Электронная структура атомов и ионов является фундаментальной характеристикой, определяющей их химические и физические свойства. Количество электронов на внешней оболочке напрямую влияет на реакционную способность атомов и ионов. В данной статье мы подробно разберем, какие ионы имеют восьмиэлектронную внешнюю оболочку.
Основные принципы электронного строения атомов
Напомним основные принципы, определяющие электронную структуру атомов и ионов:
- Электроны заполняют атомные орбитали в порядке возрастания их энергии
- Орбитали заполняются электронами так, чтобы суммарный спин электронов был максимальным
- В атоме не может быть более двух электронов с одинаковыми квантовыми числами
При образовании катионов атом теряет электроны с внешнего энергетического уровня, а при образовании анионов атом присоединяет электроны на внешний уровень. Таким образом, изменяется количество электронов на внешней оболочке иона.
Ионы p, d и f-элементов с восьмиэлектронной внешней оболочкой
Среди элементов p-блока встречаются ионы селена Se2-, брома Br-, хлора Cl- и серы S2-. Эти анионы образуются за счет присоединения одного или двух электронов к атому, заполняя третий энергетический уровень.
Внешняя оболочка иона p3 - это фосфор P3-. Отдав три электрона, фосфор заполняет внешний уровень восемью электронами.
Внешняя оболочка иона cr3 - хром Cr3+ имеет внешний 3d уровень, куда входит 5 электронов, и 4s уровень с 3 электронами. В сумме получается требуемых 8 электронов.
Особняком стоит марганец, у которого незаполненная 3d оболочка располагается выше 4s, поэтому на внешнем уровне находится 7 электронов.
Среди f-элементов: проэвропий Pr3+. Отдав два электрона с 6s подуровня, прозвропий получает ровно 8 электронов на внешней 4f оболочке.
Химические свойства и применение ионов с восьмиэлектронной оболочкой
Наличие полностью или частично заполненной внешней электронной оболочки определяет химические свойства иона.
К примеру, хлорид-ион проявляет сильные окислительные свойства благодаря стремлению присоединить электрон и достичь электронной конфигурации благородного газа.
Хром Cr3+ образует стабильные комплексные соединения, используемые в процессах дубления кожи. Фосфат-ион PO43- является важной составляющей фосфорных удобрений в сельском хозяйстве.
| Ион | Свойства, применение |
| Se2- | Входит в состав некоторых ферментов |
| S2- | Образует сульфиды с металлами |
Таким образом, конфигурация внешних электронных оболочек ионов определяет их поведение в химических реакциях и возможности практического использования.
Вывод формулы иона по электронной структуре
Зная электронное строение иона, можно определить, к какому химическому элементу он относится и записать его формулу.
- Подсчитать общее количество электронов
- Определить периодическую группу элемента по строению внешнего энергетического уровня
- Записать символ элемента и степень окисления (заряд иона)
Например, для иона с 8 электронами на внешней s-орбитали запишем формулу Mg2+ - это катион магния во второй степени окисления.
Заключение
Окислительно-восстановительные свойства ионов с восьмиэлектронной оболочкой
Наличие незаполненных орбиталей определяет окислительные или восстановительные свойства иона. Анионы, такие как Cl-, S2-, имеют тенденцию присоединять электрон и восстанавливаться.
Катионы элементов переходных металлов, вроде Cr3+, Mn2+, способны отдавать электроны и проявлять окислительные свойства. Это связано с тем, что достраивание d-орбиталей требует затрат энергии.
Устойчивость ионов к окислению и восстановлению
Степень окисления иона соответствует его положению в ряду напряжений металлов. Чем правее в этом ряду расположен металл, тем легче его катион окисляется и тем сильнее его восстановительные свойства.
Так, Mn2+ окисляется до Mn4+, а Fe3+ может восстанавливаться до Fe2+ в реакциях с другими веществами. В то же время Cr3+ обладает высокой устойчивостью к изменению степени окисления.
Применение окислительно-восстановительных реакций ионов
Способность ионов присоединять и отдавать электроны используется в различных химических процессах.
- Хлорид-ионы находят применение для обесцвечивания и дезинфекции в бытовой химии
- Соединения Cr3+ используются для дубления кожи, придания ей прочности и стойкости к гниению
Кислотно-основные свойства соединений ионов
Соединения анионов, таких как серы S2-, фосфора P3-, проявляют кислотные свойства, отдавая протоны с образованием анионов HSO3- и H2PO4-.
Гидроксиды металлов с ионами Mn2+, Fe3+, Cr3+ на внешней d-оболочке являются основаниями, их растворы имеют щелочную реакцию.
Влияние гидратации на кислотно-основные свойства
Сольватация, то есть окружение ионов молекулами растворителя, усиливает кислотные или основные свойства соединений.
Так, гидратированные ионы H3O+ и OH- являются соответственно сильной кислотой и основанием. Гидроксокомплексы переходных металлов проявляют основные свойства.
Применение соединений ионов в промышленности
Ионы с восьмиэлектронной внешней оболочкой и их соединения находят широкое применение в различных отраслях промышленности.
Соединения марганца
Соединения двухвалентного марганца используются в производстве стекла, для осветления и обесцвечивания растворов, а также входят в состав топливных добавок.
Хром и его соединения
Оксиды и соли хрома необходимы для производства нержавеющей стали, дубления кожи, получения пигментов. Широко используется хромовое анодирование металлов.
