Номер 12, страница 186 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 38. Общая характеристика переходных металлов. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 12, страница 186.

Условие.

12. Почему элементы подгруппы цинка часто рассматривают отдельно от других переходных металлов?

Решение.

Решение 2.

Решение

Элементы подгруппы цинка (цинк $Zn$, кадмий $Cd$ и ртуть $Hg$) часто рассматривают отдельно от других переходных металлов, поскольку по своим электронным и химическим свойствам они занимают пограничное положение между $d$-элементами и $p$-элементами. Ключевая причина заключается в том, что по строгому определению Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) они не являются переходными металлами.

Рассмотрим основные отличия:

1. Электронная конфигурация

Согласно определению ИЮПАК, переходный элемент — это элемент, атом которого имеет частично заполненную $d$-оболочку, или который может образовывать катионы с частично заполненной $d$-оболочкой. У атомов цинка, кадмия и ртути $d$-подуровень полностью заполнен электронами (конфигурация $d^{10}$).

• Электронная конфигурация цинка ($Zn$): $[Ar] 3d^{10} 4s^2$.

• Электронная конфигурация кадмия ($Cd$): $[Kr] 4d^{10} 5s^2$.

• Электронная конфигурация ртути ($Hg$): $[Xe] 4f^{14} 5d^{10} 6s^2$.

При образовании наиболее характерного и устойчивого иона $M^{2+}$ (например, $Zn^{2+}$) эти элементы теряют два электрона с внешней $s$-оболочки, а их $d$-оболочка остается полностью заполненной ($d^{10}$). Таким образом, ни в основном состоянии, ни в состоянии устойчивого иона у этих элементов нет частично заполненного $d$-подуровня.

2. Степени окисления

Для типичных переходных металлов, таких как железо, марганец или хром, характерно проявление нескольких, переменных степеней окисления. Это связано с участием $d$-электронов в образовании химических связей. Элементы подгруппы цинка, напротив, проявляют преимущественно одну единственную степень окисления +2. Исключением является ртуть, которая также образует ионы $Hg_2^{2+}$, где формальная степень окисления равна +1, но и в этом случае $d$-оболочка остается заполненной.

3. Окраска соединений

Большинство соединений переходных металлов интенсивно окрашены. Это связано с возможностью электронных переходов между расщепленными $d$-орбиталями под действием видимого света (так называемые $d-d$ переходы). Поскольку у ионов $Zn^{2+}$, $Cd^{2+}$ и $Hg^{2+}$ $d$-оболочка полностью заполнена, такие переходы невозможны. В результате их соли и оксиды, как правило, бесцветны (белые в твердом состоянии), если только анион сам по себе не является окрашенным (например, перманганат или хромат).

4. Физические свойства и каталитическая активность

Элементы подгруппы цинка отличаются от своих соседей по периоду более низкими температурами плавления и кипения. Ртуть при комнатной температуре и вовсе является жидкостью, что резко выделяет ее среди тугоплавких переходных металлов. Кроме того, они проявляют значительно меньшую каталитическую активность, которая у переходных металлов часто связана со способностью легко изменять степень окисления.

В силу этих фундаментальных отличий, обусловленных завершенной $d$-оболочкой, элементы подгруппы цинка не проявляют характерных свойств переходных металлов и поэтому их логично рассматривать как отдельную группу.

Ответ: Элементы подгруппы цинка (Zn, Cd, Hg) часто рассматривают отдельно, потому что они, в отличие от настоящих переходных металлов, имеют полностью заполненную $d$-электронную оболочку (конфигурация $d^{10}$) как в основном состоянии атома, так и в состоянии своего наиболее устойчивого иона ($M^{2+}$). Это приводит к тому, что они не проявляют ключевых свойств переходных металлов: у них нет переменных степеней окисления (стабильна только +2), их соединения в основном бесцветны, и они обладают низкой каталитической активностью.