Написання Рівнянь Віддачі Електронів Для Цинку Та Феруму Електронні Формули Та Квантові Числа

Всім привіт, друзі! Сьогодні ми з вами зануримося у захопливий світ хімії, щоб розібратися з рівняннями віддачі електронів, електронними формулами та квантовими числами для таких важливих металів, як цинк (Zn) та залізо (Fe). Ця тема є ключовою для розуміння хімічних властивостей елементів та їхньої здатності утворювати хімічні зв'язки. Тож, готуйтеся, буде цікаво!

Рівняння віддачі електронів: що це таке і навіщо вони потрібні?

Перш ніж ми перейдемо до конкретних прикладів, давайте з'ясуємо, що ж таке рівняння віддачі електронів і чому вони такі важливі. У хімії, коли атом втрачає електрони, він перетворюється на позитивно заряджений іон, який називається катіоном. Процес віддачі електронів є фундаментальним для багатьох хімічних реакцій, особливо в окисно-відновних процесах. Розуміння цих рівнянь дозволяє нам прогнозувати, як елементи будуть взаємодіяти один з одним, утворюючи різні хімічні сполуки.

Навіщо нам це потрібно? Знання про віддачу електронів допомагає нам розуміти:

• Хімічні реакції та їхні механізми.
• Утворення іонних сполук.
• Електрохімічні процеси, такі як корозія металів.
• Властивості різних матеріалів.

Отже, поїхали розбиратися з конкретними прикладами!

Цинк (Zn): від атома до катіона Zn+

Електронна конфігурація атому Цинку

Цинк (Zn) – це перехідний метал, який має атомний номер 30. Це означає, що в атомі цинку є 30 протонів і, відповідно, 30 електронів. Щоб зрозуміти, як цинк віддає електрони, нам потрібно знати його електронну конфігурацію.

Електронна конфігурація атому цинку виглядає так:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰

Давайте розберемося, що це означає:

• 1s²: Два електрони на першому енергетичному рівні (n=1) на s-орбіталі.
• 2s² 2p⁶: Вісім електронів на другому енергетичному рівні (n=2), два на s-орбіталі та шість на p-орбіталях.
• 3s² 3p⁶ 3d¹⁰: Вісімнадцять електронів на третьому енергетичному рівні (n=3), два на s-орбіталі, шість на p-орбіталях та десять на d-орбіталях.
• 4s²: Два електрони на четвертому енергетичному рівні (n=4) на s-орбіталі.

Квантові комірки (або атомні орбіталі) – це області в атомі, де найімовірніше перебувають електрони. Електрони заповнюють орбіталі відповідно до принципу найменшої енергії (правило Ауфбау), правила Гунда та принципу Паулі. Розподіл електронів по квантових комірках для цинку можна представити графічно, використовуючи стрілки для позначення електронів (↑ – електрон зі спіном +1/2, ↓ – електрон зі спіном -1/2).

Розподіл по квантових комірках:

• 1s: [↑↓]
• 2s: [↑↓]
• 2p: [↑↓] [↑↓] [↑↓]
• 3s: [↑↓]
• 3p: [↑↓] [↑↓] [↑↓]
• 4s: [↑↓]
• 3d: [↑↓] [↑↓] [↑↓] [↑↓] [↑↓]

Утворення катіона Zn+

Коли атом цинку віддає один електрон, він перетворюється на катіон Zn+. Зазвичай, електрони віддаються з найзовнішнього енергетичного рівня. У випадку цинку, це 4s-орбіталь. Отже, рівняння віддачі електрона виглядає так:

Zn → Zn+ + e-

Електронна конфігурація катіона Zn+ буде:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹

Зверніть увагу, що катіон Zn+ має на один електрон менше, ніж нейтральний атом цинку. Електрон був втрачений з 4s-орбіталі.

Розподіл електронів по квантових комірках для Zn+:

• 1s: [↑↓]
• 2s: [↑↓]
• 2p: [↑↓] [↑↓] [↑↓]
• 3s: [↑↓]
• 3p: [↑↓] [↑↓] [↑↓]
• 4s: [↑ ]
• 3d: [↑↓] [↑↓] [↑↓] [↑↓] [↑↓]

Квантові числа

Для повного опису електрона в атомі використовуються квантові числа. Існує чотири основних квантових числа:

1. Головне квантове число (n): визначає енергетичний рівень електрона (n = 1, 2, 3, ...).
2. Орбітальне (або азимутальне) квантове число (l): визначає форму орбіталі (l = 0, 1, 2, ..., n-1). l = 0 відповідає s-орбіталі, l = 1 – p-орбіталі, l = 2 – d-орбіталі.
3. Магнітне квантове число (ml): визначає просторову орієнтацію орбіталі (ml = -l, -l+1, ..., 0, ..., l-1, l).
4. Спінове квантове число (ms): визначає власний момент імпульсу електрона (спін), який може бути +1/2 або -1/2.

Давайте наведемо значення квантових чисел для останнього електрона в атомі цинку та катіоні Zn+:

• Zn (останній електрон 4s²):
  • n = 4
  • l = 0 (s-орбіталь)
  • ml = 0
  • ms = -1/2 (оскільки це другий електрон на 4s-орбіталі)
• Zn+ (останній електрон 4s¹):
  • n = 4
  • l = 0 (s-орбіталь)
  • ml = 0
  • ms = +1/2

Ферум (Fe): від атома до катіона Fe+

Електронна конфігурація атому Феруму

Залізо (Fe) має атомний номер 26, тобто в його атомі 26 протонів і 26 електронів. Електронна конфігурація заліза є трохи складнішою, ніж у цинку, оскільки воно має електрони, що заповнюють d-орбіталі.

Електронна конфігурація атому заліза виглядає так:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

Розподіл по квантових комірках:

• 1s: [↑↓]
• 2s: [↑↓]
• 2p: [↑↓] [↑↓] [↑↓]
• 3s: [↑↓]
• 3p: [↑↓] [↑↓] [↑↓]
• 4s: [↑↓]
• 3d: [↑ ] [↑ ] [↑ ] [↑ ] [↑ ]

Зверніть увагу, що 3d-орбіталі заповнюються відповідно до правила Гунда, яке говорить, що електрони спочатку займають кожну орбіталь в межах підоболонки поодинці, перш ніж починають утворювати пари.

Утворення катіона Fe+

Коли атом заліза віддає один електрон, він утворює катіон Fe+. Як і у випадку цинку, електрон віддається з найзовнішнього енергетичного рівня, тобто з 4s-орбіталі. Рівняння віддачі електрона:

Fe → Fe+ + e-

Електронна конфігурація катіона Fe+:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s¹

Розподіл електронів по квантових комірках для Fe+:

• 1s: [↑↓]
• 2s: [↑↓]
• 2p: [↑↓] [↑↓] [↑↓]
• 3s: [↑↓]
• 3p: [↑↓] [↑↓] [↑↓]
• 4s: [↑ ]
• 3d: [↑ ] [↑ ] [↑ ] [↑ ] [↑ ]

Квантові числа

Для останнього електрона в атомі заліза та катіоні Fe+ квантові числа будуть такими:

• Fe (останній електрон 3d⁶):
  • n = 3
  • l = 2 (d-орбіталь)
  • ml = -2 (оскільки це перший електрон на d-орбіталі)
  • ms = +1/2
• Fe+ (останній електрон 4s¹):
  • n = 4
  • l = 0 (s-орбіталь)
  • ml = 0
  • ms = +1/2

Підсумки та висновки

Сьогодні ми з вами детально розібрали процес віддачі електронів для атомів цинку та заліза, навчилися писати електронні конфігурації, розподіляти електрони по квантових комірках і визначати квантові числа. Розуміння цих концепцій є надзвичайно важливим для вивчення хімії, оскільки воно дозволяє нам передбачати поведінку елементів у хімічних реакціях.

Основні висновки:

• Цинк (Zn) легко віддає електрони, утворюючи катіони Zn+, Zn²⁺.
• Залізо (Fe) також може віддавати електрони, утворюючи катіони Fe+, Fe²⁺, Fe³⁺.
• Електронні конфігурації та квантові числа допомагають нам зрозуміти електронну структуру атомів та їхню здатність до утворення хімічних зв'язків.
• Правило Гунда відіграє важливу роль у заповненні d-орбіталей.

Сподіваюся, цей матеріал був корисним для вас, друзі! Не зупиняйтеся на досягнутому, продовжуйте вивчати хімію, і ви відкриєте для себе багато цікавого та захопливого! До нових зустрічей!