Номер 2, страница 43 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Какое состояние атома углерода называют возбуждённым?

Решение

Чтобы понять, что такое возбуждённое состояние атома углерода, нужно сначала рассмотреть его электронное строение в основном, или невозбуждённом, состоянии.

Атом углерода (C) — шестой элемент в периодической таблице, следовательно, у него 6 протонов и 6 электронов. Электронная конфигурация атома углерода в основном состоянии: $1s^22s^22p^2$.

Нас интересуют валентные электроны, находящиеся на внешнем (втором) энергетическом уровне. Их электронно-графическая формула, показывающая распределение по орбиталям, такова:
2p-подуровень: [↑][↑][ ]
2s-подуровень: [↑↓]
В основном состоянии атом углерода имеет два неспаренных электрона на $2p$-орбиталях. Это предполагает, что углерод должен быть двухвалентным, то есть образовывать две химические связи.

Однако в подавляющем большинстве своих соединений (например, в метане $CH_4$, этане $C_2H_6$ и других органических веществах) углерод проявляет валентность IV, то есть образует четыре химические связи. Это становится возможным благодаря переходу атома в возбуждённое состояние.

Возбуждённое состояние (обозначается C*) — это состояние с более высокой энергией. Атом переходит в него, поглощая небольшое количество энергии (квант энергии). В случае углерода эта энергия вызывает "распаривание" электронной пары на $2s$-подуровне: один из $2s$-электронов переходит на вакантную (свободную) $2p$-орбиталь.

Электронная конфигурация возбуждённого атома углерода (C*) становится $1s^22s^12p^3$. Его электронно-графическая формула для внешнего уровня выглядит так:
2p-подуровень: [↑][↑][↑]
2s-подуровень: [↑]
Теперь у атома углерода четыре неспаренных электрона, и он может образовать четыре ковалентные связи. Энергия, затраченная на возбуждение атома, с избытком компенсируется энергией, выделяющейся при образовании двух дополнительных, более прочных связей.

Ответ: Возбуждённым состоянием атома углерода называют его состояние с более высокой энергией, в которое он переходит при поглощении энергии. Этот переход заключается в том, что один электрон с $2s$-подуровня перемещается на свободную $2p$-орбиталь, в результате чего электронная конфигурация внешнего слоя становится $2s^12p^3$. В возбуждённом состоянии атом углерода имеет четыре неспаренных электрона, что позволяет ему проявлять валентность IV и образовывать четыре ковалентные связи.