Номер 1, страница 102, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Охарактеризуйте изменение физических свойств галогенов в зависимости от их атомных масс.

Решение

Галогены — это элементы 17-й группы периодической системы: фтор ($\text{F}$), хлор ($Cl$), бром ($Br$), иод ($\text{I}$) и астат ($At$). В свободном состоянии они существуют в виде двухатомных молекул ($F_2$, $Cl_2$, $Br_2$, $I_2$). С увеличением порядкового номера элемента и, следовательно, его атомной массы, физические свойства галогенов изменяются закономерно. Это изменение обусловлено увеличением числа электронов и электронных слоев в атомах, что влияет на межмолекулярные взаимодействия и атомные характеристики.

Агрегатное состояние

С ростом атомной массы наблюдается переход от газообразного состояния к жидкому и затем к твердому (при стандартных условиях):

• Фтор ($F_2$) — газ.
• Хлор ($Cl_2$) — газ.
• Бром ($Br_2$) — жидкость.
• Иод ($I_2$) — твердое вещество.
• Астат ($At_2$) — предположительно, твердое вещество.

Эта закономерность объясняется усилением межмолекулярных сил Ван-дер-Ваальса. Чем больше электронов в молекуле (а их число растет с атомной массой), тем сильнее эти силы притяжения, и тем больше энергии требуется для их преодоления, что приводит к конденсации и кристаллизации.

Цвет

Интенсивность окраски галогенов усиливается с увеличением атомной массы:

• Фтор ($F_2$) — очень бледный желто-зеленый газ.
• Хлор ($Cl_2$) — желто-зеленый газ.
• Бром ($Br_2$) — красно-бурая жидкость (пары также бурого цвета).
• Иод ($I_2$) — темно-серые кристаллы с металлическим блеском (пары — фиолетовые).

Углубление цвета связано с тем, что молекулы галогенов поглощают свет в видимой части спектра. С ростом размера атома и числа электронных оболочек энергетический зазор между молекулярными орбиталями уменьшается. В результате для возбуждения электронов требуется свет с меньшей энергией (большей длиной волны), что и приводит к изменению поглощаемого и, соответственно, видимого цвета.

Температуры плавления и кипения

Температуры плавления и кипения закономерно возрастают от фтора к иоду. Это также является прямым следствием усиления межмолекулярных сил Ван-дер-Ваальса с ростом числа электронов в молекулах.

Плотность

Плотность галогенов также увеличивается с ростом атомной массы. Это связано с тем, что атомная масса растет быстрее, чем объем, занимаемый атомами в веществе.

• Фтор ($F_2$, газ, н.у.): 1.7 г/л
• Хлор ($Cl_2$, газ, н.у.): 3.2 г/л
• Бром ($Br_2$, жидкость): 3.1 г/см³
• Иод ($I_2$, твердое тело): 4.93 г/см³

Атомные свойства (Радиус атома и Электроотрицательность)

Хотя это свойства атомов, а не простых веществ, они лежат в основе всех остальных изменений.

• Радиус атома увеличивается от фтора к астату. Это происходит из-за увеличения числа электронных оболочек.
• Электроотрицательность — способность атома притягивать электроны — закономерно уменьшается вниз по группе. Фтор является самым электроотрицательным элементом. Это связано с увеличением радиуса атома и эффектом экранирования заряда ядра внутренними электронами, что ослабляет притяжение валентных электронов.

Уменьшение электроотрицательности приводит к ослаблению окислительной способности галогенов от фтора к иоду, что является их ключевой химической характеристикой.

Ответ: С увеличением атомной массы галогенов (при движении от фтора к иоду) наблюдаются следующие закономерные изменения физических свойств: агрегатное состояние меняется от газа к жидкости и твердому телу; цвет становится более темным и насыщенным; температуры плавления и кипения, а также плотность возрастают. Эти изменения объясняются усилением межмолекулярных сил Ван-дер-Ваальса с ростом числа электронов в молекулах. Одновременно с этим увеличивается радиус атомов и уменьшается их электроотрицательность.