Номер 4, страница 6, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

4. Чем отличается строение атомов разных галогенов? Как это различие влияет на физические свойства?

Чем отличается строение атомов разных галогенов?

Все галогены (элементы 17-й группы периодической системы: фтор F, хлор Cl, бром Br, иод I, астат At) имеют схожее строение внешнего электронного уровня, что и определяет их общие химические свойства. На их внешнем энергетическом уровне находится 7 валентных электронов, а общая электронная конфигурация внешнего слоя — $ns^2np^5$, где $\text{n}$ — номер периода.

Однако атомы разных галогенов отличаются друг от друга по следующим параметрам, изменяющимся закономерно при движении сверху вниз по группе:

1. Число энергетических уровней (электронных слоев). С каждым последующим элементом в группе (от фтора к астату) увеличивается число электронных слоев. Например, у фтора 2 уровня, у хлора — 3, у брома — 4 и так далее.

2. Атомный радиус. Радиус атома увеличивается сверху вниз по группе. Это связано с увеличением числа энергетических уровней, из-за чего валентные электроны располагаются все дальше от ядра.

3. Заряд ядра. Заряд ядра, равный числу протонов, последовательно возрастает от фтора (+9) к астату (+85).

4. Электроотрицательность. Электроотрицательность — способность атома притягивать к себе электроны — уменьшается сверху вниз по группе. Несмотря на рост заряда ядра, увеличение атомного радиуса и экранирующего эффекта внутренних электронов ослабляет притяжение валентных электронов к ядру. Фтор является самым электроотрицательным элементом.

Ответ: Атомы разных галогенов отличаются числом энергетических уровней, атомным радиусом, зарядом ядра и электроотрицательностью. При движении по группе сверху вниз увеличивается число энергетических уровней и атомный радиус, в то время как электроотрицательность уменьшается. Общим для них является наличие 7 электронов на внешнем уровне.

Как это различие влияет на физические свойства?

Различия в строении атомов галогенов напрямую влияют на их физические свойства, которые изменяются закономерно в ряду F — Cl — Br — I. Галогены в свободном состоянии существуют в виде двухатомных молекул ($F_2$, $Cl_2$, $Br_2$, $I_2$), которые являются неполярными. Связь между такими молекулами осуществляется за счет слабых межмолекулярных сил — лондоновских дисперсионных сил (сил Ван-дер-Ваальса).

Сила этих межмолекулярных взаимодействий зависит от количества электронов в молекуле и, следовательно, от ее молярной массы. С увеличением числа электронов (при переходе от фтора к иоду) растет поляризуемость электронной оболочки молекулы. Это приводит к усилению межмолекулярных взаимодействий.

Усиление межмолекулярных сил сверху вниз по группе приводит к следующим изменениям физических свойств:

1. Агрегатное состояние (при нормальных условиях). Происходит переход от газов к жидкости и твердому телу:

• Фтор ($F_2$) — светло-желтый газ.

• Хлор ($Cl_2$) — желто-зеленый газ.

• Бром ($Br_2$) — красно-бурая жидкость.

• Иод ($I_2$) — серо-черные кристаллы с металлическим блеском.

2. Температуры плавления и кипения. Они закономерно возрастают от фтора к иоду, так как для преодоления более сильных межмолекулярных связей требуется больше энергии.

3. Цвет. Интенсивность окраски галогенов усиливается от фтора к иоду. Это связано с тем, что с увеличением размера молекулы уменьшается энергия, необходимая для возбуждения валентных электронов. В результате молекулы начинают поглощать свет во все более длинноволновой (низкоэнергетической) области видимого спектра.

4. Плотность. Плотность веществ в ряду от фтора к иоду также увеличивается, что является следствием роста их атомной массы.

Ответ: Различия в строении атомов (увеличение числа электронов и атомного радиуса) приводят к усилению межмолекулярных (ван-дер-ваальсовых) сил в ряду от фтора к иоду. Это вызывает закономерное изменение физических свойств: увеличение температур плавления и кипения, плотности, углубление окраски и переход от газообразного состояния к жидкому и твердому.