Номер B, страница 83 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

B

1. Напишите формулы оксидов и гидроксидов элементов ІА- и ПА-групи Периодической системы и сравните их свойства.

2. Сравните электронные конфигурации атомов и ионов №a, Ca, Fe, Cu.

1. Элементы IA-группы (щелочные металлы) и IIA-группы (щелочноземельные металлы) являются s-элементами. Их атомы имеют на внешнем энергетическом уровне соответственно один ($ns^1$) и два ($ns^2$) электрона, которые они легко отдают, проявляя в соединениях степень окисления +1 и +2 соответственно.

Формулы оксидов:

• Для элементов IA-группы (обозначим металл как M) общая формула оксида - $M_2O$. Например: оксид лития $Li_2O$, оксид натрия $Na_2O$, оксид калия $K_2O$.
• Для элементов IIA-группы (обозначим металл как M') общая формула оксида - $M'O$. Например: оксид бериллия $BeO$, оксид магния $MgO$, оксид кальция $CaO$.

Формулы гидроксидов:

• Для элементов IA-группы гидроксиды имеют общую формулу $MOH$. Например: гидроксид натрия $NaOH$, гидроксид калия $KOH$.
• Для элементов IIA-группы гидроксиды имеют общую формулу $M'(OH)_2$. Например: гидроксид магния $Mg(OH)_2$, гидроксид кальция $Ca(OH)_2$.

Сравнение свойств:

• Оксиды: Все оксиды элементов IA-группы и IIA-группы (кроме амфотерного $BeO$) проявляют основные свойства. Они реагируют с кислотами и кислотными оксидами с образованием соли. Основные свойства оксидов усиливаются в группах сверху вниз (например, $MgO$ < $CaO$ < $SrO$) и ослабевают в периодах слева направо (например, $Na_2O$ является более сильным основным оксидом, чем $MgO$). Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (кроме Be и Mg) бурно реагируют с водой, образуя соответствующие гидроксиды (щелочи).
• Гидроксиды: Гидроксиды элементов IA-группы являются сильными основаниями (щелочами). Гидроксиды элементов IIA-группы (кроме амфотерного $Be(OH)_2$ и слабого основания $Mg(OH)_2$) также являются сильными основаниями, но их сила и растворимость в воде, как правило, ниже, чем у гидроксидов щелочных металлов того же периода. Например, $NaOH$ является более сильным основанием и лучше растворим в воде, чем $Mg(OH)_2$. Сила оснований в группах возрастает сверху вниз с увеличением радиуса атома (например, $LiOH$ < $NaOH$ < $KOH$; $Mg(OH)_2$ < $Ca(OH)_2$ < $Ba(OH)_2$).

Ответ: Общая формула оксидов IA-группы - $M_2O$, гидроксидов - $MOH$. Общая формула оксидов IIA-группы - $M'O$, гидроксидов - $M'(OH)_2$. Оксиды и гидроксиды обеих групп проявляют основные свойства (за исключением амфотерных соединений бериллия). Основные свойства и сила оснований усиливаются в группах сверху вниз и ослабевают при переходе от IA к IIA группе в одном периоде.

2. При образовании ионов атомы металлов отдают валентные электроны, как правило, с внешнего энергетического уровня, стремясь к более стабильной электронной конфигурации (часто конфигурации благородного газа).

• Натрий (Na, Z=11)

  Атом $Na$: $1s^22s^22p^63s^1$. Имеет один валентный электрон на 3s-подуровне.

  Ион $Na^+$: $1s^22s^22p^6$. Атом натрия отдает свой единственный валентный электрон и приобретает стабильную электронную конфигурацию благородного газа неона (Ne). Ион $Na^+$ имеет на один электронный слой меньше, чем атом $Na$.

• Кальций (Ca, Z=20)

  Атом $Ca$: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^2$. Имеет два валентных электрона на 4s-подуровне.

  Ион $Ca^{2+}$: $1s^22s^22p^63s^23p^6$. Атом кальция отдает два валентных электрона и приобретает стабильную электронную конфигурацию благородного газа аргона (Ar). Ион $Ca^{2+}$ имеет на один электронный слой меньше, чем атом $Ca$.

• Железо (Fe, Z=26)

  Атом $Fe$: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^64s^2$. Валентные электроны находятся на 4s и 3d подуровнях.

  Ион $Fe^{2+}$: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^6$. Атом железа отдает два электрона с внешнего 4s-подуровня.

  Ион $Fe^{3+}$: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^5$. Атом железа отдает два электрона с 4s-подуровня и один электрон с 3d-подуровня. Эта конфигурация с наполовину заполненным d-подуровнем является особенно стабильной.

• Медь (Cu, Z=29)

  Атом $Cu$: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^{10}4s^1$. У меди наблюдается "провал" электрона с 4s на 3d-подуровень, что приводит к более стабильной конфигурации с полностью заполненным 3d-подуровнем.

  Ион $Cu^+$: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^{10}$. Атом меди отдает один электрон с 4s-подуровня. Ион имеет завершенный 3d-подуровень.

  Ион $Cu^{2+}$: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^9$. Атом меди отдает один электрон с 4s-подуровня и один электрон с 3d-подуровня.

Ответ: При образовании ионов атомы Na и Ca отдают все валентные электроны с внешнего слоя, приобретая конфигурацию ближайшего благородного газа ($Na \rightarrow Na^+$, $Ca \rightarrow Ca^{2+}$). Атомы переходных металлов Fe и Cu при образовании ионов в первую очередь отдают электроны с внешнего s-подуровня, а затем с предвнешнего d-подуровня, образуя ионы с разной степенью окисления (например, $Fe \rightarrow Fe^{2+}, Fe^{3+}$; $Cu \rightarrow Cu^+, Cu^{2+}$), при этом ион $Fe^{3+}$ ($3d^5$) и атом Cu ($3d^{10}4s^1$) имеют особо стабильные конфигурации за счет наполовину и полностью заполненных d-подуровней.