Номер 2, страница 186 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 40. Водородные соединения неметаллов. Глава VII. Неметаллы - номер 2, страница 186.

Условие.

2. Какие закономерности наблюдаются в изменении свойств летучих водородных соединений в периодах и группах? Охарактеризуйте их сущность.

Решение.

Решение 2.

Летучие водородные соединения (ЛВС) — это соединения неметаллов с водородом, как правило, для элементов IV-VII групп главных подгрупп. Их общая формула может быть представлена как $ЭH_{n}$ или $ЭH_{8-N}$, где $N$ — номер группы элемента-неметалла. Свойства этих соединений закономерно изменяются в соответствии с положением элемента в периодической системе.

Закономерности, наблюдающиеся в изменении свойств летучих водородных соединений в периодах и группах

Изменение свойств в периодах (при движении слева направо)

При движении по периоду слева направо происходит увеличение заряда ядра атома, числа валентных электронов и электроотрицательности (ЭО) неметалла, при этом его атомный радиус уменьшается. Это приводит к следующим изменениям свойств ЛВС:

• Прочность и полярность связи. С ростом ЭО центрального атома увеличивается полярность ковалентной связи $Э–Н$. Также в периоде увеличивается и прочность этой связи. Рассмотрим ряд соединений 2-го периода: $CH_4 → NH_3 → H_2O → HF$. В этом ряду полярность и прочность связи последовательно возрастают.

• Кислотно-основные свойства. Усиление полярности связи $Э–Н$ облегчает ее диссоциацию с образованием протона $H^+$, что приводит к усилению кислотных свойств водных растворов ЛВС. Характер соединений изменяется от нейтральных к основным и далее к кислотным. Например, для соединений 3-го периода: $SiH_4$ (силан, нейтральный) → $PH_3$ (фосфин, очень слабое основание) → $H_2S$ (сероводород, слабая кислота) → $HCl$ (хлороводород, сильная кислота).

• Окислительно-восстановительные свойства. Восстановительные свойства ЛВС в периоде ослабевают, так как неметалл с большей ЭО прочнее удерживает свои электроны и труднее окисляется.

Изменение свойств в группах (при движении сверху вниз)

При движении по главной подгруппе сверху вниз увеличивается атомный радиус и число электронных слоев, а электроотрицательность неметалла уменьшается.

• Прочность и полярность связи. Длина связи $Э–Н$ увеличивается, а ее энергия (прочность) уменьшается. Полярность связи также уменьшается из-за падения ЭО центрального атома. Например, в ряду галогеноводородов $HF – HCl – HBr – HI$ прочность связи заметно падает.

• Термическая устойчивость. Уменьшение прочности связи приводит к снижению термической устойчивости соединений. Например, вода $H_2O$ гораздо более устойчива к нагреванию, чем сероводород $H_2S$, который, в свою очередь, устойчивее селеноводорода $H_2Se$.

• Кислотно-основные свойства. Кислотные свойства водных растворов ЛВС в группах усиливаются сверху вниз. Несмотря на уменьшение полярности связи, решающим фактором становится уменьшение ее прочности: чем слабее связь, тем легче отщепляется протон. Так, в ряду кислот $HF – HCl – HBr – HI$ их сила возрастает ($HF$ – слабая, остальные – сильные, и их сила растет от $HCl$ к $HI$).

• Окислительно-восстановительные свойства. Восстановительные свойства ЛВС усиливаются сверху вниз. Это связано с тем, что атому с большим радиусом и меньшей ЭО легче отдавать электроны (окисляться). Например, в ряду $H_2O – H_2S – H_2Se – H_2Te$ восстановительная активность резко возрастает; $H_2Te$ является очень сильным восстановителем.

• Физические свойства (температуры кипения). В общем случае температуры кипения растут вниз по группе из-за увеличения молекулярной массы и усиления межмолекулярных ван-дер-ваальсовых сил. Однако первые члены рядов – $NH_3$ (группа 15), $H_2O$ (группа 16) и $HF$ (группа 17) – имеют аномально высокие температуры кипения по сравнению с другими гидридами в своих группах. Это уникальное свойство объясняется образованием между их молекулами прочных водородных связей.

Характеристика сущности закономерностей

Сущность этих закономерностей заключается в том, что свойства летучих водородных соединений являются прямым следствием свойств образующих их элементов-неметаллов, которые периодически изменяются в зависимости от заряда ядра и строения электронных оболочек их атомов. Ключевыми факторами, определяющими свойства ЛВС, являются электроотрицательность и атомный радиус центрального атома.

В периоде доминирующим фактором является рост электроотрицательности, что ведет к усилению полярности связи $Э–Н$ и, как следствие, к усилению кислотных свойств.

В группе главным фактором становится увеличение атомного радиуса. Это приводит к увеличению длины и ослаблению связи $Э–Н$, что вызывает падение термической устойчивости и рост кислотных и восстановительных свойств.

Ответ: Свойства летучих водородных соединений (ЛВС) закономерно изменяются в периодической системе.
В периоде слева направо с ростом электроотрицательности неметалла усиливается полярность связи $Э–Н$, растут кислотные свойства их водных растворов (от нейтральных/основных к кислотным) и ослабевают восстановительные свойства.
В группе сверху вниз с увеличением радиуса атома неметалла прочность связи $Э–Н$ падает, что приводит к уменьшению термической устойчивости, усилению кислотных свойств и усилению восстановительных свойств. Температуры кипения ЛВС, как правило, растут вниз по группе, за исключением аномально высоких значений для $NH_3$, $H_2O$ и $HF$ из-за наличия водородных связей.
Сущность этих закономерностей состоит в том, что свойства соединений являются периодической функцией фундаментальных свойств образующих их элементов, в первую очередь, их атомного радиуса и электроотрицательности.