Первым элементом с таким нарушением является хром. Рассмотрим подробнее его электронное строение (рис. 6.16 а). У атома хрома на 4s-подуровне не два, как этого следовало бы ожидать, а только один электрон. Зато на 3d-подуровне пять электронов, а ведь этот подуровень заполняется после 4s-подуровня (см. рис. 6.4). Чтобы понять, почему так происходит, посмотрим, что собой представляют электронные облака 3d-подуровня этого атома.
Каждое из пяти 3d-облаков в этом случае образовано одним электроном. Как вы уже знаете из § 4 этой главы, общее электронное облако таких пяти электронов имеет шарообразную форму, или, как говорят, сферически симметрично. По характеру распределения электронной плотности по разным направлениям оно похоже на 1s-ЭО. Энергия подуровня, электроны которого образуют такое облако, оказывается меньше, чем в случае менее симметричного облака. В данном случае энергия орбиталей 3d-подуровня равна энергии 4s-орбитали. При нарушении симметрии, например, при появлении шестого электрона, энергия орбиталей 3d-подуровня вновь становится больше, чем энергия 4s-орбитали. Поэтому у атома марганца опять появляется второй электрон на 4s-АО.
Сферической симметрией обладает общее облако любого подуровня, заполненного электронами как наполовину, так и полностью. Уменьшение энергии в этих случаях носит общий характер и не зависит от того, наполовину или полностью заполнен электронами какой-либо подуровень. А раз так, то следующее нарушение мы должны искать у атома, в электронную оболочку которого последним "приходит"девятый d-электрон. И действительно, у атома меди на 3d-подуровне 10 электронов, а на 4s-подуровне только один (рис. 6.16 б).
Уменьшение энергии орбиталей полностью или наполовину заполненного подуровня является причиной целого ряда важных химических явлений, с некоторыми из которых вы еще познакомитесь.
1) Чтобы не писать сложных структурных формул, общая схема получения глутамата натрия из глутаминовой кислоты и натрия гидроксида выглядит следующим образом:
С₅Н₉NO₄ + NaOH → C₅H₈NO₄Na + H₂O
2) Находим молярные массы всех соединений:
М(С₅Н₉NO₄) = 5*12 + 9*1 + 14 + 4*16 = 147 г/моль
М(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 г/моль
М(C₅H₈NO₄Na) = 5*12 + 8*1 + 14 + 4*16 + 23 = 169 г/моль
3) Определяем, сколько молей составляет 507 г глутамата натрия:
n(C₅H₈NO₄Na) = m/M = 507/169 = 3 моля
4) Смотрим на уравнение реакции: Для получения 1 моля глутамата натрия необходимо 1 моль глутаминовый кислоты и 1 моль натрий гидроксида. Значит для получения 3 молей глутамата натрия необходимо 3 моля глутаминовый кислоты и 3 моля натрий гидроксида.
Поэтому их массы равны:
m(С₅Н₉NO₄) = n*M = 3*147 = 441 г
m(NaOH) = 3*40 = 120 г
ответ: 441 г глутаминовой кислоты и 120 г натрий гидроксида