Для определения молекулярной формулы спирта рассмотрим его массу и количество электронов. Из условия задачи известна масса спирта, которая составляет 37.848 г. Молекулярная формула предельного двухатомного спирта содержит два атома одного элемента и один атом другого элемента. Обозначим эти элементы как X и Y. Общее количество электронов в порции спирта, которое равно 1.26⋅1025, можно распределить между атомами X и Y в соответствии с их электронной конфигурацией. Предельные двухатомные спирты обычно содержат двойные связи между атомами. Это означает, что между атомами X и Y имеется 4 общих электрона. Эти электроны не участвуют в формировании формулы спирта и должны быть вычтены из общего количества электронов. Таким образом, электроны, участвующие в формировании формулы спирта, равны общему количеству электронов минус 4. Поскольку для каждого атома электроны распределяются в энергетических уровнях, нужно знать электронную конфигурацию каждого элемента. Рассмотрим электронную конфигурацию элемента X. Элемент X содержит N электронов в своей оболочке и относится к n-й группе периодической таблицы. Это означает, что у него есть основной энергетический уровень (n-1) и подуровни, заполненные электронами. Поскольку речь идет о предельном двухатомном спирте, в молекуле содержатся 2 атома X. Таким образом, общее количество электронов для атома X равно 2N. Отнимем 4 электрона (которые участвуют в образовании двойной связи) от общего количества электронов, полученного из условия задачи, и разделим на 2, чтобы получить N: (N_x) = (1.26⋅10^25 - 4) / 2 Аналогично рассмотрим электронную конфигурацию элемента Y. В молекуле содержится 1 атом Y, поэтому общее количество электронов для атома Y равно N. Таким образом, N_y = N_x. Теперь, зная количество электронов для элементов X и Y, мы можем определить их позиции в периодической таблице и найти соответствующие формулы. Для этого нам потребуется таблица периодических свойств элементов, чтобы узнать количество электронов в каждом основном энергетическом уровне для конкретных элементов. Допустим, X находится в 2-й группе таблицы, что означает, что в его основном энергетическом уровне (n-1) находится 2 электрона. Тогда количество электронов для атома X на каждом основном уровне (n) можно выразить как: n=1: 2 n=2: 8 n=3: 8 n=4: 2 … Обратим внимание, что на этом этапе мы рассчитываем только количество электронов на основных уровнях, а не на подуровнях (s, p, d, f). Аналогично проделаем для элемента Y. Предположим, Y находится в 6-й группе таблицы, что означает, что в его основном энергетическом уровне (n-1) находится 6 электронов. Тогда количество электронов для атома Y на каждом основном уровне (n) можно выразить как: n=1: 2 n=2: 8 n=3: 18 n=4: 32 … Теперь рассмотрим общее количество электронов для каждого элемента, которое мы определили ранее: (N_x) = (1.26⋅10^25 - 4) / 2 (N_y) = (1.26⋅10^25 - 4) / 2 Подставим значения в таблицу электронной конфигурации и приведём значения к подуровням: X: n=1: 2 (s) n=2: 8 (s^2 p^6) n=3: 8 (s^2 p^6) n=4: 2 (s^2) Y: n=1: 2 (s) n=2: 8 (s^2 p^6) n=3: 18 (s^2 p^6 d^2) n=4: 32 (s^2 p^6 d^10) … Теперь сопоставим электроны с подуровнями и определим формулу спирта. Первый элемент X - имеет 2 электрона на s-подуровне, вторичный элемент Y - имеет 2 электрона на s-подуровне, следовательно, молекулярная формула спирта может быть представлена как X₂Y. Наша следующая задача - определить, сколько атомов X содержится в молекуле. Для этого рассмотрим количество электронов на основных энергетических уровнях. N_x = N_y = n1 + n2 + n3 + n4 + ... Подставим значения электронных конфигураций элементов X и Y: (N_x) = 2 + 8 + 8 + 2 + ... = n1_x + n2_x + n3_x + n4_x + ... (N_y) = 2 + 8 + 18 + 32 + ... = n1_y + n2_y + n3_y + n4_y + ... В итоге получаем систему уравнений: (N_x) = n1_x + n2_x + n3_x + n4_x + ... (N_y) = n1_y + n2_y + n3_y + n4_y + ... N_x = (1.26⋅10^25 - 4) / 2 N_y = (1.26⋅10^25 - 4) / 2 Общее количество электронов распределено между атомами X и Y в соответствии с их электронной конфигурацией. Примерное значение (1.26⋅10^25 - 4) / 2 = 6.3⋅10^24 Ради упрощения расчетов рассмотрим систему уравнений более простым образом: (N_x) = 2 + 8 + 8 + 2 + ... (N_y) = 2 + 8 + 18 + 32 + ... N_x = 6.3⋅10^24 N_y = 6.3⋅10^24 Количество электронов равномерно распределено между атомами X и Y в их электронной конфигурации. Чтобы соблюсти баланс электронов, все основные энергетические уровни должны быть заняты электронами. В этом конкретном случае, чтобы явно определить баланс между одинаковыми энергетическими уровнями элементов X и Y, необходимо учесть, что уровень n=3 Y имеет 2 электрона больше, чем уровень n=4 X. Таким образом, для балансировки электронов, атом X должен иметь по 2 электрона на каждом основном уровне до тех пор, пока это возможно. После этого, атом X должен занять подуровень n=3 и выше на каждом основном уровне, чтобы компенсировать дополнительные электроны на уровне n=3 у атома Y. Аналогично, атом Y должен иметь по 2 электрона на каждом основном уровне до тех пор, пока это возможно. После этого, атом Y должен занять подуровень n=4 и выше на каждом основном уровне, чтобы компенсировать дополнительные электроны на уровне n=3 у атома X. Таким образом, молекулярная формула спирта будет X₂Y, где атом X содержит 2 электрона на каждом основном уровне до n=3 включительно, а атом Y содержит 2 электрона на каждом основном уровне до n=4. Примерная формула спирта будет X₆Y₃, где X₆ обозначает 6 атомов X и Y₃ обозначает 3 атома Y. В конечном итоге, эта формула представляет из себя газообразный спирт: этиловый спирт (C₂H₅OH). Распределение электронов в этой молекуле обозначается следующим образом: Электронная конфигурация атома C: 1s² 2s² 2p² Электронная конфигурация атома H: 1s¹ Электронная конфигурация атома O: 1s² 2s² 2p⁴