Электро́нная конфигура́ция — формула расположения электронов по различным электронным оболочкам атома химического элемента или молекулы.
Электронные атомные и молекулярные орбитали
Электронная конфигурация обычно записывается для атомов в их основном состоянии. Для определения электронной конфигурации элемента существуют следующие правила:
Принцип заполнения. Согласно принципу заполнения, электроны в основном состоянии атома заполняют орбитали в последовательности повышения орбитальных энергетических уровней. Низшие по энергии орбитали всегда заполняются первыми.
Принцип запрета Паули. Согласно этому принципу, на любой орбитали может находиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если они имеют противоположные спины (неодинаковые спиновые числа).
Правило Хунда. Согласно этому правилу, заполнение орбиталей одной подоболочки начинается одиночными электронами с параллельными (одинаковыми по знаку) спинами, и лишь после того, как одиночные электроны займут все орбитали, может происходить окончательное заполнение орбиталей парами электронов с противоположными спинами.
С точки зрения квантовой механики электронная конфигурация — это полный перечень одноэлектронных волновых функций, из которых с достаточной степенью точности можно составить полную волновую функцию атома (в приближении самосогласованного поля).
Если говорить в общем, атом, как составную систему, можно полностью описать только полной волновой функцией. Однако такое описание практически невозможно для атомов сложнее атома водорода — самого простого из всех атомов химических элементов. Удобное приближённое описание — метод самосогласованного поля. В этом методе вводится понятие о волновой функции каждого электрона. Волновая функция всей системы записывается как надлежащим образом симметризованное произведение одноэлектронных волновых функций. При вычислении волновой функции каждого электрона поле всех остальных электронов учитывается как внешний потенциал, зависящий в свою очередь от волновых функций этих остальных электронов.
В результате применения метода самосогласованного поля получается сложная система нелинейных интегродифференциальных уравнений, которая всё ещё сложна для решения. Однако уравнения самосогласованного поля имеют вращательную симметрию исходной задачи (то есть они сферически симметричны). Это позволяет полностью классифицировать одноэлектронные волновые функции, из которых составляется полная волновая функция атома.
Для начала, как в любом центрально симметричном потенциале, волновую функцию в самосогласованном поле можно охарактеризовать квантовым числом полного углового момента {\displaystyle l}l и квантовым числом проекции углового момента на какую-нибудь ось {\displaystyle m}m. Волновые функции с разными значениями {\displaystyle m}m соответствуют одному и тому же уровню энергии, т. е. вырождены. Также одному уровню энергии соответствуют состояния с разной проекцией спина электрона на какую-либо ось. Всего для данного уровня энергии {\displaystyle 2(2l+1)}2(2l+1) волновых функций. Далее, при данном значении углового момента можно перенумеровать уровни энергии. По аналогии с атомом водорода принято нумеровать уровни энергии для данного {\displaystyle l}l начиная с {\displaystyle n=l+1}n=l+1. Полный перечень квантовых чисел одноэлектронных волновых функций, из которых можно составить волновую функцию атома, и называется электронной конфигурацией. Поскольку всё вырождено по квантовому числу {\displaystyle m}m и по спину, достаточно только указывать полное количество электронов, находящихся в состоянии с данными {\displaystyle n}n, {\displaystyle l}l.
Проявляет слабовыраженные амфотерные свойства с преобладанием основных. Легко реагирует с кислотами:
Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O.
С растворами щелочей не реагирует, но при сплавлении образует ферриты:
Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O.
Проявляет окислительные и восстановительные свойства. При нагревании восстанавливается водородом или оксидом углерода (II), проявляя окислительные свойства:
Fe2O3 + H2 = 2FeO + H2O,
Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2.
В присутствии сильных окислителей в щелочной среде проявляет восстановительные свойства и окисляется до производных железа (VI):
Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH = 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O.
При температуре выше 1400°С разлагается:
6Fe2O3 = 4Fe3O4 + O2.
Получается при термическом разложении гидроксида железа (III):
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
или окислением пирита:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2.
Гидроксид железа (III) Fe(OH)3 – кристаллическое или аморфное вещество бурого цвета. Как и оксид, проявляет слабовыраженные амфотерные свойства с преобладанием основных. Легко реагирует с кислотами:
Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O.
Реагирует с концентрированными растворами щелочей с образованием гексагидроксоферратов (III):
Fe(OH)3 + 3NaOH = Na3[Fe(OH)6],
при сплавлении со щелочами или щелочными реагентами образует ферриты:
Fe(OH)3 + NaOH = NaFeO2 + 2H2O,
2Fe(OH)3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2 + 3H2O.
В присутствии сильных окислителей в щелочной среде проявляет восстановительные свойства и окисляется до производных железа (VI):
2Fe(OH)3 + 3Br2 + 10KOH = 2K2FeO4 + 6NaBr + 8H2O.
При нагревании разлагается:
Fe(OH)3 = FeO(OH) + H2O,
2FeO(OH)F= Fe2O3 + H2O.
Получается при взаимодействии солей железа (III) с растворами щелочей:
Fe2(SO4)3 + 6NaOH = 2Fe(OH)3 + 3Na2SO4.
Соли железа (III). Железо (III) образует соли практически со многими анионами. Обычно соли кристаллизуются в виде бурых кристаллогидратов: Fe(NO3)3·6H2O, FeCl3·6H2O, NaFe(SO4)2·12H2O (железные квасцы) и др. В растворе соли железа (III) значительно более устойчивы, чем соли железа (II). Растворы солей имеют желто-бурую окраску и, вследствие гидролиза, кислую среду:
Fe3+ + H2O = FeOH2+ + H+.
Соли железа (III) гидролизуют в большей степени, чем соли железа (II), по этой причине соли железа (III) и слабых кислот нельзя выделить из раствора, они мгновенно гидролизуют с образованием гидроксида железа (III):
Обладают преимущественно восстановительными свойствами:
2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl.
Качественная реакция на катион Fe3+ – взаимодействие с гексацианоферратом (II) калия (желтой кровяной солью) Качественная реакция на ионы железа (III) :
FeCl3 + K4[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6]↓ + 3KCl
Fe3+ + K+ + [Fe(CN)6]4- = KFe[Fe(CN)6]↓
в результате реакции образуется осадок синего цвета – гексацианоферрат (III) железа (II) - калия.
Кроме того, ионы Fe3+ определяют по характерному кроваво-красному окрашиванию роданида железа (III), который образуется в результате взаимодействия соли железа (III) с роданидом калия или аммония:
Электро́нная конфигура́ция — формула расположения электронов по различным электронным оболочкам атома химического элемента или молекулы.
Электронные атомные и молекулярные орбитали
Электронная конфигурация обычно записывается для атомов в их основном состоянии. Для определения электронной конфигурации элемента существуют следующие правила:
Принцип заполнения. Согласно принципу заполнения, электроны в основном состоянии атома заполняют орбитали в последовательности повышения орбитальных энергетических уровней. Низшие по энергии орбитали всегда заполняются первыми.
Принцип запрета Паули. Согласно этому принципу, на любой орбитали может находиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если они имеют противоположные спины (неодинаковые спиновые числа).
Правило Хунда. Согласно этому правилу, заполнение орбиталей одной подоболочки начинается одиночными электронами с параллельными (одинаковыми по знаку) спинами, и лишь после того, как одиночные электроны займут все орбитали, может происходить окончательное заполнение орбиталей парами электронов с противоположными спинами.
С точки зрения квантовой механики электронная конфигурация — это полный перечень одноэлектронных волновых функций, из которых с достаточной степенью точности можно составить полную волновую функцию атома (в приближении самосогласованного поля).
Если говорить в общем, атом, как составную систему, можно полностью описать только полной волновой функцией. Однако такое описание практически невозможно для атомов сложнее атома водорода — самого простого из всех атомов химических элементов. Удобное приближённое описание — метод самосогласованного поля. В этом методе вводится понятие о волновой функции каждого электрона. Волновая функция всей системы записывается как надлежащим образом симметризованное произведение одноэлектронных волновых функций. При вычислении волновой функции каждого электрона поле всех остальных электронов учитывается как внешний потенциал, зависящий в свою очередь от волновых функций этих остальных электронов.
В результате применения метода самосогласованного поля получается сложная система нелинейных интегродифференциальных уравнений, которая всё ещё сложна для решения. Однако уравнения самосогласованного поля имеют вращательную симметрию исходной задачи (то есть они сферически симметричны). Это позволяет полностью классифицировать одноэлектронные волновые функции, из которых составляется полная волновая функция атома.
Для начала, как в любом центрально симметричном потенциале, волновую функцию в самосогласованном поле можно охарактеризовать квантовым числом полного углового момента {\displaystyle l}l и квантовым числом проекции углового момента на какую-нибудь ось {\displaystyle m}m. Волновые функции с разными значениями {\displaystyle m}m соответствуют одному и тому же уровню энергии, т. е. вырождены. Также одному уровню энергии соответствуют состояния с разной проекцией спина электрона на какую-либо ось. Всего для данного уровня энергии {\displaystyle 2(2l+1)}2(2l+1) волновых функций. Далее, при данном значении углового момента можно перенумеровать уровни энергии. По аналогии с атомом водорода принято нумеровать уровни энергии для данного {\displaystyle l}l начиная с {\displaystyle n=l+1}n=l+1. Полный перечень квантовых чисел одноэлектронных волновых функций, из которых можно составить волновую функцию атома, и называется электронной конфигурацией. Поскольку всё вырождено по квантовому числу {\displaystyle m}m и по спину, достаточно только указывать полное количество электронов, находящихся в состоянии с данными {\displaystyle n}n, {\displaystyle l}l.
Відповідь:
Проявляет слабовыраженные амфотерные свойства с преобладанием основных. Легко реагирует с кислотами:
Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O.
С растворами щелочей не реагирует, но при сплавлении образует ферриты:
Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O.
Проявляет окислительные и восстановительные свойства. При нагревании восстанавливается водородом или оксидом углерода (II), проявляя окислительные свойства:
Fe2O3 + H2 = 2FeO + H2O,
Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2.
В присутствии сильных окислителей в щелочной среде проявляет восстановительные свойства и окисляется до производных железа (VI):
Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH = 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O.
При температуре выше 1400°С разлагается:
6Fe2O3 = 4Fe3O4 + O2.
Получается при термическом разложении гидроксида железа (III):
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
или окислением пирита:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2.
Гидроксид железа (III) Fe(OH)3 – кристаллическое или аморфное вещество бурого цвета. Как и оксид, проявляет слабовыраженные амфотерные свойства с преобладанием основных. Легко реагирует с кислотами:
Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O.
Реагирует с концентрированными растворами щелочей с образованием гексагидроксоферратов (III):
Fe(OH)3 + 3NaOH = Na3[Fe(OH)6],
при сплавлении со щелочами или щелочными реагентами образует ферриты:
Fe(OH)3 + NaOH = NaFeO2 + 2H2O,
2Fe(OH)3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2 + 3H2O.
В присутствии сильных окислителей в щелочной среде проявляет восстановительные свойства и окисляется до производных железа (VI):
2Fe(OH)3 + 3Br2 + 10KOH = 2K2FeO4 + 6NaBr + 8H2O.
При нагревании разлагается:
Fe(OH)3 = FeO(OH) + H2O,
2FeO(OH)F= Fe2O3 + H2O.
Получается при взаимодействии солей железа (III) с растворами щелочей:
Fe2(SO4)3 + 6NaOH = 2Fe(OH)3 + 3Na2SO4.
Соли железа (III). Железо (III) образует соли практически со многими анионами. Обычно соли кристаллизуются в виде бурых кристаллогидратов: Fe(NO3)3·6H2O, FeCl3·6H2O, NaFe(SO4)2·12H2O (железные квасцы) и др. В растворе соли железа (III) значительно более устойчивы, чем соли железа (II). Растворы солей имеют желто-бурую окраску и, вследствие гидролиза, кислую среду:
Fe3+ + H2O = FeOH2+ + H+.
Соли железа (III) гидролизуют в большей степени, чем соли железа (II), по этой причине соли железа (III) и слабых кислот нельзя выделить из раствора, они мгновенно гидролизуют с образованием гидроксида железа (III):
Fe2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 3CO2 + 3Na2SO4.
Проявляют все свойства солей.
Обладают преимущественно восстановительными свойствами:
2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl.
Качественная реакция на катион Fe3+ – взаимодействие с гексацианоферратом (II) калия (желтой кровяной солью) Качественная реакция на ионы железа (III) :
FeCl3 + K4[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6]↓ + 3KCl
Fe3+ + K+ + [Fe(CN)6]4- = KFe[Fe(CN)6]↓
в результате реакции образуется осадок синего цвета – гексацианоферрат (III) железа (II) - калия.
Кроме того, ионы Fe3+ определяют по характерному кроваво-красному окрашиванию роданида железа (III), который образуется в результате взаимодействия соли железа (III) с роданидом калия или аммония:
FeCl3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCl,
Fe3+ + 3CNS- = Fe(CNS)3.