Конфигурация благородного газа. Образование ионной связи.

Есть в таблице Д. И. Менделеева группа элементов, именуемая благородным или инертными газами. Названы они так не спроста, хоть они и проявляют окислительно-восстановительные свойства и вступают в химическую связь, их соединений мы знаем не так много, как соединений многих других элементов. Их низкую химическую активность объясняет то, что у этих элементов «идеальное» количество электронов – восемь (исключение – гелий, однако у него внешний энергетический уровень так же является завершенным, так как на первом уровне может разместиться только два электрона, а не восемь). Атомы с таким количеством электронов на внешнем энергетическом уровне устойчивы и не стремятся к химическому взаимодействию. Максимальное количество электронов на внешнем уровне равно восьми, легко запомнить, так как групп в классической периодической системе восемь, а именно группа определяет количество электронов на внешнем энергетическом уровне.

Остальные элементы стремятся принять конфигурацию благородного газа, превращаясь при этом в ионы.

Рассмотрим данный процесс на примере некоторых элементов.

Атому натрия, для завершения внешнего энергетического уровня не хватает семь электронов, притянуть такое количество, имея большой радиус и небольшое количество протонов оказывается невозможным. Поэтому натрию легче отдать электрон внешнего уровня, тогда второй уровень станет внешним, на нём как раз расположено восемь электронов.

Однако, при этом количество протонов в ядре остаётся равным одиннадцати, а электронов теперь всего десять. Элементарные вычисления (+11-10 = +1) дают нам понять, что теперь это не атом, а положительно заряженная частица – ион:

Ионы, несущие положительный заряд, называются катионами.

Если же мы рассмотрим строение внешнего энергетического уровня фтора, то обнаружим, что этому элементу до завершенного внешнего уровня не хватает всего одного электрона:

Этот электрон фтор может получить от натрия, превратившись при этом в отрицательно заряженную частицу – анион:

Оба атома при таком взаимодействии приняли конфигурацию благородного газа (8 электронов на внешнем уровне), превратились в ионы, после чего притянулись друг к другу из-за противоположных знаков и образовали фторид натрия NaF. Так образуется ионная связь.

Элементы, которые с наибольшей вероятностью отдают электроны, называют металлами, у них хорошо выражены восстановительные свойства (способность отдавать свои электроны, восстанавливая электронную оболочку другого атома до восьмиэлектронной).

Элементы, с наибольшей вероятностью «отнимающие» чужие электроны, называют неметаллами, они проявляют окислительные свойства.

Элементы, отдающие электроны (восстановители) повышают свою степень окисления, тогда как элементы, принимающие электроны (окислители) – понижают степень окисления за счет того, что принятые электроны несут отрицательный заряд.

Исходная частица	Структура внешнего энергетического уровня	процесс	Полученная частица	Структура внешнего энергетического уровня
F0	2s22p5	+1ē	F‒	2s22p6
Na0	3s1	‒1ē	Na+	3s0 Или 2s22p6, так как предвнешний уровень становится внешним

Решение типовых заданий №1 ЕГЭ по химии.

Пример 1.

Для выполнения заданий 1 – 3 используйте следующий ряд химических элементов: Cr Ca K Cu Li Ответом в заданиях 1 – 3 является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду.

Определите, однозарядные катионы каких из указанных элементов имеют конфигурацию благородного газа.

Решение: хром и кальций не образуют однозарядных катионов, однако, если это еще не известно, лучше построить электронные конфигурации всех предложенных элементов, предположив, что они все могут образовывать однозарядный катион. Однозарядный катион имеет заряд +1, значит, от исходного атома нужно отнять один электрон, получив восемь электронов на внешнем (скорее предвнешнем уровне, поэтому укажем и его):

Исходная частица	Структура внешнего энергетического уровня	процесс	Полученная частица	Структура внешнего энергетического уровня
Cr	3d54s1	‒1ē	Cr+	3d5
Ca	3s23p64s2	‒1ē	Ca+	3s23p64s1
K	3s23p6	‒1ē	K+	3s23p6
Cu	3d104s1	‒1ē	Cu+	3d10
Li	1s22s1	‒1ē	Li+	1s2

Из всех полученных ионов восьмиэлектронный внешний энергетический уровень имеет лишь катион калия. Но это задание типовое, в нём обязательно должно быть два ответа. Вторым верным ответом будет литий, так как он принимает конфигурацию гелия, у которого на внешнем уровне всего два электрона. Знание того, что хром и кальций не образуют однозарядных катионов, просто сэкономит Вам время.

Ответ: 35

Пример 2.

Для выполнения заданий 1 – 3 используйте следующий ряд химических элементов: H N Cl As Na Ответом в заданиях 1 – 3 является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду.

Определите, трехзарядные анионы каких из указанных элементов имеют конфигурацию благородного газа.

Решение: попробуем решить данное задание методом исключения:

Натрий – металл, не проявляет окислительных свойств, не может стать анионом.

Водород может принять только один электрон, так как у него всего один энергетический уровень (водород стоит в первом периоде), на первом уровне может уместиться всего два электрона. Поэтому приняв к уже имеющемуся единственному электрону еще один, водород становится однозарядным анионом.

У хлора на внешнем уровне уже имеется семь электронов, есть место только для одного дополнительного, приняв его, хлор станет однозарядным анионом.

Остаётся азот и мышьяк. У обоих есть три неспаренных p-электрона, которые можно дополнить тремя чужими электронами, образуя трехзарядный анион.

Ответ: 24