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Valenza degli atomi nello stato stazionario ed eccitato. Possibilità di valenza degli atomi degli elementi nei composti chimici

La struttura dei livelli energetici esterni degli atomi degli elementi chimici determina principalmente le proprietà dei loro atomi. Pertanto, questi livelli sono chiamati valenza. Gli elettroni di questi livelli, e talvolta dei livelli pre-esterni, possono partecipare alla formazione di legami chimici. Tali elettroni sono anche chiamati elettroni di valenza.
La valenza di un atomo di un elemento chimico è determinata principalmente dal numero di elettroni spaiati che prendono parte alla formazione di un legame chimico.
Gli elettroni di valenza degli atomi degli elementi dei sottogruppi principali si trovano sugli orbitali s e p dello strato elettronico esterno. Negli elementi dei sottogruppi secondari, ad eccezione dei lantanidi e degli attinidi, gli elettroni di valenza si trovano sugli orbitali s degli strati esterni e sugli orbitali d degli strati pre-esterni.
Per valutare correttamente le capacità di valenza degli atomi degli elementi chimici, è necessario considerare la distribuzione degli elettroni in essi per livelli e sottolivelli energetici e determinare il numero di elettroni spaiati secondo il principio di Pauli e la regola di Hund per i non eccitati ( stato fondamentale, o stazionario) dell'atomo e per quello eccitato (quindi ce n'è uno che ha ricevuto energia aggiuntiva, a seguito della quale gli elettroni dello strato esterno vengono deteriorati e trasferiti su orbitali liberi). Un atomo in uno stato eccitato è indicato dal simbolo dell'elemento corrispondente con un asterisco. Ad esempio, considera le possibilità di valenza degli atomi di fosforo negli stati stazionari ed eccitati:

Nello stato non eccitato, l'atomo di fosforo ha tre elettroni spaiati nel sottolivello p. Durante la transizione di un atomo ad uno stato eccitato, una delle coppie di elettroni del sottolivello d può passare ad un orbitale libero del sottolivello d. La valenza del fosforo passa da tre (nello stato fondamentale) a cinque (nello stato eccitato).
La separazione degli elettroni accoppiati richiede energia, poiché l'accoppiamento degli elettroni è accompagnato da una diminuzione dell'energia potenziale degli atomi. Allo stesso tempo, il consumo di energia per il trasferimento di un atomo in uno stato eccitato è compensato dall'energia rilasciata durante la formazione di legami chimici da parte degli elettroni spaiati.
Pertanto, un atomo di carbonio in uno stato stazionario ha due elettroni spaiati. Di conseguenza, con la loro partecipazione, si possono formare due coppie di elettroni comuni, realizzando due legami covalenti. Tuttavia, sapete bene che gli atomi di carbonio tetravalenti sono presenti in molti composti inorganici e in tutti i composti organici. Ovviamente, i suoi atomi formavano quattro legami covalenti in questi composti mentre si trovavano in uno stato eccitato.

L'energia spesa per l'eccitazione degli atomi di carbonio è più che compensata dall'energia rilasciata durante la formazione di due ulteriori legami covalenti. Quindi, per il trasferimento di atomi di carbonio dallo stato stazionario 2s 2 2p 2 allo stato eccitato - 2s 1 2p 3, sono necessari circa 400 kJ / mol di energia. Ma durante la formazione di un legame C-H negli idrocarburi saturi vengono rilasciati 360 kJ / mol. Di conseguenza, dopo la formazione di due moli di legami C–H, verranno rilasciati 720 kJ, che superano di 320 kJ/mol l'energia di trasferimento degli atomi di carbonio in uno stato eccitato.
In conclusione, va notato che le possibilità di valenza degli atomi degli elementi chimici sono lungi dall'essere esaurite dal numero di elettroni spaiati negli stati stazionari ed eccitati degli atomi. Se ricordi il meccanismo donatore-accettore per la formazione dei legami covalenti, allora capirai anche le altre due possibilità di valenza degli atomi di elementi chimici, che sono determinate dalla presenza di orbitali liberi e dalla presenza di coppie di elettroni non condivisi che possono dare un legame chimico covalente secondo il meccanismo donatore-accettore. Ricordiamo la formazione dello ione ammonio NH4+. (Considereremo più in dettaglio la realizzazione di queste possibilità di valenza da parte degli atomi di elementi chimici quando studieremo il legame chimico.) Traiamo una conclusione generale.

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Valenza del fosforo

Il fosforo P (Is 2s 2/f 3s Zr) è analogo all'azoto in termini di numero di elettroni di valenza. Tuttavia, essendo un elemento del 3° periodo, differisce notevolmente dall'azoto, un elemento del 2° periodo. Questa differenza consiste nel fatto che il fosforo ha un atomo più grande, minore energia di ionizzazione, maggiore affinità elettronica e maggiore polarizzabilità dell'atomo rispetto all'azoto. Il numero massimo di coordinazione del fosforo è sei. Come per altri elementi del 3o periodo, il legame rl - rl non è tipico dell'atomo di fosforo e quindi, a differenza dell'azoto, gli stati ibridi sp e sp degli orbitali del fosforo sono instabili. Il fosforo nei composti presenta stati di ossidazione da -3 a +5. Lo stato di ossidazione più tipico è +5.

Scriviamo la formula del composto composto da e. fosforo (valenza V) e ossigeno (valenza II).

In quali composti il fosforo ha la valenza più alta?

Quali sono le capacità di valenza del fosforo? In che modo differisce a questo riguardo dalla sua controparte: l'azoto

La struttura elettronica dell'atomo di fosforo corrisponde alla formula 16F 5 25 2p 33 3p. Il fosforo ha elettroni di valenza nel terzo livello energetico (esterno), in cui, oltre agli orbitali 5 e tre p, ci sono cinque orbitali liberi.

Secondo un altro punto di vista, la differenza nelle proprietà del fosforo e dell'azoto è spiegata dalla presenza di 3 orbitali di valenza nell'atomo di fosforo,

Spiegare la differenza tra l'energia di prima ionizzazione del fosforo, P (1063 kJ mol) e dello zolfo, 8 (1000 kJ mol), basandosi sul confronto delle configurazioni elettroniche orbitali di valenza degli atomi P e 8.

Ma nel fosforo, in quanto elemento del 3° periodo, gli orbitali 3 svolgono anche il ruolo di valenze. Pertanto, insieme alla comunanza delle proprietà nella chimica di questi elementi tipici del gruppo V, compaiono differenze significative. Per il fosforo, sono possibili tipi di ibridazione degli orbitali di valenza sp-, sp- e 5p. Il numero massimo di coordinazione del fosforo è 6. A differenza dell'azoto, il fosforo è caratterizzato da un legame n - rl dovuto all'accettazione di orbitali 3d (-orbitali liberi di coppie di elettroni degli atomi corrispondenti

Il numero di coordinazione stabile del fosforo (V) è 4, che corrisponde all'ibridazione sp dei suoi orbitali di valenza. I numeri di coordinazione 5 e 6 compaiono meno frequentemente: in questi casi gli stati ibridi sp4 e sp4 sono assegnati rispettivamente all'atomo di fosforo (p. 415).

Un comportamento simile si riscontra negli elementi del gruppo VA, ma il confine tra metalli e non metalli in questo gruppo è più basso. L'azoto e il fosforo sono non metalli, la chimica dei loro composti covalenti e i possibili stati di ossidazione sono determinati dalla presenza di cinque elettroni di valenza nella configurazione.L'azoto e il fosforo hanno molto spesso stati di ossidazione - 3, -b 3 e +5. L'arsenico As e l'antimonio Sb sono semimetalli che formano ossidi anfoteri e solo il bismuto ha proprietà metalliche. Per As e Sb il più importante è lo stato di ossidazione + 3. Per Bi è l'unico possibile, fatta eccezione per gli stati di ossidazione che compaiono in alcune condizioni estremamente specifiche. Il bismuto non può perdere tutti e cinque gli elettroni di valenza, l'energia richiesta per questo è troppo alta. Tuttavia, perde tre elettroni br, formando uno ione Bi.

Mendeleev stava svolgendo la sua tesi in Germania, a Heidelberg, giusto in tempo per il Congresso Internazionale della Chimica a Karlsruhe. Partecipò al congresso e ascoltò il discorso di Cannizzaro, in cui espose chiaramente il suo punto di vista sul problema del peso atomico. Ritornato in Russia, Mendeleev iniziò a studiare l'elenco degli elementi e attirò l'attenzione sulla periodicità del cambiamento di valenza per gli elementi disposti in ordine crescente di peso atomico: valenza dell'idrogeno 1, litio I, berillio 2, boro 3, carbonio 4, magnesio 2, azoto 3, zolfo 2, fluoro 1, sodio 1, alluminio 3, silicio 4, fosforo 3, k1 ossigeno 2, cloro I, ecc.

Il fosforo in termini di numero di elettroni di valenza (35 3p) è un analogo dell'azoto

Gli atomi di ossigeno si legano ad almeno due atomi diversi. Lo stesso vale per calcio, zolfo, magnesio e bario. Questi elementi hanno una valenza pari a due, l'azoto, il fosforo, l'alluminio e l'oro hanno una valenza pari a tre. Il ferro può avere valenza due o tre. In linea di principio, la questione della valenza si è rivelata non così semplice come sembrava all'inizio, ma anche una versione così semplice di questa teoria ha permesso di trarre conclusioni importanti.

Nella transizione dal litio al fluoro G si verifica un regolare indebolimento delle proprietà metalliche e un aumento delle proprietà non metalliche con un contemporaneo aumento della valenza. La transizione dal fluoro G all'elemento successivo in termini di massa atomica, il sodio Na, è accompagnata da un brusco cambiamento di proprietà e valenza, e il sodio ripete in gran parte le proprietà del litio, essendo un tipico metallo monovalente, sebbene più attivo. Il magnesio, che segue il sodio, è per molti aspetti simile al berillio Be (entrambi sono bivalenti, presentano proprietà metalliche, ma l'attività chimica di entrambi è meno pronunciata di quella della coppia N-Na). L'alluminio A1, dopo il magnesio, assomiglia al boro B (la valenza è 3). Il silicio 81 e il carbonio C, il fosforo P e l'azoto N, lo zolfo 8 e l'ossigeno O, il cloro C1 e il fluoro G sono simili tra loro come parenti stretti di valenza e proprietà chimiche. Il potassio, come il litio e il sodio, apre una serie di elementi (il terzo di fila), i cui rappresentanti mostrano una profonda analogia con gli elementi delle prime due file.

L'efficacia dell'additivo dipende dallo stato di valenza e dalla posizione degli elementi nella molecola dell'additivo, dalla presenza di gruppi funzionali, dal loro sinergismo e da altri fattori. L'uso di composti contenenti fosforo, zolfo, ossigeno e azoto come additivi per oli lubrificanti è strettamente correlato alla peculiarità della struttura elettronica di questi elementi. La loro interazione con la superficie metallica delle parti del motore porta alla modifica di quest'ultima (cambiamento nella struttura) e, grazie alla formazione di pellicole protettive, vengono fornite le proprietà anticorrosione, antiusura ed estrema pressione di questi composti nella soluzione di olio. Inoltre, gli additivi contenenti questi elementi stabilizzano l'olio terminando la catena di ossidazione mediante reazione con i radicali perossidici e distruggendo gli idroperossidi.

Alogenazione. I catalizzatori più comunemente usati per la clorazione sono ferro metallico, ossido di rame, bromo, zolfo, iodio, alogenuri di ferro, antimonio, stagno, arsenico, fosforo, alluminio e rame, carbone vegetale e animale, bauxite attivata e altre argille. La maggior parte di questi catalizzatori sono portatori di alogeni. Quindi, Fe, Sb e P nei composti alogenati possono esistere in due stati di valenza in presenza di cloro libero, aggiungono e danno alternativamente cloro nella forma attiva. Allo stesso modo, iodio, bromo e zolfo formano composti instabili con il cloro. I catalizzatori di bromurazione sono simili ai catalizzatori di clorurazione. Il fosforo è il miglior acceleratore per la iodurazione. Non è richiesto alcun catalizzatore per il processo di fluorurazione. In presenza di ossigeno, l'alogenazione rallenta.

La clorazione catalitica si basa sull'utilizzo di un vettore di cloro, come iodio, zolfo, fosforo, antimonio e altri, sotto forma dei corrispondenti cloruri, che vengono disciolti nell'idrocarburo clorurato o, quando si clorurano idrocarburi paraffinici gassosi, in un solvente. Vengono utilizzati solo elementi con almeno due valori di valenza. Come catalizzatori omogenei possono essere utilizzate anche sostanze che generano radicali come diazometano, piombo tetraetile ed esafeniletano. Hanno la capacità di dividere la molecola di cloro in atomi, che provocano immediatamente una reazione a catena.

Quando un elemento forma più file di composti corrispondenti a diversi stati di ossidazione, dopo il nome del composto tra parentesi viene data l'indicazione della valenza del catione (in numeri romani) o del numero di alogeni, ossigeno, zolfo o atomi di residuo acido nella molecola del composto (in parole). Ad esempio, cloruro di ferro (P1), cloruro di fosforo tre), ossido di manganese (due). In questo caso, la designazione di valenza viene solitamente data per stati di valenza meno caratteristici. Ad esempio, per il rame nel caso dello stato bivalente viene omessa l'indicazione della valenza, mentre il rame monovalente viene designato come ioduro di rame (I).

La conduttività di sostanze come il silicio e il germanio può essere aumentata introducendovi piccole quantità di alcune impurità. Ad esempio, l'introduzione di impurità di boro o fosforo nei cristalli di silicio riduce efficacemente lo spazio interbanda. Piccole quantità di boro o fosforo (diversi ppm) possono essere incorporate nella struttura del silicio durante la crescita dei cristalli. L'atomo di fosforo ha cinque elettroni di valenza e quindi, dopo averne utilizzati quattro,

Fosforo, arsenico, antimonio e bismuto formano composti stechiometrici che corrispondono alla valenza formale, solo con elementi s ed elementi d del sottogruppo dello zinco.

Il fatto che il colorante e l’adsorbente costituiscano un unico sistema quantistico è evidente da molti fatti. Il più ovvio di questi è che l'assorbimento della radiazione di qualsiasi frequenza, ad esempio la più piccola, all'interno della banda di assorbimento di un dato fosforo provoca l'emissione dell'intero spettro di radiazioni, comprese frequenze molto più elevate delle frequenze della luce assorbita. Ciò significa che i quanti di radiazione entrano nell'uso comune, e anche l'energia insufficiente per emettere frequenze che superano la bassa frequenza della luce assorbita proviene dalle risorse comuni del corpo solido. Il fatto che sebbene il colorante sia indubbiamente localizzato solo in superficie non consente altre interpretazioni, l'assorbimento della luce dalle sue caratteristiche onde lunghe (per cui il cristallo che adsorbe questo colorante è praticamente trasparente) si accompagna alla formazione di argento metallico nel gran parte del cristallo di bromuro d'argento. In questo caso, la sensibilità del bromuro d'argento si sposta tanto più verso le onde lunghe, quanto più lunga è la catena di legami coniugati nella struttura della molecola del colorante (Fig. 44). Il fatto è che gli elettroni del colorante sono in movimento ondoso e che la molecola del colorante, collegandosi al cristallo mediante un legame di valenza, forma con esso un tutt'uno. Il cristallo e il colorante formano un unico sistema quantistico. Non sorprende, quindi, che il meccanismo della fotolisi sia puro

Il fosforo, P, ha la configurazione di valenza 3x 3p, e lo zolfo, 8, ha la configurazione di valenza 3x 3p. L'atomo P, quindi, ha il guscio 3p riempito per metà, mentre l'atomo 8 ha un elettrone aggiuntivo costretto ad accoppiarsi con uno degli elettroni già presenti negli orbitali 3p.

SA per la formazione di legami covalenti nella struttura cristallina del silicio, al fosforo rimane un elettrone in più. Quando un campo elettrico viene applicato al cristallo, questo elettrone può allontanarsi dall'atomo di fosforo; pertanto, si dice che il fosforo sia un donatore di elettroni nel cristallo di silicio. Sono necessari solo 1,05 kJ mol per rilasciare gli elettroni donati; questa energia trasforma un cristallo di silicio con una piccola aggiunta di fosforo in un conduttore. Quando un'impurità di boro viene introdotta in un cristallo di silicio, si verifica il fenomeno opposto. All'atomo di boro manca un elettrone per costruire il numero richiesto di legami covalenti in un cristallo di silicio. Pertanto, per ogni atomo di boro in un cristallo di silicio, c'è un posto vacante nell'orbitale di legame. Gli elettroni di valenza del silicio possono essere eccitati in questi orbitali vacanti associati agli atomi di boro, il che consente agli elettroni di muoversi liberamente attraverso il cristallo. Tale conduzione avviene a causa del fatto che un elettrone dell'atomo di silicio vicino salta sull'orbitale vuoto dell'atomo di boro. Un posto vacante appena formato nell'orbitale dell'atomo di silicio viene immediatamente riempito con un elettrone proveniente da un altro atomo di silicio che lo segue. Si verifica un effetto a cascata, in cui gli elettroni saltano da un atomo all'altro. I fisici preferiscono descrivere questo fenomeno come il movimento di un foro carico positivamente nella direzione opposta. Ma indipendentemente da come viene descritto questo fenomeno, è fermamente stabilito che è necessaria meno energia per attivare la conduttività di una sostanza come il silicio se il cristallo contiene una piccola quantità di un donatore di elettroni come il fosforo o un accettore di elettroni come il boro.

Il fosforo bianco è costituito da molecole tetraedriche P4, mostrate schematicamente in fig. 21.25. Come notato nella sez. 8.7, parte 1, angoli di legame di 60", come nella molecola P4, sono piuttosto rari in altre molecole. Indicano la presenza di legami molto tesi, il che è coerente con un'elevata reattività

Sebbene il fosforo sia un analogo elettronico dell'azoto, la presenza di orbitali /-liberi nello strato di valenza dell'atomo rende i composti del fosforo diversi dai composti dell'azoto.

La struttura elettronica dei composti organofosforici e la natura dei legami chimici;

In misura ancora maggiore, le proprietà aromatiche sono inerenti all'anello fosforinico. Il 2,4,6-trifenilfosforo non si autoossida e non si quaternizza sotto l'azione dello ioduro di metile o del borofluoruro di trietilossonio. Allo stesso tempo, la sua interazione con i reagenti nucleofili - composti alchilici o di arillitio, procede facilmente nel benzene già a temperatura ambiente ". In questo caso, l'attacco avviene sul fosforo, il cui guscio di valenza si espande fino a diventare un decet, e una risonanza -appare l'anione fosforina stabilizzato (1) La formazione dell'anione (I) è stata confermata dagli spettri PMR e UV. L'idrolisi della miscela di reazione, che ha un colore blu-viola intenso, porta a

Preparazione dei fosfori silicati. La composizione chimica dei fosfori, la struttura dei fosfori, la valenza di Mn. Esistono numerosi metodi diversi per la preparazione di fosfori cristallini a base di silicato. Prendiamone uno come esempio. Una soluzione di ammoniaca ben purificata di ossido di zinco, una soluzione acquosa di nitrato di manganese e una soluzione alcolica di acido silicico (etilsilicato) vengono versate insieme e si forma un gel. Il gel viene essiccato, triturato e calcinato a 1200°C in recipienti di quarzo e raffreddato rapidamente dopo la calcinazione. Quando il contenuto di Mn è basso, la calcinazione può sempre essere effettuata in aria ad alto contenuto di Mn, per evitarne l'ossidazione, la calcinazione viene effettuata in atmosfera di anidride carbonica.

Ossidazione catalitica dei residui oleosi. Esistono molti tentativi per accelerare il processo di ossidazione delle materie prime, migliorare la qualità o conferire determinate proprietà al bitume ossidato utilizzando vari catalizzatori e iniziatori. Si propone di utilizzare sali dell'acido cloridrico e metalli di valenza variabile (ferro, rame, stagno, titanio, ecc.) come catalizzatori per reazioni redox. Come catalizzatori per la disidratazione, l'alchilazione e il cracking (trasferimento di protoni), vengono proposti cloruri di alluminio, ferro, stagno, anidride fosforica come iniziatori di ossidazione - perossidi. La maggior parte di questi catalizzatori avvia reazioni di densificazione delle molecole delle materie prime (oli e resine) in asfalteni senza arricchire il bitume con ossigeno. Le possibilità di accelerare il processo di ossidazione delle materie prime e di migliorare le proprietà del bitume (principalmente nella direzione di aumentare la penetrazione ad una determinata temperatura di rammollimento), citate in numerose letterature brevettuali, sono riassunte in, ma poiché gli autori dei brevetti fanno le loro proposte senza rivelare la chimica del processo, le loro conclusioni presenti in questa monografia non vengono prese in considerazione. Ricerca di A. Heuberg

Nella maggior parte dei casi, l'alogenazione viene accelerata dall'irradiazione luminosa (lunghezza d'onda 3.000-5.000 A) o dall'alta temperatura (con o senza catalizzatore). Come catalizzatori vengono solitamente utilizzati composti alogeni di metalli, aventi due stati di valenza, in grado di donare atomi di alogeno durante la transizione da uno stato di valenza all'altro, - P I5, P I3, Fe lg. Vengono utilizzati anche cloruro di antimonio o cloruro di manganese, nonché catalizzatori non metallici: iodio, bromo o fosforo.

Il litio e il sodio hanno un'affinità elettronica moderata, l'affinità elettronica del berillio è negativa, mentre quella del magnesio è prossima allo zero. Negli atomi Be e M, l'orbitale x di valenza è completamente riempito e l'elettrone attaccato deve popolare l'orbitale p situato a un'energia più elevata. L'azoto e il fosforo hanno poca affinità elettronica perché l'elettrone da aggiungere deve accoppiarsi in questi atomi con uno degli elettroni negli orbitali p semiriempiti.

Gli atomi degli elementi del terzo periodo e dei periodi successivi spesso non obbediscono alla regola dell'ottetto. Alcuni di essi mostrano una straordinaria capacità di legarsi a più atomi (cioè di essere circondati da più coppie di elettroni) di quanto previsto dalla regola dell'ottetto. Ad esempio, il fosforo e lo zolfo formano rispettivamente i composti PF5 e SF. Nelle strutture di Lewis di questi composti, tutti gli elettroni di valenza di un elemento pesante vengono da esso utilizzati per formare legami con altri atomi.

In questi diagrammi, la freccia intera mostra la posizione del legame di coordinazione. Gli elementi donatori che compaiono qui (zolfo, arsenico e azoto), così come il selenio, il fosforo e altri, non formano composti con le proprietà dei veleni catalitici se si trovano nello stato di valenza più alto, poiché in questo caso le molecole non hanno coppie di elettroni liberi. Lo stesso vale per gli ioni di questi elementi. Ad esempio, lo ione solfito è un veleno, mentre lo ione solfato no.

Il numero di elettroni nel guscio esterno determina gli stati di valenza inerenti a un dato elemento e, di conseguenza, i tipi dei suoi composti: idruri, ossidi, idrossidi, sali, ecc. Quindi, nei gusci esterni degli atomi di fosforo, arsenico , antimonio e bismuto hanno lo stesso numero (cinque) elettroni. Ciò determina l'identità dei loro principali stati di valenza (-3, -f3, -b5), l'uniformità degli idruri EN3, degli ossidi E2O3 ed EaO3, degli idrossidi, ecc. Questa circostanza è in definitiva la ragione per cui questi elementi si trovano in un sottogruppo periodico sistema.

Pertanto, il numero di elettroni spaiati nello stato eccitato degli atomi di berillio, boro e carbonio corrisponde alla valenza effettiva di questi elementi. Per quanto riguarda gli atomi di azoto, ossigeno e fluoro, la loro eccitazione non può portare ad un aumento del numero di elettroni non ionici nel secondo livello dei loro gusci elettronici. Tuttavia, gli analoghi di questi elementi - fosforo, zolfo e cloro - poiché sono al terzo livello

Il numero di elettroni spaiati in un atomo di fosforo dopo l'eccitazione raggiunge cinque, che corrisponde alla sua effettiva massima pallidezza. Quando un atomo di zolfo viene eccitato, il numero di elettroni spaiati aumenta a quattro e anche fino a [sì, e per un atomo di cloro, fino a tre, cinque e al massimo fino a sette, che corrisponde anche ai valori effettivi della loro valenza. Nozioni di base di chimica generale Volume 2 Edizione 3 (1973) -

Le proprietà di un atomo sono in gran parte determinate dalla struttura del suo strato elettronico esterno. Gli elettroni situati sullo strato elettronico esterno, e talvolta sul penultimo, di un atomo possono prendere parte alla formazione di legami chimici. Tali elettroni sono chiamati valenza. Ad esempio, in un atomo di fosforo ci sono 5 elettroni di valenza: (Fig. 1).

Riso. 1. Formula elettronica dell'atomo di fosforo

Gli elettroni di valenza degli atomi degli elementi dei sottogruppi principali si trovano sugli orbitali s e p dello strato elettronico esterno. Per gli elementi dei sottogruppi secondari, ad eccezione dei lantanidi e degli attinidi, gli elettroni di valenza si trovano sugli orbitali s degli strati esterni e sugli orbitali d del penultimo strato.

La valenza è la capacità di un atomo di formare legami chimici. Questa definizione e il concetto stesso di valenza sono corretti solo in relazione a sostanze con legame di tipo covalente. Per i composti ionici questo concetto non è applicabile; viene invece utilizzato il concetto formale di “stato di ossidazione”.

La valenza è caratterizzata dal numero di coppie di elettroni formate durante l'interazione di un atomo con altri atomi. Ad esempio, la valenza dell'azoto nell'ammoniaca NH3 è tre (Fig. 2).

Riso. 2. Formule elettroniche e grafiche della molecola dell'ammoniaca

Il numero di coppie di elettroni che un atomo può formare con altri atomi dipende principalmente dal numero dei suoi elettroni spaiati. Ad esempio, in un atomo di carbonio, due elettroni spaiati si trovano negli orbitali 2p (Fig. 3). Dal numero di elettroni spaiati, possiamo dire che un tale atomo di carbonio può mostrare una valenza pari a II.

Riso. 3. Struttura elettronica dell'atomo di carbonio nello stato fondamentale

In tutte le sostanze organiche e in alcuni composti inorganici il carbonio è tetravalente. Tale valenza è possibile solo nello stato eccitato dell'atomo di carbonio, nel quale passa quando viene ricevuta energia aggiuntiva.

Nello stato eccitato, gli elettroni 2s sono accoppiati nell'atomo di carbonio, uno dei quali passa ad un orbitale 2p libero. Quattro elettroni spaiati possono partecipare alla formazione di quattro legami covalenti. Lo stato eccitato di un atomo è solitamente indicato con un "asterisco" (Fig. 4).

Riso. 4. Struttura elettronica dell'atomo di carbonio in uno stato eccitato

L'azoto può avere una valenza pari a cinque, a seconda del numero dei suoi elettroni di valenza? Considera le possibilità di valenza dell'atomo di azoto.

Nell'atomo di azoto ci sono due strati di elettroni, sui quali si trovano solo 7 elettroni (Fig. 5).

Riso. 5. Schema elettronico della struttura dello strato esterno dell'atomo di azoto

L'azoto può condividere tre coppie di elettroni con altri tre elettroni. Anche una coppia di elettroni nell'orbitale 2s può partecipare alla formazione di un legame, ma secondo un meccanismo diverso: donatore-accettore, formando un quarto legame.

La perdita degli elettroni 2s nell'atomo di azoto è impossibile, poiché non esiste un sottolivello d sul secondo strato di elettroni. Pertanto, la valenza più alta dell'azoto è IV.

Riassumendo la lezione

Nella lezione hai imparato a determinare le possibilità di valenza degli atomi degli elementi chimici. Durante lo studio del materiale, hai imparato quanti atomi di altri elementi chimici un particolare atomo può legare a se stesso e anche perché gli elementi presentano valori di valenza diversi.

Fonti

http://www.youtube.com/watch?t=3&v=jSTB1X1mD0o

http://www.youtube.com/watch?t=7&v=6zwx_d-MIvQ

http://www.youtube.com/watch?t=1&v=qj1EKzUW16M

http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/11-klass - astratto

Riso. 1. Formula elettronica dell'atomo di fosforo

La valenza è caratterizzata dal numero di coppie di elettroni formate durante l'interazione di un atomo con altri atomi. Ad esempio, la valenza dell'azoto nell'ammoniaca NH 3 è tre (Fig. 2).

Riso. 2. Formule elettroniche e grafiche della molecola dell'ammoniaca

Riso. 3. Struttura elettronica dell'atomo di carbonio nello stato fondamentale

Riso. 4. Struttura elettronica dell'atomo di carbonio in uno stato eccitato

L'azoto può avere una valenza pari a cinque, a seconda del numero dei suoi elettroni di valenza? Considera le possibilità di valenza dell'atomo di azoto.

Nell'atomo di azoto ci sono due strati di elettroni, sui quali si trovano solo 7 elettroni (Fig. 5).

Riso. 5. Schema elettronico della struttura dello strato esterno dell'atomo di azoto

La perdita degli elettroni 2s nell'atomo di azoto è impossibile, poiché non esiste un sottolivello d sul secondo strato di elettroni. Pertanto, la valenza più alta dell'azoto è IV.

Riassumendo la lezione

Bibliografia

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Un'unica raccolta di risorse educative digitali (esperienze video sull'argomento) ().
Versione elettronica della rivista "Chimica e Vita" ().

Compiti a casa

Con. 30 n. 2.41, 2.43 dalla Raccolta di compiti ed esercizi di chimica per la scuola secondaria (Khomchenko I.D.), 2008.
Annotare i diagrammi elettronici della struttura dell'atomo di cloro negli stati fondamentale ed eccitato.
Quanti elettroni di valenza ci sono in un atomo: a) berillio; b) ossigeno; c) zolfo?

concetto valenza deriva dalla parola latina "valentia" ed era conosciuta già a metà del XIX secolo. La prima menzione "ampia" della valenza fu nelle opere di J. Dalton, il quale sostenne che tutte le sostanze sono costituite da atomi interconnessi in determinate proporzioni. Quindi, Frankland ha introdotto il concetto stesso di valenza, che è stato ulteriormente sviluppato nelle opere di Kekule, che ha parlato della relazione tra valenza e legame chimico, A.M. Butlerov, che nella sua teoria della struttura dei composti organici associò la valenza alla reattività di un particolare composto chimico, e D.I. Mendeleev (nel sistema periodico degli elementi chimici, la valenza più alta di un elemento è determinata dal numero del gruppo).

DEFINIZIONE

Valenzaè il numero di legami covalenti che un atomo può formare in combinazione con un legame covalente.

La valenza di un elemento è determinata dal numero di elettroni spaiati in un atomo, poiché prendono parte alla formazione di un legame chimico tra gli atomi nelle molecole composte.

Lo stato fondamentale di un atomo (lo stato con energia minima) è caratterizzato dalla configurazione elettronica dell'atomo, che corrisponde alla posizione dell'elemento nel sistema periodico. Uno stato eccitato è un nuovo stato energetico di un atomo, con una nuova distribuzione degli elettroni all'interno del livello di valenza.

Le configurazioni elettroniche degli elettroni in un atomo possono essere rappresentate non solo sotto forma di formule elettroniche, ma anche con l'aiuto di formule elettrografiche (energia, celle quantistiche). Ogni cella indica un orbitale, la freccia indica un elettrone, la direzione della freccia (su o giù) indica lo spin dell'elettrone, una cella libera indica un orbitale libero che un elettrone può occupare quando eccitato. Se ci sono 2 elettroni in una cellula, tali elettroni sono chiamati accoppiati, se l'elettrone 1 è spaiato. Per esempio:

6 C 1s 2 2s 2 2p 2

Gli orbitali vengono riempiti nel modo seguente: prima un elettrone con gli stessi spin e poi il secondo elettrone con spin opposti. Poiché ci sono tre orbitali con la stessa energia nel sottolivello 2p, ciascuno dei due elettroni occupava un orbitale. Un orbitale è rimasto libero.

Determinazione della valenza di un elemento mediante formule grafiche elettroniche

La valenza di un elemento può essere determinata dalle formule elettrografiche delle configurazioni elettroniche degli elettroni in un atomo. Consideriamo due atomi, azoto e fosforo.

7 N 1s 2 2s 2 2p 3

Perché la valenza di un elemento è determinata dal numero di elettroni spaiati, pertanto la valenza dell'azoto è III. Poiché l'atomo di azoto non ha orbitali liberi, per questo elemento è impossibile uno stato eccitato. Tuttavia, III non è la valenza massima dell'azoto, la valenza massima dell'azoto è V ed è determinata dal numero del gruppo. Pertanto, va ricordato che con l'aiuto di formule elettrografiche non è sempre possibile determinare la valenza più alta, così come tutte le valenze caratteristiche di questo elemento.

15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

Nello stato fondamentale, l'atomo di fosforo ha 3 elettroni spaiati, quindi la valenza del fosforo è III. Tuttavia, ci sono orbitali d liberi nell'atomo di fosforo, quindi gli elettroni situati nel sottolivello 2s sono in grado di depair e occupare orbitali vacanti del sottolivello d, cioè entrare in uno stato eccitato.

Ora l'atomo di fosforo ha 5 elettroni spaiati, quindi anche il fosforo ha una valenza pari a V.

Elementi che hanno più valori di valenza

Gli elementi dei gruppi IVA - VIIA possono avere diversi valori di valenza e, di regola, la valenza cambia in passi di 2 unità. Questo fenomeno è dovuto al fatto che gli elettroni partecipano in coppia alla formazione di un legame chimico.

A differenza degli elementi dei sottogruppi principali, gli elementi dei sottogruppi B, nella maggior parte dei composti, non mostrano una valenza maggiore pari al numero del gruppo, ad esempio rame e oro. In generale, gli elementi di transizione mostrano un'ampia varietà di proprietà chimiche, il che è spiegato da un ampio insieme di valenze.

Considera le formule grafiche elettroniche degli elementi e stabilisci, in relazione alle quali gli elementi hanno valenze diverse (Fig. 1).

Compiti: determinare le possibilità di valenza degli atomi di As e Cl negli stati fondamentale ed eccitato.

Valenza del fosforo

Determinazione della valenza di un elemento mediante formule grafiche elettroniche

Elementi che hanno più valori di valenza

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