Номер 87, страница 261 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.87. Запишите электронные конфигурации атома Cu и иона ${\mathrm{Cu}}^{2+}$ в основном состоянии. Определите магнитные свойства этого иона (является ли он диамагнитным или парамагнитным). Приведите пример иона переходного металла с отличными от ${\mathrm{Cu}}^{2+}$ магнитными свойствами.

Решение

Запишите электронные конфигурации атома Cu и иона Cu²⁺ в основном состоянии
Атом меди (Cu) имеет порядковый номер 29 в периодической системе. Его электронная конфигурация является исключением из общего правила заполнения орбиталей (правила Клечковского). Для достижения более стабильного состояния, характеризующегося полностью заполненным d-подуровнем, один электрон с 4s-орбитали «проваливается» на 3d-орбиталь. Таким образом, электронная формула атома меди:
$Cu: 1s^22s^22p^63s^23p^63d^{10}4s^1$ или в сокращенном виде $ [Ar] 3d^{10}4s^1 $.
При образовании катиона $Cu^{2+}$ атом меди последовательно теряет два электрона. В первую очередь уходит электрон с внешнего энергетического уровня, то есть с 4s-подуровня. Второй электрон уходит с предвнешнего 3d-подуровня. Электронная формула иона меди(II):
$Cu^{2+}: 1s^22s^22p^63s^23p^63d^9$ или в сокращенном виде $ [Ar] 3d^9 $.
Ответ: Электронная конфигурация атома $Cu$ в основном состоянии: $ [Ar] 3d^{10}4s^1 $. Электронная конфигурация иона $Cu^{2+}$: $ [Ar] 3d^9 $.

Определите магнитные свойства этого иона (является ли он диамагнитным или парамагнитным)
Магнитные свойства вещества зависят от наличия неспаренных электронов в его атомах, ионах или молекулах. Парамагнитные вещества содержат неспаренные электроны и втягиваются в магнитное поле. Диамагнитные вещества не имеют неспаренных электронов (все электроны спарены) и слабо выталкиваются из магнитного поля.
Рассмотрим электронную конфигурацию иона $Cu^{2+}$: $ [Ar] 3d^9 $. На 3d-подуровне, который может вместить до 10 электронов на 5 орбиталях, находится 9 электронов. При их распределении по орбиталям согласно правилу Хунда, четыре орбитали будут содержать по два спаренных электрона, а на пятой останется один неспаренный электрон. Наличие этого неспаренного электрона определяет парамагнитные свойства иона меди(II).
Ответ: Ион $Cu^{2+}$ является парамагнитным.

Приведите пример иона переходного металла с отличными от Cu²⁺ магнитными свойствами
Ион $Cu^{2+}$ является парамагнетиком. Следовательно, ион с отличными магнитными свойствами должен быть диамагнетиком, то есть не содержать неспаренных электронов. В качестве примера можно рассмотреть ион цинка $Zn^{2+}$.
Атом цинка ($Zn$, порядковый номер 30) имеет электронную конфигурацию $ [Ar] 3d^{10}4s^2 $. При образовании иона $Zn^{2+}$ атом цинка отдает два электрона с внешней 4s-орбитали. Электронная конфигурация иона $Zn^{2+}$ становится $ [Ar] 3d^{10} $. В этом ионе 3d-подуровень полностью завершен, все 10 электронов на нем спарены. Отсутствие неспаренных электронов означает, что ион $Zn^{2+}$ является диамагнетиком.
Ответ: Примером иона переходного металла с отличными (диамагнитными) свойствами является ион цинка $Zn^{2+}$.