Номер 61, страница 28 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

61. Какое максимальное число электронов может разместиться на втором энергетическом уровне?

Решение

Максимальное число электронов, которое может находиться на определённом энергетическом уровне, определяется его структурой, а именно количеством подуровней и орбиталей. Энергетический уровень характеризуется главным квантовым числом $n$. Для второго энергетического уровня, о котором идёт речь в задаче, $n=2$.

Существует два способа определить максимальную ёмкость энергетического уровня.

Способ 1: Через подсчёт орбиталей на подуровнях.

Каждый энергетический уровень ($n$) состоит из подуровней, которые характеризуются орбитальным квантовым числом $l$. Значения $l$ могут быть от $0$ до $n-1$. Для второго уровня ($n=2$) возможны два подуровня:

1. Подуровень с $l=0$ — это s-подуровень (в данном случае 2s-подуровень).

2. Подуровень с $l=1$ — это p-подуровень (в данном случае 2p-подуровень).

Каждый подуровень состоит из атомных орбиталей. Количество орбиталей на подуровне с данным $l$ определяется по формуле $2l+1$.

- На s-подуровне ($l=0$) находится $2 \cdot 0 + 1 = 1$ орбиталь.

- На p-подуровне ($l=1$) находится $2 \cdot 1 + 1 = 3$ орбитали.

Таким образом, на втором энергетическом уровне всего имеется $1+3=4$ атомные орбитали (одна 2s-орбиталь и три 2p-орбитали).

Согласно принципу Паули, на каждой атомной орбитали может размещаться не более двух электронов. Следовательно, максимальное число электронов на подуровнях второго уровня составляет:

- на 2s-подуровне: $1 \text{ орбиталь} \times 2 = 2 \text{ электрона}$;

- на 2p-подуровне: $3 \text{ орбитали} \times 2 = 6 \text{ электронов}$.

Суммарное максимальное число электронов на втором энергетическом уровне равно сумме электронов на его подуровнях: $2 + 6 = 8$ электронов.

Способ 2: По общей формуле.

Этот же результат можно получить, используя общую формулу для расчёта максимального числа электронов ($N_{max}$) на энергетическом уровне с главным квантовым числом $n$: $N_{max} = 2n^2$

Подставив значение для второго энергетического уровня ($n=2$), получаем: $N_{max} = 2 \cdot 2^2 = 2 \cdot 4 = 8$

Оба способа расчёта приводят к одному и тому же результату.

Ответ: на втором энергетическом уровне может разместиться максимальнo 8 электронов.