Номер 1, страница 16, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Изобразите электронную формулу атома цинка, покажите распределение электронов по орбиталям. Какие степени окисления характерны для цинка?

Решение

1. Изобразите электронную формулу атома цинка, покажите распределение электронов по орбиталям

Цинк ($Zn$) — это химический элемент с атомным номером 30. Это означает, что нейтральный атом цинка содержит 30 протонов в ядре и 30 электронов на электронных оболочках.

Заполнение электронами атомных орбиталей происходит в соответствии с принципом наименьшей энергии (правило Клечковского), который определяет следующую последовательность:

$1s \rightarrow 2s \rightarrow 2p \rightarrow 3s \rightarrow 3p \rightarrow 4s \rightarrow 3d \rightarrow ...$

Распределим 30 электронов атома цинка по этой схеме:

• На $1s$-подуровень помещается 2 электрона: $1s^2$.
• На $2s$- и $2p$-подуровни помещается 8 электронов: $2s^2 2p^6$.
• На $3s$- и $3p$-подуровни помещается 8 электронов: $3s^2 3p^6$.
• На $4s$-подуровень помещается 2 электрона: $4s^2$.
• Оставшиеся 10 электронов заполняют $3d$-подуровень: $3d^{10}$.

Таким образом, полная электронная формула атома цинка ($_{30}Zn$) имеет вид:

$1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10}$

Сокращенная электронная формула, использующая электронную конфигурацию предшествующего благородного газа аргона ($[Ar] = 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$), выглядит так:

$[Ar] 4s^2 3d^{10}$

Распределение электронов по орбиталям для внешнего ($4s$) и предвнешнего ($3d$) подуровней, которые определяют химические свойства элемента, можно изобразить в виде электронно-графической схемы. Каждая ячейка символизирует орбиталь, а стрелки — электроны с противоположными спинами.

Подуровень $4s$ (одна орбиталь):

↿⇂

Подуровень $3d$ (пять орбиталей):

↿⇂ ↿⇂ ↿⇂ ↿⇂ ↿⇂

Из схемы видно, что и $4s$-, и $3d$-подуровни у атома цинка полностью заполнены, что придает ему особую устойчивость.

Ответ: Электронная формула атома цинка: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10}$. Распределение электронов на внешнем и предвнешнем подуровнях показывает, что и $4s-$, и $3d$-орбитали полностью заполнены спаренными электронами.

2. Какие степени окисления характерны для цинка?

Степень окисления показывает условный заряд атома в соединении. Цинк — металл, и в химических реакциях он проявляет восстановительные свойства, то есть отдает электроны.

Атом цинка отдает два электрона со своего внешнего $4s$-подуровня. Эти электроны слабее всего связаны с ядром, так как находятся на самом дальнем энергетическом уровне. Процесс ионизации выглядит так:

$Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$

После отдачи двух электронов образуется катион цинка $Zn^{2+}$ с электронной конфигурацией $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10}$. Эта конфигурация является энергетически очень выгодной и стабильной, поскольку ион имеет завершенный предвнешний $3d$-подуровень. Отрыв последующих электронов с этого стабильного подуровня требует огромных затрат энергии, поэтому в химических реакциях такие процессы практически не происходят.

Следовательно, для цинка во всех его соединениях характерна одна-единственная, постоянная степень окисления +2. В виде простого вещества (металл) цинк имеет степень окисления 0.

Ответ: Для цинка характерна постоянная степень окисления +2 в соединениях.