Номер 5, страница 170 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

5. Составьте формулы электронных конфигураций атомов фтора и хлора. Укажите сходство и различие в электронном строении этих атомов.

Решение

1. Формулы электронных конфигураций

Для составления электронных конфигураций необходимо знать порядковый номер элемента в Периодической системе, так как он соответствует общему числу электронов в нейтральном атоме.

Атом фтора (F)

Фтор — элемент 2-го периода, VII группы главной подгруппы. Его порядковый номер — 9. Следовательно, в атоме фтора 9 электронов. Распределим их по орбиталям в соответствии с принципом наименьшей энергии:

$_9F \quad 1s^22s^22p^5$

Конфигурация внешнего (валентного) электронного слоя: $2s^22p^5$.

Атом хлора (Cl)

Хлор — элемент 3-го периода, VII группы главной подгруппы. Его порядковый номер — 17. В атоме хлора содержится 17 электронов. Его полная электронная конфигурация:

$_{17}Cl \quad 1s^22s^22p^63s^23p^5$

Конфигурация внешнего (валентного) электронного слоя: $3s^23p^5$.

Ответ: Электронная конфигурация атома фтора: $1s^22s^22p^5$. Электронная конфигурация атома хлора: $1s^22s^22p^63s^23p^5$.

2. Сходство и различие в электронном строении

Анализ электронных конфигураций позволяет выявить как общие черты, так и различия в строении атомов фтора и хлора.

Сходство:

– Основное сходство заключается в строении внешнего электронного слоя. Атомы обоих элементов имеют на нем по 7 электронов (являются p-элементами).

– Тип конфигурации внешнего слоя у них одинаков и выражается общей формулой $ns^2np^5$, где n — номер периода.

– Обоим атомам до завершения внешнего энергетического уровня не хватает одного электрона. Это определяет их общие химические свойства: они являются типичными неметаллами, сильными окислителями и в большинстве соединений проявляют степень окисления -1.

Различие:

– Атомы различаются общим числом электронов: у фтора их 9, у хлора — 17.

– Электроны в атоме фтора расположены на двух энергетических уровнях, а в атоме хлора — на трех. Это значит, что у хлора на один электронный слой больше.

– Как следствие, атомный радиус хлора значительно больше атомного радиуса фтора ($r(Cl) > r(F)$), так как его валентные электроны находятся дальше от ядра.

– У атома хлора, в отличие от атома фтора, на внешнем энергетическом уровне ($n=3$) имеется вакантный d-подуровень ($3d^0$). Это позволяет атому хлора при возбуждении распаривать электроны и проявлять переменные положительные степени окисления (+1, +3, +5, +7). У фтора такая возможность отсутствует, его степень окисления в соединениях всегда равна -1.

Ответ: Сходство атомов фтора и хлора заключается в одинаковом строении внешнего электронного уровня (7 валентных электронов, общая конфигурация $ns^2np^5$), что обуславливает их принадлежность к одной группе (галогены) и схожие химические свойства. Различие состоит в общем числе электронов, количестве энергетических уровней (2 у F, 3 у Cl), большем атомном радиусе у Cl, а также в наличии у хлора вакантного d-подуровня, что позволяет ему проявлять положительные степени окисления, в отличие от фтора.