Номер 1006, страница 161 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1006. Кратко поясните, почему атом фосфора проявляет высшую валентность, равную номеру группы, а атом азота — нет.

Решение

Азот (N) и фосфор (P) являются элементами 15-й группы (VА группы) периодической системы. Высшая валентность для элементов этой группы, как правило, равна номеру группы, то есть V.

Различие в проявлении высшей валентности у этих элементов объясняется их электронным строением.

Атом азота (N) находится во втором периоде. Его электронная конфигурация валентного слоя — $2s^2 2p^3$. На втором энергетическом уровне, который является для азота внешним, отсутствуют $d$-орбитали. В основном состоянии атом азота имеет 3 неспаренных электрона, что обуславливает его валентность III. Для проявления валентности V атому необходимо иметь 5 неспаренных электронов, что потребовало бы распаривания $2s$-электронной пары. Однако из-за отсутствия свободного подуровня на втором энергетическом уровне такой переход электрона невозможен. Поэтому атом азота не может иметь 5 неспаренных электронов, и его валентность не может быть равна V. Максимальная валентность азота — IV, которая реализуется при образовании трех ковалентных связей и одной связи по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной пары $2s$-электронов (например, в ионе аммония $NH_4^+$).

Атом фосфора (P) находится в третьем периоде. Его электронная конфигурация валентного слоя — $3s^2 3p^3$. В отличие от второго, на третьем энергетическом уровне существует вакантный $3d$-подуровень. При получении энергии (в возбужденном состоянии) один из электронов с $3s$-орбитали может перейти на свободную $3d$-орбиталь. В результате электронная конфигурация фосфора становится $3s^1 3p^3 3d^1$. Атом фосфора в возбужденном состоянии имеет 5 неспаренных электронов, что позволяет ему образовывать 5 ковалентных связей и проявлять высшую валентность V, равную номеру группы (например, в соединениях $PCl_5$, $H_3PO_4$).

Ответ: Атом фосфора может проявлять высшую валентность V, равную номеру группы, так как на его валентном (третьем) энергетическом уровне есть свободные $d$-орбитали, куда при возбуждении может перейти один из $s$-электронов. Это приводит к образованию пяти неспаренных электронов. У атома азота на валентном (втором) энергетическом уровне нет $d$-подуровня, поэтому распаривание $2s$-электронной пары и образование пяти неспаренных электронов невозможно. Максимальная валентность азота — IV.