Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 23.

Kategoria: Struktura atomu - ogólne Elektrony w atomach, orbitale Typ: Narysuj/zapisz wzór Podaj/wymień

Zależnie od tego, czy pierwiastek dąży do tworzenia jonów dodatnich, czy ujemnych, rozróżnia się pierwiastki elektrododatnie i elektroujemne. Pierwiastki elektroujemne mają wiele elektronów walencyjnych, a pobierając elektrony, tworzą jony ujemne o trwałej konfiguracji elektronowej. Pierwiastki elektrododatnie, oddając elektrony, tworzą jony dodatnie o trwałej konfiguracji.

Na podstawie: K.H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2007, s. 89.

Atom pewnego pierwiastka ma w stanie podstawowym następującą konfigurację elektronową:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹

Tlenek i wodorotlenek tego pierwiastka, w których przyjmuje on pewien stopień utlenienia, wykazują właściwości amfoteryczne. Na tym stopniu utlenienia opisany pierwiastek występuje także w postaci jonów prostych.

a)	Napisz wzór i skróconą konfigurację elektronową tego jonu prostego opisanego pierwiastka.

b)	Podaj wartość głównej liczby kwantowej n i wartość pobocznej liczby kwantowej l opisujących stan dowolnego niesparowanego elektronu walencyjnego w tym jonie.

Rozwiązanie

(0-1)
Cr³⁺: [Ar] 3d³

(0-1)
Główna liczba kwantowa n = 3.
Poboczna liczba kwantowa l = 2.

Wskazówki

Podana konfiguracja elektronowa atomu, z której wynika, że w atomie są 24 elektrony, a więc liczba atomowa pierwiastka jest równa 24, wskazuje, że jest to chrom należący do bloku d układu okresowego. Pierwiastki bloku d to metale, czyli pierwiastki elektrododatnie. Właściwości tlenków pierwiastków bloku d zmieniają się wraz ze zmianą stopnia utlenienia, który przyjmuje w tlenku dany pierwiastek, od właściwości zasadowych (najniższe stopnie utlenienia), przez amfoteryczne (pośrednie stopnie utlenienia), po kwasowe (najwyższe stopnie utlenienia). W przypadku chromu właściwości amfoteryczne mają tlenek i wodorotlenek tego pierwiastka na III stopniu utlenienia. Chrom na tym stopniu utlenienia występuje w postaci jonów Cr³⁺ i [Cr(OH)₄]⁻. Aby poprawnie rozwiązać tę część zadania, należy pamiętać, że pierwiastki bloku d mają elektrony walencyjne rozmieszczone na podpowłoce s ostatniej powłoki i podpowłoce d powłoki przedostatniej. Atomy tych pierwiastków najpierw oddają elektrony z podpowłoki s, a potem z podpowłoki d. Napisanie konfiguracji jonu prostego chromu na III stopniu utlenienia wymaga zauważenia, że atom tego pierwiastka oddał trzy elektrony. Znając konfigurację elektronową atomu w stanie podstawowym Cr: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹, możemy podać skrócony zapis konfiguracji jego jonu Cr³⁺: [Ar] 3d³.

Skrócony zapis konfiguracji jonu Cr³⁺: [Ar] 3d³ pozwala stwierdzić, że elektrony niesparowane znajdują się tylko na podpowłoce 3d (wszystkie inne są sparowane – tak jak w atomie argonu w stanie podstawowym), więc główna liczba kwantowa n dowolnego elektronu niesparowanego w omawianym jonie wynosi 3, a skoro elektron ten należy do podpowłoki d, to poboczna liczba kwantowa l jest równa 2.