Сколько электронов на внешнем энергетическом уровне у калия


Строение атома калия (K), схема и примеры

Общие сведения о строении атома калия

Относится к элементам s — семейства. Металл. Элементы-металлы, входящие в эту группу, носят общее название щелочных. Обозначение – K. Порядковый номер – 19. Относительная атомная масса – 39,102  а.е.м.

Электронное строение атома калия

Атом калия состоит из положительно заряженного ядра (+19), внутри которого есть 19 протонов и 20 нейтронов, а вокруг, по 4-м орбитам движутся 19 электронов.

Рис.1. Схематическое строение атома калия.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

1s22s22p63s23p64s1.

Внешний энергетический уровень атома калия содержит 1 электрон, который является валентным. Степень окисления калия равна +1. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Возбужденного состояния, несмотря на наличие вакантных 3p— и 3d-орбиталей нет.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

8.3: Электронные конфигурации - как электроны занимают орбитали

Введя основы атомной структуры и квантовой механики, мы можем использовать наше понимание квантовых чисел, чтобы определить, как атомные орбитали связаны друг с другом. Это позволяет нам определить, какие орбитали заняты электронами в каждом атоме. Конкретное расположение электронов на орбиталях атома определяет многие химические свойства этого атома.

Энергии орбит и атомная структура

Энергия атомных орбиталей увеличивается с увеличением главного квантового числа \ (n \).В любом атоме с двумя или более электронами из-за отталкивания электронов энергии подоболочек с разными значениями \ (l \) различаются, так что энергия орбиталей внутри оболочки увеличивается в порядке с < p < д < ф. На рисунке \ (\ PageIndex {1} \) показано, как соотносятся эти две тенденции увеличения энергии. Орбиталь 1 s в нижней части диаграммы - это орбиталь с электронами с наименьшей энергией. Энергия увеличивается по мере продвижения к 2 с , а затем к 2 p , 3 с и 3 p орбиталей, показывая, что увеличивающееся значение n оказывает большее влияние на энергию, чем возрастающее l. Значение для малых атомов.Однако эта картина не верна для более крупных атомов. Орбиталь 3 d по энергии выше, чем орбиталь 4 s . Такие совпадения продолжают происходить часто по мере того, как мы движемся вверх по графику.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Обобщенная диаграмма уровней энергии для атомных орбиталей в атоме с двумя или более электронами (не в масштабе).

Электроны в следующих друг за другом атомах периодической таблицы обычно сначала заполняют низкоэнергетические орбитали. Таким образом, многих студентов сбивает с толку тот факт, что, например, орбитали 5 p заполняются сразу после 4 d и непосредственно перед 6 s .Порядок заполнения основан на наблюдаемых экспериментальных результатах и ​​подтвержден теоретическими расчетами. По мере увеличения главного квантового числа n размер орбитали увеличивается, и электроны проводят больше времени на удалении от ядра. Таким образом, притяжение к ядру слабее, а энергия, связанная с орбиталью, выше (менее стабилизирована). Но это не единственный эффект, который мы должны учитывать. Внутри каждой оболочки по мере увеличения значения l электроны становятся менее проникающими (что означает меньшую электронную плотность, обнаруженную вблизи ядра), в порядке s > p > d > f .Электроны, которые находятся ближе к ядру, слегка отталкивают электроны, которые находятся дальше, немного компенсируя более доминирующее электронно-ядерное притяжение (напомним, что все электроны имеют заряд −1, но ядра имеют заряды + Z ). Это явление называется экранированием и будет обсуждаться более подробно в следующем разделе. Электроны на орбиталях, которые испытывают большую защиту, менее стабилизированы и, следовательно, имеют более высокую энергию. Для малых орбиталей (1 с по 3 p ) увеличение энергии за счет n более значительно, чем увеличение за счет l ; однако для более крупных орбиталей эти две тенденции сопоставимы и не могут быть просто предсказаны.Обсудим методы запоминания соблюдаемого порядка.

Расположение электронов на орбиталях атома называется электронной конфигурацией атома. Мы описываем электронную конфигурацию с помощью символа, который содержит три части информации (Рисунок \ (\ PageIndex {2} \)):

  1. Номер главной квантовой оболочки, n ,
  2. Буква, обозначающая орбитальный тип (подоболочка, l ), и
  3. Надстрочный индекс, обозначающий количество электронов в данной подоболочке.

Например, запись 2 p 4 (читается как «два – p – четыре») обозначает четыре электрона в подоболочке p ( l = 1) с главным квантовым числом ( n ) из 2. Обозначение 3 d 8 (читается как «три – d – восемь») обозначает восемь электронов в подоболочке d (т. е. l = 2) основной оболочки, для которых n = 3.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): На схеме электронной конфигурации указывается подоболочка (значения n и l с буквенным символом) и верхний индекс количества электронов.

Принцип Aufbau

Чтобы определить электронную конфигурацию для любого конкретного атома, мы можем «построить» структуры в порядке атомных номеров. Начиная с водорода и продолжая через периоды периодической таблицы, мы добавляем по одному протону к ядру и по одному электрону к соответствующей подоболочке, пока не будем описывать электронные конфигурации всех элементов. Эта процедура называется принципом Aufbau, от немецкого слова Aufbau («строить»).Каждый добавленный электрон занимает подоболочку с наименьшей доступной энергией (в порядке, показанном на рисунке \ (\ PageIndex {3} \)), с учетом ограничений, налагаемых разрешенными квантовыми числами в соответствии с принципом исключения Паули. Электроны попадают в подоболочки с более высокими энергиями только после того, как подоболочки с более низкими энергиями заполнены до отказа. Рисунок \ (\ PageIndex {3} \) иллюстрирует традиционный способ запоминания порядка заполнения атомных орбиталей.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): стрелка проходит через каждую подоболочку в соответствующем порядке заполнения для электронных конфигураций.Эту диаграмму легко построить. Просто создайте столбец для всех s орбиталей с каждой n оболочкой в ​​отдельной строке. Повторите для p, d и f. Обязательно включайте только орбитали, разрешенные квантовыми числами (без 1p, 2d и т. Д.). Наконец, проведите диагональные линии сверху вниз, как показано.

Так как устройство периодической таблицы основано на электронных конфигурациях, рисунок \ (\ PageIndex {4} \) предоставляет альтернативный метод определения электронной конфигурации. Порядок заполнения просто начинается с водорода и включает каждую подоболочку по мере увеличения порядка Z .Например, после заполнения блока 3 p до Ar, мы видим, что орбиталь будет равна 4s (K, Ca), за которой следуют 3 орбитали d .

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): В этой периодической таблице показана электронная конфигурация каждой подоболочки. Эта таблица, «построенная» из водорода, может использоваться для определения электронной конфигурации любого атома периодической таблицы.

Теперь мы построим электронную конфигурацию в основном состоянии и орбитальную диаграмму для набора атомов в первом и втором периодах периодической таблицы.Орбитальные диаграммы - это графические изображения электронной конфигурации, показывающие отдельные орбитали и расположение пар электронов. Начнем с одного атома водорода (атомный номер 1), который состоит из одного протона и одного электрона. Ссылаясь на рисунок \ (\ PageIndex {3} \) или \ (\ PageIndex {4} \), мы ожидаем найти электрон на орбите 1 s . По соглашению, значение \ (m_s = + \ dfrac {1} {2} \) обычно заполняется первым. Электронная конфигурация и орбитальная диаграмма:

Вслед за водородом идет благородный газ гелий с атомным номером 2.Атом гелия содержит два протона и два электрона. Первый электрон имеет те же четыре квантовых числа, что и электрон атома водорода ( n = 1, l = 0, m l = 0, \ (m_s = + \ dfrac {1} {2} \ )). Второй электрон также переходит на орбиту 1 s и заполняет эту орбиталь. Второй электрон имеет те же квантовые числа n , l и m l , но должен иметь квантовое число с противоположным спином, \ (m_s = - \ dfrac {1} {2} \).Это соответствует принципу исключения Паули: никакие два электрона в одном атоме не могут иметь одинаковый набор из четырех квантовых чисел. Для орбитальных диаграмм это означает, что две стрелки помещаются в каждую ячейку (представляя два электрона на каждой орбитали), и стрелки должны указывать в противоположных направлениях (представляя парные спины). Электронная конфигурация и орбитальная диаграмма гелия:

Оболочка n = 1 полностью заполнена в атоме гелия.

Следующий атом - литий щелочного металла с порядковым номером 3.Первые два электрона в литии заполняют орбиталь 1 s и имеют те же наборы из четырех квантовых чисел, что и два электрона в гелии. Оставшийся электрон должен занимать орбиталь со следующей наименьшей энергией, орбиталь 2 с (рисунок \ (\ PageIndex {3} \) или \ (\ PageIndex {4} \)). Таким образом, электронная конфигурация и орбитальная диаграмма лития:

Атом щелочноземельного металла бериллия с порядковым номером 4 содержит четыре протона в ядре и четыре электрона, окружающих ядро.Четвертый электрон заполняет оставшееся пространство на орбите 2 с .

Атом бора (атомный номер 5) содержит пять электронов. Оболочка n = 1 заполнена двумя электронами, и три электрона будут занимать оболочку n = 2. Поскольку любая подоболочка s может содержать только два электрона, пятый электрон должен занять следующий энергетический уровень, который будет орбиталью 2 p . Есть три вырожденных орбитали 2 p ( m l = -1, 0, +1), и электрон может занимать любую из этих p орбиталей.При рисовании орбитальных диаграмм мы включаем пустые поля для изображения любых пустых орбиталей в той же подоболочке, которую мы заполняем.

Углерод (атомный номер 6) имеет шесть электронов. Четыре из них заполняют орбитали 1 s и 2 s . Оставшиеся два электрона занимают подоболочку 2 p . Теперь у нас есть выбор: заполнить одну из 2 p орбиталей и спарить электроны или оставить электроны неспаренными на двух разных, но вырожденных орбиталях p .Орбитали заполняются в соответствии с правилом Хунда: конфигурация с наименьшей энергией для атома с электронами внутри набора вырожденных орбиталей - это конфигурация с максимальным числом неспаренных электронов. Таким образом, два электрона на орбиталях углерода 2 p имеют одинаковые квантовые числа n , l и m s и различаются своими m l квантовым числом (в соответствии с квантовым числом Паули). принцип исключения). Электронная конфигурация и орбитальная диаграмма углерода:

.

валентных электронов - химия | Сократик

Химия
Наука
  • Анатомия и физиология
  • Астрономия
  • Астрофизика
  • Биология
  • Химия
  • наука о планете Земля
  • Наука об окружающей среде
  • Органическая химия
  • Физика
Математика
  • Алгебра
  • Исчисление
.

Химия для старших классов / энергия ионизации - Викиучебники, открытые книги для открытого мира

Из Wikibooks, открытые книги для открытого мира

Перейти к навигации Перейти к поиску
Ищите Химия / энергия ионизации для старших классов в одном из родственных проектов Викиучебника: Викиучебник не имеет страницы с таким точным названием.

Другие причины, по которым это сообщение может отображаться:

  • Если страница была создана здесь недавно, она может еще не отображаться из-за задержки обновления базы данных; подождите несколько минут и попробуйте функцию очистки.
  • Заголовки в Викиучебниках чувствительны к регистру , за исключением первого символа; Пожалуйста, проверьте альтернативные заглавные буквы и подумайте о добавлении перенаправления сюда к правильному заголовку.
  • Если страница была удалена, проверьте журнал удалений и просмотрите политику удаления.
.

Смотрите также