Budowa atomu

Pytania i odpowiedzi

2

1. Dane są konfiguracje elektronowe pewnych pierwiastków:
1s

2

2s

2

2p

6

3s

1

1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

3

1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

6

3d

7

4s

2

Dla każdego pierwiastka:

1. podać liczbę elektronów znajdujących się w atomie,

podać liczbę atomową pierwiastka i jego nazwę

2. podać, do którego bloku energetycznego należy dany

atom

3. podać ogólną liczbę elektronów walencyjnych i ich

rozmieszczenie na podpoziomach energetycznych
przyporządkowując je do odpowiednich bloków
energetycznych

4. na podstawie rozmieszczenia elektronów walencyjnych

określić jaki charakter chemiczny ma pierwiastek

5. na podstawie podanej struktury określić do którego

okresu należy dany pierwiastek

Przykłady zadań

3

Przykład 1- 1s

2

2s

2

2p

6

3s

1

1. Atom zawiera 11 elektronów a więc i jego liczba

atomowa wynosi 11, pierwiastkiem tym jest sód.

2. Atom zapełnia podpowłokę s, a więc należy tym

samym do bloku energetycznego s

3. Atom posiada jeden elektron walencyjny, który

znajduje się na powłoce o najwyższej liczbie
kwantowej czyli 3s

1

i właśnie dlatego znajduje się w

bloku energetycznym s

4. Pierwiastek najłatwiej osiąga optymalną ilość

elektronów na powłoce zewnętrznej, czyli oktet
oddając jeden elektron walencyjny, co czyni bardzo
łatwo i w związku z tym jest niezwykle aktywny
metalem.

5. Elektron walencyjny znajduje się w powłoce 3 i tym

samym znajduje się w okresie trzecim układu
okresowego

.

4

Przykład 2 – 1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

3

1. W atomie znajduje się 2 +2 + 6 + 2 + 3 = 15

elektronów, jego liczba atomowa równa się 15,
atom jest atomem fosforu

2. Atom uzupełnia elektrony podpowłoki p więc

należy do bloku energetycznego p

3. Ogólna liczba elektronów walencyjnych wynosi

pięć, dwa na podpowłoce s i trzy na podpowłoce
p, dlatego pierwiastek o takim atomie należy do
bloku energetycznego p.

4. Posiadając

pięć

elektronów

walencyjnych,

pierwiastek może je zarówno przyjmować jak i
oddawać, jest więc niemetalem.

5. Powłoka walencyjna odpowiada głównej liczbie

kwantowej n = 3, pierwiastek ten znajduje się
więc w trzecim okresie

5

Przykład 3 – 1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

6

4s

2

3d

7

1. Ogólna liczba elektronów: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 +

7 = 27, co odpowiada jego liczbie atomowej, czyli
pierwiastkiem tym jest –

kobalt

2. Atom zapełnia podpowłokę d, należy więc do

bloku

energetycznego d

3. Elektrony walencyjne tego atomu to

dwa

elektrony

podpowłoki 4s i

siedem

elektronów podpowłoki d,

która co prawda nie posiada najwyższej wartości
głównej liczby kwantowej ale jest niezapełniona i
dlatego traktuje się ją jak podpowłokę walencyjną.

4. Jako zewnętrzna występuje, typowa dla metali,

podpowłoka s predestynująca atom do oddawania
elektronów. Pierwiastek ten ma więc charakter
metaliczny.

5. Wartość najwyższa głównej liczby kwantowej wynosi

4

, a więc pierwiastek znajduje się w okresie

czwartym układu okresowego.

2. Znając następujące konfiguracje elektronowe

walencyjne pierwiastków: 4s

2

4p

2

;

5d

5

6s

2

;

4s

2

3d

10

określić ich położenie w układzie okresowym

Przykład 1 –

4s

2

4p

2

– pierwiastek znajduje się w

okresie

czwartym

, grupie czternastej lub inaczej

czwartej głównej

Przykład 2 –

5d

5

6s

2

– pierwiastek znajduje się w

okresie szóstym

,

piątej

podgrupie (grupie siódmej)

Przykład 3 –

4s

2

3d

10

– pierwiastek znajduje się w

okresie

czwartym

,

dziesiątej

podgrupie (grupie dwunastej)

6

Grupy

główne

1 2 3 4 5 6 7
8 9 10

13 14 15 16
17 18

1 2

3 4 5 6 7 8 9
10 11 12

3 4 5 6 7 8

1 2

7

Położenie pierwiastka w okresie określa maksymalna wartość
głównej liczby kwantowej:
6p

3

–

okres szósty

gdyż podpowłoka p zapełniana jest jako

zewnętrzna
4f

9

– zapełnianie podpowłoki f następuje jako drugie od końca,

tak więc maksymalna wartość liczby kwantowej takiego atomu
musi być o dwa większa, czyli wynosi sześć a więc pierwiastek
znajduje się w

okresie szóstym

;

6d

4

– podpowłoka d zapełnia się jako przedostatnia, więc

najwyższa wartość głównej liczby kwantowej wynosi 7,
pierwiastek występuje w

okresie siódmym

3. Znając następujące ugrupowania elektronowe w powłokach

zewnętrznych: 6p

3

; 4f

9

; 6d

4

podać do których okresów należą

odpowiednie pierwiastki

Grupy

główne

1 2 3 4 5 6 7
8 9 10

13 14 15 16
17 18

1 2

3 4 5 6 7 8 9
10 11 12

3 4 5 6 7 8

1 2

4. Podać grupy główne i poboczne w których atomy pierwiastków

maja

następujące

charakterystyczne

konfiguracje

elektronowe: s

2

p

4

; d

3

s

2

; p

5

s

1

; Które z nich należą do metali a

które do niemetali.

s

2

p

4

– chcąc podkreślić zapis ogólny można go również przedstawić z

uwzględnieniem ogólnego zapisu głównej liczby kwantowej: ns

2

np

4

,

pierwiastki należą do bloku energetycznego p, grupa XVI, lub

szósta

główna

, niemetal gdyż może elektrony oddawać i przyjmować.

d

3

s

2

– blok energetyczny d,

grupa piąta (lub trzecia podgrupa

),

metal gdyż posiada typową dla metali konfigurację s

2

jako

zewnętrzną
s

1

d

5

– zapis nietypowy, gdyż uwzględnia przeniesienie jednego

elektronu s do podpowłoki d. Zewnętrzna podpowłoka s wskazuje na
właściwości typowo metaliczne (zapis typowy dla atomu chromu!).
Grupa szósta lub czwarta podgrupa.

Grupy

główne

1 2 3 4 5 6 7
8 9 10

13 14 15 16
17 18

1 2

3 4 5 6 7 8 9
10 11 12

3 4 5 6 7 8

1 2

8

9

5. Podczas tworzenia jonu Fe

3+

, elektrycznie obojętny atom

żelaza traci dwa elektrony s i jeden elektron d . Podać
konfigurację elektronową trzeciej powłoki powstałego jonu. Jak
wytłumaczyć szczególną trwałość tego jonu ?

Fe

o

– 1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

6

4s

2

3d

6











6. Podaj konfigurację elektronową atomu węgla w stanach

podstawowym i wzbudzonym

Stan podstawowy

: 1s

2

2s

2

2p

2

Stan wzbudzony:

1s

2

2s

1

2p

3



















6

C















4s

2

3d

6

3d

5

Fe

o

– 3e → Fe

3+

szczególna trwałość tego jonu wynika z osiągnięcia bardzo
korzystnej konfiguracji elektronów walencyjnych, po jednym w
każdym z pięciu orbitali d. Jest to konfiguracja optymalna ze
względów energetycznych.

Fe

3+

- 1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3d

5

–

10

7. Jak wytłumaczyć zdolność manganu do występowania na +VII

stopniu utlenienia. Podaj schemat konfiguracji elektronowej
atomu manganu w stanie podstawowym i utlenionym

Powłoka walencyjna atomu manganu przedstawia się
następująco:

[Mn] 4s

2

3d

5

tak więc atom manganu posiada siedem elektronów
walencyjnych a co za tym idzie może być siedmiowartościowy.
Wartościowość ta jest trwała bowiem atom manganu osiąga
wówczas konfigurację gazu szlachetnego – argonu.

[Ar] = 1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

6

[Mn] 4s

2

3d

5

-7e

8. Pierwiastek oznaczony symbolem E tworzy wodorek

o wzorze EH

2

. Jaka jest wartościowość tego

pierwiastka? Do której grupy on należy ? Napisać
wzory tlenku tego pierwiastka na wyższych
stopniach utlenienia.

Teoretycznie wodorki takie mogą tworzyć pierwiastki grupy
drugiej i szesnastej. W treści zadania wspomina się o
tlenkach na wyższych stopniach utlenienia, więc w rachubę
wchodzi pierwiastek grupy XVI (VI głównej). Tak więc w
połączeniach z tlenem może wykazywać wartościowość IV
oraz VI a więc tworzy tlenki o wzorach

XO

2

oraz

XO

3

.

Grupy

główne

1 2 3 4 5 6 7
8 9 10

13 14 15 16
17 18

1 2

3 4 5 6 7 8 9
10 11 12

3 4 5 6 7 8

1 2

11

12

12

9. Który z dwu porównywanych tlenków wykazuje większe

właściwości zasadowe: Cr

2

O

3

czy CrO

3

; MnO czy Mn

2

O

7

W przypadku metali wykazujących wiele stopni utlenienia
obserwuje się zależność następującą:
W miarę wzrostu stopnia utlenienia charakter tlenku metalu
zmienia się z zasadowego przez amfoteryczny do kwasowego,
tak więc:

Cr

2

O

3

oraz Cr

2

O

7

– zważywszy, że chrom może być II, III oraz VI

wartościowy, na drugim stopniu wykazuje charakter zasadowy;
trzecim amfoteryczny zaś na szóstym kwasowy. Tlenek
chromu(III) ma charakter amfoteryczny zaś chromu(VI)
kwasowy.

Podobne rozumowanie przeprowadza się w wypadku tlenków
manganu. Tlenek manganu(II), w którym mangan ma najniższy
stopień utlenienia ma charakter zasadowy i dlatego
przykładowo występuje w formie jonu prostego Mn

2+

, mangan

na +VII stopniu utlenienia ma charakter kwasowy, tworząc
hipotetyczny kwas manganowy(VII) – HMnO

4

.

25

Mn - [Ar] 4s

2

3d

5

24

Cr- [Ar] 4s

1

3d

5

13

10.Jaki jest charakter następujących tlenków żelaza: FeO; Fe

2

O

3

;

FeO

3

?

Napisać wzory chemiczne: kwasu żelazowego(VI) i jego soli o
nazwach żelazian(VI) potasu i żelazian(VI) baru

11.Czy mogą być kationami pierwiastki na następującym stopniu

utlenienia: Mn(+VII); Cr(+VI); W(+VI); Mn(+II); Fe(+II); Fe(+VI);
Cr(+II)

Uwzględniając elektrowartościowości żelaza w poszczególnych
związkach można stwierdzić, że: FeO –charakter zasadowy; Fe

2

O

3

– amfoteryczny, FeO

3

– kwasowy.

Wzór związków: żelazianu(VI) potasu – K

2

FeO

4

, żelazian(VI) baru

– BaFeO

4

• Mn(+VII) – na najwyższym stopniu utlenienia mangan ma charakter

kwasowy, więc występuje w formie jonu reszty kwasowe, kwasu
manganowego(VII) – MnO

4

-

• Cr(+VI) – jest to najwyższy stopień utlenienia chromu, więc występuje

jako jon złożony np. reszty kwasu chromowego(VI – CrO

4

2-

)

• W(+VI) – jest to najwyższa wartościowość wolframu, więc występuje w

formie jonu złożonego, reszty kwasu woframowego(VI) – (WO

4

2-

)

• Mn(+II) – najniższy stopień utlenienia, mangan wykazuje charakter

zasadowy i tym samym tworzy jon prosty Mn

2+

• Fe(+II) – najniższy stopień utlenienia, charakter zasadowy więc tworzy

jony proste Fe

2+

• Fe(+VI) – najwyższa wartościowość, żelazo w tej postaci wykazuje

charakter kwasowy a więc występuje w formie jonu złożonego, reszty
kwasowej kwasu żelazowego(VI) – FeO

4

2-

• Cr(+II) – najniższy stopień utlenienia, charakter zasadowy, więc tworzy

jony proste Cr

2+

14

1

Atom pierwiastka o

konfiguracji elektronowej

w stanie podstawowym

1s

2

2s

2

2p

6

3s

1

w układzie

okresowym zajmuje

miejsce

w 3. okresie i 1. grupie

w 1. okresie i 3. grupie
w 3. okresie i 11. grupie

w 11. okresie i 3. grupie

nie można określić jego

położenia bo nie znana jest

liczna protonów

2

Izotony to atomy o tej

samej liczbie neutronów w

jądrze. Izotonami są np.:

wyłącznie pierwiastki

promieniotwórcze

wyłącznie pierwiastki z tej

samej grupy układu

okresowego

Ca

i

K

40

20

39

19

Ca

i

Ar

40

20

40

18

C

i

C

14

6

12

6

14

.

Pierwiastek X o liczbie

atomowej A i liczbie

masowej Z ( ) ulegając
przemianie α daje

pierwiastek Y o zapisie:

X

Z

A

Y

4

Z

2

A





Y

2

Z

A



Y

Z

2

A

Y

2

Z

4

A





Y

4

Z

2

A





25

.

Główna liczba kwantowa n=2

oraz poboczna liczba

kwantowa l=1 oznaczają

odpowiednio:

powłokę L i podpowłokę p
powłokę M i podpowłokę s
powłokę K i podpowłokę p
powłokę L i podpowłokę s
powłokę M i podpowłokę d