Номер 3, страница 31 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 6. Валентность и валентные возможности атомов. Глава I. Важнейшие химические понятия и законы - номер 3, страница 31.

Условие.

3. Почему максимальная валентность элементов 2-го периода не может быть больше четырёх?

Решение.

Решение 2.

Решение

Максимальная валентность химического элемента определяется числом химических связей, которые атом данного элемента может образовать с другими атомами. Эта способность, в свою очередь, зависит от строения внешнего электронного уровня (валентной оболочки) атома, а именно — от количества валентных атомных орбиталей.

Элементы 2-го периода, к которым относятся Li, Be, B, C, N, O, F, Ne, имеют валентные электроны на втором энергетическом уровне ($n=2$). Этот уровень состоит только из двух подуровней: s-подуровня и p-подуровня. s-подуровень включает одну s-орбиталь, а p-подуровень — три p-орбитали ($p_x, p_y, p_z$). Таким образом, общее число валентных орбиталей на втором уровне равно $1+3=4$.

Поскольку атом может использовать для образования ковалентных связей (как по обменному, так и по донорно-акцепторному механизму) только свои валентные орбитали, их общее число и ограничивает максимальную валентность. Для элементов 2-го периода это число равно четырём.

Рассмотрим атом углерода ($Z=6$). Электронная конфигурация его валентной оболочки в основном состоянии — $2s^22p^2$. При поглощении энергии атом может перейти в возбужденное состояние, распаривая 2s-электроны: $2s^12p^3$. В результате на четырёх валентных орбиталях оказывается четыре неспаренных электрона, что позволяет углероду образовать четыре ковалентные связи и проявить максимальную валентность IV.

Для атома азота ($Z=7$), имеющего конфигурацию $2s^22p^3$, на внешнем уровне есть три неспаренных электрона и одна неподеленная электронная пара. Это позволяет ему проявлять валентность III (за счет неспаренных электронов) или IV (используя неподеленную пару для образования связи по донорно-акцепторному механизму, как в ионе $NH_4^+$). Проявить валентность V азот не может, так как для этого потребовалось бы распарить 2s-электронную пару, а на втором энергетическом уровне нет свободных орбиталей для размещения пятого неспаренного электрона. d-подуровень, который мог бы предоставить такие орбитали, появляется только на третьем энергетическом уровне ($n=3$).

Именно наличие вакантного d-подуровня у элементов 3-го и последующих периодов (например, у фосфора P или серы S) позволяет им проявлять валентность выше четырёх (P – до V, S – до VI).

Таким образом, ключевой причиной ограничения максимальной валентности элементов 2-го периода является строение их валентной электронной оболочки. Ответ: Максимальная валентность элементов 2-го периода не может быть больше четырёх, потому что на их внешнем (втором) электронном уровне имеется всего четыре валентные атомные орбитали (одна s- и три p-орбитали) и отсутствует d-подуровень, что физически ограничивает максимальное число образуемых химических связей.