Номер 2, страница 62 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

7. Кислород, сера и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 2, страница 62.

Условие.

2. Составьте электронно-графические формулы атомов кислорода и серы. Объясните, почему кислород проявляет постоянную, а сера — переменную валентность.

Решение.

Решение 2.

Составьте электронно-графические формулы атомов кислорода и серы.

Для составления электронно-графических формул необходимо определить электронные конфигурации атомов кислорода и серы на их внешних (валентных) энергетических уровнях.

Атом Кислорода (O)
Кислород находится во 2-м периоде, VIА группе, его порядковый номер — 8. Общее число электронов равно 8.
Электронная формула: $O \space 1s^22s^22p^4$.
Валентными являются электроны внешнего, второго энергетического уровня. Электронно-графическая формула валентной оболочки:

 2p [↑↓] [↑ ] [↑ ] 2s [↑↓]

На внешнем уровне атом кислорода имеет 6 валентных электронов, из которых 2 являются неспаренными.

Атом Серы (S)
Сера находится в 3-м периоде, VIА группе, порядковый номер — 16. Общее число электронов равно 16.
Электронная формула: $S \space 1s^22s^22p^63s^23p^4$.
Валентными являются электроны внешнего, третьего энергетического уровня. Электронно-графическая формула валентной оболочки в основном (невозбужденном) состоянии:

 3p [↑↓] [↑ ] [↑ ] 3s [↑↓]

В основном состоянии атом серы, как и кислород, имеет 6 валентных электронов, из которых 2 неспаренные.

Ответ: Электронно-графические формулы валентных оболочек атомов:

Кислород (O), конфигурация $2s^22p^4$:

 2p [↑↓] [↑ ] [↑ ] 2s [↑↓]

Сера (S), конфигурация в основном состоянии $3s^23p^4$:

 3p [↑↓] [↑ ] [↑ ] 3s [↑↓]

Объясните, почему кислород проявляет постоянную, а сера — переменную валентность.

Валентность элемента определяется числом химических связей, которые может образовать его атом. Для элементов главных подгрупп она часто равна числу неспаренных электронов на внешнем энергетическом уровне.

У кислорода валентные электроны находятся на втором энергетическом уровне ($n=2$). Этот уровень состоит только из s- и p-подуровней и не имеет d-подуровня. В основном состоянии у кислорода 2 неспаренных электрона, что соответствует валентности II. Увеличение числа неспаренных электронов за счет распаривания электронных пар ($2s^2$ или $2p^2$) невозможно, так как на втором уровне нет свободных орбиталей с близкой энергией. Переход электрона на следующий, третий уровень требует слишком больших затрат энергии. Поэтому кислород в соединениях проявляет постоянную валентность, равную II.

У серы валентные электроны находятся на третьем энергетическом уровне ($n=3$). На этом уровне, помимо 3s- и 3p-подуровней, существует вакантный (свободный) 3d-подуровень. Благодаря наличию этих свободных орбиталей, атом серы при получении энергии (например, при взаимодействии с более электроотрицательными элементами) может переходить в возбужденные состояния:

• Основное состояние S ($...3s^23p^4$). Имеет 2 неспаренных электрона. Проявляет валентность II (например, в $H_2S$).

   3d [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 3p [↑↓] [↑ ] [↑ ] 3s [↑↓] 

• Первое возбужденное состояние S* ($...3s^23p^33d^1$). Распаривается одна 3p-электронная пара. Атом имеет 4 неспаренных электрона. Проявляет валентность IV (например, в $SO_2$).

   3d [↑ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 3p [↑ ] [↑ ] [↑ ] 3s [↑↓] 

• Второе возбужденное состояние S** ($...3s^13p^33d^2$). Распаривается 3s-электронная пара. Атом имеет 6 неспаренных электронов. Проявляет валентность VI (например, в $SO_3$, $H_2SO_4$).

   3d [↑ ] [↑ ] [ ] [ ] [ ] 3p [↑ ] [↑ ] [↑ ] 3s [↑ ] 

Таким образом, возможность перехода в возбужденные состояния за счет наличия свободного d-подуровня на валентном слое и обуславливает переменную валентность серы.

Ответ: Кислород проявляет постоянную валентность II, так как его валентные электроны расположены на втором энергетическом уровне, на котором отсутствует d-подуровень, что делает невозможным увеличение числа неспаренных электронов. Сера проявляет переменную валентность (II, IV, VI), так как ее валентные электроны находятся на третьем энергетическом уровне, где имеется вакантный d-подуровень, на который могут переходить электроны с s- и p-подуровней, что приводит к увеличению числа неспаренных электронов до четырех и шести.