Номер 4, страница 153 - гдз по химии 8 класс учебник Шиманович, Красицкий

4. Объясните различие между спаренными и неспаренными электронами.

Различие между спаренными и неспаренными электронами является фундаментальным понятием в химии и квантовой физике, которое описывает состояние электронов на атомных орбиталях. Это различие определяет магнитные свойства атомов и их способность образовывать химические связи.

В основе этого различия лежит принцип запрета Паули, согласно которому на одной атомной орбитали не может находиться более двух электронов, причем они должны иметь противоположные спины. Спин — это собственная квантовая характеристика электрона. Спиновое квантовое число $m_s$ может принимать только два значения: $+1/2$ (условно "спин вверх", обозначается ↑) и $-1/2$ ("спин вниз", ↓).

Спаренные электроны

Спаренными электронами называют два электрона, которые занимают одну и ту же атомную орбиталь.

• Спины: В соответствии с принципом Паули, спаренные электроны всегда имеют противоположно направленные спины ($m_s = +1/2$ и $m_s = -1/2$). На диаграммах атомных орбиталей это изображается как две разнонаправленные стрелки в одной ячейке: (↑↓).
• Магнитные свойства: Поскольку спины электронов противоположны, создаваемые ими магнитные моменты взаимно компенсируют друг друга. В результате, атом или молекула, у которых все электроны спарены, не обладают собственным магнитным моментом и являются диамагнетиками. Диамагнетики слабо выталкиваются из внешнего магнитного поля.
• Химическая активность: Электронные пары на внешнем энергетическом уровне (неподеленные электронные пары) достаточно стабильны и, как правило, не участвуют в образовании ковалентных связей по обменному механизму. Однако они могут участвовать в образовании донорно-акцепторных связей.
• Пример: Атом гелия (He) имеет электронную конфигурацию $1s^2$. На его единственной 1s-орбитали находятся два спаренных электрона. Гелий является химически инертным благородным газом и диамагнетиком.

Неспаренные электроны

Неспаренный электрон — это электрон, который в одиночку занимает атомную орбиталь.

• Спины: Так как электрон на орбитали один, его спин не скомпенсирован. На диаграммах это изображается как одна стрелка в ячейке: (↑).
• Магнитные свойства: Наличие нескомпенсированного спина создает у атома или молекулы собственный магнитный момент. Такие вещества называются парамагнетиками и обладают способностью втягиваться во внешнее магнитное поле.
• Химическая активность: Неспаренные электроны обладают высокой реакционной способностью. Атомы стремятся к достижению более стабильной электронной конфигурации путем спаривания своих неспаренных электронов с неспаренными электронами других атомов, что приводит к образованию ковалентных химических связей. Валентность многих химических элементов определяется именно числом неспаренных электронов.
• Пример: Атом водорода (H) с конфигурацией $1s^1$ имеет один неспаренный электрон. Атом азота (N) с конфигурацией $1s^2 2s^2 2p^3$ имеет три неспаренных электрона. Согласно правилу Хунда, в пределах одного подуровня электроны сначала занимают свободные орбитали по одному, имея одинаковый спин, и только потом начинают спариваться.

Ответ: Ключевое различие между спаренными и неспаренными электронами заключается в их расположении на атомных орбиталях и, как следствие, в их свойствах.
Спаренные электроны — это два электрона, находящиеся на одной орбитали. Они имеют противоположные спины, их магнитные моменты взаимно компенсируются (вещество диамагнитно), и они менее активны химически.
Неспаренный электрон — это один электрон, занимающий орбиталь. Его спин не скомпенсирован, что придает веществу магнитные свойства (парамагнетизм) и обусловливает высокую химическую активность, поскольку он стремится образовать пару с другим электроном для формирования стабильной химической связи.