Номер 3, страница 202 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

3. Охарактеризуйте электронное строение атомов азота и фосфора.

Атом азота (N)

Азот (N) — это химический элемент, расположенный во 2-м периоде, 15-й группе периодической таблицы Д. И. Менделеева. Его атомный номер $Z = 7$.

Атом азота содержит 7 протонов в ядре (заряд ядра $+7$) и 7 электронов, которые движутся вокруг ядра. Так как азот находится во 2-м периоде, его электроны располагаются на двух энергетических уровнях (электронных слоях).

Полная электронная формула атома азота записывается как $N: 1s^2 2s^2 2p^3$.

Распределение электронов по слоям следующее: на первом энергетическом уровне находятся 2 электрона ($1s^2$), а на втором (внешнем) энергетическом уровне — 5 валентных электронов ($2s^2 2p^3$).

Электронно-графическая формула валентного слоя атома азота выглядит так:

$2p$ ↑ | ↑ | ↑

$2s$ ↑↓

На внешнем слое у атома азота имеется одна спаренная пара электронов на $2s$-подуровне и три неспаренных электрона на $2p$-подуровне. Наличие трех неспаренных электронов определяет его наиболее характерную валентность, равную III. У азота на втором энергетическом уровне нет $d$-подуровня, поэтому его атом не может переходить в возбужденное состояние за счет распаривания $2s$-электронов, и валентность V для него нехарактерна.

Ответ: Электронная конфигурация атома азота — $1s^2 2s^2 2p^3$. Атом имеет 2 электронных слоя. На внешнем слое находится 5 валентных электронов ($2s^2 2p^3$), из которых 3 являются неспаренными, что обуславливает его валентность III.

Атом фосфора (P)

Фосфор (P) — это химический элемент, расположенный в 3-м периоде, 15-й группе периодической таблицы. Его атомный номер $Z = 15$.

Атом фосфора содержит 15 протонов (заряд ядра $+15$) и 15 электронов. Электроны располагаются на трех энергетических уровнях, так как фосфор находится в 3-м периоде.

Полная электронная формула атома фосфора: $P: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3$.

Распределение электронов по слоям: на первом уровне — 2 электрона ($1s^2$), на втором — 8 электронов ($2s^2 2p^6$), на третьем (внешнем) — 5 валентных электронов ($3s^2 3p^3$).

Электронно-графическая формула валентного слоя в основном (невозбужденном) состоянии:

$3p$ ↑ | ↑ | ↑

$3s$ ↑↓

В основном состоянии атом фосфора, аналогично азоту, имеет 3 неспаренных электрона, что обуславливает его валентность III.

В отличие от азота, на третьем энергетическом уровне фосфора существует вакантный $3d$-подуровень. При сообщении энергии атом фосфора может перейти в возбужденное состояние. При этом электронная пара с $3s$-подуровня распаривается, и один из электронов переходит на свободную орбиталь $3d$-подуровня.

Электронно-графическая формула валентного слоя в возбужденном состоянии:

$3d$ ↑ | | | |

$3p$ ↑ | ↑ | ↑

$3s$ ↑

В возбужденном состоянии у атома фосфора имеется 5 неспаренных электронов, что позволяет ему проявлять валентность V (например, в оксиде фосфора(V) $P_2O_5$ или хлориде фосфора(V) $PCl_5$).

Ответ: Электронная конфигурация атома фосфора — $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3$. Атом имеет 3 электронных слоя, на внешнем слое — 5 валентных электронов ($3s^2 3p^3$). В основном состоянии проявляет валентность III (3 неспаренных электрона). Благодаря наличию вакантного $3d$-подуровня может переходить в возбужденное состояние с 5 неспаренными электронами, проявляя валентность V.

Сравнение электронного строения атомов азота и фосфора

Общие черты: Азот и фосфор находятся в одной группе (15-й), поэтому строение их внешнего электронного слоя схоже: $ns^2 np^3$. У обоих атомов на внешнем слое по 5 валентных электронов. В основном состоянии оба элемента имеют по 3 неспаренных электрона, что обуславливает их общую валентность III.

Различия: Азот — элемент 2-го периода (2 электронных слоя), а фосфор — 3-го периода (3 электронных слоя). Атом фосфора имеет больший радиус и меньшую электроотрицательность. Главное различие в электронном строении состоит в том, что у фосфора на внешнем (третьем) уровне есть свободный $d$-подуровень, который отсутствует у азота на его внешнем (втором) уровне. Эта особенность позволяет фосфору проявлять высшую валентность V за счет перехода в возбужденное состояние, что нехарактерно для азота.

Ответ: Атомы азота и фосфора имеют схожее строение внешнего электронного слоя ($ns^2 np^3$), что определяет их общие химические свойства и валентность III. Ключевое различие заключается в наличии у фосфора вакантного $d$-подуровня, что позволяет ему, в отличие от азота, проявлять также валентность V.