Условие задачи

Составьте электронные формулы атомов железа, меди и хрома. Запишите формулы оксидов и гидроксидов этих элементов, определите их характер.

Решение

Ниже приведён подробный разбор задачи по неорганической химии, в которой необходимо составить электронные формулы (конфигурации) атомов железа, меди и хрома, записать формулы их оксидов и гидроксидов, а также определить тип кислотно-основных свойств полученных неорганических соединений.

──────────────────────────────
1. Электронные конфигурации атомов

При составлении электронных конфигураций руководствуемся принципом заполнения орбиталей (правило, сформулированное на основе принципа Паули, принципа минимума энергии и правила Гунда).

► Для железа (Fe, Z = 26):
Полная конфигурация в стандартном виде:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²
Можно записать также через благородное ядро:
[Ar] 3d⁶ 4s²

► Для меди (Cu, Z = 29):
Аномальный порядок заполнения орбиталей приводит к полной комплектации d-оболочки, поэтому конфигурация имеет вид:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹
или с благородным ядром:
[Ar] 3d¹⁰ 4s¹

► Для хрома (Cr, Z = 24):
Тоже имеет аномальную конфигурацию, обеспечивающую максимальную симметрию полу-заполненной d-подоболочки:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s¹
или через [Ar]:
[Ar] 3d⁵ 4s¹

──────────────────────────────
2. Формулы оксидов и гидроксидов

Для переходных металлов характерно наличие двух (иногда нескольких) стабильных степеней окисления. При записи соединений принято указывать формулы в зависимости от степени окисления металла.

А. Железо
Наиболее распространённые степени окисления: +2 и +3.
Оксиды:
– Окись железа(II): FeO
– Окись железа(III): Fe₂O₃
Гидроксиды:
– Гидроксид железа(II): Fe(OH)₂
– Гидроксид железа(III): Fe(OH)₃
Характер:
Как правило, оксиды и гидроксиды железа проявляют основные свойства. (Отмечается, что в случае железа(III) иногда возможны слабые амфотерные проявления, однако основная реакционная способность – основная).

Б. Медь
Типичные степени окисления: +1 и +2 (наиболее стабильным и часто встречающимся является +2).
Оксиды:
– Окись меди(I): Cu₂O
– Окись меди(II): CuO
Гидроксиды:
– Гидроксид меди(II): Cu(OH)₂
(Гидроксид меди(I) практически нестабилен и склонен к диспропорционированию.)
Характер:
Как правило, оксиды и гидроксид меди являются основными.

В. Хром
Наиболее стабильная степень окисления – +3.
Оксид:
– Окись хрома(III): Cr₂O₃
Гидроксид:
– Гидроксид хрома(III): Cr(OH)₃
Характер:
Оксид Cr₂O₃ и гидроксид Cr(OH)₃ являются ярко выраженными амфотерными соединениями, то есть могут реагировать как с кислотами, так и с щёлочами.

──────────────────────────────
3. Вывод

Итак, решение задачи по неорганической химии выглядит следующим образом:

1. Электронные конфигурации:
• Fe: [Ar] 3d⁶ 4s² (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²)
• Cu: [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹)
• Cr: [Ar] 3d⁵ 4s¹ (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s¹)

2. Оксиды и гидроксиды:
A. Железо:
– FeO, Fe₂O₃; – Fe(OH)₂, Fe(OH)₃; (характер – основные)
B. Медь:
– Cu₂O и CuO; – Cu(OH)₂; (характер – основные)
C. Хром:
– Cr₂O₃; – Cr(OH)₃; (характер – амфотерные)

Таким образом, по данной задаче был определён ряд электронных конфигураций для атомов переходных металлов, записаны формулы их оксидов и гидроксидов, а также установлен тип кислотно-основного (или амфотерного) характера полученных соединений.