Номер 833, страница 137 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

833. Приведите электронную конфигурацию внешнего электронного слоя атомов фтора и иода. В чём принципиальное отличие строения внешнего электронного слоя атома фтора от такового для атомов остальных галогенов? В чём проявляется особенность электронного строения атома фтора? Приведите соответствующие примеры.

Приведите электронную конфигурацию внешнего электронного слоя атомов фтора и йода.

Фтор (F) – элемент 2-го периода, 17-й (VIIA) группы. Порядковый номер Z=9. Его электронная конфигурация $1s^2 2s^2 2p^5$. Внешним является второй электронный слой ($n=2$).

Электронная конфигурация внешнего слоя атома фтора: $2s^2 2p^5$.

Йод (I) – элемент 5-го периода, 17-й (VIIA) группы. Порядковый номер Z=53. Его полная электронная конфигурация $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 5s^2 4d^{10} 5p^5$. Внешним является пятый электронный слой ($n=5$).

Электронная конфигурация внешнего слоя атома йода: $5s^2 5p^5$.

Ответ: Электронная конфигурация внешнего электронного слоя атома фтора – $2s^2 2p^5$; атома йода – $5s^2 5p^5$.

В чём принципиальное отличие строения внешнего электронного слоя атома фтора от такового для атомов остальных галогенов?

Все галогены имеют общую формулу внешнего электронного слоя $ns^2 np^5$. Принципиальное отличие строения атома фтора от остальных галогенов (Cl, Br, I, At) заключается в строении его валентного (внешнего) электронного слоя. У фтора внешний слой – второй ($n=2$), и он состоит только из s- и p-подуровней. На втором энергетическом уровне отсутствует d-подуровень (2d-орбитали не существует).

У всех остальных галогенов, начиная с хлора (n=3), на внешнем энергетическом уровне, помимо s- и p-подуровней, имеется также вакантный (свободный) d-подуровень. Например, у хлора это 3d-подуровень, у брома – 4d, у йода – 5d. Наличие этого свободного подуровня позволяет электронам "распариваться" и переходить на d-орбитали при возбуждении атома.

Ответ: Принципиальное отличие заключается в том, что на внешнем электронном слое атома фтора (n=2) отсутствуют d-орбитали, в то время как у всех остальных галогенов на внешнем слое имеются вакантные d-орбитали.

В чём проявляется особенность электронного строения атома фтора? Приведите соответствующие примеры.

Особенность электронного строения атома фтора (отсутствие d-подуровня на валентном слое) приводит к ряду уникальных химических свойств:

1.Постоянная валентность и степень окисления.

Атом фтора не может переходить в возбужденное состояние путем распаривания электронов, так как для этого нет свободных орбиталей на втором уровне. Поэтому в своих соединениях фтор всегда проявляет валентность I и постоянную степень окисления -1 (кроме молекулы $F_2$, где она равна 0). В отличие от него, другие галогены (например, хлор) могут распаривать электроны с p-подуровня на свободный d-подуровень, проявляя переменные положительные степени окисления +1, +3, +5, +7.

Пример: Хлор образует оксиды и кислоты, где имеет положительные степени окисления: $Cl_2O_7$ (+7), $HClO_4$ (+7). Для фтора такие соединения невозможны.

2.Высочайшая электроотрицательность и окислительная способность.

Малый радиус атома и отсутствие экранирования d-электронами делают фтор самым электроотрицательным элементом. Он является сильнейшим окислителем. Фтор способен окислить все остальные элементы, включая другие галогены и даже кислород.

Примеры:

- Реакция с водой с выделением кислорода: $2F_2 + 2H_2O \rightarrow 4HF + O_2$.

- Образование фторида кислорода $OF_2$, где кислород имеет нетипичную для себя степень окисления +2. Другие галогены в соединениях с кислородом всегда имеют положительные степени окисления.

- Фтор вытесняет все остальные галогены из их солей: $F_2 + 2NaCl \rightarrow 2NaF + Cl_2$.

3.Ограниченное число образуемых соединений.

Из-за невозможности проявлять положительные степени окисления фтор образует только одну кислородсодержащую кислоту — фторноватистую (HOF), в то время как другие галогены образуют целые ряды кислот (например, $HClO$, $HClO_2$, $HClO_3$, $HClO_4$).

Пример: Существуют перхлораты ($KClO_4$) и перйодаты ($KIO_4$), но аналогичные "перфтораты" не существуют.

Ответ: Особенность строения атома фтора проявляется в его постоянной валентности I и степени окисления -1, высочайшей электроотрицательности и окислительной способности (он окисляет даже кислород, пример: $OF_2$), а также в неспособности образовывать соединения с положительными степенями окисления, в отличие от других галогенов (например, хлор в $HClO_4$).