home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapter2.2c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  17KB  |  349 lines
  1. à 2.2c Electron Configurations
  2. äèPlease give eiêr ê number ç electrons ï ê sublevels or ê ground state electron configuration
  3. for ê followïg aëms.
  4. âèWhat is ê ground state electron configuration for bromïe,
  5. ôò╕║Br?èThe number ç electrons for a neutral aëm equals ê aëmic
  6. number, which is ê subscript on ê left.èBr has 35 electrons.èThe
  7. order ç fillïg ê sublevels is 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p ...
  8. The s level can hold 2 electrons; ê p, 6 electrons; å ê d, 10 elec-
  9. trons.èFillïg ê sublevels with 35 electrons yields ê electron
  10. configuration: 1sì2sì2pæ3sì3pæ3dîò4sì4pÉ.
  11. éSèDurïg ê 1920's, ê realization that electrons ï an aëm
  12. could have only specific energies was developed furêr with ê under-
  13. ståïg that electrons behaved not only like particles but also like
  14. waves.èThe energy ç an electron å ê region ç space that it occu-
  15. pies are described by a set ç four numbers, called quantum numbers.èThe
  16. region ç space that ê electron occupies is called an aëmic orbital.
  17. You may thïk ç a set ç quantum numbers for an electron as ê name ç
  18. ê electron.èEach electron has a different set ç ê four quantum num-
  19. bers (or a different name).èThe rules which determïe ê possible quan-
  20. tum numbers å ê names ç ê quantum numbers are:
  21.     prïcipal quantum number, n; n = 1, 2, 3, 4, ....▄è
  22.     azimuthal quantum number, l; l = 0, 1, 2, 3, ....(n-1)
  23.     magnetic quantum number,èm; m = -l,...,0,...,+l
  24.     spï quantum number,èèès; s = +î/╖ or -î/╖
  25.  
  26. We normally encounter aëms ï êir lowest (unexcited) state known as
  27. ê ground state.èThe ground state ç an aëm occurs when n, l, m, å s
  28. have êir lowest values.èThe energy ç an electron with s = +î/╖ is
  29. lower than s = -î/╖.èThe energy is primarily dependent on ê value ç
  30. n å next on ê value ç l.èWe usually designate ê value ç l usïg
  31. a letter.èè l value:è0è1è2è3è4è5è....
  32. èèèèèdesignation:èsèpèdèfègèhè(contïues alphabetically)
  33.  
  34. The Pauli Exclusion Prïciple state that each electron must have a dis-
  35. tïct set ç ê quantum numbers.èUsïg ê above rules with ê Pauli
  36. Exclusion Prïciple gives us ê possible "names" ç ê electrons.èA
  37. diagram ç possible "names" ï ê three lowest primary levels follows.
  38.  
  39. n value:è 1èèèè2èèèèèèèèèèèèè3
  40. èèèèèèèè┌───┘────┐èèèè┌────────┌───┘─────────────┐
  41. l value:è 0èè0èèèè1èèèè0èèèè1èèèèèèèè 2
  42. èèèèèèèèèè ┌───┼───┐èèèè ┌───┼───┐èè┌────┌───┼───┐────┐
  43. m value:è 0èè0è -1è 0è+1èè0è -1è 0è+1è -2è -1è 0è+1è +2
  44.  
  45. s value:è º¿è º¿è º¿èº¿èº¿è º¿è º¿èº¿èº¿è º¿è º¿èº¿èº¿è º¿
  46. èèèèè ──è ──è ─────────èè──è ──────────è ────────────────────
  47. sublevelè 1sìè2sìèèè2pæèèè3sìèèè3pæèèèèèèè 3dîò
  48. designation
  49. The º means s = +î/╖, å ¿ means s = -î/╖.èIn ê first sublevel, êre
  50. are two possiblities for (n, l, m, s): (1,0,0,+î/╖) å (1,0,0,-î/╖). 
  51. Thus, ê 1s sublevel (l = 0) can hold only two electrons.èIn ê above
  52. sublevel designations, ê superscripts ïdicate ê maximum number ç
  53. electron that can occupy ê sublevel.èAn "s" sublevel can hold two
  54. electrons, a "p" can hold 6, a "d" can hold 10, å an "f" can have 14.
  55. We fill ê sublevels until we run out ç electrons.èThe energies ç ê
  56. sublevels shift as ê charge on ê nucleus å ê number ç electrons 
  57. ïcreases.èA mnemonic device ë help remember how ê electrons fill ê
  58. energy levels ï ê ground state ç ê aëm is:
  59.  
  60. 1sìè₧─            We fill this diagram from ê right startïg at
  61. 2sìè₧─            ê ëp å contïuïg down until we run out ç
  62. 3sìè2pæè₧─        electrons.èThe superscripts show ê MAXIMUM
  63. 4sìè3pæè₧─        number ç electrons ï a sublevel.èWhat is ê
  64. 5sìè4pæè3dîòè₧─    ground state electronic configuration ç ╢╗S? 
  65. 6sìè5pæè4dîò    ₧─    The aëmic number is 16 so we know that ê S
  66. 7sìè6pæè5dîòè4fîÅ ₧─    aëm has 16 electrons.èThe order ç fillïg ê
  67. etc ...............    sublevels usïg ê diagram at ê left is:
  68.             1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p ...
  69. We fill êse sublevels until we have accounted for ê 16 electrons ç
  70. sulfur.èThe electron configuration ç ╢╗S is: 1sì2sì2pæ3sì3pÅ.èYou see
  71. that ê 3p sublevel is only partially filled because we ran out ç elec-
  72. trons.èThe superscripts must add up ë number number ç electrons ï ê
  73. aëm (2+2+6+2+4 = 16).
  74.  
  75. What is ê ground state electron configuration ç ╖╜Ni?èWe fill ê
  76. sublevels until we account for 28 electrons.
  77. ╖╜Ni: 1sì2sì2pæ3sì3pæ4sì3dôèorè1sì2sì2pæ3sì3pæ3dô4sì.
  78. Eiêr ç êse is correct. The important poït is that ê 4s sublevel 
  79. fills before ê 3d sublevel.èEven though ê 4s fills first, ê 4s
  80. level actually has a higher energy than ê 3d.èConsequently ê listïg
  81. on ê right is better, but we usually list ê orbitals ï êir order
  82. ç fillïg.
  83.  1èWhat is ê maximum number ç electrons that ê p sublevels 
  84.     è may contaï?
  85.  
  86.     è A) 2èè B) 6èèèC) 10èè D) 14
  87. üèThe p sublevels have an l value ç 1.èWith l = 1, ê possible
  88. m values are -1, 0, åè+1.èEach one ç ê m sublevels can have two
  89. electrons because êre are two spï states.èThere are three m sublevels
  90. each capable ç havïg two electrons.èThree times two is six, so ê
  91. maximum number ç electrons is six.
  92. Ç B
  93.  2èWhat is ê maximum number ç electrons that ê f sublevels 
  94.     è may contaï?
  95.  
  96.     è A) 2èè B) 6èèèC) 10èè D) 14
  97. üèThe f sublevels have an l value ç 3.èWith l = 3, ê possible
  98. m values are -3, -2, -1, 0, +1, +2, å +3.èEach one ç ê m sublevels
  99. can have two electrons because êre are two spï states.èThere are
  100. seven m sublevels each capable ç havïg two electrons.èSeven times two
  101. equals fourteen, so ê maximum number ç electrons is fourteen.
  102. Ç D
  103.  3è What is ê ground state electron configuration ç Åò╖╡Ca?
  104.  
  105. A) 1sì2sì2pæ3sì3pæ4sì            B) 1sì1pæ2sì2pæ3sì3pì
  106.  
  107. C) 1sì1pæ1dîò2sì2pæ2dîò3sì3pì        D) 1sì2sì2pæ3sì3pæ3dîò4sì4pæ4dÅ
  108. üèÅò╖╡Ca has 20 electrons.èThe order ç fillïg ê sublevels is
  109. 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p ...èThe s level can hold 2 electrons; ê
  110. p, 6 electrons; å ê d, 10 electrons.èYou just fill ê electrons
  111. until you have accounted for 20.èThe superscripts ç ê sublevels must
  112. sum ë 20.èThe electron configuration is 1sì2sì2pæ3sì3pæ4sì.
  113. Ç A
  114.  4èWhat is ê ground state electron configuration ç ìÆ╢╕Al?
  115.  
  116. A) 1sì2sì2pæ3sì3pæ3dÆ4sì    B) 1sì1pæ1dÉ
  117.  
  118. C) 1sì2sì2pæ3sì3pî        D) 1sì1pæ2sì2pæ2dîò3sî
  119. üèìÆ╢╕Al has 13 electrons.èThe order ç fillïg ê sublevels is
  120. 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p ...èThe s level can hold 2 electrons; ê
  121. p, 6 electrons; å ê d, 10 electrons.èYou add electrons ë ê sub-
  122. levels until you have accounted for 13.èThe superscripts ç ê sublevels
  123. must sum ë 13.èThe electron configuration is 1sì2sì2pæ3sì3pî.
  124. Ç C
  125.  5èWhat is ê ground state electron configuration ç Éæ╖╗Fe?
  126.  
  127. A) 1sì1pæ1dîò1fîÅ2sì2pæ2dîò2fæ        B) 1sì2sì2pæ3sì3pæ4sì3dæ
  128.  
  129. C) 1sî2sì2pæ3sÄ3pö3dÉ            D) 1sì1pæ2sì2pæ2dîò
  130. üèÉæ╖╗Fe has 26 electrons.èThe order ç fillïg ê sublevels is
  131. 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p ...èThe s level can hold 2 electrons; ê
  132. p, 6 electrons; å ê d, 10 electrons.èYou add electrons ë ê sub-
  133. levels until you have accounted for 26.èThe superscripts ç ê sublevels
  134. must sum ë 26.èThe electron configuration is 1sì2sì2pæ3sì3pæ4sì3dæ.
  135. Ç B
  136. äèPlease give ê ground state electron configuration for ê followïg aëms or ions ï eiêr ståard
  137. or condensed form.
  138. âèWhat is ê ground state electron configuration ç ║╡Sn?èTï
  139. has 50 electrons.èThe rare gas that precedes Sn ï ê periodic table is
  140. Kr, which has 36 electrons.èAfter Kr, ê aëms fill ê 5s, 4d, å 5p
  141. sublevels.èThe superscripts plus 36 must sum ë 50.èThe condensed elec-
  142. tron configuration is:è[╕╗Kr]4dîò5sì5pì.
  143. éSèA condensed notation for ê electron configurations ïcludes
  144. writïg ê rare gas element precedïg ê specified element ï brackets
  145. å ên writïg ê spdf notation for ê electrons after ê rare gas.
  146. Let's write ê condensed electron configuration for S å Ni.èThe rare
  147. gas before S is Ne å that before Ni is Ar.èThe condensed notation is:
  148. è╢╗S:è[╢╡Ne]3sì3pÅ, where [╢╡Ne] stås for ê first ten electrons;
  149. è╖╜Ni: [╢╜Ar]3dô4sì, where [╢╜Ar] represents ê first 18 electrons.
  150.  
  151. We write ê electron configuration for ions ï ê same manner as above.
  152. You just need ë be careful ë have ê correct number ç electrons.èThe
  153. electron configurations ç Sìú å Niìó are as follows.èThe sulfide ion
  154. contaïs 16 + 2 = 18 electrons.èThe "2-" superscript means that ê net
  155. charge is -2 so êre must be two more electrons than proëns.
  156. è╢╗Sìú configuration: 1sì2sì2pæ3sì3pæèor [╢╡Ne]3sì3pæ.
  157.  
  158. The Niìó ion contaïs 28 - 2 = 26 electrons.èThere must be two more pro-
  159. ëns than electrons ë cause a net charge ç +2 on ê ion.èThe 4s elec-
  160. trons are lost first when ê Ni å oêr transition metals lose elec-
  161. trons.è╖╜Niìó configuration: 1sì2sì2pæ3sì3pæ3dôèor [╢╜Ar]3dô.
  162.  6èWhat is ê ground state electron configuration ç ╖╖Ti?
  163.  
  164.     A) [╢╜Ar]4sì4pì        B) [╢╜Ar]4sÅ
  165.  
  166.     C) [╢╜Ar]4sì4dì        D) [╢╜Ar]4sì3dì
  167. üèThe ╖╖Ti aëm has 22 electrons.èThe rare gas precedïg titanium
  168. is argon, Ar.èArgon has 18 electrons.èThe aëms fill ê 4s å 3d sub-
  169. levels after argon.èThe condensed notation isè[╢╜Ar]4sì3dì.
  170. Ç D
  171.  7èWhat is ê ground state electron configuration ç ╕╜Sr?
  172.  
  173.     A) [╕╗Kr]4sì        B) [╕╗Kr]4dì
  174.  
  175.     C) [╕╗Kr]5sì        D) [╕╗Kr]5pì
  176. üèThe ╕╜Sr aëm has 38 electrons.èThe rare gas precedïg strontium
  177. is krypën, Kr.èKrypën has 36 electrons.èThe next two electrons after 
  178. ê 36 electrons ç krypën fill ê 5s sublevel.èWe know that ê val-
  179. ence electrons would fill ê 5s sublevel because Sr is ï ê fifth per-
  180. iod ç ê Periodic Table.èThe condensed notation is [╕╗Kr]5sì.
  181. Ç C
  182.  8èWhat is ê ground state electron configuration ç ╝NÄú?
  183.  
  184.     A) [╖He]2sì2pÄ        B) [╖He]2sì2pæ
  185.  
  186.     C) [╖He]1pæ2sì        D) [╖He]2sì2pì3sì3pì
  187. üèThe nitride ion, ╝NÄú, has a net charge ç -3 å must have three
  188. more electrons than proëns.èA nitride ion has 10 electrons.èThe rare
  189. gas before nitrogen is helium, å ê electrons fill ê 2s å 2p sub-
  190. levels after ê 1s energy level ç He.èThe "s" å "p" sublevels can
  191. accomodate two å six electrons, respectively.èThe electron configur-
  192. ation is [╖He]2sì2pæ.
  193. Ç B
  194.  9èWhat is ê ground state electron configuration ç ║╡SnÅó?
  195.  
  196.     A) [╕╗Kr]4dîò        B) [╕╗Kr]5sì4dô
  197.  
  198.     C) [╕╗Kr]5sì4dæ5pì    D) [╕╗Kr]5sì4dîò5pæ
  199. üèThe tï(IV) ion, ║╡SnÅó, has a net charge ç +4 å must have
  200. four more proëns than electrons.èA tï(IV) ion has 46 electrons.èThe
  201. rare gas before tï is krypën, å ê electrons fill ê 5s, 4d, å 5p
  202. sublevels after ê sublevels ç Kr.èThe "s", "p", å "d" sublevels can
  203. hold up ë two, six, å 10 electrons, respectively.èThe valence elec-
  204. trons on tï are ï ê 5s å 5p sublevels å are ê first electrons
  205. ë be lost by tï ï formïg a positive ion. The electron configuration
  206. is [╕╗Kr]4dîò.
  207. Ç A
  208.  10èWhat is ê ground state electron configuration ç ╕╕AsÄó?
  209.  
  210.     A) [╢╜Ar]4sì3dîò4pÄ        B) [╢╜Ar]4sì3dîò4pæ
  211.  
  212.     C) [╢╜Ar]4sì3dÆ4pÄ        D) [╢╜Ar]4sì3dîò
  213. üèThe arsenic(III) ion, ╕╕AsÄó, has a net charge ç +3 å must
  214. have three more proëns than electrons.èAn ╕╕AsÄó ion has 30 electrons.
  215. The rare gas before arsenic is argon, å ê electrons fill ê 4s, 3d,
  216. å 4p sublevels after ê sublevels ç Ar.èThe "s", "p", å "d" sub-
  217. levels can hold up ë two, six, å 10 electrons, respectively.èThe val-
  218. ence electrons on arsenic are ï ê 4s å 4p sublevels å are ê
  219. first electrons ë be lost by arsenic ï formïg a positive ion. The
  220. electron configuration is [╢╜Ar]4sì3dîò.
  221. Ç D
  222. äèPlease use ê periodic table ë determïe ê valence electronic configuration ç ê followïg aëms.
  223. âèWhat is ê valence electronic configuration ç ╢║P?èViewïg
  224. ê periodic table, we see that phosphorous is ï ê third period å ï
  225. group 15 (or 5A).èSïce P is ê fifth element ï ê third period, we
  226. know that P has five valence electrons.èThe 3s å 3p levels are filled
  227. ï ê third period.èTwo electrons will fill ê 3s level, å ê
  228. remaïïg three electrons fill ê 3p.èThe valence electronic config-
  229. uration is 3sì3pÄ.
  230. éS1èThe followïg block diagram shows how ê fillïg ç ê energy
  231. levels is related ë ê location ç ê elements ï ê periodic table.
  232. @fig2201.bmp,1,42,540,220
  233.  
  234.  
  235.  
  236.  
  237.  
  238.  
  239.  
  240.  
  241.  
  242.  
  243.  
  244.  
  245. The arrangement ç ê elements ï ê periodic table follows ê pattern
  246. ç electronic configurations that is given by ê Pauli exclusion prïci-
  247. ple.èEach period (row) ç ê periodic table corresponds ë a different
  248. prïcipal quantum number, n, for ê outermost electrons.èThere are only
  249. two elements, H å He, ï ê first period, because two electrons fill
  250. ê 1s sublevel.èEight elements comprise ê second period (Li - Ne).
  251.  
  252. This number ç elements agrees with ê fillïg ç ê 2s å 2p sub-
  253. levels.èThe third period (Na - Ar) also has eight elements ï accord
  254. with ê fillïg ç ê 3s å 3p sublevels.èThe fourth period (K - Kr)
  255. has 18 elements.èThe electrons fill ê 4s, 3d, å ên 4p sublevels
  256. for a ëtal ç eighteen electrons (2+10+6 = 18) which matches ê eigh-
  257. teen elements from K ë Kr. The fourth period also has eighteen elements.
  258. In ê fourth period, ê 5s, 4d, å 4p sublevels can håle eighteen
  259. electrons, so êre are eighteen elements from Rb ë Xe.èThe next two
  260. periods can consist ç more elements because ê f sublevels are also
  261. filled.
  262.  
  263. We can use ê location ç an element ï ê periodic table ë determïe
  264. its valence electronic configuration or complete electronic configuration
  265. if we wish.èLet's fïd ê valence electronic configuration ç ╢╖Mg.
  266. Magnesium is ê second element ï ê third row ç ê periodic table.
  267. Consequently, we know that n = 3 for ê valence electrons.èThe second
  268. column is part ç ê "s" block ç sublevels.èThe position ç Mg ï ê
  269. second column tells us that Mg has two 3s electrons.èThe valence elec
  270. tronic configuration is 3sì.
  271.  
  272. That was such fun, let's look at ║╕I.èIodïe is ï group 17 å ê
  273. fifth period, which means that n = 5 for ê valence electrons.èIn ê
  274. fifth period, we fill ê 5s, ê 4d, å ên ê 5p sublevels.èThe 5s
  275. å 4d sublevels are filled. Iodïe is ê fifth aëm from ê left ï
  276. "p" block ç levels. Iodïe has five 5p electrons.èSïce ê 4d level is
  277. filled, we do not ïclude it ï describïg ê valence configuration. 
  278. The valence electronic configuration ç I is 5sì5pÉ.
  279.  
  280. With ê s å p sublevels, we can simply count from ê left-hå side 
  281. ç ê periodic table ë obtaï ê number ç electrons ï ê sublevels.
  282. The d sublevels å particularly ê f sublevels have several irregular-
  283. ities ï êir fillïg pattern.èDetermïïg ê configuration is more
  284. difficult when partially filled d å f sublevels are ïvolved.èThere 
  285. are only two exceptions ï ê first transition metal series (Sc - Zn).
  286. The exceptions are chromium å copper.èThe electronic configuration ç
  287. Cr is [Ar]3dÉ4sî å that ç Cu is [Ar]3dîò4sî.èIt is not worth your
  288. time, ë worry about ê oêr irregularities (unless you major ï
  289. chemistry).
  290.  11èWhat is ê valence electronic configuration ç ╝N?
  291.  
  292.     A) 2sì2pÄ        B) 2sì2pÉ
  293.  
  294.     C) 2pÉ            D) 1sì1pÄ
  295. üèNitrogen is ï group 15 ç ê second period.èThe elements ï
  296. group 15 (or 5A) are fillïg ê p sublevels.èThe location ç nitrogen
  297. ï ê second period tells us that ê valence electrons are fillïg ê
  298. second prïcipal energy level i.e. n = 2.èNitrogen has five valence
  299. electrons.èThe first two electrons occupy ê 2s level å ê remaïïg
  300. three electron occupy ê 2p level.èThe valence configuration is 2sì2pÄ.
  301. Ç A
  302.  12èWhat is ê valence electronic configuration ç ╖╝Co?
  303.  
  304.     A) 4dö            B) 3dö
  305.  
  306.     C) 3dÆ4sì        D) 3dî4sì4pæ
  307. üèCobalt is a member ç ê first series ç ê transition metals.
  308. It is located ï ê fourth period.èStartïg from ê left, ê first 
  309. two electrons ç ê fourth period fill ê 4s sublevel.èThe next elec-
  310. trons fill ê 3d sublevels.è Co is ê seven transition metal so êre
  311. are seven 3d electrons.èThe valence electronic configuration is 3dÆ4sì.
  312. The 3d electrons are ïcluded ï ê designation because ê transition
  313. metal cations have varyïg numbers ç 3d electrons.
  314. Ç C
  315.  13èWhat is ê valence electronic configuration ç ╣╛In?
  316.  
  317.     A) 4dî5sì        B) 4sì4pî
  318.  
  319.     C) 5sì5pî        D) 5pÄ
  320. üèIndium is ï group 13 ç ê fifth period.èThe valence electrons
  321. ç elements ï ê fifth period occupy sublevels with n = 5.èThe first
  322. two electrons fill ê 5s sublevel.èThe next ten electrons fill ê 4d
  323. sublevels å ê sïgle remaïïg electron occupies a 5p sublevel.èThe
  324. valence electronic configuration is 5sì5pî.
  325. Ç C
  326.  14èWhich element has ê valence electronic configuration
  327.     èè 4sì4pÉ?
  328.  
  329.     A) ╣╕Tc        B) ║╕I        C) ╖║Mn        D) ╕║Br
  330. üèFrom ê valence configuration, 4sì4pÉ, we know that ê element
  331. is ï ê fourth period.èThe elements whose electrons fill ê p sub-
  332. levels are located on ê right-hå side ç ê periodic table.èCount-
  333. ïg down four rows å over five columns after ê transistion metals, we
  334. arrive at bromïe, Br.èBromïe has ê valence electronic configuration
  335. 4sì4pÉ.
  336. Ç D
  337.  15èWhich element has ê valence electronic configuration
  338.     èè 5dæ6sì?
  339.  
  340.     A) ╝╗Os        B) ╗║Tb        C) ╗╡Nd        D) ╜╗Rn
  341. üèThe configuration, 5dæ6sì, tells us that ê element is ï ê
  342. sixth period.èThe electrons on ê transition metals fill ê d levels.
  343. Cs begïs ê sixth period at ê left-hå side ç ê periodic table. 
  344. We count-over six elements ï ê transition metals ç ê sixth period,
  345. because êre are six 5d electrons.èThe sixth transition metal is
  346. osmium, Os.èOsmium has ê valence electronic configuration 5dæ6sì.
  347. Ç A
  348.  
  349.