Номер 1, страница 87 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

9. Углерод, кремний и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 1, страница 87.

Условие.

1. Составьте электронно-графические формулы атомов углерода и кремния; объясните возможные валентности и степени окисления.

Решение.

Решение 2.

Атом углерода (C)

Углерод (C) — химический элемент 14-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы IV группы), второго периода периодической системы. Порядковый номер — 6. Заряд ядра атома углерода равен +6, в атоме 6 электронов. Электронная формула атома углерода: $1s^2 2s^2 2p^2$.

Рассмотрим строение валентного (внешнего) электронного уровня.

1. Основное (невозбужденное) состояние

В основном состоянии на внешнем уровне атома углерода находятся 4 валентных электрона, из которых два спаренных на $2s$-подуровне и два неспаренных на $2p$-подуровне.

Электронно-графическая формула валентного уровня:
2p [ ↑ ][ ↑ ][ ]
2s [↑↓]

Число неспаренных электронов равно двум, поэтому в основном состоянии углерод может проявлять валентность II. Эта валентность характерна, например, для угарного газа ($CO$).

2. Возбужденное состояние

При получении дополнительной энергии (например, при образовании химической связи) один электрон с $2s$-подуровня может перейти на свободную орбиталь $2p$-подуровня. Атом переходит в возбужденное состояние.

Электронно-графическая формула валентного уровня в возбужденном состоянии:
2p [ ↑ ][ ↑ ][ ↑ ]
2s [ ↑ ]

В возбужденном состоянии у атома углерода четыре неспаренных электрона. Это объясняет его наиболее характерную валентность IV, которую он проявляет в большинстве своих соединений (например, в метане $CH_4$, диоксиде углерода $CO_2$, четыреххлористом углероде $CCl_4$).

Степени окисления углерода

Как элемент 14-й группы, углерод может проявлять различные степени окисления:

• +4 — высшая положительная степень окисления, соответствует отдаче всех четырех валентных электронов (например, в $CO_2$, $H_2CO_3$, $CCl_4$).

• +2 — промежуточная степень окисления, соответствует валентности II (например, в $CO$).

• -4 — низшая отрицательная степень окисления, соответствует принятию четырех электронов до завершения октета (например, в $CH_4$, $Al_4C_3$).

• 0 — в простом веществе (алмаз, графит).

В органических соединениях углерод может иметь и другие промежуточные степени окисления (от -3 до +3).

Ответ: Атом углерода в основном состоянии имеет 2 неспаренных электрона (валентность II), а в возбужденном — 4 неспаренных электрона (валентность IV). Наиболее характерные степени окисления углерода: -4, 0, +2, +4.

Атом кремния (Si)

Кремний (Si) — химический элемент 14-й группы, третьего периода. Является аналогом углерода. Порядковый номер — 14. Заряд ядра атома кремния равен +14, в атоме 14 электронов. Электронная формула атома кремния: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^2$.

Строение валентного уровня атома кремния аналогично строению атома углерода.

1. Основное (невозбужденное) состояние

В основном состоянии на внешнем (третьем) уровне находятся 4 валентных электрона: два спаренных на $3s$-подуровне и два неспаренных на $3p$-подуровне.

Электронно-графическая формула валентного уровня:
3p [ ↑ ][ ↑ ][ ]
3s [↑↓]

Наличие двух неспаренных электронов обуславливает возможную валентность II. Соединения кремния (II) существуют (например, $SiO$), но они менее устойчивы, чем аналогичные соединения углерода.

2. Возбужденное состояние

Атом кремния легко переходит в возбужденное состояние, распаривая $3s$-электроны. Один $3s$-электрон переходит на свободную $3p$-орбиталь. Энергия, необходимая для этого перехода, у кремния меньше, чем у углерода, так как валентные электроны дальше от ядра.

Электронно-графическая формула валентного уровня в возбужденном состоянии:
3p [ ↑ ][ ↑ ][ ↑ ]
3s [ ↑ ]

В возбужденном состоянии у атома кремния четыре неспаренных электрона, что определяет его основную и наиболее устойчивую валентность IV (например, в $SiO_2$, $SiH_4$, $SiF_4$).

Степени окисления кремния

Основные степени окисления кремния:

• +4 — высшая и наиболее характерная степень окисления (например, в диоксиде кремния $SiO_2$, кремниевой кислоте $H_2SiO_3$, силикатах).

• +2 — встречается редко, в неустойчивых соединениях (например, $SiO$).

• -4 — низшая степень окисления, проявляется в соединениях с металлами и водородом (силициды, например $Mg_2Si$, и силан $SiH_4$).

• 0 — в простом веществе (кристаллический кремний).

Ответ: Атом кремния, как и углерод, может проявлять валентности II (в основном состоянии) и IV (в возбужденном). Наиболее характерна валентность IV. Возможные степени окисления: -4, 0, +2, +4, из которых наиболее устойчива +4.