Номер 1, страница 276 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 38. Кислород и озон. Пероксид водорода - номер 1, страница 276.

Условие.

1. Почему валентные возможности кислорода отличаются от валентных возможностей остальных халькогенов?

Решение.

Решение 2.

1. Валентные возможности кислорода отличаются от валентных возможностей остальных халькогенов (серы S, селена Se, теллура Te) главным образом из-за различий в строении их валентных электронных оболочек.

Атом кислорода (O) является элементом 2-го периода. Его электронная конфигурация $1s^2 2s^2 2p^4$. Валентные электроны находятся на втором энергетическом уровне ($n=2$), который состоит только из s- и p-подуровней. На внешнем уровне у кислорода имеется два неспаренных p-электрона ($2s^2 2p_x^2 2p_y^1 2p_z^1$), которые участвуют в образовании двух ковалентных связей. Поэтому кислород в большинстве соединений проявляет валентность II. Важно отметить, что на втором энергетическом уровне отсутствует d-подуровень. Из-за этого атом кислорода не может переходить в возбужденное состояние путем распаривания электронных пар ($2s^2$ и $2p_x^2$) и перемещения электронов на более высокие по энергии орбитали в пределах того же уровня. Это и ограничивает его валентные возможности.

Остальные халькогены, начиная с серы (S), являются элементами 3-го и последующих периодов. Рассмотрим в качестве примера серу (S), которая находится в 3-м периоде. Электронная конфигурация ее валентного слоя $3s^2 3p^4$. В основном (невозбужденном) состоянии атом серы, как и кислород, имеет два неспаренных p-электрона, что позволяет ему проявлять валентность II (например, в соединении $H_2S$).

Ключевое отличие заключается в том, что третий энергетический уровень ($n=3$) содержит вакантный (свободный) d-подуровень. Наличие этих свободных d-орбиталей позволяет атому серы при получении дополнительной энергии переходить в возбужденные состояния за счет распаривания электронов. В основном состоянии ($3s^2 3p^4$) у серы 2 неспаренных электрона, и валентность равна II. В первом возбужденном состоянии один электрон с $\text{3p}$-орбитали переходит на $\text{3d}$-орбиталь (конфигурация $3s^2 3p^3 3d^1$), в результате чего атом имеет 4 неспаренных электрона и проявляет валентность IV (например, в $SF_4, SO_2$). Во втором возбужденном состоянии один электрон уже с $\text{3s}$-орбитали также переходит на $\text{3d}$-орбиталь (конфигурация $3s^1 3p^3 3d^2$). В этом состоянии у атома серы 6 неспаренных электронов, что позволяет ей проявлять высшую валентность VI (например, в $SF_6, SO_3, H_2SO_4$).

Таким образом, способность к «расширению» валентной оболочки за счет участия d-орбиталей позволяет сере и другим тяжелым халькогенам проявлять переменные валентности (II, IV, VI), в то время как кислород такой возможности лишен.

Ответ: Валентные возможности кислорода отличаются от валентных возможностей остальных халькогенов из-за отсутствия на его валентном (втором) электронном уровне свободных d-орбиталей. Это не позволяет атому кислорода распаривать свои валентные электроны и переходить в возбужденное состояние, поэтому его валентность, как правило, ограничена значением II. У других халькогенов (серы, селена и др.), начиная с 3-го периода, имеются вакантные d-орбитали, что позволяет им проявлять более высокие валентности, в частности IV и VI.