Номер 1, страница 82 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 5. Азот и фосфор. Параграф 23. Характеристика азота и фосфора. Физические и химические свойства азота. Подумай, ответь, выполни... - номер 1, страница 82.

Условие.

1. На основе представлений о строении атомов поясните:

а) в чём проявляется сходство элементов азота и фосфора;

б) чем эти элементы отличаются один от другого.

Решение.

Решение 2.

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть строение атомов азота и фосфора на основе их положения в Периодической системе химических элементов.

Азот (N) — элемент с порядковым номером 7. Он находится во 2-м периоде и VА группе. Заряд ядра его атома равен +7. В атоме азота 7 электронов, которые распределены по двум электронным слоям. Электронная формула атома азота: $1s^22s^22p^3$. На внешнем электронном слое находится 5 валентных электронов.

Фосфор (P) — элемент с порядковым номером 15. Он находится в 3-м периоде и VА группе. Заряд ядра его атома равен +15. В атоме фосфора 15 электронов, которые распределены по трем электронным слоям. Электронная формула атома фосфора: $1s^22s^22p^63s^23p^3$. На внешнем электронном слое также находится 5 валентных электронов.

а) в чём проявляется сходство элементов азота и фосфора

Сходство химических свойств азота и фосфора определяется одинаковым строением их внешнего электронного слоя, что приводит к следующим общим чертам:

• Оба элемента расположены в одной и той же группе (VА) Периодической системы.
• Атомы азота и фосфора имеют одинаковое количество электронов на внешнем энергетическом уровне — 5 валентных электронов. Их общая электронная формула внешнего слоя — $ns^2np^3$.
• В химических реакциях оба элемента могут как принимать электроны, так и отдавать их. Низшая степень окисления, равная -3, проявляется при присоединении трех электронов до завершения октета (например, в аммиаке $NH_3$ и фосфине $PH_3$). Высшая степень окисления, равная +5, соответствует номеру группы и проявляется при отдаче всех валентных электронов (например, в оксидах $N_2O_5$ и $P_4O_{10}$ (или $P_2O_5$)).
• Оба элемента являются неметаллами.
• Они образуют однотипные соединения: летучие водородные соединения состава $ЭH_3$ и кислотные оксиды, соответствующие высшей степени окисления, которым отвечают кислоты ($HNO_3$ и $H_3PO_4$).

Ответ: Сходство азота и фосфора обусловлено их принадлежностью к одной группе, одинаковым числом (5) валентных электронов и схожей конфигурацией внешнего электронного слоя ($ns^2np^3$). Это приводит к проявлению одинаковых высшей (+5) и низшей (-3) степеней окисления и образованию однотипных соединений (водородных, оксидов, кислот).

б) чем эти элементы отличаются один от другого

Различия между азотом и фосфором вытекают из их расположения в разных периодах, что влечет за собой разницу в количестве электронных слоев, радиусе атома и электроотрицательности.

• Атом фосфора имеет три электронных слоя, а атом азота — только два. Вследствие этого атомный радиус фосфора больше, чем у азота.
• Из-за большего радиуса и большего экранирования заряда ядра внутренними электронами, валентные электроны фосфора слабее притягиваются к ядру. Поэтому электроотрицательность азота (3.04 по Полингу) значительно выше, чем у фосфора (2.19). Это означает, что неметаллические свойства у азота выражены сильнее.
• В свободном состоянии азот — это двухатомный газ ($N_2$) с очень прочной тройной связью ($N \equiv N$), что обуславливает его химическую инертность. Фосфор при обычных условиях — твердое вещество, существующее в виде нескольких аллотропных модификаций (белый, красный, черный), в которых атомы связаны одинарными связями (например, молекула $P_4$ в белом фосфоре).
• Ключевое химическое различие заключается в валентных возможностях. У азота валентный слой второй (n=2), на котором нет d-подуровня. Поэтому максимальная валентность азота равна IV (например, в ионе аммония $NH_4^+$). У фосфора валентный слой третий (n=3), и он имеет вакантные 3d-орбитали. За счет этого атом фосфора может переходить в возбужденное состояние ($3s^13p^33d^1$), распаривая s-электроны, и проявлять валентность V (например, в соединениях $PCl_5$ и $H_3PO_4$). Азот пятивалентным быть не может.

Ответ: Различия заключаются в том, что атом фосфора имеет больший радиус и меньшую электроотрицательность, чем атом азота. Азот — газ, а фосфор — твердое вещество. Основное химическое различие состоит в том, что фосфор, в отличие от азота, может проявлять валентность V благодаря наличию свободных d-орбиталей на внешнем электронном слое.