Электронное строение атома.

4.1. Составьте электронную формулу данного элемента.

Порядковый номер элемента в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева равен 42. Это значит, в молекуле молибдена будет 42 электрона.

Электронная формула молибдена будет такова:

Составим также его электронно – графическую формулу:

На рисунке выше приведена электронно – графическая формула молибдена.

 

4.2. Дайте объяснение физического смысла всех индексов у данного химического элемента в системе Д.И. Менделеева (порядковый номер, номер периода, номер группы, принадлежность к группе «А» или «Б»). Определите возможность «Эффекта провала электрона».

Порядковый номер химического элемента в периодической системе химических элементов – 42. у молибдена на электронных уровнях находится 42 электрона, а в ядре должно находится также 42 протона.

Молибден расположен в периодической системе химических элементов в пятом периоде, это значит, что у него будет пять электронных слоев с расположенными на них электронами. Главное квантовое число внешнего электронного уровня равно 5.

Молибден расположен в шестой группе, побочной подгруппе. Молибден относят к элементам подгруппы хрома , в которую входят хром, молибден и вольфрам, которые обладают похожими свойствами. У него будет на электронных уровнях один s-электрон и 5 d-электронов на пред внешнем уровне.

В состав ядра атома изотопа молибдена-96 входят 42 протона (p) и 54 нейтрона (n): , где массовое число и порядковый номер элемента (число протонов) обозначают числовыми индексами слева от символа химического элемента; верхний индекс означает массовое число, нижний – заряд ядра. Количество нейтронов ядра элементов определяют по массовому числу элемента за вычетом количества протонов.

Таким образом, в состав атома молибдена входят ядро, состоящее из 42 протонов, 54 нейтронов и электронное облако, представленное 42 электронами.

Вследствие устойчивости d⁵-конфигурации энергетически оказывается более выгодным переход одного из ns-электронов в (n-1) d-состояние. Поэтому молибден, как и хром в s-состоянии внешнего уровня имеют по одному, а в предпоследнем слое по 13 электронов. Таким образом, имеет место «проскок» электрона:

Проскок электрона можно объяснить с точки зрения квантово-механических представлений повышенной энергетической стабильностью конфигурации: 4d⁵.

 

4.3. Выделите валентные подуровни в электронной формуле атома химического элемента, определите принадлежность химического элемента к типу s-, p-, d-, f-элементов.

Покажем расположение валентных электронов в атоме молибдена. Как видно из электронной формулы моилбден относится к d-элементам, поскольку у него заполняется 4d-подуровень.

 

На приведенном рисунке эллипсом выделено расположение валентных электронов в атоме молибдена. Как видно в создании химической связи будут брать участие электроны как 5s- так и 4d-подуровня.

 

4.4. Напишите наборы квантовых чисел для всех валентных электронов.

У атома молибдена будет разное количество валентных электронов приразных степе5нях окисления, до шести включительно. Запишем наборы квантовых чисел для этих электронов.

Сначала рассмотрим электроны на 5s-подуровне. Главное квантовое число равно 5 и химический элемент находится в 5 периоде периодической системы химических элементов. Поскольку в молибдена валентный электрон расположен на s-подуровне то его орбитальное квантовое число имеет значение равное 0. Поскольку электрон будет только один, то его спин будет иметь значениеm_s = +1/2. Поскольку m_l = 0 то у элемента не будет других подуровней кроме s-подуровня.

Набор квантовых чисел будут иметь вид:

n = 5; l = 0; m_l = 0; m_s = +1/2.

Рассмотрим электроны на 4d-подуровне. Их количество равно 5. главное квантовое число п равно 4, . Орбитальное квантовое число равно и орбитальное квантовое число может принимать значения равные 0, 1, 2, 3. магнитное квантовое число может принимать значения в пределах от +l до -l. Поскольку то m_l = -2, -1, 0, +1, +2. Согласно правила Хунда суммарный спин должен быть максимальным, поэтому мы можем считать, что спин электронов будет равен +1/2.

Запишем наборы квантовых чисел для электронов.

n = 5; l = 2; m_l = -2 ; m_s = +1/2.

n = 5; l = 2; m_l = -1 ; m_s = +1/2.

n = 5; l = 2; m_l = 0 ; m_s = +1/2.

n = 5; l = 2; m_l = +1 ; m_s = +1/2.

n = 5; l = 2; m_l = +2 ; m_s = +1/2.

 

4.5. Определите принадлежность химического элемента к металлам или неметаллам, спрогнозируйте величины степени окисления.

Поскольку молибден расположен в шестой группе периодической системы, и не в главной подгруппе, а в побочной, то он относится к металлам. В химических реакциях он будет проявлять металлические свойства. Для металлов более приемлема отдача электронов. Поэтому молибден может отдавать максимум шесть электронов с - подуровня и с 4d-подуровня. Поэтому молибден будет проявлять степень окисления +2, +3, +4, +5, +6. соединения с этими степенями окисления обладают разной стойкостью, наиболее стойкими будут соединения с степенью окисления равной +6.

 

4.6. Распределите валентные электроны атома химического элемента по энергетическим ячейкам в соответствии с принципом наименьшей энергии и правилом Гунда.

В соответствии с принципом наименьшей энергии валентный электрон атома молибдена расположен на 5s-подуровне, поскольку он располагает меньшей энергией чем любой другой подуровень. Правило Хунда гласит, что устойчивому состоянию атома отвечает такое расположение электронов в пределах энергетического подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина атома максимально. Поэтому электроны на 4d-подуровне расположатся таким образом как на приведенном рисунке:

 

4.7. Прогнозируйте тип гибридизация валентных атомных орбиталей при образовании бинарных соединений (фторидов, хлоридов и др.).

Рассмотрим получение :

Ион молибдена (VI) имеет на 4d-уровне 0 электронов, а также свободные 4s и 4p-орбитали. Образование связи можно рассматривать как донорно-акцепторный процесс (ион молибдена – акцептор, гидрид-, фторид- и хлорид-ионы – доноры). В бинарных соединениях образуется 6 связей Мо-Э, для каждой из них атом молибдена предоставляет одну свободную орбиталь. Тип гибридизации sd⁵ (форма октаэдрическая). Следует отметить, что для молибдена характерны разные соединения с галогеними, поэтому и гибридизация в этих соединениях будет разной. Например в трифториде MоF₃ для создания химической святи использовано только три электрона: sd² (форма тетраэдрическая).