Номер 259, страница 44 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

259. Может ли указанный атом, входящий в состав соединения, иметь следующую электронную формулу:

а) кислород — $1s^22s^22p^33s^1$;

б) сера — $1s^22s^22p^63s^23p^33d^1$;

в) фтор — $1s^22s^22p^53s^1$;

г) хлор — $1s^22s^12p^33s^13p^33d^3$?

Кратко поясните почему.

а) кислород — $1s^22s^22p^33s^1$

Кислород (O) — это элемент 2-го периода периодической системы. Его электронная конфигурация в основном состоянии — $1s^22s^22p^4$. Валентная оболочка атома кислорода — это второй энергетический уровень (n=2), который состоит только из s- и p-подуровней и не имеет d-подуровня.

Предложенная конфигурация $1s^22s^22p^33s^1$ является возбужденным состоянием, в котором один электрон перешел с 2p-орбитали на 3s-орбиталь, то есть на следующий, третий энергетический уровень. Такой переход электрона между разными энергетическими уровнями (с n=2 на n=3) требует очень больших затрат энергии. В условиях обычных химических реакций такая энергия не выделяется, поэтому подобное возбуждение для атома кислорода невозможно.

Ответ: Нет, атом кислорода не может иметь такую электронную формулу, так как он является элементом 2-го периода, и переход электрона на 3-й энергетический уровень энергетически крайне невыгоден.

б) сера — $1s^22s^22p^63s^23p^33d^1$

Сера (S) — это элемент 3-го периода. Её электронная конфигурация в основном состоянии — $1s^22s^22p^63s^23p^4$. Валентная оболочка атома серы — это третий энергетический уровень (n=3). В отличие от второго уровня, третий уровень имеет s-, p- и d-подуровни. В основном состоянии атома серы 3d-подуровень является вакантным (свободным).

Энергетическая разница между 3p- и 3d-подуровнями в пределах одного уровня невелика. Поэтому при поглощении энергии (например, в процессе образования химической связи) возможен переход одного из спаренных 3p-электронов на свободную 3d-орбиталь. В результате атом серы переходит в возбужденное состояние, описываемое формулой $1s^22s^22p^63s^23p^33d^1$. В этом состоянии у атома серы появляется четыре неспаренных электрона, что позволяет ему проявлять валентность IV, например, в соединении $SF_4$.

Ответ: Да, атом серы может иметь такую электронную формулу в возбужденном состоянии, что объясняет его способность проявлять валентность IV.

в) фтор — $1s^22s^22p^53s^1$

Атом фтора (F) имеет порядковый номер 9, следовательно, у него 9 электронов. Его электронная конфигурация в основном состоянии — $1s^22s^22p^5$.

Предложенная конфигурация $1s^22s^22p^53s^1$ описывает частицу с 10 электронами (2+2+5+1=10), что не соответствует нейтральному атому фтора. Кроме того, даже если предположить опечатку в формуле и рассмотреть гипотетическое возбужденное состояние атома фтора ($1s^22s^22p^43s^1$), оно было бы невозможным по той же причине, что и для кислорода. Фтор — элемент 2-го периода, и переход его валентных электронов на 3-й энергетический уровень в химических реакциях не происходит из-за слишком большого энергетического барьера.

Ответ: Нет, атом фтора не может иметь такую электронную формулу, так как она содержит неверное число электронов (10 вместо 9) и предполагает энергетически невозможный переход электрона на следующий уровень.

г) хлор — $1s^22s^12p^33s^13p^33d^3$?

Атом хлора (Cl) имеет порядковый номер 17, а значит, 17 электронов. Его электронная конфигурация в основном состоянии — $1s^22s^22p^63s^23p^5$.

Предложенная конфигурация $1s^22s^12p^33s^13p^33d^3$ содержит несколько фундаментальных ошибок. Во-первых, общее число электронов в ней равно 13 (2+1+3+1+3+3=13), что не соответствует атому хлора. Во-вторых, данная формула предполагает возбуждение электронов с внутренних, стабильных подуровней (2s и 2p), что требует колоссальных затрат энергии (сравнимых с энергией рентгеновского излучения) и не реализуется в химических процессах.

Атом хлора, как элемент 3-го периода, может переходить в возбужденные состояния, но только за счет перехода валентных электронов с 3s- и 3p-подуровней на вакантный 3d-подуровень. Например, максимальная валентность VII достигается в состоянии с конфигурацией валентных электронов $3s^13p^33d^3$, но внутренняя оболочка $1s^22s^22p^6$ при этом остается неизменной.

Ответ: Нет, атом хлора не может иметь такую электронную формулу, так как она содержит неверное число электронов и описывает химически невозможный процесс возбуждения электронов с внутренних оболочек.