Номер 233, страница 41 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

233. Какие из атомов, электронные формулы внешнего электронного уровня которых приведены ниже, находятся в возбуждённом состоянии:

а) $3s^13p^1$;

б) $3d^{10}4s^2$;

в) $2s^22p^1$;

г) $3s^13p^3$;

д) $3d^14s^2$;

е) $5s^2$?

Атом находится в возбуждённом состоянии, если один или несколько его электронов перешли на более высокий энергетический уровень (орбиталь), в то время как более низкий по энергии уровень, который должен заполняться первым согласно принципу наименьшей энергии, остался незаполненным или заполненным не до конца.

В основном (невозбуждённом) состоянии электроны последовательно занимают самые низкие по энергии доступные орбитали.

Проанализируем каждую электронную конфигурацию:

В данной конфигурации на внешнем энергетическом уровне находятся 2 электрона. В основном состоянии они должны были бы оба находиться на $3s$-подуровне, образуя конфигурацию $3s^2$. Однако один электрон занимает $3s$-орбиталь, а второй — более высокоэнергетическую $3p$-орбиталь, оставляя $3s$-подуровень незавершённым. Это указывает на то, что атом поглотил энергию, и один электрон "перескочил" на более высокий подуровень. Такая конфигурация соответствует возбуждённому состоянию атома магния ($Mg$).

Ответ: находится в возбуждённом состоянии.

Эта электронная формула показывает полностью заполненные $4s$- и $3d$-подуровни. Заполнение электронами происходит согласно правилу Клечковского, где $4s$-подуровень заполняется перед $3d$. Все нижележащие подуровни также заполнены. Это устойчивая конфигурация, соответствующая основному состоянию атома цинка ($Zn$).

Ответ: не находится в возбуждённом состоянии.

В этой конфигурации $2s$-подуровень полностью заполнен двумя электронами, после чего следующий электрон начинает заполнять $2p$-подуровень, который является следующим по энергии. Такое последовательное заполнение орбиталей соответствует основному состоянию. Это конфигурация атома бора ($B$).

Ответ: не находится в возбуждённом состоянии.

На внешнем уровне находятся 4 электрона ($1+3=4$). В основном состоянии их конфигурация была бы $3s^23p^2$ (атом кремния $Si$). В представленной конфигурации $3s$-подуровень не заполнен полностью (содержит 1 электрон вместо 2), тогда как на более высоком по энергии $3p$-подуровне уже находятся три электрона. Это классический пример возбуждённого состояния, когда электрон с $3s$-орбитали переходит на $3p$-орбиталь для образования большего числа неспаренных электронов.

Ответ: находится в возбуждённом состоянии.

Данная конфигурация соответствует атому скандия ($Sc$). Согласно правилу Клечковского, электроны сначала заполняют $4s$-подуровень, а затем начинают заполнять $3d$-подуровень. Представленная конфигурация $...4s^23d^1$ в точности следует этому правилу, поэтому она соответствует основному состоянию атома.

Ответ: не находится в возбуждённом состоянии.

Эта конфигурация показывает полностью заполненный $5s$-подуровень внешнего электронного слоя. Все подуровни с меньшей энергией заполнены, а на подуровнях с большей энергией электронов нет. Это основное состояние для атома с двумя валентными электронами в пятом периоде — стронция ($Sr$).

Ответ: не находится в возбуждённом состоянии.