Номер B, страница 23 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

B

1. Чем отличается электронное строение и свойства атомов $\text{K}$, $Mg$, $Al$ от электронного строения и свойств ионов $K^+$, $Mg^{2+}$, $Al^{3+}$?

2. Чем отличается электронное строение и свойства атомов $Cl$, $Br$, $\text{I}$ от электронного строения и свойств ионов $Cl^-$, $Br^-$, $I^-$?

3. На какие группы делятся электролиты в зависимости от степени диссоциации?

1. Атомы и ионы одних и тех же химических элементов кардинально различаются как по электронному строению, так и по свойствам.

Электронное строение:

Атомы калия ($K$), магния ($Mg$) и алюминия ($Al$) являются электронейтральными частицами. Это означает, что число протонов в ядре равно общему числу электронов на электронных оболочках. Внешний электронный слой у этих атомов не завершен.

- Атом $K$ (калий, №19) имеет электронную конфигурацию $1s^22s^22p^63s^23p^64s^1$. На внешнем, четвертом, энергетическом уровне находится 1 электрон.

- Атом $Mg$ (магний, №12) имеет электронную конфигурацию $1s^22s^22p^63s^2$. На внешнем, третьем, энергетическом уровне находятся 2 электрона.

- Атом $Al$ (алюминий, №13) имеет электронную конфигурацию $1s^22s^22p^63s^23p^1$. На внешнем, третьем, энергетическом уровне находятся 3 электрона.

Ионы $K^+$, $Mg^{2+}$ и $Al^{3+}$ – это положительно заряженные частицы (катионы), которые образуются в результате отдачи атомами электронов с внешнего энергетического уровня. При этом ионы приобретают завершенный внешний электронный слой, как у инертных газов, что делает их энергетически более стабильными.

- Ион $K^+$ образуется при отдаче атомом калия одного электрона. Его электронная конфигурация $1s^22s^22p^63s^23p^6$, что соответствует конфигурации инертного газа аргона ($Ar$).

- Ион $Mg^{2+}$ образуется при отдаче атомом магния двух электронов. Его электронная конфигурация $1s^22s^22p^6$, что соответствует конфигурации инертного газа неона ($Ne$).

- Ион $Al^{3+}$ образуется при отдаче атомом алюминия трех электронов. Его электронная конфигурация также $1s^22s^22p^6$, как у неона ($Ne$).

Свойства:

- Атомы $K$, $Mg$, $Al$ – это химически активные металлы. Они являются сильными восстановителями, так как легко отдают свои валентные электроны. Их радиусы больше, чем у соответствующих ионов.

- Ионы $K^+$, $Mg^{2+}$, $Al^{3+}$ имеют завершенную внешнюю электронную оболочку, поэтому они химически стабильны и не склонны вступать в химические реакции, характерные для атомов (например, окисление). Они существуют в составе ионных соединений (солей, оксидов, гидроксидов) и в растворах. Их радиусы значительно меньше, чем у исходных атомов, так как уменьшается число электронных слоев или усиливается притяжение оставшихся электронов к ядру.

Ответ: Атомы $K$, $Mg$, $Al$ электронейтральны, имеют незавершенный внешний электронный слой, химически активны (восстановители) и обладают большим радиусом. Ионы $K^+$, $Mg^{2+}$, $Al^{3+}$ имеют положительный заряд, завершенный внешний электронный слой (как у инертных газов), химически стабильны и имеют меньший радиус по сравнению с атомами.

2. Различия между атомами галогенов и их ионами также заключаются в строении электронной оболочки и, как следствие, в свойствах.

Электронное строение:

Атомы хлора ($Cl$), брома ($Br$) и иода ($I$) являются электронейтральными частицами. На их внешнем электронном слое находится по 7 электронов, и до его завершения не хватает одного электрона.

- Атом $Cl$ (хлор, №17) имеет электронную конфигурацию $[Ne]3s^23p^5$.

- Атом $Br$ (бром, №35) имеет электронную конфигурацию $[Ar]3d^{10}4s^24p^5$.

- Атом $I$ (иод, №53) имеет электронную конфигурацию $[Kr]4d^{10}5s^25p^5$.

Ионы $Cl^-$, $Br^-$ и $I^-$ – это отрицательно заряженные частицы (анионы), которые образуются в результате присоединения атомами одного электрона на внешний энергетический уровень. В результате они, как и катионы металлов, приобретают стабильную электронную конфигурацию инертного газа.

- Ион $Cl^-$ образуется при присоединении атомом хлора одного электрона. Его электронная конфигурация $[Ne]3s^23p^6$, что соответствует конфигурации аргона ($Ar$).

- Ион $Br^-$ образуется при присоединении атомом брома одного электрона. Его электронная конфигурация $[Ar]3d^{10}4s^24p^6$, что соответствует конфигурации криптона ($Kr$).

- Ион $I^-$ образуется при присоединении атомом иода одного электрона. Его электронная конфигурация $[Kr]4d^{10}5s^25p^6$, что соответствует конфигурации ксенона ($Xe$).

Свойства:

- Атомы $Cl$, $Br$, $I$ – это химически активные неметаллы (галогены). Они являются сильными окислителями, так как стремятся принять один электрон для завершения внешнего слоя. Их радиусы меньше, чем у соответствующих ионов.

- Ионы $Cl^-$, $Br^-$, $I^-$ (галогенид-ионы) имеют завершенную внешнюю электронную оболочку (октет), поэтому они химически стабильны. Они проявляют слабые восстановительные свойства (способность отдавать "лишний" электрон), но не окислительные свойства, характерные для атомов. Их радиусы больше, чем у исходных атомов, так как при добавлении электрона усиливается межэлектронное отталкивание при том же заряде ядра.

Ответ: Атомы $Cl$, $Br$, $I$ электронейтральны, имеют 7 валентных электронов, являются сильными окислителями и обладают меньшим радиусом. Ионы $Cl^-$, $Br^-$, $I^-$ имеют отрицательный заряд, завершенный внешний электронный слой (8 электронов), химически стабильны и имеют больший радиус по сравнению с атомами.

3. Электролиты — это вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток вследствие диссоциации на ионы. Основной количественной характеристикой этого процесса является степень диссоциации ($ \alpha $). Она показывает, какая доля от общего числа растворенных молекул вещества распалась на ионы.

$ \alpha = \frac{число \space диссоциированных \space молекул}{общее \space число \space растворенных \space молекул} $

В зависимости от значения степени диссоциации в водных растворах электролиты делят на три группы:

1. Сильные электролиты. Это вещества, которые при растворении в воде практически полностью диссоциируют на ионы. Для них степень диссоциации велика и стремится к 100% (условно принимается $ \alpha > 30\% $ или $ \alpha \approx 1 $). К ним относятся:

- Большинство солей (например, $NaCl$, $KNO_3$, $CuSO_4$).

- Сильные кислоты (например, $HCl$, $HBr$, $HI$, $HNO_3$, $H_2SO_4$, $HClO_4$).

- Щёлочи — гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (например, $NaOH$, $KOH$, $Ba(OH)_2$).

2. Слабые электролиты. Это вещества, которые диссоциируют на ионы лишь в незначительной степени. Процесс диссоциации для них является обратимым. Степень диссоциации у них мала ($ \alpha < 3\% $). К ним относятся:

- Слабые кислоты (например, угольная $H_2CO_3$, сероводородная $H_2S$, уксусная $CH_3COOH$, плавиковая $HF$).

- Слабые основания (гидрат аммиака $NH_3 \cdot H_2O$, нерастворимые гидроксиды металлов, например, $Fe(OH)_3$, $Cu(OH)_2$).

- Вода ($H_2O$).

3. Электролиты средней силы. Это промежуточная группа веществ со степенью диссоциации от 3% до 30% ($ 3\% < \alpha < 30\% $). Часто эту группу в школьном курсе не выделяют, относя их к слабым электролитам.

- Примеры: ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$), сернистая кислота ($H_2SO_3$), щавелевая кислота ($H_2C_2O_4$).

Ответ: В зависимости от степени диссоциации ($ \alpha $) электролиты делятся на сильные ($ \alpha > 30\% $), слабые ($ \alpha < 3\% $) и электролиты средней силы ($ 3\% < \alpha < 30\% $).