Būdingieji elementų oksidacijos laipsniai ir dvinariai junginiai su deguonimi ir vandeniliu

1 pavyzdys

Fosforui būdingi oksidacijos laipsniai +5, +3 ir –3. Paaiškinkite, kaip šie oksidacijos laipsniai susiję su fosforo elektronine sandara, ir pateikite po vieną junginio pavyzdį.

Sprendimas

Fosforo valentinio sluoksnio sandara:

Oksidacijos laipsnis +5 pasireiškia, kai atitraukiami visi penki fosforo valentiniai elektronai, pavyzdžiui, $$ \mathrm{؜}{\mathrm{P}}_{؜}^{+5}\mathrm{؜}{\mathrm{Cl}}_5^{-1}$$.

Oksidacijos laipsnis +3 pasireiškia, kai atitraukiami tik 3p orbitalių elektronai, o 3s elektronai lieka, pavyzdžiui, $$ \mathrm{؜}{\mathrm{P}}_{؜}^{+3}\mathrm{؜}{\mathrm{Cl}}_3^{-1}$$.

Fosforas 3p orbitalėse turi tris nesuporuotus elektronus. Į šias orbitales jis gali pritraukti arba prisijungti papildomus 3 elektronus. Taip susidaro junginys $$ \mathrm{؜}{\mathrm{P}}_{؜}^{-3}\mathrm{؜}{\mathrm{H}}_3^{+1}$$.

2 pavyzdys

Parašykite dvinarių anglies ir azoto junginių su deguonimi ir vandeniliu formules.

Sprendimas

Anglis yra 14 grupės elementas, turi 4 valentinius elektronus. Jos būdingieji oksidacijos laipsniai yra +4, +2 ir –4. Teigiamieji oksidacijos laipsniai pasireiškia junginiuose su deguonimi, o neigiamasis – su vandeniliu. Junginių formulės:

CO₂; CO; CH₄.

Azotas yra 15 grupės elementas, turi 5 valentinius elektronus. Jo būdingieji oksidacijos laipsniai yra +5, +3 ir –3. Teigiamieji oksidacijos laipsniai pasireiškia junginiuose su deguonimi, o neigiamasis – su vandeniliu. Junginių formulės:

N₂O₅; N₂O₃; NH₃.

Komentaras. Azotas išsiskiria savo oksidacijos laipsnių įvairove. Be taisyklėmis apibrėžtų oksidacijos laipsnių, jam būdingi ir kiti, pavyzdžiui: $$ \mathrm{؜}{\mathrm{N}}_{؜}^{+4}{\mathrm{O}}_2^{\mathrm{؜}}$$, $$ \mathrm{؜}{\mathrm{N}}_{؜}^{+2}\mathrm{O}$$, $$ \mathrm{؜}{\mathrm{N}}_{؜2}^{+1}\mathrm{O}$$, $$ \mathrm{؜}{\mathrm{N}}_{؜2}^{-2}{\mathrm{H}}_4^{\mathrm{؜}}$$, $$ \mathrm{؜}{\mathrm{N}}_{؜2}^{-1}{\mathrm{H}}_2^{\mathrm{؜}}$$.

4.4 lentelė. Ketvirtojo periodo pereinamųjų elementų oksidacijos laipsniai

Pastaba. Dažnesni oksidacijos laipsniai pažymėti žalia spalva.

Klausimai ir užduotys

1. Remdamiesi atomų elektronine sandara, paaiškinkite, kodėl visiems 14 grupės elementams būdingas oksidacijos laipsnis +4.
2. Arsenas yra 15 grupės elementas. Nurodykite jo būdinguosius oksidacijos laipsnius ir parašykite dvinarių junginių su deguonimi ir vandeniliu formules.
3. Bromo elektrinis neigiamumas didesnis už fosforo. Parašykite dviejų fosforo bromidų, kuriuose pasireiškia būdingieji fosforo oksidacijos laipsniai, formules.
4. Natrio elektrinis neigiamumas mažesnis už fosforo. Kuris iš fosforo būdingųjų oksidacijos laipsnių pasireikš, jei fosforas sudarys dvinarį junginį su natriu? Parašykite šio junginio formulę.
5. 1-ajame pavyzdyje parodytas fosforo valentinių elektronų pasiskirstymas orbitalėse. Žinoma, kad PCl₃ molekulėje fosforo atomas yra sp³ hibridizacijos. Sudarykite:
   1. sp³ hibridizacijos fosforo valentinio sluoksnio orbitalių diagramą;
   2. PCl₃ molekulės erdvinės sandaros brėžinį (prisiminkite anglies sp³ hibridizaciją ir metano molekulės erdvinę sandarą, žr. 3.4 temą).
6. Fosforo pentachloridui PCl₅ susidaryti reikia, kad fosforo atomas turėtų penkis nesuporuotus elektronus. Dar kartą išnagrinėkite 1 pavyzdyje parodytą fosforo valentinio sluoksnio sandarą ir atsakykite:
   1. kaip, remiantis hibridizacijos teorija, paaiškinamas penkių kovalentinių ryšių susidarymas PCl₅ molekulėje;
   2. azotas ir fosforas yra 15 grupės elementai. Abu šie elementai sudaro trichloridus PCl₃ ir NCl₃, o pentachloridą sudaro tik fosforas. Kodėl nėra junginio NCl₅?