Номер 2, страница 216 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 45. Медь. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 2, страница 216.

Условие.

2. В I группу, наряду с медью, серебром и золотом, входят щелочные металлы, отличающиеся высокой химической активностью. Сравните электронные конфигурации атомов меди и калия. Чем вызвано резкое различие в химических свойствах этих двух металлов?

Решение.

Решение 2.

1. Медь (Cuprum, Cu) — химический элемент с порядковым номером 29, расположенный в четвертом периоде, побочной подгруппе I группы (или 11-й группе по новой классификации) Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Атомная масса составляет приблизительно 63,546 а.е.м. Медь является d-элементом и относится к переходным металлам.

Электронная конфигурация атома меди: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^{10}4s^1$. Особенностью строения атома меди является так называемый "провал" электрона: один электрон с внешнего 4s-подуровня переходит на предвнешний 3d-подуровень. Это приводит к образованию энергетически более выгодной, полностью заполненной 3d-оболочки.

На внешнем энергетическом уровне у меди находится один электрон ($4s^1$), что формально определяет ее положение в I группе. Однако в химических реакциях могут участвовать не только внешний s-электрон, но и d-электроны с предвнешнего уровня. Поэтому для меди характерна переменная валентность и степени окисления, наиболее устойчивыми из которых являются +1 и +2.

По химическим свойствам медь — металл с низкой активностью. В электрохимическом ряду напряжений металлов она расположена после водорода. Это означает, что медь не вытесняет водород из воды и растворов кислот-неокислителей (таких как соляная или разбавленная серная). Однако медь вступает в реакции с сильными кислотами-окислителями (например, с азотной или концентрированной серной кислотой). При нагревании реагирует с кислородом, галогенами, серой. Медь образует два основных ряда химических соединений, соответствующих степеням окисления Cu(I) и Cu(II).

Ответ: Медь (Cu) — это переходный металл 11-й группы, 4-го периода с атомным номером 29. Электронная конфигурация атома $1s^22s^22p^63s^23p^63d^{10}4s^1$. Медь проявляет переменные степени окисления, чаще всего +1 и +2. Является химически малоактивным металлом, который стоит в ряду напряжений после водорода и реагирует только с кислотами-окислителями.

2. Сравнение электронных конфигураций атомов меди и калия.

Калий (K) — элемент 1-й группы (главной подгруппы), 4-го периода. Порядковый номер 19. Электронная конфигурация атома калия: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^1$. На внешнем уровне находится 1 электрон.

Медь (Cu) — элемент 11-й группы (побочной подгруппы), 4-го периода. Порядковый номер 29. Электронная конфигурация атома меди: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^{10}4s^1$. На внешнем уровне также находится 1 электрон.

Сходство: атомы обоих элементов имеют по одному электрону на внешнем, четвертом, энергетическом уровне ($4s^1$).

Различие: у них разное строение предвнешнего электронного слоя. У калия предвнешний слой (третий) содержит 8 электронов ($3s^23p^6$) и является завершенным. У меди предвнешний слой также завершен, но содержит 18 электронов ($3s^23p^63d^{10}$).

Резкое различие в химических свойствах этих двух металлов вызвано именно этим различием в строении, а также разницей в заряде ядра.

1. У калия внешний электрон $4s^1$ слабо связан с ядром, так как предвнешняя 8-электронная оболочка эффективно его экранирует (ослабляет притяжение к ядру). Поэтому калий легко отдает этот электрон, проявляя высокую химическую активность и постоянную степень окисления +1. Он является типичным щелочным (s-) металлом.

2. У меди заряд ядра (+29) значительно больше, чем у калия (+19). При этом предвнешняя 18-электронная d-оболочка экранирует ядро слабее. В результате внешний $4s^1$ электрон притягивается к ядру меди намного сильнее, чем у калия. Это обуславливает более высокую энергию ионизации и, как следствие, низкую химическую активность меди.

3. Энергетические уровни $3d$ и $4s$ у меди очень близки по энергии. Это приводит к тому, что в химических реакциях могут участвовать не только электроны с $4s$-подуровня, но и с $3d$-подуровня. Именно поэтому медь проявляет переменную степень окисления (+1 и +2) и является типичным переходным (d-) металлом.

Ответ: Резкое различие в химических свойствах меди и калия, несмотря на одинаковое число электронов на внешнем уровне, вызвано различием в строении предвнешнего электронного слоя (8-электронный у K против 18-электронного у Cu), значительно большим зарядом ядра у меди и способностью ее 3d-электронов участвовать в образовании химических связей. В итоге калий — активный s-элемент (щелочной металл), а медь — малоактивный d-элемент (переходный металл).