Номер 375, страница 58 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

375. Приведите электронную формулу и электронно-графическую схему атома углерода в невозбуждённом и возбуждённом состояниях. Какое число химических связей и какого типа может образовывать атом углерода в возбуждённом состоянии с другими атомами?

Атом углерода ($C$) находится во втором периоде, IVА группе периодической системы, его порядковый номер 6. Следовательно, заряд ядра атома углерода равен +6, и на его электронной оболочке находится 6 электронов.

Электронная формула и электронно-графическая схема атома углерода в невозбуждённом состоянии

В основном, или невозбуждённом, состоянии электроны углерода распределяются по орбиталям в соответствии с принципом наименьшей энергии.

Электронная формула: $1s^22s^22p^2$.

Электронно-графическая схема валентного уровня ($2s^22p^2$):

В невозбуждённом состоянии атом углерода имеет два неспаренных электрона на внешнем уровне, что соответствует валентности II.

Ответ: Электронная формула в невозбуждённом состоянии – $1s^22s^22p^2$. Электронно-графическая схема валентных электронов показывает наличие одной спаренной электронной пары на 2s-подуровне и двух неспаренных электронов на 2p-подуровне.

Электронная формула и электронно-графическая схема атома углерода в возбуждённом состоянии

При поглощении энергии (например, при химической реакции) атом углерода переходит в возбуждённое состояние. Один из электронов с 2s-орбитали переходит на свободную 2p-орбиталь.

Электронная формула: $1s^22s^12p^3$. Обозначается как $C^*$.

Электронно-графическая схема валентного уровня ($2s^12p^3$):

В возбуждённом состоянии атом углерода имеет четыре неспаренных электрона, что позволяет ему проявлять валентность IV, характерную для большинства его соединений.

Ответ: Электронная формула в возбуждённом состоянии – $1s^22s^12p^3$. Электронно-графическая схема валентных электронов показывает наличие четырёх неспаренных электронов: одного на 2s-подуровне и трёх на 2p-подуровне.

Число и тип химических связей, образуемых атомом углерода в возбуждённом состоянии

В возбуждённом состоянии атом углерода ($C^*$) имеет четыре неспаренных электрона на валентном уровне. Благодаря этому он может образовывать четыре ковалентные химические связи по обменному механизму.

Эти четыре связи могут быть разного типа в зависимости от гибридизации атомных орбиталей углерода.

• При sp³-гибридизации атом углерода образует четыре одинарные сигма-связи ($\sigma$-связи), направленные к вершинам тетраэдра (например, в метане $CH_4$).
• При sp²-гибридизации атом углерода образует три $\sigma$-связи и одну пи-связь ($\pi$-связь). Это приводит к образованию одной двойной и двух одинарных связей (например, в этене $C_2H_4$).
• При sp-гибридизации атом углерода образует две $\sigma$-связи и две $\pi$-связи. Это приводит к образованию одной тройной и одной одинарной связи (например, в этине $C_2H_2$) или двух двойных связей (например, в диоксиде углерода $CO_2$).

Таким образом, атом углерода в возбуждённом состоянии образует связи двух типов: сигма ($\sigma$) и пи ($\pi$).

Ответ: Атом углерода в возбуждённом состоянии может образовывать четыре химические связи с другими атомами. Эти связи являются ковалентными и могут быть как сигма ($\sigma$), так и пи ($\pi$) типами, формируя одинарные, двойные или тройные связи.