Номер 2, страница 254 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 35. Галогены - номер 2, страница 254.

Условие.

2. Как изменяются физические свойства галогенов при увеличении зарядов их ядер? Объясните почему.

Решение.

Решение 2.

Решение

Галогены — это элементы 17-й группы периодической системы. Увеличение заряда ядра в этой группе соответствует переходу от элемента к элементу сверху вниз (от фтора $\text{F}$ к астату $\text{At}$). При этом происходит закономерное изменение физических свойств простых веществ, образованных этими элементами.

Агрегатное состояние

С увеличением заряда ядра агрегатное состояние галогенов при нормальных условиях изменяется от газообразного к твердому: фтор ($F_2$) и хлор ($Cl_2$) — газы, бром ($Br_2$) — жидкость, а иод ($I_2$) — твердое вещество. Молекулы галогенов ($Hal_2$) неполярны, поэтому между ними действуют только слабые межмолекулярные силы (силы Ван-дер-Ваальса). При движении вниз по группе увеличивается число электронов в молекуле, что приводит к усилению этих сил. В результате для разделения молекул требуется больше энергии, что и объясняет переход от газа к жидкости и далее к твердому телу.

Цвет

Окраска галогенов становится глубже и интенсивнее: фтор — очень бледный желто-зеленый, хлор — желто-зеленый, бром — красно-бурый, иод — темно-фиолетовый с металлическим блеском. Это объясняется поглощением света в видимой области спектра, которое вызывает переход электронов на более высокий энергетический уровень. С увеличением размера атома и числа электронных оболочек энергетический зазор между молекулярными орбиталями уменьшается. Поэтому для возбуждения электронов требуется все меньше энергии, то есть поглощаются фотоны с большей длиной волны, что приводит к углублению окраски.

Температуры плавления и кипения

Температуры плавления и кипения закономерно возрастают от фтора к иоду. Эта тенденция напрямую связана с усилением межмолекулярных сил. Чем больше электронов в молекуле и чем больше ее поляризуемость, тем сильнее ван-дер-ваальсово притяжение. Следовательно, требуется больше тепловой энергии (более высокая температура), чтобы преодолеть это притяжение и осуществить фазовый переход (плавление или кипение).

Плотность

Плотность галогенов также увеличивается с ростом заряда ядра. Это связано с тем, что атомная масса растет значительно быстрее, чем атомный объем. Поэтому отношение массы к объему ($ρ = m/V$) для каждого последующего галогена оказывается больше, чем для предыдущего.

Ответ:

С увеличением заряда ядра у галогенов (при движении по группе сверху вниз) наблюдается переход от газообразного к твердому агрегатному состоянию, углубление и усиление окраски, а также рост температур плавления и кипения и увеличение плотности. Все эти изменения (кроме плотности) объясняются главным образом увеличением числа электронов в молекулах, что ведет к усилению межмолекулярных ван-дер-ваальсовых сил. Увеличение плотности связано с более быстрым ростом атомной массы по сравнению с атомным объемом.