Номер 63, страница 28 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

63. Приведите электронную конфигурацию и электронно-графическую схему атома азота. Сколько электронов находится на внешнем энергетическом уровне атома азота? Укажите число неспаренных электронов в атоме азота. На каких орбиталях располагаются эти электроны? Изобразите, как располагаются эти орбитали в пространстве.

Дано:

Атом азота (N)

Найти:

Электронную конфигурацию и электронно-графическую схему.

Число электронов на внешнем энергетическом уровне.

Число неспаренных электронов.

Орбитали, на которых находятся неспаренные электроны.

Пространственное расположение этих орбиталей.

Решение:

Азот (N) — химический элемент с порядковым номером 7 в Периодической системе Д.И. Менделеева. Заряд ядра атома азота равен +7, и в нейтральном атоме содержится 7 электронов. Распределим эти электроны по энергетическим уровням и подуровням в соответствии с принципом наименьшей энергии, принципом Паули и правилом Хунда.

Электронная конфигурация и электронно-графическая схема атома азота
Электроны заполняют орбитали в следующем порядке: $1s$, $2s$, $2p$.
На $1s$-орбиталь помещаются 2 электрона.
На $2s$-орбиталь помещаются 2 электрона.
Оставшиеся 3 электрона размещаются на $2p$-подуровне. Согласно правилу Хунда, они занимают три разные $p$-орбитали, имея параллельные спины.
Таким образом, полная электронная конфигурация атома азота записывается как $1s^22s^22p^3$.
Электронно-графическая схема, показывающая распределение электронов по квантовым ячейкам, выглядит следующим образом:

p_x p_y p_z
$2p$ [ ↑ ][ ↑ ][ ↑ ]
$2s$ [↑↓]
$1s$ [↑↓]

Ответ: Электронная конфигурация атома азота: $1s^22s^22p^3$. Электронно-графическая схема представлена выше.

Сколько электронов находится на внешнем энергетическом уровне атома азота?
Внешним энергетическим уровнем для атома азота является второй уровень (главное квантовое число $n=2$), так как он самый удаленный от ядра и имеет наибольшую энергию из заполненных уровней. На этом уровне находятся электроны $2s$- и $2p$-подуровней. Число электронов на $2s$-подуровне равно 2, а на $2p$-подуровне — 3. Суммарное количество электронов на внешнем уровне составляет $2 + 3 = 5$.

Ответ: На внешнем энергетическом уровне атома азота находится 5 электронов.

Укажите число неспаренных электронов в атоме азота
Неспаренными называются электроны, которые в одиночку занимают одну орбиталь. Из электронно-графической схемы видно, что на $1s$- и $2s$-орбиталях электроны спарены (образуют электронные пары). На $2p$-подуровне три электрона занимают три отдельные орбитали ($2p_x, 2p_y, 2p_z$), по одному электрону на каждой. Следовательно, все три $2p$-электрона являются неспаренными.

Ответ: В атоме азота 3 неспаренных электрона.

На каких орбиталях располагаются эти электроны?
Три неспаренных электрона атома азота, как следует из его электронно-графической схемы, располагаются на трех $2p$-орбиталях. Каждая из этих орбиталей занята одним электроном. Эти орбитали обозначаются как $2p_x$, $2p_y$ и $2p_z$.

Ответ: Неспаренные электроны располагаются на $2p_x$, $2p_y$ и $2p_z$ орбиталях.

Изобразите, как располагаются эти орбитали в пространстве
Орбитали, на которых находятся неспаренные электроны, — это три $p$-орбитали второго энергетического уровня. Каждая $p$-орбиталь имеет форму гантели (объемной восьмерки). Все три $p$-орбитали ($p_x, p_y, p_z$) одного подуровня ориентированы в пространстве вдоль трех взаимно перпендикулярных осей координат — x, y и z. Центры всех трех орбиталей совпадают с ядром атома.

Ответ: Три $2p$-орбитали, на которых расположены неспаренные электроны, имеют форму гантелей и ориентированы в пространстве взаимно перпендикулярно друг другу, вдоль осей координат x, y и z, как показано на рисунке.