Номер 4, страница 27 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 3. Современные представления о строении атома. Глава 2. Строение вещества. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - номер 4, страница 27.

Условие.

4. На основании особенностей электронного строения объясните, какой из ионов – $Fe^{2+}$ или $Fe^{3+}$ – более устойчив и почему.

Решение.

Решение 2.

Решение

Для того чтобы определить, какой из ионов, $Fe^{2+}$ или $Fe^{3+}$, является более устойчивым, необходимо проанализировать их электронные конфигурации, которые они принимают после потери электронов нейтральным атомом железа.

1. Электронная конфигурация нейтрального атома железа (Fe). Железо — это элемент 8 группы (побочной подгруппы) 4 периода с атомным номером 26. Его электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^64s^2$, или в сокращенном виде, используя конфигурацию предыдущего благородного газа аргона (Ar), — $[Ar] 3d^64s^2$.

2. Образование иона $Fe^{2+}$. При образовании катионов переходные металлы теряют электроны в первую очередь с внешнего $s$-подуровня, а затем с предвнешнего $d$-подуровня. Для образования иона $Fe^{2+}$ атом железа теряет два электрона с $4s$-орбитали. Электронная конфигурация иона $Fe^{2+}$ будет: $[Ar] 3d^6$.

3. Образование иона $Fe^{3+}$. Для образования иона $Fe^{3+}$ атом железа должен потерять три электрона. Два электрона уходят с $4s$-орбитали и еще один — с $3d$-орбитали. В результате электронная конфигурация иона $Fe^{3+}$ становится: $[Ar] 3d^5$.

4. Сравнение устойчивости конфигураций. В химии состояния с полностью или наполовину заполненными электронными подуровнями обладают повышенной устойчивостью. Это связано с симметричным распределением электронной плотности и максимальной энергией обмена.

• У иона $Fe^{2+}$ конфигурация $3d^6$. $d$-подуровень не является ни полностью, ни наполовину заполненным.
• У иона $Fe^{3+}$ конфигурация $3d^5$. $d$-подуровень, который может вместить максимум 10 электронов, в данном случае заполнен ровно наполовину. На каждой из пяти $d$-орбиталей находится по одному электрону. Эта конфигурация является очень устойчивой.

Поскольку ион $Fe^{3+}$ имеет более устойчивую электронную конфигурацию (наполовину заполненный $3d$-подуровень), он является более стабильным по сравнению с ионом $Fe^{2+}$. Эта повышенная стабильность объясняет тот факт, что соединения железа(II) являются хорошими восстановителями и легко окисляются до соединений железа(III), особенно в присутствии кислорода.

Ответ: Ион $Fe^{3+}$ более устойчив. Его электронная конфигурация $[Ar]3d^5$ соответствует наполовину заполненному $3d$-подуровню, что является энергетически выгодным и стабильным состоянием, в отличие от конфигурации $[Ar]3d^6$ иона $Fe^{2+}$.