Номер 1, страница 75 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

8. Азот, фосфор и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 1, страница 75.

Условие.

1. Составьте электронно-графическую формулу атома азота. Какую максимальную валентность может проявлять азот в соединениях?

Решение.

Решение 2.

Решение

1. Составление электронно-графической формулы атома азота.

Азот ($N$) — химический элемент 2-го периода V группы главной подгруппы периодической системы. Его порядковый номер — 7. Следовательно, заряд ядра атома азота равен +7, и в его электронной оболочке находится 7 электронов.

Распределим эти электроны по энергетическим уровням и подуровням. Электронная формула атома азота в основном (невозбужденном) состоянии выглядит следующим образом: $_{+7}N\ 1s^22s^22p^3$.

Для составления электронно-графической формулы необходимо распределить электроны по орбиталям в соответствии с принципом Паули и правилом Хунда. Орбиталь обозначается в виде ячейки (квантовой ячейки), а электрон — в виде стрелки.

• На первом энергетическом уровне ($n=1$) находится одна $s$-орбиталь, на которой располагаются два спаренных электрона с противоположными спинами.
• На втором, внешнем, энергетическом уровне ($n=2$) находятся одна $s$-орбиталь и три $p$-орбитали. На $2s$-орбитали располагаются два спаренных электрона.
• Оставшиеся три электрона, согласно правилу Хунда, занимают три свободные $2p$-орбитали, по одному электрону на каждой, причем их спины параллельны.

Таким образом, электронно-графическая формула атома азота имеет вид:

$N$
$2p \ \ \underline{\uparrow\ }\ \underline{\uparrow\ }\ \underline{\uparrow\ }$
$2s \ \ \underline{\uparrow\downarrow}$
$1s \ \ \underline{\uparrow\downarrow}$

2. Максимальная валентность азота в соединениях.

Валентность атома определяется числом химических связей, которые он образует с другими атомами.

В основном состоянии атом азота имеет три неспаренных электрона на $2p$-подуровне. За счет этих электронов азот может образовать три ковалентные связи по обменному механизму. Таким образом, наиболее характерная валентность азота равна III (например, в аммиаке $NH_3$).

Для проявления более высокой валентности атому необходимо перейти в возбужденное состояние, распарив электронную пару. У атома азота на внешнем уровне есть одна электронная пара на $2s$-орбитали. Однако на втором энергетическом уровне ($n=2$) отсутствует $d$-подуровень (свободные орбитали), куда можно было бы переместить один из $2s$-электронов. Переход электрона на следующий, третий, энергетический уровень требует слишком больших затрат энергии, которые не компенсируются энергией образования химических связей. Поэтому атом азота не может иметь 5 неспаренных электронов, и валентность V для азота невозможна.

Тем не менее, азот может проявлять валентность IV. Это происходит, когда азот образует три ковалентные связи по обменному механизму (за счет трех неспаренных $p$-электронов) и одну дополнительную связь по донорно-акцепторному механизму, предоставляя свою неподеленную электронную пару ($2s^2$) атому или иону, имеющему свободную орбиталь (акцептору). Примером может служить образование иона аммония $NH_4^+$ из молекулы аммиака $NH_3$ и иона водорода $H^+$. В ионе аммония все четыре связи $N-H$ равноценны, и азот проявляет валентность, равную IV.

Таким образом, максимальная валентность, которую может проявлять азот в соединениях, равна IV.

Ответ: Электронно-графическая формула атома азота: $1s^22s^22p^3$, что графически соответствует двум спаренным электронам на $1s$-орбитали, двум спаренным электронам на $2s$-орбитали и трем неспаренным электронам на трех $2p$-орбиталях. Максимальная валентность азота в соединениях равна IV.