Страница 138 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

• Зная строение атома цинка и его положение в периодической системе, предположите, какие химические свойства для него характерны.

Решение

Для того чтобы предположить химические свойства цинка, необходимо проанализировать его положение в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и рассмотреть строение его атома.

Положение в периодической системе и строение атома цинка

Цинк (химический символ – Zn) – это элемент с порядковым номером 30. Он расположен в 4-м периоде, в 12-й группе (по старой классификации – II группа, побочная подгруппа) Периодической системы.

Так как порядковый номер цинка равен 30, его атом содержит 30 протонов в ядре и 30 электронов на электронных оболочках. Электронная конфигурация атома цинка выглядит следующим образом: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2$ или в сокращенном виде $[Ar] 3d^{10} 4s^2$.

Из электронной конфигурации можно сделать следующие выводы:

• На внешнем, четвертом энергетическом уровне находятся 2 электрона ($4s^2$). Эти электроны являются валентными, то есть участвуют в образовании химических связей.
• Предвнешний третий энергетический уровень является завершенным и содержит 18 электронов ($3s^2 3p^6 3d^{10}$). Важно отметить, что d-подуровень полностью заполнен десятью электронами, что сообщает атому цинка и его иону $Zn^{2+}$ особую устойчивость.
• Цинк относится к d-элементам, но из-за завершенности d-подуровня его свойства во многом схожи со свойствами металлов главных подгрупп.

Характерные химические свойства цинка

Основываясь на строении атома, можно предсказать следующие химические свойства:

1. Металлические свойства и степень окисления. Атом цинка относительно легко отдает два валентных электрона с внешнего 4s-подуровня, превращаясь в положительно заряженный ион $Zn^{2+}$. Это определяет его выраженные металлические свойства. Так как d-подуровень завершен и стабилен, цинк в химических соединениях проявляет практически всегда постоянную степень окисления +2. Этим он отличается от большинства других переходных металлов, для которых характерны переменные степени окисления.
2. Восстановительная активность. Как и все металлы, цинк является восстановителем (отдает электроны). В электрохимическом ряду напряжений металлов он стоит до водорода, что говорит о его способности вытеснять водород из растворов неокисляющих кислот. Это металл средней активности.

   $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$

3. Амфотерные свойства. Цинк находится в периодической системе на границе между типичными металлами и неметаллами. Это приводит к тому, что сам цинк, а также его оксид ($ZnO$) и гидроксид ($Zn(OH)_2$) проявляют амфотерные свойства, то есть способны реагировать как с кислотами, так и с сильными основаниями (щелочами).

   Реакция с кислотой: $Zn(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + 2H_2O$

   Реакция со щелочью: $Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$ (образуется тетрагидроксоцинкат натрия)

   Сам металл также реагирует с растворами щелочей:

   $Zn + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4] + H_2\uparrow$

4. Взаимодействие с неметаллами. Цинк реагирует со многими неметаллами, особенно при нагревании, образуя бинарные соединения, где он проявляет степень окисления +2.

   С кислородом: $2Zn + O_2 \xrightarrow{t} 2ZnO$ (оксид цинка)

   С галогенами: $Zn + Cl_2 \rightarrow ZnCl_2$ (хлорид цинка)

   С серой: $Zn + S \xrightarrow{t} ZnS$ (сульфид цинка)

Ответ: Исходя из строения атома цинка ($[Ar] 3d^{10} 4s^2$) и его положения в Периодической системе, можно предположить, что цинк является металлом средней активности, который проявляет выраженные восстановительные свойства. Для него характерна постоянная степень окисления +2. Важнейшей особенностью цинка и его соединений является амфотерность — способность реагировать как с кислотами, так и со щелочами.