Условие задачи
Что общего в электронных конфигурациях фтора и хлора? Чем они различаются?
Решение
Данная задача относится к дисциплине «Химия» (атомная структура, периодическая система элементов). Ниже представлено подробное решение.
1. Для начала рассмотрим электронные конфигурации атомов фтора (Z = 9) и хлора (Z = 17).
• Фтор: его электроны распределяются по уровням следующим образом. Самая полная запись будет:
1s² 2s² 2p⁵
Это означает, что фтор имеет два электрона на первом энергетическом уровне (оболочка 1s) и на втором уровне – два электрона в орбитали 2s и пять в 2p.
• Хлор: при атомном номере 17 его базовая электронная конфигурация имеет вид:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵
Здесь первый и второй уровни полностью заполнены (1s², 2s², 2p⁶), а внешний энергетический уровень (n = 3) имеет два электрона в 3s и пять в 3p.
2. Что общего?
Общее у фтора и хлора то, что их внешняя (валентная) оболочка имеет одинаковую конфигурацию вида ns² np⁵ (для фтора n = 2, для хлора n = 3). Это характерно для элементов группы галогенов в периодической системе и объясняет их схожую химическую активность (например, высокую электроотрицательность, склонность к принятию одного электрона для заполнения внешней оболочки).
3. Чем они различаются?
• Количество энергетических уровней (оболочек): фтор имеет два уровня (n = 1 и n = 2), а хлор – три уровня (n = 1, 2 и 3).
• Структура внутренней оболочки: хлор имеет полностью заполненный второй уровень (1s² 2s² 2p⁶), который отсутствует у фтора, поскольку в его втором уровне содержится всего 2s² 2p⁵.
• Почему это важно? Дополнительный энергетический уровень у хлора изменяет радиус атома, энергию связи электронов и другие физико-химические характеристики. Хотя валентные электроны у обоих элементов организованы одинаково, различается распределение внутренних электронов и, соответственно, его размеры и энергоразмеры переходов.
4. Итог:
Общее: и фтор, и хлор имеют внешнюю оболочку с распределением электронов, представляющим собой ns² np⁵, что определяет их положение в группе 17 (галогены) и сходство в химических свойствах.
Различие: фтор имеет всего два энергетических уровня (1-й и 2-й), а хлор – три (1-й, 2-й и 3-й). Это приводит к различиям в их атомных размерах и энергетических характеристиках, несмотря на сходство внешней электронной конфигурации.
Таким образом, несмотря на разные полные электронные конфигурации, у фтора и хлора общий элемент – неполное заполнение p-орбиталей внешнего уровня (всегда 5 электронов), что определяет их сходство в химическом поведении, а различие заключается в числе заполненных внутренних оболочек.