Номер 69, страница 259 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.69. Вещество состоит из ионов, имеющих одинаковую электронную конфигурацию. Число положительных ионов в веществе в 2 раза меньше числа отрицательных ионов. Предложите формулу такого вещества, запишите электронную конфигурацию ионов. Какое простое вещество состоит из атомов с такой же электронной конфигурацией?

Решение

Обозначим катион (положительный ион) как $M^{x+}$, а анион (отрицательный ион) как $A^{y-}$.

Из условия задачи известно, что число положительных ионов в 2 раза меньше числа отрицательных. Это означает, что на каждый один катион $M^{x+}$ приходится два аниона $A^{y-}$.

Поскольку вещество в целом электронейтрально, суммарный заряд всех ионов должен быть равен нулю. Запишем уравнение электронейтральности для одной формульной единицы вещества: $1 \cdot (+x) + 2 \cdot (-y) = 0$, что приводит к соотношению $x = 2y$.

Это означает, что заряд катиона должен быть в два раза больше заряда аниона (по абсолютной величине). Рассмотрим простейший случай: анион имеет заряд $-1$ ($y=1$), тогда катион должен иметь заряд $+2$ ($x=2$). Формула вещества в таком случае будет $MA_2$.

Второе условие задачи — ионы $M^{2+}$ и $A^{-}$ должны иметь одинаковую электронную конфигурацию, то есть быть изоэлектронными.

Катион $M^{2+}$ образуется из атома элемента $M$ (с порядковым номером $Z_M$), который теряет два электрона. Число электронов в ионе $M^{2+}$ равно $Z_M - 2$.

Анион $A^{-}$ образуется из атома элемента $A$ (с порядковым номером $Z_A$), который присоединяет один электрон. Число электронов в ионе $A^{-}$ равно $Z_A + 1$.

Так как ионы изоэлектронны, число электронов у них одинаково: $Z_M - 2 = Z_A + 1$, откуда $Z_M = Z_A + 3$.

Теперь нужно найти в периодической системе пару элементов, у которых порядковые номера отличаются на 3, при этом один (с большим $Z$) способен образовывать катион $M^{2+}$ (как правило, металлы IIA группы), а другой (с меньшим $Z$) — анион $A^{-}$ (как правило, галогены, VIIA группа).

Рассмотрим конкретный пример. Пусть элемент $A$ — это фтор (F), с порядковым номером $Z_A = 9$. Он находится в VIIA группе и образует ион $F^{-}$. Тогда элемент $M$ должен иметь порядковый номер $Z_M = 9 + 3 = 12$. Это магний (Mg), который находится во IIA группе и образует ион $Mg^{2+}$. Эта пара элементов и их ионы удовлетворяют всем условиям задачи.

Предложите формулу такого вещества

Вещество состоит из ионов $Mg^{2+}$ и $F^{-}$. Так как на один ион магния приходится два иона фтора для соблюдения электронейтральности, формула вещества — фторид магния.

Ответ: $MgF_2$.

запишите электронную конфигурацию ионов

Атом магния Mg ($Z=12$) имеет конфигурацию $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$. Теряя два внешних электрона, он превращается в ион $Mg^{2+}$ с 10 электронами. Атом фтора F ($Z=9$) имеет конфигурацию $1s^2 2s^2 2p^5$. Присоединяя один электрон, он превращается в ион $F^{-}$ также с 10 электронами. Оба иона, $Mg^{2+}$ и $F^{-}$, имеют одинаковую электронную конфигурацию, соответствующую заполненному второму электронному слою.

Ответ: $1s^2 2s^2 2p^6$.

Какое простое вещество состоит из атомов с такой же электронной конфигурацией?

Электронная конфигурация $1s^2 2s^2 2p^6$ соответствует атому с 10 электронами. В периодической системе элемент с порядковым номером $Z=10$ — это неон (Ne). Неон является инертным (благородным) газом и при нормальных условиях представляет собой простое вещество, состоящее из отдельных атомов.

Ответ: Неон (Ne).