Номер 5, страница 48 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 5. Химическая связь. Виды химической связи. Глава 2. Строение вещества. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - номер 5, страница 48.

Условие.

5. Определите валентные возможности элементов: фосфора, серы, хлора, кремния.

Решение.

Решение 2.

Валентные возможности химического элемента определяются числом неспаренных электронов, которые атом может предоставить для образования химических связей. Для элементов 3-го и последующих периодов возможно проявление переменной валентности, так как их валентные электроны находятся на внешнем энергетическом уровне, где есть свободные d-орбитали. При получении дополнительной энергии (возбуждении) спаренные s- и p-электроны могут распариваться и переходить на эти свободные d-орбитали, увеличивая число неспаренных электронов и, следовательно, возможную валентность.

Фосфор

Фосфор (P) — элемент 15-й группы (VA), 3-го периода. Его электронная конфигурация валентного слоя в невозбужденном (основном) состоянии: $3s^2 3p^3$. На внешнем уровне находятся 5 электронов. В основном состоянии у фосфора есть 3 неспаренных p-электрона:

$P \quad ...3s^2 3p^3$

За счет этих трех электронов фосфор может образовывать три ковалентные связи, проявляя валентность III. Примеры соединений: фосфин ($PH_3$), трихлорид фосфора ($PCl_3$).

При возбуждении атома одна из электронных пар ($3s^2$) распаривается, и один s-электрон переходит на свободную 3d-орбиталь:

$P^* \quad ...3s^1 3p^3 3d^1$

В возбужденном состоянии у атома фосфора становится 5 неспаренных электронов, что позволяет ему образовывать пять ковалентных связей и проявлять валентность V. Примеры: оксид фосфора(V) ($P_2O_5$), пентахлорид фосфора ($PCl_5$).

Ответ: для фосфора характерны валентности III и V.

Сера

Сера (S) — элемент 16-й группы (VIA), 3-го периода. Электронная конфигурация валентных электронов в основном состоянии: $3s^2 3p^4$. На внешнем уровне находятся 6 электронов, из которых 2 неспаренные:

$S \quad ...3s^2 3p^4$

В этом состоянии сера двувалентна. Примеры: сероводород ($H_2S$), сульфиды.

При сообщении энергии сначала распаривается одна p-электронная пара, и один электрон переходит на 3d-орбиталь (первое возбужденное состояние):

$S^* \quad ...3s^2 3p^3 3d^1$

Число неспаренных электронов становится равным четырем, и сера проявляет валентность IV. Примеры: диоксид серы ($SO_2$), сернистая кислота ($H_2SO_3$).

При дальнейшем возбуждении распаривается и s-электронная пара (второе возбужденное состояние):

$S^{**} \quad ...3s^1 3p^3 3d^2$

В этом состоянии у серы уже 6 неспаренных электронов, что соответствует валентности VI. Примеры: триоксид серы ($SO_3$), серная кислота ($H_2SO_4$).

Ответ: для серы характерны валентности II, IV и VI.

Хлор

Хлор (Cl) — элемент 17-й группы (VIIA), 3-го периода (галоген). Электронная конфигурация валентного слоя в основном состоянии: $3s^2 3p^5$. На внешнем уровне 7 электронов, из которых 1 неспаренный:

$Cl \quad ...3s^2 3p^5$

В основном состоянии хлор проявляет валентность I. Примеры: хлороводород ($HCl$), хлорид натрия ($NaCl$).

Атом хлора имеет три электронные пары и может переходить в три различных возбужденных состояния за счет последовательного распаривания сначала p-пар, а затем и s-пары:

1. Первое возбужденное состояние ($...3s^2 3p^4 3d^1$) — 3 неспаренных электрона, валентность III (например, в хлористой кислоте $HClO_2$).

2. Второе возбужденное состояние ($...3s^2 3p^3 3d^2$) — 5 неспаренных электронов, валентность V (например, в хлорноватой кислоте $HClO_3$).

3. Третье возбужденное состояние ($...3s^1 3p^3 3d^3$) — 7 неспаренных электронов, валентность VII (например, в хлорной кислоте $HClO_4$ и оксиде хлора(VII) $Cl_2O_7$).

Ответ: для хлора характерны валентности I, III, V и VII.

Кремний

Кремний (Si) — элемент 14-й группы (IVA), 3-го периода. Электронная конфигурация валентного слоя в основном состоянии: $3s^2 3p^2$. На внешнем уровне 4 электрона, из которых 2 неспаренные:

$Si \quad ...3s^2 3p^2$

Теоретически, в этом состоянии кремний мог бы проявлять валентность II, и такие соединения существуют (например, $SiO$), но они малохарактерны и неустойчивы.

Для кремния, как и для углерода, характерен легкий переход в возбужденное состояние, при котором распаривается $3s^2$-пара, и один электрон переходит на свободную 3p-орбиталь:

$Si^* \quad ...3s^1 3p^3$

В возбужденном состоянии у кремния 4 неспаренных электрона, что позволяет ему образовывать 4 ковалентные связи. Валентность IV является для кремния основной и наиболее характерной. Примеры: диоксид кремния ($SiO_2$), силан ($SiH_4$), тетрахлорид кремния ($SiCl_4$).

Ответ: для кремния характерна валентность IV; валентность II встречается редко.