DEFINICIÓN

Fósforo ubicado en el tercer periodo del grupo V del subgrupo principal (A) de la Tabla Periódica.

El fósforo forma varios cambios alotrópicos: fósforo blanco, rojo y negro.

En su forma pura, el fósforo blanco es completamente incoloro y transparente; el fósforo blanco técnico es de color amarillento y parece cera. Densidad 1,83 g/cm3. En el frío, el fósforo blanco es quebradizo, pero a temperaturas superiores a 15 o C se ablanda y se puede cortar fácilmente con un cuchillo. En el aire, se oxida fácilmente, por lo que brilla en la oscuridad. Tiene una red cristalina molecular en cuyos nodos hay moléculas tetraédricas P 4 . Venenoso.

El fósforo rojo consta de varias formas, que son sustancias poliméricas, cuya composición no se comprende completamente. Se oxida lentamente en el aire, no brilla en la oscuridad, no es tóxico. Densidad 2,0-2,4 g/cm 3 . Sublima cuando se calienta. Cuando se enfría el vapor de fósforo rojo, se obtiene fósforo blanco.

El fósforo negro se forma a partir del blanco calentándolo a alta presión a 200-220 o C. Parece grafito, grasiento al tacto. Densidad - 2,7 g / cm 3. Semiconductor.

Valencia del fósforo en compuestos

El fósforo es el decimoquinto elemento en la Tabla Periódica de D.I. Mendeleev. Está en el tercer período en el grupo VA. El núcleo de un átomo de fósforo contiene 15 protones y 16 neutrones (el número de masa es 31). Hay tres niveles de energía en el átomo de fósforo, en el que hay 15 electrones (Fig. 1).

Arroz. 1. Las estructuras del átomo de fósforo.

La fórmula electrónica del átomo de fósforo en estado fundamental es la siguiente:

1s 2 2s 2 2pags 6 3s 2 3pags 3 .

Y el diagrama de energía (construido solo para electrones del nivel de energía exterior, que también se denominan valencia):

La presencia de tres electrones desapareados indica que el fósforo es capaz de exhibir valencia III (P III 2 O 3 , Ca 3 P III 2 , P III H 3, etc.).

Dado que, además de los subniveles 3s y 3p, también existe un subnivel 3d en la tercera capa de energía, el átomo de fósforo se caracteriza por la presencia de un estado excitado: un par de electrones del subnivel 3s están despareados y uno de ellos ocupa un orbital vacante del subnivel 3d.

La presencia de cinco electrones desapareados indica que la valencia V también es característica del fósforo (P V 2 O 5, H 3 P V O 4, P V Cl 5, etc.).

Ejemplos de resolución de problemas

EJEMPLO 1

En las lecciones de química, ya se ha familiarizado con el concepto de valencia de los elementos químicos. Hemos recopilado en un solo lugar toda la información útil sobre este tema. Úselo cuando se prepare para el GIA y el Examen estatal unificado.

Valencia y análisis químico

Valencia- la capacidad de los átomos de elementos químicos para entrar en compuestos químicos con átomos de otros elementos. En otras palabras, es la capacidad de un átomo para formar un cierto número de enlaces químicos con otros átomos.

Del latín, la palabra "valencia" se traduce como "fuerza, habilidad". Muy cierto nombre, ¿verdad?

El concepto de "valencia" es uno de los principales en química. Se introdujo incluso antes de que los científicos conocieran la estructura del átomo (en 1853). Por lo tanto, a medida que se estudiaba la estructura del átomo, este sufrió algunos cambios.

Entonces, desde el punto de vista de la teoría electrónica, la valencia está directamente relacionada con el número de electrones externos de un átomo de un elemento. Esto significa que por "valencia" se entiende el número de pares de electrones por los que un átomo está unido a otros átomos.

Sabiendo esto, los científicos pudieron describir la naturaleza del enlace químico. Se encuentra en el hecho de que un par de átomos de una sustancia comparte un par de electrones de valencia.

Puede preguntarse, ¿cómo podrían los químicos del siglo XIX describir la valencia incluso cuando creían que no había partículas más pequeñas que un átomo? No se puede decir que fuera tan simple: se basaron en análisis químicos.

Mediante análisis químico, los científicos del pasado determinaron la composición de un compuesto químico: cuántos átomos de varios elementos están contenidos en la molécula de la sustancia en cuestión. Para ello, fue necesario determinar cuál es la masa exacta de cada elemento en una muestra de una sustancia pura (sin impurezas).

Es cierto que este método no está exento de defectos. Porque la valencia de un elemento puede determinarse de esta manera solo en su combinación simple con hidrógeno siempre monovalente (hidruro) u oxígeno siempre divalente (óxido). Por ejemplo, la valencia del nitrógeno en NH 3 - III, ya que un átomo de hidrógeno está unido a tres átomos de nitrógeno. Y la valencia del carbono en el metano (CH 4), según el mismo principio, es IV.

Este método para determinar la valencia solo es adecuado para sustancias simples. Pero en los ácidos, de esta manera solo podemos determinar la valencia de los compuestos como los residuos ácidos, pero no todos los elementos (excepto la conocida valencia del hidrógeno) por separado.

Como ya habrás notado, la valencia se indica con números romanos.

Valencia y ácidos

Dado que la valencia del hidrógeno permanece sin cambios y usted la conoce bien, puede determinar fácilmente la valencia del residuo ácido. Entonces, por ejemplo, en H 2 SO 3 la valencia de SO 3 es I, en HClO 3 la valencia de ClO 3 es I.

De manera similar, si se conoce la valencia del residuo ácido, es fácil escribir la fórmula correcta del ácido: NO 2 (I) - HNO 2, S 4 O 6 (II) - H 2 S 4 O 6.

Valencia y fórmulas

El concepto de valencia tiene sentido solo para sustancias de naturaleza molecular y no es muy adecuado para describir enlaces químicos en compuestos de naturaleza cluster, iónica, cristalina, etc.

Los índices en las fórmulas moleculares de las sustancias reflejan el número de átomos de los elementos que componen su composición. Conocer la valencia de los elementos ayuda a ordenar correctamente los índices. De la misma manera, al observar la fórmula y los índices moleculares, puede nombrar las valencias de los elementos constituyentes.

Realiza tales tareas en lecciones de química en la escuela. Por ejemplo, teniendo la fórmula química de una sustancia en la que se conoce la valencia de uno de los elementos, se puede determinar fácilmente la valencia de otro elemento.

Para ello, basta con recordar que en una sustancia de naturaleza molecular, el número de valencias de ambos elementos es igual. Por lo tanto, utilice el mínimo común múltiplo (correspondiente al número de valencias libres requeridas para la conexión) para determinar la valencia del elemento que no conoce.

Para que quede claro, tomemos la fórmula del óxido de hierro Fe 2 O 3. Aquí, dos átomos de hierro con valencia III y 3 átomos de oxígeno con valencia II participan en la formación de un enlace químico. Su mínimo común múltiplo es 6.

• Ejemplo: tienes fórmulas Mn 2 O 7 . Conoces la valencia del oxígeno, es fácil calcular que el mínimo común múltiplo es 14, por lo tanto la valencia del Mn es VII.

Del mismo modo, puedes hacer lo contrario: escribir la fórmula química correcta de una sustancia, conociendo las valencias de sus elementos constituyentes.

• Ejemplo: para escribir correctamente la fórmula del óxido de fósforo, tenemos en cuenta la valencia del oxígeno (II) y del fósforo (V). Por lo tanto, el mínimo común múltiplo de P y O es 10. Por lo tanto, la fórmula tiene la siguiente forma: P 2 O 5.

Conociendo bien las propiedades de los elementos que exhiben en varios compuestos, se puede determinar su valencia incluso por la apariencia de tales compuestos.

Por ejemplo: los óxidos de cobre son de color rojo (Cu 2 O) y negro (CuO). Los hidróxidos de cobre son de color amarillo (CuOH) y azul (Cu(OH) 2).

Y para que los enlaces covalentes en sustancias sean más claros y comprensibles para usted, escriba sus fórmulas estructurales. Los guiones entre los elementos representan los enlaces (valencias) que surgen entre sus átomos:

Características de valencia

Hoy en día, la determinación de la valencia de los elementos se basa en el conocimiento de la estructura de las capas externas de electrones de sus átomos.

La valencia puede ser:

• constante (metales de los principales subgrupos);
• variable (no metales y metales de grupos laterales):
• valencia más alta;
• menor valencia.

La constante en varios compuestos químicos permanece:

• valencia de hidrógeno, sodio, potasio, flúor (I);
• valencia de oxígeno, magnesio, calcio, zinc (II);
• valencia del aluminio (III).

Pero la valencia del hierro y el cobre, el bromo y el cloro, así como muchos otros elementos, cambia cuando forman varios compuestos químicos.

Valencia y teoría electrónica

En el marco de la teoría electrónica, la valencia de un átomo se determina en función del número de electrones desapareados que participan en la formación de pares de electrones con los electrones de otros átomos.

Solo los electrones ubicados en la capa externa del átomo participan en la formación de enlaces químicos. Por lo tanto, la valencia máxima de un elemento químico es el número de electrones en la capa externa de electrones de su átomo.

El concepto de valencia está estrechamente relacionado con la Ley Periódica, descubierta por D. I. Mendeleev. Si observa detenidamente la tabla periódica, puede notar fácilmente: la posición de un elemento en el sistema periódico y su valencia están inextricablemente vinculadas. La mayor valencia de los elementos que pertenecen a un mismo grupo corresponde al número ordinal del grupo en el sistema periódico.

Descubrirá la valencia más baja cuando reste el número de grupo del elemento que le interesa del número de grupos en la tabla periódica (hay ocho de ellos).

Por ejemplo, la valencia de muchos metales coincide con los números de grupo en la tabla de elementos periódicos a los que pertenecen.

Tabla de valencia de elementos químicos.

Número de serie química elemento (número atómico)	Nombre	símbolo químico	Valencia
1	Hidrógeno Helio / Helio Litio / Litio Berilio / Berilio Carbono / Carbono Nitrógeno / Nitrógeno Oxígeno / Oxígeno flúor / flúor Neón / Neón Sodio Magnesio / Magnesio Aluminio Silicio / Silicio Fósforo / Fósforo Azufre Cloro / Cloro Argón / Argón Potasio / Potasio Calcio / Calcio Escandio / Escandio titanio / titanio Vanadio / Vanadio cromo / cromo Manganeso / Manganeso Hierro / Hierro Cobalto / Cobalto Níquel / Níquel Cobre Cinc / Cinc Galio / Galio germanio / germanio Arsénico / Arsénico Selenio / Selenio Bromo / Bromo Kriptón / Kriptón Rubidio / Rubidio Estroncio / Estroncio itrio / itrio Zirconio / Zirconio Niobio / Niobio Molibdeno / Molibdeno Tecnecio / Tecnecio Rutenio / Rutenio Rodio Paladio / Paladio Plata / Plata Cadmio / Cadmio indio / indio Estaño / Estaño Antimonio / Antimonio Telurio / Telurio Yodo / Yodo Xenón / Xenón Cesio / Cesio Bario / Bario Lantano / Lantano Cerio / Cerio Praseodimio / Praseodimio Neodimio / Neodimio Prometio / Prometio Samaria / Samario europio / europio Gadolinio / Gadolinio Terbio / Terbio Disprosio / Disprosio Holmio / Holmio Erbio / Erbio Tulio / Tulio Iterbio / Iterbio Lutecio / Lutecio Hafnio / Hafnio Tantalio / Tantalio Tungsteno / Tungsteno Renio / Renio Osmio / Osmio Iridio / Iridio Platino / Platino Oro / Oro Mercurio / Mercurio Cintura / Talio Plomo / Plomo Bismuto / Bismuto Polonio / Polonio Astato / Astato Radón / Radón francio / francio Radio / Radio Actinio / Actinio torio / torio Proactinio / Protactinio Urano / Uranio	H	yo (I), II, III, IV, V I, (II), III, (IV), V, VII II, (III), IV, VI, VII II, III, (IV), VI (I), II, (III), (IV) I, (III), (IV), V (II), (III), IV (II), III, (IV), V (II), III, (IV), (V), VI (II), III, IV, (VI), (VII), VIII (II), (III), IV, (VI) I, (III), (IV), V, VII (II), (III), (IV), (V), VI (I), II, (III), IV, (V), VI, VII (II), III, IV, VI, VIII (I), (II), III, IV, VI (I), II, (III), IV, VI (II), III, (IV), (V) Sin datos Sin datos (II), III, IV, (V), VI

Entre paréntesis se dan aquellas valencias que los elementos que las poseen rara vez muestran.

Valencia y estado de oxidación

Entonces, hablando del grado de oxidación, quieren decir que un átomo en una sustancia de naturaleza iónica (que es importante) tiene una cierta carga condicional. Y si la valencia es una característica neutra, entonces el estado de oxidación puede ser negativo, positivo o igual a cero.

Es interesante que para un átomo de un mismo elemento, dependiendo de los elementos con los que forme un compuesto químico, la valencia y el estado de oxidación pueden ser iguales (H 2 O, CH 4, etc.) y diferir (H 2 O 2, HNO3).

Conclusión

Al profundizar en el conocimiento de la estructura de los átomos, aprenderá más profundamente y con más detalle sobre la valencia. Esta caracterización de los elementos químicos no es exhaustiva. Pero tiene un gran valor aplicado. Lo que usted mismo ha visto más de una vez, resolviendo problemas y realizando experimentos químicos en el aula.

Este artículo está diseñado para ayudarte a organizar tu conocimiento de valencia. Y también para recordar cómo se puede determinar y dónde se usa la valencia.

Esperamos que este material le sea útil en la preparación de tareas y autopreparación para pruebas y exámenes.

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Valencia de fósforo

El fósforo P (Is 2s 2/f 3s Zr) es análogo al nitrógeno en cuanto al número de electrones de valencia. Sin embargo, como elemento del 3er período, difiere significativamente del nitrógeno, elemento del 2do período. Esta diferencia consiste en que el fósforo tiene mayor tamaño atómico, menor energía de ionización, mayor afinidad electrónica y mayor polarizabilidad atómica que el nitrógeno. El número máximo de coordinación del fósforo es seis. En cuanto a otros elementos del 3er período, la unión rl - rl no es típica para el átomo de fósforo y, por lo tanto, a diferencia del nitrógeno, los estados híbridos sp y sp de los orbitales de fósforo son inestables. El fósforo en los compuestos exhibe estados de oxidación de -3 a +5. El estado de oxidación más típico es +5.

Escribamos la fórmula del compuesto que consiste en y. fósforo (valencia V) y oxígeno (valencia II).

¿En qué compuestos el fósforo tiene mayor valencia?

¿Cuáles son las capacidades de valencia del fósforo? ¿Cómo difiere a este respecto de su contraparte, el nitrógeno?

La estructura electrónica del átomo de fósforo corresponde a la fórmula 16F 5 25 2p 33 3p. El fósforo tiene electrones de valencia en el tercer nivel de energía (externo), en el que, además de los orbitales 5 y tres p, hay cinco orbitales libres.

Según otro punto de vista, la diferencia en las propiedades del fósforo y el nitrógeno se explica por la presencia de 3 orbitales de valencia en el átomo de fósforo,

Explique la diferencia entre la primera energía de ionización del fósforo, P (1063 kJ mol) y el azufre, 8 (1000 kJ mol), con base en una comparación de las configuraciones electrónicas orbitales de valencia de los átomos P y 8.

Pero en el fósforo, como elemento del 3er período, los 3-orbitales también juegan el papel de valencias. Por lo tanto, junto con la similitud de propiedades en la química de estos elementos típicos del grupo V, aparecen diferencias significativas. Para el fósforo, son posibles tipos de hibridación de orbitales de valencia sp-, sp- y 5p. El número máximo de coordinación del fósforo es 6. A diferencia del nitrógeno, el fósforo se caracteriza por la unión n - rl debido a la aceptación de 3d libres (-orbitales de pares de electrones de los átomos correspondientes

El número de coordinación estable del fósforo (V) es 4, que corresponde a la hibridación sp de sus orbitales de valencia. Los números de coordinación 5 y 6 aparecen con menos frecuencia, en estos casos se asignan estados híbridos sp4 y sp4 al átomo de fósforo, respectivamente (p. 415).

Un comportamiento similar se encuentra en los elementos del grupo VA, pero el límite entre metales y no metales en este grupo es menor. El nitrógeno y el fósforo son no metales, la química de sus compuestos covalentes y los posibles estados de oxidación están determinados por la presencia de cinco electrones de valencia en la configuración. El nitrógeno y el fósforo suelen tener estados de oxidación - 3, -b 3 y +5. El arsénico As y el antimonio Sb son semimetales que forman óxidos anfóteros, y solo el bismuto tiene propiedades metálicas. Para el As y el Sb el más importante es el estado de oxidación + 3. Para el Bi es el único posible, salvo los estados de oxidación que aparecen bajo unas condiciones muy específicas. El bismuto no puede perder los cinco electrones de valencia, la energía requerida para esto es demasiado alta. Sin embargo, pierde tres electrones br, formando un ion Bi.

Mendeleev estaba haciendo su trabajo de tesis en Alemania, en Heidelberg, justo a tiempo para el Congreso Químico Internacional en Karlsruhe. Asistió al congreso y escuchó el discurso de Cannizzaro, en el que expuso claramente su punto de vista sobre el problema del peso atómico. Al regresar a Rusia, Mendeleev comenzó a estudiar la lista de elementos y llamó la atención sobre la periodicidad del cambio de valencia de los elementos dispuestos en orden ascendente de pesos atómicos: valencia de hidrógeno 1, litio I, berilio 2, boro 3, carbono 4, magnesio 2, nitrógeno 3, azufre 2, flúor 1, sodio 1, aluminio 3, silicio 4, fósforo 3, oxígeno k1 2, cloro I, etc.

El fósforo en términos del número de electrones de valencia (35 3p) es un análogo del nitrógeno

Los átomos de oxígeno se unen a al menos dos átomos diferentes. También lo hacen el calcio, el azufre, el magnesio y el bario. Estos elementos tienen una valencia de dos, el nitrógeno, el fósforo, el aluminio y el oro tienen una valencia de tres. El hierro puede tener una valencia de dos o tres. En principio, la cuestión de la valencia resultó no ser tan simple como parecía al principio, pero incluso una versión tan simple de esta teoría nos permitió sacar conclusiones importantes.

En la transición de litio a flúor G, se produce un debilitamiento regular de las propiedades metálicas y un aumento de las propiedades no metálicas con un aumento simultáneo de valencia. La transición del flúor G al siguiente elemento en términos de masa atómica, el sodio Na, va acompañada de un cambio brusco de propiedades y valencia, y el sodio repite en gran medida las propiedades del litio, siendo un metal monovalente típico, aunque más activo. El magnesio, que sigue al sodio, es en muchos aspectos similar al berilio Be (ambos son divalentes, exhiben propiedades metálicas, pero la actividad química de ambos es menos pronunciada que la del par N-Na). El aluminio A1, después del magnesio, se parece al boro B (la valencia es 3). El silicio 81 y el carbono C, el fósforo P y el nitrógeno N, el azufre 8 y el oxígeno O, el cloro C1 y el flúor G son similares entre sí como parientes cercanos valencia y propiedades químicas. El potasio, al igual que el litio y el sodio, abre una serie de elementos (el tercero en una fila), cuyos representantes muestran una profunda analogía con los elementos de las dos primeras filas.

La eficacia del aditivo depende del estado de valencia y la posición de los elementos en la molécula del aditivo, la presencia de grupos funcionales, su sinergismo y otros factores. El uso de compuestos que contienen fósforo, azufre, oxígeno y nitrógeno como aditivos para aceites lubricantes está estrechamente relacionado con la peculiaridad de la estructura electrónica de estos elementos. Su interacción con la superficie metálica de las piezas del motor conduce a la modificación de estas últimas (cambio de estructura) y, debido a la formación de películas protectoras, se proporcionan las propiedades anticorrosivas, antidesgaste y de extrema presión de estos compuestos en la solución de aceite. Además, los aditivos que contienen estos elementos estabilizan el aceite interrumpiendo la cadena de oxidación por reacción con los radicales peróxido y destruyendo los hidroperóxidos.

Halogenación. Los catalizadores más utilizados para la cloración son el hierro metálico, el óxido de cobre, el bromo, el azufre, el yodo, los haluros de hierro, el antimonio, el estaño, el arsénico, el fósforo, el aluminio y el cobre, el carbón vegetal y animal, la bauxita activada y otras arcillas. La mayoría de estos catalizadores son portadores de halógenos. Entonces, Fe, Sb y P en compuestos halógenos pueden existir en dos estados de valencia en presencia de cloro libre, se agregan alternativamente y dan cloro en forma activa. De manera similar, el yodo, el bromo y el azufre forman compuestos inestables con el cloro. Los catalizadores de bromación son similares a los catalizadores de cloración. El fósforo es el mejor acelerador de la yodación. No se requiere catalizador para el proceso de fluoración. En presencia de oxígeno, la halogenación se ralentiza.

La cloración catalítica se basa en el uso de un cloro portador, como yodo, azufre, fósforo, antimonio y otros, en forma de los correspondientes cloruros, que se disuelven en el hidrocarburo clorado o, cuando se cloran hidrocarburos parafínicos gaseosos, en un solvente. Solo se utilizan elementos con al menos dos valores de valencia. También se pueden utilizar como catalizadores homogéneos sustancias generadoras de radicales tales como diazometap, tetraetilo de plomo y hexafeniletano. Tienen la capacidad de dividir la molécula de cloro en átomos, lo que inmediatamente provoca una reacción en cadena.

Cuando un elemento forma varias filas de compuestos correspondientes a diferentes estados de oxidación, después del nombre del compuesto entre paréntesis, se indica la valencia del catión (en números romanos) o el número de halógeno, oxígeno, azufre, o átomos de residuos ácidos en la molécula del compuesto (en palabras). Por ejemplo, cloruro de hierro (P1), cloruro de fósforo tres), óxido de manganeso (dos). En este caso, la designación de valencia se suele dar para estados de valencia menos característicos. Por ejemplo, para el cobre en el caso de un estado divalente, se omite la indicación de valencia, mientras que el cobre monovalente se designa como yoduro de cobre (I).

La conductividad de sustancias como el silicio y el germanio se puede aumentar introduciendo en ellas pequeñas cantidades de ciertas impurezas. Por ejemplo, la introducción de impurezas de boro o fósforo en cristales de silicio reduce efectivamente la brecha entre bandas. Se pueden incorporar pequeñas cantidades de boro o fósforo (varias partes por millón) en la estructura de silicio durante el crecimiento del cristal. El átomo de fósforo tiene cinco electrones de valencia y, por lo tanto, después de usar cuatro de ellos:

El fósforo, el arsénico, el antimonio y el bismuto forman compuestos estequiométricos que corresponden a la valencia formal, solo con elementos s y elementos d del subgrupo zinc.

El hecho de que el colorante y el adsorbente constituyan un solo sistema cuántico es evidente a partir de muchos hechos. La más obvia de ellas es que la absorción de radiación de cualquier frecuencia, por ejemplo, la más pequeña, dentro de la banda de absorción de un fósforo determinado provoca la emisión de todo su espectro de radiación, incluidas frecuencias mucho más altas que las frecuencias de la luz absorbida. Esto significa que los cuantos de radiación pasan a ser de uso común, y la energía insuficiente para emitir frecuencias que exceden la baja frecuencia de la luz absorbida también proviene de los recursos comunes del cuerpo sólido. El hecho de que si bien el colorante se encuentra indudablemente sólo en la superficie no admite otras interpretaciones, la absorción de luz de sus características ondas largas (por lo que el cristal que adsorbe este colorante es prácticamente transparente) va acompañada de la formación de plata metálica en la la mayor parte del cristal de bromuro de plata. En este caso, la sensibilidad del bromuro de plata se desplaza más hacia las ondas largas, cuanto más larga es la cadena de enlaces conjugados en la estructura de la molécula de colorante (Fig. 44). El hecho es que los electrones del tinte están en movimiento ondulatorio y que la molécula del tinte, uniéndose al cristal por un enlace de valencia, forma un todo único con él. El cristal y el tinte forman un único sistema cuántico. No es de extrañar, por tanto, que el mecanismo de fotólisis de los puros

El fósforo, P, tiene la configuración de valencia 3x 3p, y el azufre, 8, tiene la configuración de valencia 3x 3p. El átomo P, por lo tanto, tiene una capa 3p medio llena, mientras que el átomo 8 tiene un electrón adicional forzado a aparearse con uno de los electrones ya presentes en los orbitales 3p.

SA para la formación de enlaces covalentes en la estructura cristalina del silicio, al fósforo le queda un electrón más. Cuando se aplica un campo eléctrico al cristal, este electrón puede alejarse del átomo de fósforo; por lo tanto, se dice que el fósforo es un donador de electrones en el cristal de silicio. Solo se requieren 1,05 kJ mol para liberar los electrones donados; esta energía convierte un cristal de silicio con una pequeña mezcla de fósforo en un conductor. Cuando se introduce una impureza de boro en un cristal de silicio, se produce el fenómeno contrario. Al átomo de boro le falta un electrón para construir el número requerido de enlaces covalentes en un cristal de silicio. Por lo tanto, por cada átomo de boro en un cristal de silicio, hay una vacante en el orbital de enlace. Los electrones de valencia del silicio pueden excitarse en estos orbitales vacantes asociados con los átomos de boro, lo que permite que los electrones se muevan libremente a través del cristal. Tal conducción ocurre como resultado del hecho de que un electrón del átomo de silicio vecino salta al orbital vacante del átomo de boro. Una vacante recién formada en el orbital del átomo de silicio se llena inmediatamente con un electrón de otro átomo de silicio que lo sigue. Se produce un efecto de cascada, en el que los electrones saltan de un átomo al siguiente. Los físicos prefieren describir este fenómeno como el movimiento de un agujero cargado positivamente en la dirección opuesta. Pero independientemente de cómo se describa este fenómeno, está firmemente establecido que se requiere menos energía para activar la conductividad de una sustancia como el silicio si el cristal contiene una pequeña cantidad de un donante de electrones como el fósforo o un aceptor de electrones como el boro.

El fósforo blanco consta de moléculas tetraédricas P4, que se muestran esquemáticamente en la fig. 21.25. Como se indica en la secc. 8.7, parte 1, los ángulos de enlace de 60 ", como en la molécula P4, son bastante raros en otras moléculas. Indican la presencia de enlaces muy tensos, lo que es consistente con una alta reactividad.

Aunque el fósforo es un análogo electrónico del nitrógeno, la presencia de orbitales / libres en la capa de mectrones de valencia del átomo hace que los compuestos de fósforo sean diferentes a los compuestos de nitrógeno.

La estructura electrónica de los compuestos organofosforados y la naturaleza de los enlaces químicos;

En mayor medida, las propiedades aromáticas son inherentes al anillo de fosforina. El ácido 2,4,6-trifenilfosfórico no se autooxida ni se cuaterniza bajo la acción del yoduro de metilo o el borofluoruro de trietiloxonio. Al mismo tiempo, su interacción con reactivos nucleófilos (compuestos de alquilo o aril-litio) se produce fácilmente en el benceno ya a temperatura ambiente ". En este caso, el ataque se produce en el fósforo, cuya capa de valencia se expande a decet, y una resonancia- surge el anión de fosforina estabilizado ( 1) La formación del anión (I) se confirmó mediante espectros PMR y UV. La hidrólisis de la mezcla de reacción, que tiene un color azul-violeta intenso, conduce a

Preparación de fósforos de silicato. La composición química de los fósforos, la estructura de los fósforos, la valencia de Mn. Existe un número significativo de métodos diferentes para la preparación de fósforos cristalinos a base de silicato. Tomemos uno de ellos como ejemplo. Se vierten juntos una solución de amoníaco bien purificada de óxido de zinc, una solución acuosa de nitrato de manganeso y una solución alcohólica de ácido silícico (silicato de etilo) y se forma un gel. El gel se seca, se tritura y se calcina a 1200°C en recipientes de cuarzo y se enfría rápidamente después de la calcinación. Cuando el contenido de Mn es bajo, siempre se puede realizar la calcinación al aire con un contenido elevado de Mn, para evitar su oxidación, la calcinación se realiza en atmósfera de dióxido de carbono.

Oxidación catalítica de residuos oleosos. Son muchos los intentos de acelerar el proceso de oxidación de las materias primas, mejorar la calidad o dotar de determinadas propiedades al betún oxidado utilizando diversos catalizadores e iniciadores. Se propone utilizar sales de ácido clorhídrico y metales de valencia variable (hierro, cobre, estaño, titanio, etc.) como catalizadores de reacciones redox. Como catalizadores de deshidratación, alquilación y craqueo (transferencia de protones), se proponen cloruros de aluminio, hierro, estaño, pentóxido de fósforo como iniciadores de oxidación - peróxidos. La mayoría de estos catalizadores inician las reacciones de densificación de las moléculas de materia prima (aceites y resinas) en asfaltenos sin enriquecer el betún con oxígeno. Las posibilidades de acelerar el proceso de oxidación de las materias primas y mejorar las propiedades del betún (principalmente en el sentido de aumentar la penetración a una determinada temperatura de reblandecimiento), citadas en numerosas patentes, se resumen en, pero dado que los autores de las patentes hacen su propuestas sin revelar la química del proceso, sus conclusiones están en esta monografía no se consideran. Investigación de A. Heuberg

En la mayoría de los casos, la halogenación se acelera por irradiación de luz (longitud de onda 3000-5000 A) o alta temperatura (con o sin catalizador). Como catalizadores, se utilizan habitualmente compuestos halogenados de metales, que tienen dos estados de valencia, capaces de donar átomos de halógeno al pasar de un estado de valencia a otro, - P I5, P I3, Fe lg. También se utilizan cloruro de antimonio o cloruro de manganeso, así como catalizadores no metálicos: yodo, bromo o fósforo.

El litio y el sodio tienen una afinidad electrónica moderada, la afinidad electrónica del berilio es negativa, mientras que la del magnesio es cercana a cero. En los átomos Be y M, el orbital x de valencia está completamente lleno, y el electrón adjunto debe poblar el orbital p ubicado con mayor energía. El nitrógeno y el fósforo tienen poca afinidad electrónica porque el electrón que se agrega debe emparejarse en estos átomos con uno de los electrones en los orbitales p medio llenos.

Los átomos de los elementos del tercer período y subsiguientes a menudo no obedecen la regla del octeto. Algunos de ellos muestran una asombrosa capacidad para unirse a más átomos (es decir, estar rodeados por más pares de electrones) de lo que predice la regla del octeto. Por ejemplo, el fósforo y el azufre forman los compuestos PF5 y SF, respectivamente. En las estructuras de Lewis de estos compuestos, todos los electrones de valencia de un elemento pesado son utilizados por éste para formar enlaces con otros átomos.

En estos diagramas, la flecha completa muestra la posición del enlace de coordinación. Los elementos donantes que aquí aparecen (azufre, -arsénico y nitrógeno), así como el selenio, el fósforo y otros, no forman compuestos con las propiedades de los venenos catalíticos si se encuentran en el estado de valencia más alto, ya que en este caso las moléculas no tienen pares de electrones libres. Lo mismo es cierto para los iones de estos elementos. Por ejemplo, el ion sulfito es un veneno, mientras que el ion sulfato no lo es.

El número de electrones en la capa externa determina los estados de valencia inherentes a un elemento dado y, en consecuencia, los tipos de sus compuestos: hidruros, óxidos, hidróxidos, sales, etc. Entonces, en las capas externas de los átomos de fósforo, arsénico, antimonio y bismuto hay el mismo número (cinco) electrones. Esto determina la identidad de sus principales estados de valencia (-3, -f3, -b5), la uniformidad de los hidruros EN3, los óxidos E2O3 y EaO3, los hidróxidos, etc. Esta circunstancia es, en última instancia, la razón por la que estos elementos se ubican en un subgrupo periódico. sistema.

Así, el número de electrones desapareados en el estado excitado de los átomos de berilio, boro y carbono corresponde a la valencia real de estos elementos. En cuanto a los átomos de nitrógeno, oxígeno y flúor, su excitación no puede conducir a un aumento del número de electrones no iónicos en el segundo nivel de sus capas electrónicas. Sin embargo, los análogos de estos elementos -fósforo, azufre y cloro- ya que en el tercer nivel se

El número de electrones desapareados en el átomo de fósforo tras la excitación llega a cinco, lo que corresponde a su palidez máxima real. Cuando se excita el átomo de azufre, el número de electrones desapareados aumenta a cuatro e incluso hasta [sí, y para el átomo de cloro, hasta tres, cinco y, como máximo, hasta siete, lo que también corresponde a los valores reales de su valencia.                      Fundamentos de Química General Volumen 2 Edición 3 (1973) -

2. POSIBILIDADES DE VALENCIA

ÁTOMOS DE ELEMENTOS QUÍMICOS

La estructura de los niveles de energía externa de los átomos de los elementos químicos determina principalmente las propiedades de sus átomos. Estos niveles se denominanvalencia. Los electrones de los niveles exteriores (a veces los preexternos) participan en la formación de enlaces químicos. Estos electrones también se llamanvalencia.

Valencia - esta es la capacidad de los átomos de los elementos químicos para formar una cierta cantidad de enlaces químicos.

Las posibilidades de valencia de los átomos se definen de dos maneras:

El número de electrones desapareados que participan en la formación de un enlace por el mecanismo de intercambio:

en el estado estacionario (básico);

en un estado excitado.

Considere las posibilidades de valencia del átomo de carbono.

Esquema de la estructura del átomo de carbono:
6 C+6) 2 ) 4

estado excitado

Configuración electrónica

1 s 2 2 s 2 2 pags 2

1 s 2 2 s 1 2 pags 3

fórmula gráfica

Agregar sugerencias:

El número de electrones desapareados de un átomo de carbono en estado estacionario: _____. Estos son ____ electrones.

La valencia del átomo de carbono en el estado fundamental es ____.

El número de electrones desapareados de un átomo de carbono excitado: _____. Estos son ____ electrones y ____ electrones.

La valencia de un átomo de carbono excitado es ______.

El número de pares de electrones no compartidos que pueden participar en la formación de un enlace químico por el mecanismo donador-aceptor.

Considere las posibilidades de valencia del átomo de nitrógeno.

Esquema de la estructura del átomo de nitrógeno:
7 norte +7) 2 ) 5

estado excitado

(el átomo ha recibido energía adicional)

Configuración electrónica

1 s 2 2 s 2 2 pags 3

No es típico, ya que no hay más orbitales libres en el segundo nivel y los electrones apareados no se pueden aparear.

fórmula gráfica

Los electrones desapareados participan en la formación de un enlace químico por el mecanismo de intercambio.

En este caso, la valencia del nitrógeno es tercero

Pero el átomo de nitrógeno en el segundo nivel exterior tiene dos pares máss-electrón. Este es un par de electrones no compartido.

El par de electrones solitario está involucrado en la formación de un enlace químico por el mecanismo donador-aceptor.

Entonces la valencia aumenta en uno más y será igual a IV.

Tareas para arreglar:

Ejercicio 1.

Determinar las posibilidades de valencia de los átomos de azufre y cloro en los estados fundamental y excitado.

Metas.

• Desarrollar ideas sobre la valencia como principal propiedad de un átomo, identificar patrones de cambio en los radios de los átomos de elementos químicos en periodos y grupos del sistema periódico.
• Usando un enfoque integrado, desarrolle las habilidades de los estudiantes para comparar, comparar, encontrar analogías, predecir un resultado práctico basado en un razonamiento teórico.
• Creando situaciones de éxito, para superar la inercia psicológica de los alumnos.
• Desarrollar el pensamiento imaginativo, la capacidad de reflexionar.

Equipo: Tabla “Valencia y configuraciones electrónicas de elementos”, multimedia.

Epígrafe.La lógica, si se refleja en la verdad y el sentido común, conduce siempre a la meta, al resultado correcto.

La lección se combina, con elementos de integración. Métodos de enseñanza utilizados: explicativo-ilustrado, heurístico y problemático.

Yo escenifico. Motivación aproximada

La lección comienza con "afinación" (sonidos musicales - sinfonía No. 3 de J. Brahms).

Maestro: La palabra “valencia” (del latín valentia) apareció a mediados del siglo XIX, al final de la segunda etapa químico-analítica del desarrollo de la química. En ese momento, se habían descubierto más de 60 elementos.

Los orígenes del concepto de “valencia” están contenidos en los trabajos de varios científicos. J. Dalton estableció que las sustancias consisten en átomos conectados en determinadas proporciones, E. Frankland, de hecho, introdujo el concepto de valencia como fuerza de conexión. F. Kekulé identificó la valencia con un enlace químico. A.M. Butlerov llamó la atención sobre el hecho de que la valencia está relacionada con la reactividad de los átomos. D.I. Mendeleev creó un sistema periódico de elementos químicos en el que la valencia más alta de los átomos coincidía con el número de grupo del elemento en el sistema. También introdujo el concepto de “valencia variable”.

Pregunta. ¿Qué es la valencia?

Lea las definiciones tomadas de diferentes fuentes (el profesor muestra diapositivas a través de multimedia):

“Valencia de un elemento químico- la capacidad de sus átomos para combinarse con otros átomos en ciertas proporciones.

"Valencia- la capacidad de los átomos de un elemento para unirse a un cierto número de átomos de otro elemento.

"Valencia- una propiedad de los átomos, entrando en compuestos químicos, donar o aceptar un cierto número de electrones (electrovalencia), o combinar electrones para formar pares de electrones comunes a dos átomos (covalencia).

¿Qué definición de valencia crees que es más perfecta y dónde ves las deficiencias de los demás? (Discusión en grupos.)

La valencia y las capacidades de valencia son características importantes de un elemento químico. Están determinados por la estructura de los átomos y cambian periódicamente con cargas nucleares crecientes.

Maestro. Así, concluimos que:

¿Qué crees que significa el concepto de “posibilidad de valencia”?

Los estudiantes expresan su opinión. Recuerdan el significado de las palabras "posibilidad", "posible", aclaran el significado de estas palabras en el diccionario explicativo de S.I. Ozhegov:

"Posibilidad- un medio, una condición necesaria para la implementación de algo ”;

"Posible- tal que puede suceder, factible, permisible, permisible, concebible.

(el maestro muestra la siguiente diapositiva)

Entonces el maestro resume.

Maestro. Las posibilidades de valencia de los átomos son las valencias permisibles de un elemento, todo el rango de sus valores en varios compuestos.

II etapa. ejecutivo operativo

Trabajando con la tabla “Valencia y configuraciones electrónicas de elementos”.

Maestro. Dado que la valencia de un átomo depende del número de electrones desapareados, es útil considerar las estructuras de los átomos en estados excitados, teniendo en cuenta las posibilidades de valencia. Escribamos las fórmulas de difracción de electrones para la distribución de electrones sobre orbitales en el átomo de carbono. Con su ayuda, determinamos qué valencia exhibe el carbono C en los compuestos. Un asterisco (*) denota un átomo en un estado excitado:

Por lo tanto, el carbono exhibe valencia IV debido al emparejamiento
2s 2 – electrones y la transición de uno de ellos a un orbital vacante. (Vacante - desocupado, vacío (S. I. Ozhegov))

¿Por qué la valencia C-II y IV, y H-I, He-O, Be - II, B - III, P-V?

Compare las fórmulas de difracción de electrones de los elementos (esquema No. 1) y establezca la razón de la diferente valencia.

Trabajo en equipo:

Maestro. Entonces, ¿de qué dependen la valencia y las posibilidades de valencia de los átomos? Consideremos estos dos conceptos en interrelación (diagrama No. 2).

El consumo de energía (E) para la transferencia de un átomo a un estado excitado se compensa con la energía liberada durante la formación de un enlace químico.

¿Cuál es la diferencia entre un átomo en estado fundamental (estacionario) y un átomo en estado excitado (esquema No. 3)?

Maestro . ¿Pueden los elementos tener las siguientes valencias: Li -III, O - IV, Ne - II?

Explique su respuesta usando las fórmulas electrónica y de difracción de electrones de estos elementos (Esquema No. 4).

Trabajo en equipo.

Responder. No, ya que en este caso los costos de energía para mover un electrón

(1s -> 2p o 2p -> 3s) son tan grandes que no pueden compensarse con la energía liberada durante la formación de un enlace químico.

Maestro. Existe otro tipo de posibilidad de valencia de los átomos: esta es la presencia de pares de electrones solitarios (la formación de un enlace covalente por el mecanismo donante-aceptor):

III etapa. Evaluativo-reflexivo

Se resumen los resultados, se caracteriza el trabajo de los estudiantes en la lección (regresar al epígrafe de la lección). Luego se da un resumen: la actitud de los niños hacia la lección, el tema, el maestro.

1. ¿Qué no le gustó de la lección?

2. ¿Qué te gustó?

3. ¿Qué preguntas no te quedaron claras?

4. ¿Evaluación del trabajo del docente y de su trabajo? (justificado).

Tareas para el hogar(según el libro de texto de O.S. Gabrielyan, Química-10; nivel de perfil, párrafo No. 4, ejercicio 4)