Номер 3, страница 115, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Какие степени окисления характерны для титана в его соединениях? Составьте схему размещения электронов по орбиталям в атоме титана.

Степени окисления титана в его соединениях

Титан ($Ti$) — это химический элемент 4-й группы (побочной подгруппы), 4-го периода периодической системы, с атомным номером 22. Его электронная конфигурация в основном состоянии: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^2 4s^2$.

На внешнем, четвертом, энергетическом уровне находятся 2 электрона ($4s^2$), а на предвнешнем, третьем, d-подуровне — еще 2 электрона ($3d^2$). Эти четыре электрона являются валентными и определяют химические свойства титана.

В соединениях титан проявляет несколько степеней окисления:

• +4: Это высшая, наиболее устойчивая и самая характерная степень окисления для титана. Она соответствует отдаче всех четырех валентных электронов (двух $4s$ и двух $3d$). При этом ион $Ti^{4+}$ приобретает стабильную электронную конфигурацию благородного газа аргона $[Ar]$. Примеры соединений: диоксид титана ($TiO_2$), тетрахлорид титана ($TiCl_4$).

• +3: Также довольно распространенная степень окисления. Она образуется при потере трех валентных электронов (двух $4s$ и одного $3d$). Ион $Ti^{3+}$ имеет электронную конфигурацию $[Ar] 3d^1$. Соединения титана(III) являются сильными восстановителями и обычно окрашены (например, водные растворы солей $Ti^{3+}$ имеют фиолетовый цвет). Примеры: оксид титана(III) ($Ti_2O_3$), хлорид титана(III) ($TiCl_3$).

• +2: Менее характерная и менее устойчивая степень окисления. Образуется при потере двух электронов с внешнего 4s-подуровня. Ион $Ti^{2+}$ имеет электронную конфигурацию $[Ar] 3d^2$. Соединения титана(II) являются очень сильными восстановителями. Примеры: оксид титана(II) ($TiO$), хлорид титана(II) ($TiCl_2$).

Существуют и более низкие степени окисления (например, 0), но они нехарактерны и встречаются редко.

Ответ: Для титана наиболее характерна степень окисления +4. Также он проявляет степени окисления +3 и +2.

Схема размещения электронов по орбиталям в атоме титана

Атом титана ($Ti$) имеет порядковый номер Z = 22. Это означает, что в нейтральном атоме содержится 22 протона в ядре и 22 электрона на электронных оболочках.

Электроны распределяются по энергетическим уровням и подуровням в соответствии с принципом наименьшей энергии, принципом Паули и правилом Хунда.

Полная электронная формула атома титана, отражающая порядок заполнения орбиталей, записывается как:

$_{22}Ti$ $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^2$

Для наглядности используется электронно-графическая схема, которая показывает распределение электронов по квантовым ячейкам (орбиталям). Ниже представлена схема для валентных электронов титана, которые расположены на 4s- и 3d-подуровнях:

4s-подуровень: [↑↓]

3d-подуровень: [↑] [↑] [ ] [ ] [ ]

Эта схема показывает, что на 4s-орбитали находится пара электронов с противоположными спинами (обозначены стрелками ↑ и ↓). На 3d-подуровне, который состоит из пяти орбиталей, два электрона, согласно правилу Хунда, занимают две разные орбитали и имеют одинаковые (параллельные) спины, обозначенные стрелками ↑. Остальные три 3d-орбитали остаются свободными.

Ответ: Электронная формула титана: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^2$. Электронно-графическая схема валентных электронов: 4s: [↑↓], 3d: [↑] [↑] [ ] [ ] [ ].