьшей энергии и
принципу Паули, ЭК
16
S:
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
4
или в сокращѐнной форме:
[Ne]
3s
2
3p
4
.
Электронная конфигурация иона
S
2+
в сокращѐнной форме:
[Ne]
3s
2
3p
2
.
б) Согласно принципу наименьшей энергии и принципу Паули,
ЭК
22
Ti:
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
2
4s
2
или в сокращѐнной форме:
[Ar]
3d
2
4s
2
.
Электронная конфигурация иона
Ti
2+
в сокращѐнной форме:
[Ar]
3d
2
,
т. к.
4s
-
электроны имеют меньшую энергию связи с ядром и
первыми удаляются в процессе ионизации. Следует обратить
внимание на то, что при образовании катионов
d
-
и
f
-
элементов в
первую очередь удаляются
s
-
электроны.
Потенциал
(энергия)
ионизации
(
I
)
. Минимальная энергия,
которую необходимо затратить для удаления электрона из атома,
находящегося в основном состоянии, называется
первым
потенциалом
ионизации
(I
1
)
: A
→
A
+
+ e.
Второй, третий и т. д. потенциалы ионизации соответствуют
ионизации катионов, следовательно,
I
1
<
I
2
<
I
3
.
Первый потенциал ионизации атома равен энергии внешнего
электрона, взятой с обратным знаком. Величина потенциала
ионизации всегда > 0.
16
Пример__1-5'>Пример
1-5:
Энергия электрона в ионе Не
+
Е
1
=
54,4 эВ.
Определить потенциал ионизации
I
.
Решение
: Для того, чтобы удалить электрон, необходимо
затратить энергию
I
= +54,4 эВ.
Сродство
к электрону
атома
(Е)
–
изменение энергии при
присоединении электрона к атому: А + е → А
–
. Как правило, Е < 0.
Как вычислить потенциал ионизации аниона и сродство к
электрону катиона, которых нет в справочнике? Потенциал
ионизации аниона А
–
и сродство к электрону катиона
A
+
определяются как соответствующие энергии
Е
(А) и
I
(A
), взятые с
обратным знаком.
Пример
1-6
: Определить потенциал ионизации аниона
I
(Cl
–
) и
сродство к электрону катиона
Е
(Cl
+
).
Решение:
Из справочных данных известны величины
Е
(Cl) =
–
3,62
эВ и
I
(Cl
) = 12,97 эВ, из которых следует, что
I
(Cl
–
) = 3,62 эВ,
Е
(Cl
+
) =
–12,97 эВ.
Пример
1-7
: Рассчитать полную электронную энергию для
атома Не, если известны потенциалы ионизации атома Не:
I
1
= 24,6
эВ,
I
2
= 54,4 эВ.
Решение
: Величина полной электронной энергии одноатомной
частицы зависит от выбора начала отсчѐта. Обычно для таких
систем выбирают начало отсчѐта –
полностью разведѐнные ядро и
электроны.
При присоединении первого электрона к ядру гелия выделяется
энергия
Е
2
=
I
2
=
54,4 эВ. При присоединении второго электрона
E,
эВ
He
2+
+ 2e
He
+
+ e
He
I
1
= 24,6
эВ
I
2
= 54,4
эВ
17
к Не
+
выделяется
Е
1
=
I
1
=
24,6 эВ. Полная электронная энергия
атома Не
Е
п
=
Е
1
+ Е
2
=
79,0 эВ.
Вопросы
Какие значения квантовых чисел соответствуют следующим
орбиталям: 2p; 3d; 4s;
3p
x
; 4d
xy
?
Привести примеры одноэлектронных частиц (атомов или
одноатомных ионов). Определить энергию электрона в основном
состоянии этих частиц. Найти атомные орбитали с одинаковыми
значениями энергии, соответствующими основному состоянию
атома водорода.
Почему в водородоподобных частицах энергетические
уровни вырождены, а в многоэлектронных нет? Определить
кратность вырождения энергетического уровня электрона атома Н с
n = 1; 3; 4.
Объяснить, почему в атоме водорода орбитали 3
s
и 3
p
имеют одинаковую энергию, а в атоме хлора –
разную.
Показать, что наиболее вероятным расстоянием между
электроном и ядром для водородоподобных частиц в основном
состоянии является
r = a
0
/Z (Z
–
заряд ядра).
Используя одноэлектронные волновые функции для
водородоподобных частиц, определить, какой атом больше по
размерам Н или Не.
Охарактеризовать вектор момента импульса орбитального
движения и спина электрона в
s-
и
p-
состоянии атома водорода.
Какова взаимосвязь модуля момента импульса и его проекций на
ось
OZ
с квантовыми числами?
Как выглядела бы таблица элементов Менделеева, если бы
не было:
а) межэлектронных взаимодействий;
б) принципа Паули?
Какой из элементов имеет более высокую энергию
ионизации:
Li
или
Cs? Li
или
F? F
или
I?
18
Какой из элементов имеет более высокое сродство к
электрону:
F
или
Cl? Cl
или
Br
? О или
S? S
или
Se
? С или
F?
Почему потенциал ионизации атома по модулю всегда
больше энергии сродства к электрону этого же атома?
|