Номер 11, страница 186 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 38. Общая характеристика переходных металлов. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 11, страница 186.

Условие.

11. Сравните металлы главных подгрупп и переходные металлы по следующим признакам:

а) электронная конфигурация атомов;

б) разнообразие степеней окисления;

в) окраска солей;

г) физические свойства простых веществ.

Решение.

Решение 2.

а) электронная конфигурация атомов

У металлов главных подгрупп (s- и p-элементов) валентные электроны, определяющие их химические свойства, заполняют s- и p-подуровни внешнего электронного слоя. Общая электронная формула валентных электронов для s-металлов — $ns^{1-2}$, для p-металлов — $ns^2np^{1-4}$. Например, электронная конфигурация натрия (Na) — $[Ne]3s^1$, а алюминия (Al) — $[Ne]3s^23p^1$. Внутренние электронные слои у них полностью завершены.

У переходных металлов (d-элементов) происходит заполнение d-подуровня предвнешнего (второго снаружи) электронного слоя. Валентными у них являются электроны не только внешнего s-подуровня, но и предвнешнего d-подуровня, так как их энергии очень близки. Общая формула валентных электронов — $(n-1)d^{1-10}ns^{1-2}$. Например, у железа (Fe) конфигурация — $[Ar]3d^64s^2$. Для d-элементов характерно явление "провала электрона" для достижения более стабильных конфигураций $d^5$ или $d^{10}$, как у хрома (Cr) $[Ar]3d^54s^1$ и меди (Cu) $[Ar]3d^{10}4s^1$.

Ответ: У металлов главных подгрупп валентные электроны располагаются на s- и p-подуровнях внешнего энергетического уровня. У переходных металлов валентными являются электроны s-подуровня внешнего уровня и d-подуровня предвнешнего уровня.

б) разнообразие степеней окисления

Для металлов главных подгрупп характерна, как правило, одна постоянная положительная степень окисления, равная номеру группы. Они легко отдают все свои валентные электроны, приобретая электронную конфигурацию инертного газа. Например, щелочные металлы (IА группа) всегда проявляют степень окисления +1, а металлы IIA группы — +2.

Переходные металлы проявляют переменные степени окисления. Это связано с тем, что в образовании химических связей могут участвовать электроны с разных энергетических подуровней (внешнего s- и предвнешнего d-). Это приводит к большому разнообразию степеней окисления. Например, марганец (Mn) образует соединения со степенями окисления от +2 до +7, а железо (Fe) наиболее часто встречается в степенях окисления +2 и +3.

Ответ: Металлы главных подгрупп чаще всего имеют одну постоянную степень окисления, в то время как для переходных металлов характерно проявление нескольких, переменных степеней окисления.

в) окраска солей

Соединения металлов главных подгрупп в подавляющем большинстве случаев бесцветны (имеют белый цвет в кристаллическом состоянии). Их ионы имеют полностью заполненные или полностью пустые электронные оболочки, поэтому для возбуждения электрона требуется большое количество энергии, соответствующее ультрафиолетовой части спектра. Видимый свет не поглощается. Примерами являются белые соли $NaCl$, $MgSO_4$, $Al(NO_3)_3$.

Большинство солей и комплексных соединений переходных металлов окрашены. Причиной этого является наличие у их ионов частично заполненных d-подуровней. В соединениях d-орбитали расщепляются на несколько энергетических уровней. Энергия, необходимая для перехода электрона между этими уровнями (d-d-переход), часто соответствует энергии фотонов видимого света. В результате ион поглощает свет определенного цвета, а человеческий глаз воспринимает дополнительный к поглощенному цвет. Например, растворы солей $Cu^{2+}$ имеют сине-голубой цвет, солей $Ni^{2+}$ — зеленый, а солей $Fe^{3+}$ — желто-коричневый.

Ответ: Соли металлов главных подгрупп, как правило, бесцветны, в отличие от солей переходных металлов, которые в большинстве своем окрашены.

г) физические свойства простых веществ

Физические свойства простых веществ — металлов главных подгрупп — сильно варьируются. Среди них есть очень мягкие и легкоплавкие (щелочные металлы Na, K), есть легкие и ковкие (Al), а есть и тяжелые, мягкие металлы (Pb, Bi).

Простые вещества — переходные металлы — в основном обладают схожими физическими свойствами: они твердые, тугоплавкие, имеют высокую плотность и являются хорошими проводниками тепла и электричества. Высокая прочность их кристаллической решетки объясняется участием в образовании металлической связи как s-, так и d-электронов. Типичные примеры — железо (Fe), вольфрам (W), титан (Ti). Исключением является ртуть (Hg) — единственный металл, жидкий при комнатной температуре.

Ответ: Переходные металлы в основном являются твердыми, тугоплавкими и тяжелыми, тогда как физические свойства металлов главных подгрупп значительно более разнообразны.