Номер 2, страница 75 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 8. Азот, фосфор и их соединения - номер 2, страница 75.

Условие.

2. Составьте электронно-графические формулы атома фосфора в основном и возбуждённом состояниях. Объясните возможные валентности и степени окисления, приведите примеры.

Решение.

Решение 2.

Фосфор (P) — химический элемент, расположенный в 3-м периоде, 15-й группе (VA) периодической системы. Его порядковый номер — 15, что означает, что атом фосфора содержит 15 протонов в ядре и 15 электронов на электронных оболочках.

Электронно-графические формулы атома фосфора в основном и возбуждённом состояниях

Основное состояние

Полная электронная формула атома фосфора: $1s^22s^22p^63s^23p^3$. Валентными являются электроны внешнего уровня ($n=3$): $3s^23p^3$. Электронно-графическая формула валентного слоя, показывающая распределение электронов по орбиталям, выглядит так:

P ... ↑↓
3s↑ ↑ ↑
3p

В основном состоянии атом фосфора имеет три неспаренных электрона на $3p$-подуровне, что определяет его основную валентность.

Возбуждённое состояние

На третьем энергетическом уровне ($n=3$) имеется вакантный (свободный) $3d$-подуровень. При сообщении атому энергии (возбуждении) электронная пара на $3s$-подуровне может распариваться, и один из электронов переходит на свободную $3d$-орбиталь. Электронная конфигурация валентного слоя в возбужденном состоянии ($P^*$) становится $3s^13p^33d^1$. Электронно-графическая формула:

P* ... ↑
3s↑ ↑ ↑
3p↑
3d

В возбуждённом состоянии атом фосфора имеет пять неспаренных электронов, что позволяет ему проявлять более высокую валентность.

Возможные валентности и степени окисления

Количество неспаренных валентных электронов определяет возможные валентности элемента в соединениях.

• В основном состоянии у фосфора 3 неспаренных электрона, что обуславливает его валентность III.
  • При взаимодействии с менее электроотрицательными элементами (например, с металлами или водородом) фосфор выступает в роли окислителя, принимая 3 электрона для завершения внешнего электронного слоя. В этих соединениях он проявляет степень окисления -3. Примеры: фосфин ($PH_3$), фосфид магния ($Mg_3P_2$).
  • При взаимодействии с более электроотрицательными элементами (например, с галогенами, кислородом) фосфор выступает в роли восстановителя, отдавая 3 электрона с p-подуровня. В этих соединениях он проявляет степень окисления +3. Примеры: трихлорид фосфора ($PCl_3$), оксид фосфора(III) (его формула $P_4O_6$), фосфористая кислота ($H_3PO_3$).
• В возбуждённом состоянии у фосфора 5 неспаренных электронов, что обуславливает его валентность V.
  • Эта валентность и соответствующая степень окисления +5 (высшая для фосфора) проявляются в соединениях с наиболее активными неметаллами (кислородом, фтором, хлором), когда фосфор отдает все 5 валентных электронов. Примеры: пентахлорид фосфора ($PCl_5$), оксид фосфора(V) (его формула $P_4O_{10}$), ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$).

Ответ:

Электронно-графическая формула валентного слоя атома фосфора в основном состоянии — $3s^23p^3$, он имеет 3 неспаренных электрона, что обуславливает валентность III и степени окисления -3 (в $PH_3$) и +3 (в $PCl_3$). В возбуждённом состоянии формула валентного слоя — $3s^13p^33d^1$, атом имеет 5 неспаренных электронов, что позволяет проявлять валентность V и степень окисления +5 (в $PCl_5$, $P_4O_{10}$, $H_3PO_4$).