Номер 4, страница 87 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

4. Изобразите с помощью электронно-графических схем и формул электронных конфигураций основное и возбуждённое состояния атомов S и Cl. Укажите число неспаренных электронов в каждом случае. Почему атомы хлора чаще всего проявляют нечётные степени окисления, а атомы серы — чётные?

Решение

Атом серы (S)

Атом серы (S) имеет порядковый номер 16. Его электронная конфигурация: $_{16}S$ $1s^22s^22p^63s^23p^4$. Валентными являются электроны третьего энергетического уровня ($3s^23p^4$). Сера находится в 3-м периоде, поэтому у нее есть вакантный 3d-подуровень, куда могут переходить электроны при возбуждении.

1. Основное состояние (S)

Электронная формула валентного слоя: $3s^23p^4$.

Электронно-графическая схема валентного слоя:

3d [ ][ ][ ][ ][ ]

3p [↑↓][↑ ][↑ ]

3s [↑↓]

Число неспаренных электронов: 2. Это соответствует валентности II и степени окисления +2.

2. Первое возбуждённое состояние (S*)

При сообщении энергии один из спаренных 3p-электронов переходит на свободную 3d-орбиталь.

Электронная формула валентного слоя: $3s^23p^33d^1$.

Электронно-графическая схема валентного слоя:

3d [↑ ][ ][ ][ ][ ]

3p [↑ ][↑ ][↑ ]

3s [↑↓]

Число неспаренных электронов: 4. Это соответствует валентности IV и степени окисления +4.

3. Второе возбуждённое состояние (S**)

При дальнейшем возбуждении пара 3s-электронов также распаривается, и один электрон переходит на 3d-подуровень.

Электронная формула валентного слоя: $3s^13p^33d^2$.

Электронно-графическая схема валентного слоя:

3d [↑ ][↑ ][ ][ ][ ]

3p [↑ ][↑ ][↑ ]

3s [↑ ]

Число неспаренных электронов: 6. Это соответствует валентности VI и степени окисления +6.

Ответ: Для атома серы: в основном состоянии электронная конфигурация $...3s^23p^4$, 2 неспаренных электрона; в первом возбужденном состоянии $...3s^23p^33d^1$, 4 неспаренных электрона; во втором возбужденном состоянии $...3s^13p^33d^2$, 6 неспаренных электронов.

Атом хлора (Cl)

Атом хлора (Cl) имеет порядковый номер 17. Его электронная конфигурация: $_{17}Cl$ $1s^22s^22p^63s^23p^5$. Валентными являются электроны третьего энергетического уровня ($3s^23p^5$). У хлора, как и у серы, есть вакантный 3d-подуровень.

1. Основное состояние (Cl)

Электронная формула валентного слоя: $3s^23p^5$.

Электронно-графическая схема валентного слоя:

3d [ ][ ][ ][ ][ ]

3p [↑↓][↑↓][↑ ]

3s [↑↓]

Число неспаренных электронов: 1. Это соответствует валентности I и степени окисления +1 (а также -1).

2. Первое возбуждённое состояние (Cl*)

Один из спаренных 3p-электронов переходит на 3d-орбиталь.

Электронная формула валентного слоя: $3s^23p^43d^1$.

Электронно-графическая схема валентного слоя:

3d [↑ ][ ][ ][ ][ ]

3p [↑↓][↑ ][↑ ]

3s [↑↓]

Число неспаренных электронов: 3. Это соответствует валентности III и степени окисления +3.

3. Второе возбуждённое состояние (Cl**)

Вторая пара 3p-электронов распаривается, и электрон переходит на 3d-орбиталь.

Электронная формула валентного слоя: $3s^23p^33d^2$.

Электронно-графическая схема валентного слоя:

3d [↑ ][↑ ][ ][ ][ ]

3p [↑ ][↑ ][↑ ]

3s [↑↓]

Число неспаренных электронов: 5. Это соответствует валентности V и степени окисления +5.

4. Третье возбуждённое состояние (Cl***)

Распаривается последняя пара электронов — 3s-электроны.

Электронная формула валентного слоя: $3s^13p^33d^3$.

Электронно-графическая схема валентного слоя:

3d [↑ ][↑ ][↑ ][ ][ ]

3p [↑ ][↑ ][↑ ]

3s [↑ ]

Число неспаренных электронов: 7. Это соответствует валентности VII и степени окисления +7.

Ответ: Для атома хлора: в основном состоянии конфигурация $...3s^23p^5$, 1 неспаренный электрон; в первом возбужденном $...3s^23p^43d^1$, 3 неспаренных электрона; во втором $...3s^23p^33d^2$, 5 неспаренных электронов; в третьем $...3s^13p^33d^3$, 7 неспаренных электронов.

Почему атомы хлора чаще всего проявляют нечётные степени окисления, а атомы серы — чётные?

Степень окисления элемента в соединениях часто определяется числом неспаренных электронов, которые атом может предоставить для образования химических связей.

Атом серы относится к VIА группе и имеет 6 валентных электронов ($3s^23p^4$). В основном состоянии у него 2 неспаренных электрона. При возбуждении происходит распаривание электронных пар и переход одного из электронов на более высокий по энергии d-подуровень. Каждый такой переход увеличивает число неспаренных электронов на 2 (исчезает одна пара и появляются два неспаренных электрона). Таким образом, число неспаренных электронов у серы может быть равно 2, 4 или 6. Все эти числа — чётные, что и обуславливает проявление чётных степеней окисления (+2, +4, +6).

Атом хлора относится к VIIA группе и имеет 7 валентных электронов ($3s^23p^5$). В основном состоянии у него 1 неспаренный электрон. Процесс возбуждения аналогичен: распаривание электронных пар увеличивает число неспаренных электронов на 2 на каждом шаге. Таким образом, число неспаренных электронов у хлора может быть равно 1, 3, 5 или 7. Все эти числа — нечётные, что объясняет проявление хлором нечётных степеней окисления (+1, +3, +5, +7).

Ответ: Чётность или нечётность степеней окисления серы и хлора связана с чётностью или нечётностью числа валентных электронов в их атомах. У серы, элемента VIА группы, в основном состоянии 2 неспаренных электрона (чётное число), и при каждом возбуждении число неспаренных электронов увеличивается на 2, оставаясь чётным (4, 6). У хлора, элемента VIIA группы, в основном состоянии 1 неспаренный электрон (нечётное число), и при возбуждении число неспаренных электронов также увеличивается на 2, оставаясь нечётным (3, 5, 7).