Номер 220, страница 52 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

220. Укажите, какие из приведённых ниже валентных состояний указанных химических элементов не существуют:

а) $F(VII)$;

б) $P(V)$;

в) $H(II)$;

г) $He(I)$;

д) $C(IV)$;

е) $Cl(VII)$;

ё) $S(VI)$;

ж) $O(VI)$.

Ответ поясните.

а) F(VII)

Фтор (F) — это элемент 2-го периода, 17-й группы периодической системы. Его электронная конфигурация $1s^2 2s^2 2p^5$. На внешнем (втором) энергетическом уровне у фтора 7 валентных электронов, но в основном состоянии только один неспаренный электрон, что обуславливает его постоянную валентность I в соединениях. Поскольку фтор находится во втором периоде, у него отсутствует d-подуровень на валентном уровне ($n=2$). Это означает, что у атома фтора нет свободных орбиталей с близкой энергией, куда могли бы перейти электроны для распаривания. Таким образом, фтор не может переходить в возбужденное состояние и проявлять валентность выше I.

Ответ: валентное состояние F(VII) не существует.

б) P(V)

Фосфор (P) — элемент 3-го периода, 15-й группы. Электронная конфигурация его валентных электронов — $3s^2 3p^3$. В основном состоянии атом фосфора имеет три неспаренных электрона, проявляя валентность III (например, в $PCl_3$). Однако, в отличие от элементов 2-го периода, у фосфора на третьем энергетическом уровне есть вакантный 3d-подуровень. При получении энергии атом фосфора может перейти в возбужденное состояние: один электрон с 3s-подуровня переходит на 3d-подуровень. В результате электронная конфигурация становится $3s^1 3p^3 3d^1$, и атом фосфора имеет 5 неспаренных электронов. Это позволяет ему образовывать 5 ковалентных связей, то есть проявлять валентность V (например, в оксиде фосфора(V) $P_2O_5$ или пентахлориде фосфора $PCl_5$).

Ответ: валентное состояние P(V) существует.

в) H(II)

Водород (H) — первый элемент периодической системы. Его электронная конфигурация $1s^1$. Атом водорода имеет всего один электрон и одну валентную орбиталь (1s). Для образования химической связи он может использовать только этот один электрон. Следовательно, водород может образовать только одну ковалентную связь, и его валентность всегда равна I.

Ответ: валентное состояние H(II) не существует.

г) He(I)

Гелий (He) — инертный газ, находящийся в 1-м периоде и 18-й группе. Его электронная конфигурация $1s^2$. Его единственный электронный уровень полностью завершен, он содержит два спаренных электрона. У гелия нет неспаренных электронов и нет возможности их создать в обычных условиях, поэтому он химически инертен и не образует соединений. Его валентность принимается равной нулю.

Ответ: валентное состояние He(I) не существует.

д) C(IV)

Углерод (C) — элемент 2-го периода, 14-й группы с валентной электронной конфигурацией $2s^2 2p^2$. В основном состоянии у него 2 неспаренных p-электрона, что соответствует валентности II (например, в угарном газе CO). Однако атом углерода легко переходит в возбужденное состояние ($2s^1 2p^3$) за счет перехода одного 2s-электрона на пустую 2p-орбиталь. В этом состоянии у него 4 неспаренных электрона, что позволяет ему проявлять валентность IV, которая является для него наиболее характерной (например, в метане $CH_4$ и диоксиде углерода $CO_2$).

Ответ: валентное состояние C(IV) существует.

е) Cl(VII)

Хлор (Cl) — элемент 3-го периода, 17-й группы. Электронная конфигурация валентных электронов — $3s^2 3p^5$. Подобно фосфору, хлор имеет вакантный 3d-подуровень. Это позволяет атому хлора переходить в различные возбужденные состояния путем последовательного распаривания электронных пар на 3p- и 3s-подуровнях. В максимально возбужденном состоянии ($3s^1 3p^3 3d^3$) у хлора имеется 7 неспаренных электронов, что позволяет ему проявлять высшую валентность VII. Примеры соединений: оксид хлора(VII) $Cl_2O_7$, хлорная кислота $HClO_4$.

Ответ: валентное состояние Cl(VII) существует.

ё) S(VI)

Сера (S) — элемент 3-го периода, 16-й группы. Электронная конфигурация валентных электронов — $3s^2 3p^4$. Как и у других элементов 3-го периода, у серы есть вакантный 3d-подуровень. При переходе в возбужденное состояние атом серы может распарить две свои электронные пары, получив 6 неспаренных электронов (конфигурация $3s^1 3p^3 3d^2$). Это соответствует валентности VI, которую сера проявляет в таких соединениях, как оксид серы(VI) $SO_3$, гексафторид серы $SF_6$ и серная кислота $H_2SO_4$.

Ответ: валентное состояние S(VI) существует.

ж) O(VI)

Кислород (O) — элемент 2-го периода, 16-й группы. Его электронная конфигурация $1s^2 2s^2 2p^4$. У кислорода 6 валентных электронов. В основном состоянии у него 2 неспаренных p-электрона, поэтому его типичная валентность равна II. Как и фтор, кислород является элементом второго периода и не имеет d-подуровня на своем внешнем энергетическом уровне. Из-за отсутствия свободных орбиталей атом кислорода не может распаривать свои электронные пары и увеличивать число неспаренных электронов. Поэтому валентность VI, равная номеру группы, для кислорода невозможна.

Ответ: валентное состояние O(VI) не существует.