Номер 11, страница 52 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 2. Химическая связь и строение вещества. Параграф 7. Ионная химическая связь - номер 11, страница 52.

Условие.

11. Спрогнозируйте, как изменяется энергия связи в ряду иодидов NaI, KI, RbI, CsI, если определяющим фактором является радиус катиона металла.

Решение.

Решение 2.

Решение

Рассматриваемые соединения — иодиды щелочных металлов NaI, KI, RbI, CsI — являются ионными кристаллами. Энергия связи в таких соединениях (также называемая энергией кристаллической решётки) определяется в основном силой электростатического притяжения между разноимённо заряженными ионами (катионами металла $M^+$ и анионом иода $I^−$).

Согласно закону Кулона, сила и энергия электростатического взаимодействия обратно пропорциональны расстоянию между центрами ионов. Энергию решётки ($E_{реш}$) можно приблизительно описать формулой, где она обратно пропорциональна межъядерному расстоянию ($r_0$):

$E_{реш} \propto \frac{|z^+ \cdot z^-|}{r_0}$

где $z^+$ и $z^-$ — заряды катиона и аниона, а $r_0$ — это сумма радиусов катиона ($r_к$) и аниона ($r_а$), то есть $r_0 = r_к + r_а$.

В ряду иодидов NaI, KI, RbI, CsI анион ($I^−$) остаётся неизменным, следовательно, его радиус ($r_а$) — постоянная величина. Заряды ионов также постоянны ($+1$ у катионов и $−1$ у аниона). Таким образом, энергия решётки будет зависеть только от радиуса катиона металла ($r_к$).

Катионы $Na^+$, $K^+$, $Rb^+$, $Cs^+$ образованы от металлов первой группы главной подгруппы. При движении сверху вниз по группе радиус атомов и соответствующих им катионов закономерно увеличивается из-за увеличения числа электронных слоёв. Таким образом, радиусы катионов возрастают в ряду:

$r_{Na^+} < r_{K^+} < r_{Rb^+} < r_{Cs^+}$

Следовательно, межъядерное расстояние ($r_0$) также будет увеличиваться в этом ряду:

$r_0(NaI) < r_0(KI) < r_0(RbI) < r_0(CsI)$

Поскольку энергия связи (энергия решётки) обратно пропорциональна межъядерному расстоянию, она будет уменьшаться с увеличением радиуса катиона.

Таким образом, в ряду NaI → KI → RbI → CsI энергия связи будет уменьшаться.

Ответ: В ряду иодидов NaI, KI, RbI, CsI энергия связи уменьшается, так как с ростом порядкового номера щелочного металла увеличивается радиус его катиона, что приводит к увеличению межъядерного расстояния и, следовательно, к ослаблению электростатического притяжения между ионами.