Orbitale atomowe i liczby kwantowe

Jak to rozwiązać — anomalna konfiguracja chromu

Chrom (Z = 24) ma konfigurację [Ar] 3d⁵ 4s¹ (jeden elektron 4s „przeskakuje" na 3d, dając 6 niesparowanych elektronów o zgodnych spinach):

✔ Zgodne z kluczem: 3d⁵ 4s¹ — sześć niesparowanych elektronów.

Aby rozwiązać to zadanie, należy najpierw ustalić, jakim pierwiastkiem jest atom E. Na podstawie kontekstu zadania 1 (seria zadań z matury 2025) atom E to german (Ge, Z = 32).

1. Krok 1 – Konfiguracja elektronowa atomu Ge (Z = 32)

   Zapisujemy pełną konfigurację elektronową germanu w stanie podstawowym:

   $$\text{Ge: } 1s^2\, 2s^2\, 2p^6\, 3s^2\, 3p^6\, 3d^{10}\, 4s^2\, 4p^2$$

   Skrótowo: $[\text{Ar}]\, 3d^{10}\, 4s^2\, 4p^2$

2. Krok 2 – Ustalenie niesparowanych elektronów (reguła Hunda)

   Ostatnią zapełnianą podpowłoką jest $4p^2$. Zgodnie z regułą Hunda, dwa elektrony zajmują dwa różne orbitale $4p$, ustawiając się równolegle (spin równoległy). Oznacza to, że obydwa elektrony $4p$ są niesparowane.

   Schemat orbitali podpowłoki $4p$:

   $$\boxed{\uparrow}\quad\boxed{\uparrow}\quad\boxed{\phantom{\uparrow}}$$

   Atom Ge posiada zatem 2 niesparowane elektrony na podpowłoce $4p$.

3. Krok 3 – Odczytanie liczb kwantowych niesparowanego elektronu

   Każdy z niesparowanych elektronów znajduje się na podpowłoce $4p$, co jednoznacznie określa dwie liczby kwantowe:

   • Główna liczba kwantowa $n$ – odpowiada numerowi powłoki: cyfra 4 w oznaczeniu $4p$, zatem $n = 4$.
   • Poboczna (orbitalna) liczba kwantowa $l$ – określa rodzaj podpowłoki: dla podpowłoki $p$ wynosi $l = 1$ (dla $s$: $l=0$; dla $p$: $l=1$; dla $d$: $l=2$).

Uzupełniona tabela:

Wynik końcowy:

$$\boxed{n = 4, \quad l = 1}$$

Niesparowane elektrony atomu Ge (german, $Z = 32$) w stanie podstawowym zajmują podpowłokę $4p$, dla której główna liczba kwantowa wynosi $n = 4$, a poboczna liczba kwantowa wynosi $l = 1$.

Jak to rozwiązać — konfiguracja klatkowa Cr³⁺

Krok 1. Atom chromu: Cr (Z = 24) → [Ar] 3d⁵ 4s¹, czyli 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s¹.

Krok 2. Kation Cr³⁺ powstaje przez oddanie 3 elektronów. Usuwamy najpierw elektron 4s, potem dwa z 3d: pozostaje [Ar] 3d³ → 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d³.

Krok 3. Trzy elektrony 3d rozmieszczamy pojedynczo (reguła Hunda), z równoległymi spinami:

✔ Zgodne z kluczem: Cr³⁺ = [Ar]3d³ — trzy niesparowane elektrony na podpowłoce 3d.

Jak to rozwiązać — elektrony walencyjne krzemu

Krzem (Z = 14): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p². Elektrony walencyjne to 3s² 3p². Dwa elektrony 3p rozmieszczamy pojedynczo (reguła Hunda), spiny zgodne:

✔ Zgodne z kluczem: 3s² (para) + 3p² (dwa niesparowane elektrony o zgodnych spinach).

Jak to rozwiązać — liczby kwantowe elektronu 4p

Brom (Z = 35): [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁵. Niesparowany elektron znajduje się na podpowłoce 4p. Dla podpowłoki 4p: główna liczba kwantowa n = 4, poboczna l = 1 (podpowłoka typu p).

✔ Zgodne z kluczem: n = 4, l = 1.