Номер A, страница 71 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

A

1. Сравните электронное строение частиц, определите различия.

a) $\text{Al}^0 - \text{Al}^{+3}$; б) $\text{Cl}^0 - \text{Cl}^{-1}$

2. Определите направление смещения электронной плотности в парах элементов: $C - N$; $N - O$. Составьте формулы и укажите степени окисления элементов.

3. У какого из элементов в приведенных парах более выражены металлические свойства: $Na - Mg$; $Mg - Al$; $Al - Si$?

1. Сравните электронное строение частиц, определите различия.

а) Al⁰ - Al³⁺

Решение

Атом алюминия ($Al^0$) — это элемент №13 в Периодической системе. Его ядро содержит 13 протонов, а на электронных оболочках находятся 13 электронов. Электронная конфигурация нейтрального атома алюминия: $1s^22s^22p^63s^23p^1$. У атома 3 электронных слоя, на внешнем слое 3 валентных электрона. Общий заряд частицы равен 0.

Катион алюминия ($Al^{3+}$) образуется, когда атом алюминия отдает 3 электрона со своего внешнего (третьего) энергетического уровня. В результате в ионе остается 10 электронов ($13 - 3 = 10$), в то время как число протонов в ядре не меняется (13). Электронная конфигурация иона $Al^{3+}$: $1s^22s^22p^6$. Он имеет завершенный внешний электронный слой (2-й) и всего 2 электронных слоя. Заряд частицы равен +3.

Ключевые различия между $Al^0$ и $Al^{3+}$:

1. Число электронов: у $Al^0$ — 13, у $Al^{3+}$ — 10.

2. Электронная конфигурация и число слоев: у $Al^0$ 3 электронных слоя ($...3s^23p^1$), у $Al^{3+}$ — 2 электронных слоя ($...2s^22p^6$).

3. Заряд частицы: у $Al^0$ — 0, у $Al^{3+}$ — +3.

4. Радиус: радиус атома $Al^0$ значительно больше радиуса иона $Al^{3+}$, поскольку у иона меньше электронных слоев, а оставшиеся электроны сильнее притягиваются к ядру.

Ответ: Частицы различаются числом электронов (13 у $Al^0$ и 10 у $Al^{3+}$), числом электронных слоев (3 и 2 соответственно), электронной конфигурацией, зарядом (0 и +3) и радиусом (атом $Al^0$ крупнее иона $Al^{3+}$).

б) Cl⁰ - Cl⁻¹

Решение

Атом хлора ($Cl^0$) — это элемент №17. В его ядре 17 протонов, а на оболочках 17 электронов. Электронная конфигурация нейтрального атома хлора: $1s^22s^22p^63s^23p^5$. У атома 3 электронных слоя, на внешнем слое 7 валентных электронов. Внешний слой не завершен. Общий заряд частицы равен 0.

Анион хлора (хлорид-ион, $Cl^{-}$) образуется, когда атом хлора принимает 1 электрон на свой внешний энергетический уровень для его завершения. В результате в ионе становится 18 электронов ($17 + 1 = 18$), а число протонов остается равным 17. Электронная конфигурация иона $Cl^{-}$: $1s^22s^22p^63s^23p^6$. Он имеет завершенный внешний электронный слой, как у инертного газа аргона (Ar). Заряд частицы равен -1.

Ключевые различия между $Cl^0$ и $Cl^{-}$:

1. Число электронов: у $Cl^0$ — 17, у $Cl^{-}$ — 18.

2. Электронная конфигурация и заполненность внешнего слоя: у $Cl^0$ внешний слой незавершенный ($...3s^23p^5$), у $Cl^{-}$ — завершенный ($...3s^23p^6$).

3. Заряд частицы: у $Cl^0$ — 0, у $Cl^{-}$ — -1.

4. Радиус: радиус аниона $Cl^{-}$ больше радиуса атома $Cl^0$, так как дополнительный электрон усиливает межэлектронное отталкивание при том же заряде ядра.

Ответ: Частицы различаются числом электронов (17 у $Cl^0$ и 18 у $Cl^{-}$), электронной конфигурацией (у $Cl^{-}$ завершенный внешний слой), зарядом (0 и -1) и радиусом (анион $Cl^{-}$ крупнее атома $Cl^0$).

2. Определите направление смещения электронной плотности в парах элементов: C - N; N - O. Составьте формулы и укажите степени окисления элементов.

Решение

Смещение электронной плотности в ковалентной полярной связи происходит в сторону атома с большей электроотрицательностью. Электроотрицательность элементов в периодах возрастает слева направо.

Пара C - N:

Углерод (C) и Азот (N) находятся во 2-м периоде. Азот стоит правее углерода, поэтому он более электроотрицателен. Следовательно, электронная плотность смещается от углерода к азоту: C → N.

Пример формулы соединения: нитрид углерода(IV) — $C_3N_4$.

Степени окисления в этом соединении: углерод $C^{+4}$, азот $N^{-3}$.

Пара N - O:

Азот (N) и Кислород (O) также находятся во 2-м периоде. Кислород стоит правее азота, поэтому он более электроотрицателен. Электронная плотность смещается от азота к кислороду: N → O.

Пример формулы соединения: оксид азота(V) — $N_2O_5$.

Степени окисления в этом соединении: азот $N^{+5}$, кислород $O^{-2}$.

Ответ: В паре C - N электронная плотность смещена к азоту (C → N); пример формулы $C_3N_4$, степени окисления $C^{+4}$, $N^{-3}$. В паре N - O электронная плотность смещена к кислороду (N → O); пример формулы $N_2O_5$, степени окисления $N^{+5}$, $O^{-2}$.

3. У какого из элементов в приведенных парах более выражены металлические свойства: Na - Mg; Mg - Al; Al - Si?

Решение

Металлические свойства (способность атома отдавать электроны и образовывать положительные ионы) в периодах ослабевают при движении слева направо. Все указанные элементы (Na, Mg, Al, Si) находятся в одном, 3-м периоде.

Пара Na - Mg: Натрий (Na) находится в 1-й группе, а магний (Mg) — во 2-й. Na расположен левее, поэтому его металлические свойства выражены сильнее.

Пара Mg - Al: Магний (Mg) находится во 2-й группе, а алюминий (Al) — в 13-й. Mg расположен левее, поэтому его металлические свойства выражены сильнее.

Пара Al - Si: Алюминий (Al) находится в 13-й группе, а кремний (Si) — в 14-й. Al расположен левее Si. Алюминий — типичный металл, в то время как кремний является полуметаллом (металлоидом). Металлические свойства у Al выражены сильнее.

Ответ: Более выражены металлические свойства у: Na (в паре Na - Mg), Mg (в паре Mg - Al), Al (в паре Al - Si).