Номер 4, страница 170 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 23. Неметаллы - химические элементы и простые вещества. Глава 5. Металлы и неметаллы - номер 4, страница 170.

Условие.

4. Сравните строение атомов и свойства кислорода и серы. Укажите их сходство и различия.

Решение.

Решение 2.

Кислород (O) и сера (S) — химические элементы, расположенные в 16-й группе (VIА группе) периодической системы Д.И. Менделеева. Являясь элементами одной группы, они имеют сходства в строении атомов и свойствах, но, находясь в разных периодах, они также обладают существенными различиями.

Сходство

• Положение в периодической системе и строение внешнего электронного слоя: Оба элемента находятся в 16-й группе, главной подгруппе. Атомы кислорода и серы имеют на внешнем энергетическом уровне по 6 валентных электронов. Их общая электронная конфигурация внешнего слоя — $ns^2np^4$, где для кислорода $n=2$ ($2s^22p^4$), а для серы $n=3$ ($3s^23p^4$).
• Химические свойства: И кислород, и сера являются типичными неметаллами. Для завершения внешнего электронного слоя до стабильного октета (8 электронов) им не хватает 2 электронов, поэтому они склонны принимать электроны, проявляя окислительные свойства.
• Степень окисления: Наиболее характерная и низшая степень окисления для обоих элементов равна -2, которую они проявляют в соединениях с менее электроотрицательными элементами (металлами и водородом), например, в оксидах и сульфидах, а также в воде ($H_2O$) и сероводороде ($H_2S$).
• Типы соединений: Оба элемента образуют однотипные водородные соединения состава $H_2Э$, где Э — это O или S ($H_2O$ и $H_2S$).

Различие

• Строение атома:
  • Кислород находится во 2-м периоде, его электроны располагаются на двух энергетических уровнях. Заряд ядра его атома +8. Электронная конфигурация: $_{8}O$ $1s^22s^22p^4$.
  • Сера находится в 3-м периоде, её электроны располагаются на трех энергетических уровнях. Заряд ядра её атома +16. Электронная конфигурация: $_{16}S$ $1s^22s^22p^63s^23p^4$.
  • Атомный радиус серы больше, чем у кислорода, так как у серы больше электронных слоев.
• Электроотрицательность: Кислород — один из самых электроотрицательных элементов (уступает только фтору), его электроотрицательность по Полингу составляет 3,44. У серы электроотрицательность значительно ниже — 2,58. Это обуславливает более ярко выраженные неметаллические и окислительные свойства у кислорода.
• Простые вещества:
  • Кислород при нормальных условиях — бесцветный газ ($O_2$), который поддерживает горение. Его аллотропная модификация — озон ($O_3$) — также газ с резким запахом.
  • Сера при нормальных условиях — жёлтое кристаллическое твёрдое вещество. Наиболее устойчивая её модификация состоит из циклических молекул $S_8$.
• Степени окисления:
  • Для кислорода, кроме -2, характерна степень окисления -1 (в пероксидах, например, $H_2O_2$) и +2 (только в соединении с фтором, $OF_2$). Положительные степени окисления для него нехарактерны.
  • Сера, имея на третьем энергетическом уровне свободные d-орбитали, может проявлять разнообразные положительные степени окисления: +2, +4 (например, в $SO_2$) и +6 (например, в $SO_3$ и $H_2SO_4$).
• Свойства водородных соединений:
  • Вода ($H_2O$) — жидкость при нормальных условиях, без запаха. Между её молекулами существуют прочные водородные связи, что обуславливает её аномально высокие температуры кипения и плавления.
  • Сероводород ($H_2S$) — газ с резким запахом тухлых яиц, ядовит. Водородные связи между его молекулами значительно слабее.
• Высшие оксиды и их гидраты:
  • Сера образует кислотные оксиды $SO_2$ и $SO_3$, которым соответствуют кислоты: сернистая ($H_2SO_3$, слабая) и серная ($H_2SO_4$, сильная).
  • Кислород сам является окислителем в оксидах и не образует "своего" высшего оксида и соответствующей кислоты в том же смысле, что и сера.

Ответ:

Сходство кислорода и серы обусловлено их положением в одной группе периодической системы: у них одинаковое число валентных электронов (6), что определяет общую формулу водородного соединения ($H_2Э$) и характерную низшую степень окисления -2. Различия вызваны нахождением в разных периодах: у серы больше атомный радиус и число электронных слоёв, но меньше электроотрицательность. Это приводит к существенным различиям в свойствах: простое вещество кислород — газ ($O_2$), а сера — твёрдое вещество ($S_8$); сера, в отличие от кислорода, проявляет высокие положительные степени окисления (до +6); их водородные соединения ($H_2O$ и $H_2S$) кардинально различаются по физическим свойствам.